提供了一种工艺，其中晶片被暴露于不足以在晶片上导致最大饱和ＡＬＤ沉积速率的第一化学反应前驱体剂量，然后被暴露于第二化学反应前驱体剂量，其中前驱体以提供基本均匀的膜沉积的方式被分散。第二化学反应前驱体剂量可以不足以在晶片上导致最大饱和ＡＬＤ沉积速率，也可以足以在晶片上导致饥饿饱和沉积。该工艺可以在前驱体暴露过程之间或一组暴露过程和另一组之间包括净化，也可以不包括净化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜处理，更具体地说，涉及用于提高基于原子层沉积工艺的膜沉积速率的方法和装置。
技术介绍
原子层沉积(ALD)可以称为化学气相沉积(CVD)的变体，其中晶片衬底表面被顺序暴露于反应化学前驱体，并且每种前驱体脉冲与下一个后续的前驱体脉冲被惰性净化气体周期分离。存在关于ALD工艺和过程的许多描述(其中使用了各种反应前驱体化合物以及热和等离子体辅助ALD方法)。例如参见T.Suntola，材料科学报告(Material ScienceReports)，v.4，no.7，p.266 et seq.(1989年12月)；M.Ritala&M.Leskela，″Deposition and Processing of Thin Films″薄膜材料手册(Handbook of ThinFilm Materials)，v.1 ch.2，(2002)；J.W.Klaus等，″Atomic Layer Depositionof Tungsten Using Sequential Surface Chemistry with a Sacrificial StrippingReaction″，固态薄膜(Thin Solid Films)，v.360，pp.145-153(2000)；S.Imai&M.Matsumura，″Hydrogen atom assisted ALE of silicon，″应用表面科学(Appl.Surf.Sci.)，v.82/83，pp.322-326(1994)；S.M.George等，″Atomiclayer controlled deposition of SiO2and Al2O3using ABAB...binary reactionssequence chemistry″，应用表面科学，v.82/83，pp.460-467(1994)；M.A.Tischler&S.M.Bedair，″Self-limiting mechanism in the atomic layer epitaxyof GaAs″，应用物理快报(Appl.Phys.Lett.)，48(24)，p.1681(1986)。目前已经报道了好几种ALD技术的商业应用，如用于先进DRAM电容器的Al2O3的沉积(参见M.Gutsche等，″Capacitance Enhancements techniques forsub 100nm trench DRAMs，IEDM 2001，p.411(2001))；并且在专利文献中也有许多关于ALD反应室体系结构的描述。例如参见美国专利4,389,973；5,281,274；5,855,675；5,879,459；6,042,652；6,174,377；6,387,185；和6,503,330。通常，既使用单晶片反应室，又使用批反应室，并且某些实施例伴随有等离子体功能。ALD工艺相比于产生薄膜的传统CVD和PVD(物理气相沉积)方法有许多优点，因为其可以提供更高的膜质量和无可比拟的好的阶梯覆盖。因此可以预料，ALD工艺将成为用在下一代半导体器件的制造中的一种重要的技术。然而，ALD低的晶片产量总是成为其在工业上广泛应用的阻碍。例如，由于一般的循环时间在3-6秒/循环的量级，所以一般的膜生长速率在10-20/分钟的量级(膜沉积速率(FDR)由ALD沉积速率(/循环)和循环时间的倒数(循环/单位时间)的乘积给定)。从而，在单晶片ALD反应室中，在沉积50厚的膜时每小时产量只能达到约15个晶片。人们已进行了许多努力来提高ALD工艺的产量，包括以计算机控制的电驱动的气动阀进行工艺控制以在暴露和净化之间快速切换，其中该气动阀提供了数十毫秒精度的前驱体脉冲。