等离子体活化保形电介质膜沉积制造技术

在衬底表面上沉积膜的方法，其包括表面介导反应，在该反应中经过反应物的吸附和反应的一个或多个循环所述膜进行生长。在一个方面中，该方法的特征在于，在吸附和反应的循环之间，间歇性输送掺杂剂物质到膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体活化保形电介质膜沉积的方法和装置相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§120，本申请作为2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084,399的部分继续申请要求优先权，美国专利申请No.13/084,399主张于2010年4月15日提交的美国临时专利申请号61/324710、于2010年8月10日提交的美国临时专利申请号61/372,367、于2010年9月1日提交的美国临时专利申请号61/379,081、以及于2010年11月29日提交的美国临时专利申请号61/417,807的利益。上述专利申请中的每一个其全部内容通过引用并入本申请，并用于所有目的。本申请也是于2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084,305申请的部分继续申请，其全部内容通过引用并入本申请，并用于所有目的。
技术介绍
用于半导体器件的各种薄膜层可利用原子层沉积（ALD）工艺沉积。但是，现有的ALD工艺可能不适合用于沉积高度保形的电介质膜。
技术实现思路
本文所公开的各个方面涉及用于在衬底表面上沉积膜的方法和装置。在某些实施方案中，所述方法包括通过表面介导反应沉积膜，在所述反应中经过反应物的吸附和反应的一个或多个循环使膜生长。在一个方面，该方法的特征在于，在吸附和反应的循环之间间歇输送掺杂物质到膜。在某些时候，该掺杂剂物质可被驱动跨越衬底表面到所述衬底的掺杂区域。在一个方面，公开的方法在反应室中在衬底表面上沉积膜。所述方法的特征在于以下操作：（a）在允许第一反应物吸附到所述衬底表面的条件下将所述第一反应物引入所述反应室；（b）在所述第一反应物被吸附在所述衬底表面上的同时，将第二反应物引入所述反应室；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述第一和所述第二反应物之间的反应以形成所述膜的一部分；（d）重复（a）-（c）至少一次；（e）在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在（a）-（d）中不引入；以及（f）将掺杂剂从所述包含掺杂剂的材料引入所述膜。将所述掺杂剂引入所述膜可涉及将所述包含掺杂剂的材料暴露于等离子体。在各种实施方式中，所述方法另外包括从所述膜驱动所述掺杂剂到所述膜驻留的所述衬底表面的特征中。从所述膜驱动所述掺杂剂可通过对所述膜进行退火处理来实现。在一些应用中，所述膜驻留在所述衬底表面的三维特征上，并且驱动来自所述膜的掺杂剂使所述掺杂剂保形扩散到所述特征中。在特定应用中，所述特征具有不大于约40纳米的宽度。在某些实施方式中，膜是电介质膜。在一些情况下，总的膜厚度介于约10-100埃之间。在各种实施方式中，在膜中的掺杂剂浓度为介于按重量计约0.01％至10％之间。在某些实施方式中，方法的该方面另外包括在（e）或（f）之后重复（a）-（c）。在某些实施方式中，本方法的该方面另外包括重复（a）-（e）。在一些实施方式中，在（a）-（c）中沉积的膜的量为介于约0.5至1埃之间。在某些实施方式中，所述方法另外包括在将所述衬底表面暴露于等离子体之前从所述反应室清除所述第二反应物。所述清除可以通过使含有氧化剂的气体流入所述反应室来实现。在一些实施方式中，所述第一和第二反应物以气相共存于所述反应室中，并且在所述反应室中所述第一和第二反应物直至在（c）中暴露于等离子体中才会明显相互反应。在某些实施方式中，第一反应物是氧化剂，例如，一氧化二氮。在某些实施方式中，第二反应物是电介质前体，例如（i）烷氨基硅烷（SiHx（NR2）4-x）中，其中x=1-3，并且R包括烷基，或（ii）卤代硅烷（SiHxY4-x），其中X=1-3，以及Y包括Cl、Br和I。在一个具体实施方式中，第二反应物是BTBAS。在某些实施方式中，所述包含掺杂剂的材料选自膦、砷化氢、烷基硼、烷基镓烷、烷基膦、卤化磷、卤化砷、卤化镓、卤化硼、烷基硼，和乙硼烷。在另一个方面，一种公开的方法在反应室中在衬底表面上沉积膜。所述方法的特征在于以下操作：（a）在允许第一反应物吸附到所述衬底表面上的条件下使氧化剂流入所述反应室；（b）在所述氧化剂继续流入所述反应室的同时，将电介质前体引入所述反应室；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动在所述衬底表面上的所述电介质前体和氧化剂反应，以形成所述电介质膜的一部分；（d）在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在（a）-（c）中不引入；和（e）造成来自所述包含掺杂剂的材料的掺杂剂结合入所述电介质膜。在一个实施方式中，所述电介质前体是BTBAS或在先前方面中确定的其他的前体。此外，该方法可以要求重复操作（a）-（c）一次或多次。在一个具体的例子中，当最初执行（a）时，所述氧化剂包含第一比率的氧比氮，而当随后执行（a）时，所述氧化剂包含第二比率的氧比氮。所述第二比率小于所述第一比率。例如，当最初执行（a）时，所述氧化剂可包括元素氧，而当重复（a）时，所述氧化剂包括一氧化二氮。在一些实施方式中，当最初执行（c）时，所述衬底在第一温度，而当重复（c）时，所述衬底在第二温度，所述第二温度高于所述第一温度。在某些情况下，该方法还包括将掺杂剂从电介质膜驱动进入所述衬底。在一些实施方式中，所述方法还包括在（a）之前将所述衬底表面与所述包含掺杂剂的材料接触。在另一方面，本专利技术所公开的方法根据以下操作在反应室中在衬底表面上沉积电介质膜：（a）在允许电介质前体吸附到所述衬底表面的条件下将所述前体引入所述反应室；（b）此后在所述前体保持吸附在所述衬底表面上的同时，将所述电介质前体从所述反应室清除；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述电介质前体的反应以形成所述电介质膜的一部分；以及（d）在允许掺杂剂前体接触所述电介质膜的条件下，将所述掺杂剂前体引入所述反应室，而在（a）-（c）中不引入。在一些实施方式中，所述方法另外包括在（a）-（c）之前和期间使氧化剂流入所述反应室。在一些情况下，所述方法还包括使所述掺杂剂前体反应以将掺杂剂引入到膜中。本专利技术的又一个方面涉及用于在衬底表面上沉积掺杂膜的装置。所述装置的特征在于以下特征：反应室，其包括用于在所述掺杂的电介质膜的沉积过程中容纳所述衬底的设备；一个或多个工艺气体进口，其耦合到所述反应室；和控制器。所述控制器被设计或配置成使所述装置执行以下操作：（a）在允许第一反应物吸附到所述衬底表面的条件下将所述第一反应物引入所述反应室；（b）在所述第一反应物被吸附在所述衬底表面上的同时，将第二反应物引入所述反应室；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述第一和所述第二反应物之间的反应以形成所述膜的一部分；（d）重复（a）-（c）至少一次；（e）在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，在（a）-（d）中不引入；和（f）将掺杂剂从所述包含掺杂剂的材料引入所述膜。所述控制器可以被设计或配置成管理诸如根据其它方面讨论的方法等其他的方法的性能。在某些实施方式中，所述控制器进一步被设计或配置成造成所述装置在（a）-（d）之前和期间使氧化剂流入所述反应室。在某些实施方式中，所述控制器进一步被设计或配置成在（e本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在反应室中在衬底表面上沉积膜的方法，所述方法包括：（a）在允许第一反应物吸附到所述衬底表面的条件下将所述第一反应物引入所述反应室；（b）在所述第一反应物被吸附在所述衬底表面上的同时，将第二反应物引入所述反应室；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述第一和所述第二反应物之间的反应以形成所述膜的一部分；（d）重复（a）‑（c）至少一次；（e）在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在（a）‑（d）中不引入，以及（f）将掺杂剂从所述包含掺杂剂的材料引入所述膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.23 US 13/242,0841.