还包括利用更短的前驱体脉冲和净化时间以及不同的工艺温度和压强来提高产量。还有人推荐反应室容积变“小”以促进前驱体净化，并且采用加热壁，以避免在ALD循环过程中诸如水和氨气之类的前驱体的不希望的残留(参见以上的Ritala&Leskela)。然而，相对于基本的ALD工艺顺序，可替换的脉冲和净化步骤没有本质上改变，并且没有关于利用上述方法获得明显的产量提高的报道。在传统实施的ALD的环境下，增大膜沉积速率的努力受限于长时间的净化操作，以实现期望的ALD膜性能。为了理解其原因，请考虑ALD技术的核心是每种前驱体反应在加热的晶片衬底表面上的自限制和自钝化特征。在理想情况下，每种自限制化学半反应(例如，对于金属和非金属反应)朝每ALD循环的饱和沉积厚度进行，并遵循指数或朗缪尔(Langmuir)动力学。ALD循环是晶片衬底暴露于每种前驱体的暴露时间段和净化时间段之和，其中净化时间段的目的是移去每次暴露后的过量前驱体和反应副产物。Suntola的开创性专利(4,389,973)描述了脉冲化学前驱体的扩散特征。在气体扩散过程中对前驱体脉冲的加宽给脉冲之间的间隔可以有多短加上了基本的限制，以避免发生不希望产生的CVD反应。当在ALD装置中展现出更多的扩散条件时，需要更长的净化间隔，以在ALD循环期间内维持期望的前驱体脉冲分离，以实现接近理想情况的ALD膜生长。此外，开始过程是整个ALD工艺继续启动的关键。例如，可以执行表面准备，以在Si晶片表面上实现氢氧基团Si-OH的饱和。ALD工艺的自限制反应所产生的沉积速率(例如，以/循环的单位测量)被观察为作为暴露剂量(或者在给定前驱体流量的情况下是时间)的函数而增大，直到其达到饱和。饱和的特征在于，出现ALD生长速率不再随着前驱体暴露剂量的进一步增加而进一步增大。对于某些前驱体，如H2O和NH3，饱和的特征在于，出现ALD生长速率随着前驱体暴露剂量的进一步增加而明显变缓的增大。这一行为常被称为“软饱和”。当两种前驱体暴露剂量都足以实现这两种前驱体的饱和时，我们称ALD沉积速率(单位/循环)为最大饱和ALD沉积速率。传统的ALD操作一般在最大饱和ALD沉积速率时执行。另外，传统的ALD操作允许并鼓励两种化学剂量都“过剂量”，从而使每种前驱体脉冲期间暴露于前驱体剂量的时间足够的长，以确保该前驱体的半反应对于衬底的所有区域来说都达到饱和。该传统方法自1977年起成为ALD技术的记录的惯例，并且经常被引用，例如在以上Ritala&Leskela的回顾文章中和Sneh的文章中(O.Sneh，等，″Equipment for Atomic Layer Depositionand Applications for Semiconductor Processing，″固态薄膜，v.402/1-2，pp.248-261(2002))。在该过剂量ALD方法中，气体动力学扮演次要角色(参见同上，指明自限制生长确保了前驱体流量不必在衬底上均匀)，并且最终在衬底上的所有点处获得了饱和。当前过剂量的ALD工艺是固有低效率的工艺，并对商业ALD系统的优化性能提出了许多限制。例如，在过剂量方法中，在衬底的某些区域中化学前驱体剂量被持续施加，即使在该位置处膜已经达到饱和也是如此，这是因为在其他区域还没有达到饱和。这导致了过量前本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种原子层沉积（ＡＬＤ）工艺，包括将晶片暴露于不足以在所述晶片上导致最大饱和ＡＬＤ沉积速率的第一化学反应前驱体剂量，并将所述晶片暴露于第二化学反应前驱体剂量，其中所述前驱体被以提供基本均匀的膜沉积的方式分散。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：金基佑，安若简司瑞瓦斯塔瓦，脱马斯E瑟德尔，阿纳隆德纲，萨散冈若曼纳瑟恩，
申请(专利权)人：集勒思公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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