一种在反应室中在衬底表面上沉积膜的方法，所述方法包括：(a)在允许第一反应物吸附到所述衬底表面的条件下将所述第一反应物引入所述反应室；(b)在所述第一反应物被吸附在所述衬底表面上的同时，将第二反应物引入所述反应室；(c)将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述第一和所述第二反应物之间的反应以形成所述膜的一部分；(d)重复(a)-(c)至少一次；(e)在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在(a)-(d)中不引入，以及(f)将掺杂剂从所述包含掺杂剂的材料引入所述膜，其中将所述掺杂剂引入所述膜中包括包含掺杂剂的材料或不含掺杂剂的物质的等离子体暴露。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：(g)在(e)或(f)之后重复(a)-(c)。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括(g)重复(a)-(e)。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在(a)-(c)中沉积的膜的量为介于0.5至1埃之间。5.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述膜驱动所述掺杂剂到所述膜驻留的所述衬底表面的特征中。6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述膜驱动所述掺杂剂包括对所述膜进行退火处理。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述膜驻留在所述衬底表面的三维特征上，并且其中，从所述膜驱动所述掺杂剂使所述掺杂剂保形扩散到所述特征中。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述特征具有不大于40纳米的宽度。9.根据权利要求1所述的方法，其还包括在将所述衬底表面暴露于等离子体之前从所述反应室清除所述第二反应物。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述清除包括使含有氧化剂的气体流入所述反应室。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二反应物以气相共存于所述反应室中，并且其中在所述反应室中所述第一和第二反应物直至在(c)中暴露于等离子体中才会明显相互反应。12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述掺杂剂引入所述膜，包括将所述含有掺杂剂的材料暴露在等离子体中。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一反应物是氧化剂。14.如权利要求13所述的方法，其中所述氧化剂是一氧化二氮。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二反应物选自：烷氨基硅烷(SiHx(NR2)4-x)中，其中x＝1-3，并且R包括烷基，和卤代硅烷(SiHxY4-x)，其中x＝1-3，以及Y包括Cl、Br和I。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二反应物是BTBAS。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含掺杂剂的材料选自膦、砷化氢、烷基硼、烷基镓烷、烷基膦、卤化磷、卤化砷、卤化镓、卤化硼、烷基硼、和乙硼烷。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜是电介质膜。19.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜总厚度为介于10-100埃之间。20.根据权利要求1所述的方法，其中，掺杂剂在所述膜中的浓度按重量计为介于0.01％至10％之间。21.根据权利要求1所述的方法，其还包括：将光致抗蚀剂施加到所述衬底表面上；将所述光致抗蚀剂暴露于光；图案化该抗蚀剂并转印图案到所述衬底表面；和选择性地从所述衬底表面去除所述光致抗蚀剂。22.根据权利要求1所述的方法：其中，在引入所述包含掺杂剂的材料的步骤(e)的过程中，所述条件使得所述包含掺杂剂的材料被吸附到所述膜的所述暴露表面上形成吸附受限层；以及其中，引入所述掺杂剂至所述膜的步骤(f)包括使所吸附的所述包含掺杂剂的材料反应以形成包含掺杂剂源的所述膜层。23.根据权利要求22所述的方法，其中，在步骤(f)中使所吸附的所述包含掺杂剂的材料反应包括使所述包含掺杂剂的材料暴露于等离子体。24.根据权利要求22所述的方法，其中，步骤(e)和(f)包括原子层沉积。25.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：(g)在(e)或(f)之后形成加盖层，所述加盖层是保护性扩散阻挡层。26.一种在反应室中在衬底表面上沉积电介质膜的方法，所述方法包括：(a)在允许氧化剂吸附到所述衬底表面上的条件下使所述氧化剂流入所述反应室；(b)在所述氧化剂继续流入所述反应室的同时，将电介质前体引入所述反应室；(c)将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动在所述衬底表面上的所述电介质前体和氧化剂反应，以形成所述电介质膜的一部分；(d)在允许包含掺杂剂的材料接触所述电介质膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在(a)-(c)中不引入；和(e)造成来自所述包含掺杂剂的材料的掺杂剂结合入所述电介质膜。27.如权利要求26所述的方法，其中，所述电介质前体是BTBAS。28.如权利要求26所述的方法，其还包括将所述掺杂剂从所述电介质膜引入所述衬底。29.如权利要求26所述的方法，其中，重复操作(a)-(c)。30.根据权利要求29所述的方法，其中，当最初执行(a)时，所述氧化剂包含第一比率的氧比氮，并且其中，当重复(a)时，所述氧化剂包含第二比率的氧比氮，所述第二比率小于所述第一比率。31.根据权利要求30所述的方法，其中，当最初执行(a)时，所述氧化剂包括元素氧，并且其中，当重复(a)时，所述氧化剂包括一氧化二氮。32.如权利要求29所述的方法，其中，当最初执行(c)时，所述衬底在第一温度，并且其中，当重复(c)时，所述衬底在第二温度，所述第二温度高于所述第一温度。33.如权利要求26所述的方法，其进一步包括在(a)之前使所述衬底表面与所述包含掺杂剂的材料接触。34.根据权利要求26所述的方法：其中，在引入所述包含掺杂剂的材料的步骤(d)的过程中，所述条件使得所述包含掺杂剂的材料被吸附到所述膜的所述暴露表面上形成吸附受限层；以及其中，导致所述掺杂剂结合入所述电介质膜的步骤(e)包括使所吸附的所述包含掺杂剂的材料反应以形成包含掺杂剂源的所述电介质膜层。35.根据权利要求34所述的方法，其中，在步骤(f)中使所吸附的所述包含掺杂剂的材料反应包括使所述包含掺杂剂的材料暴露于等离子体。36.根据权利要求34所述的方法，其中，步骤(d)和(e)包括原子层沉积。37.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：(f)在(d)或(e)之后形成加盖层，所述加盖层是保护性扩散阻挡层。38.一种在反应室中在衬底表面上沉积电介质膜的方法，所述方法包括：(a)在允许电介质前体吸附到所述衬底表面的条件下将所述电介质前体引入所述反应室；(b)此后，在所述电介质前体保持吸附在所述衬底表面上的同时，将所述电介质前体从所述反应室清除；(c)将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述电介质前体的反应以形成所述电介质膜的一部分；(d)在允许掺杂剂前体接触所述电介质膜的所述一部分的条件下，将所述掺杂剂前体引入所述反应室，在(a)-(c)中不引入，并在所述电解质膜上形成吸附的掺杂剂前体；以及(e)使所吸附的所述掺杂剂前体反应以形成包含掺杂剂源的所述电介质膜层，其中在步骤(e)中使所吸附的所述掺杂剂前体反应包括使所述掺杂剂前体暴露于等离子体。39.根据权利要求38所述的方法，其还包括在(a)-(c)之前和期间使氧化剂流入所述反应室。40.根据权利要求38所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚卡尔·斯娃米纳森，乔恩·亨利，丹尼斯·M·豪斯曼，普拉莫德·苏布拉莫尼姆，曼迪亚姆·西里拉姆，维什瓦纳坦·兰加拉詹，基里斯·K·卡特提格，巴特·J·范施拉芬迪克，安德鲁·J·麦克罗，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US