氮化硅的选择性生长制造技术

本发明专利技术涉及氮化硅的选择性生长。本文提供了用于相对于氧化硅表面选择性地在硅表面上沉积氮化硅并且相对于硅表面选择性地在氧化硅表面上沉积氮化硅的方法和装置。方法涉及将衬底暴露于烯烃，烯烃选择性地与硅表面反应，以通过于使用热原子层沉积在氧化硅表面上选择性地沉积氮化硅之前在硅表面上形成有机部分来封闭硅表面。方法涉及将衬底暴露于烷氧基硅烷卤化物，该烷基硅烷卤化物选择性地与氧化硅表面反应以通过于使用热原子层沉积在硅表面上选择性地沉积氮化硅之前在氧化硅表面上形成有机部分来封闭氧化硅表面。

【技术实现步骤摘要】
氮化硅的选择性生长
本专利技术总体上涉及半导体领域，具体涉及氮化硅的选择性生长。
技术介绍
半导体器件制造可能涉及氮化硅膜的沉积。氮化硅薄膜具有独特的物理的、化学的和机械的性能，因此被用于各种应用中。例如，氮化硅膜可用于扩散阻挡层、栅极绝缘体、侧壁隔离层、封装层、晶体管中的应变膜等等。沉积氮化硅膜的传统方法对电介质材料不具选择性。
技术实现思路
本专利技术提供了用于处理半导体衬底的方法和装置。一个方面涉及一种在半导体衬底上沉积氮化硅的方法，所述方法包括：提供具有暴露的氧化硅表面和暴露的硅表面的所述半导体衬底；将所述半导体衬底暴露于封闭剂以通过在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的一个上形成有机部分而封闭所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述一个，而所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的另一个保持未封闭；以及通过一个或多个热原子层沉积循环在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述另一个上选择性地沉积氮化硅，每个循环包括：将具有所述封闭表面和所述未封闭表面的所述半导体衬底暴露于含硅前体以将所述含硅前体吸附到所述未封闭表面；以及在没有点燃等离子体的情况下将所述半导体衬底暴露于含氮反应物以相对于所述封闭表面选择性地在所述未封闭表面上形成氮化硅。在多种实施方式中，所述暴露的氧化硅表面包含羟基。在多种实施方式中，所述封闭剂是烯烃。例如，在一些实施方式中，所述烯烃是1-十八碳烯。在多种实施方式中，所述封闭剂是具有以下化学结构的烷基甲硅烷基卤化物，其中X是卤素，并且n是介于1和20之间并且包括1和20的整数。例如，在一些实施方式中，所述烷基甲硅烷基卤化物是十八烷基三氯硅烷。在多种实施方式中，所述方法还包括在选择性地沉积所述氮化硅之后，去除所述有机部分。在一些实施方式中，可以通过将所述半导体衬底暴露于选自由氦和氩组成的组的惰性气体并且以介于约500W与约2000W之间的等离子体功率点燃等离子体来去除所述有机部分。所述等离子体功率可以是每300mm晶片表面积介于约500W与约2000W之间。在一些实施方式中，可以通过将所述半导体衬底暴露于含氟气体和含氧气体的混合物并在介于约75W和约200W之间的等离子体功率下点燃等离子体来去除所述有机部分。所述等离子体功率可以是每300mm晶片表面积介于约75W和约200W之间。等离子体可以远程产生，例如在远程等离子体发生器中产生，或者直接(即原位)产生。在一些实施方式中，所述方法可以包括：在将所述半导体衬底暴露于所述封闭剂之前，将所述半导体衬底暴露于氢气以在所述暴露的硅表面上形成氢化基团。在一些实施方式中，所述含硅前体是卤化硅和氨基硅烷。在多种实施方式中，所述含氮反应物是氨、氨、肼或其组合中的任何一种。在多种实施方式中，所述半导体衬底可以位于设定为介于约25℃与约300℃之间的温度的基座上。在一些实施方式中，所述半导体衬底位于设定为介于约10毫托与约10托之间的室压强的室中。在多种实施方式中，每个热原子层沉积循环还包括在将所述半导体衬底暴露于所述含硅前体和将所述半导体衬底暴露于所述含氮反应物之间清扫容纳所述半导体衬底的室。另一方面涉及用于处理半导体衬底的装置，所述装置包括：至少一个处理室，其包括用于保持衬底的基座；至少一个用于耦合至真空的出口；与一个或多个烯烃气体源耦合的一个或多个处理气体入口；与一个或多个含硅前体气体源耦合的一个或多个处理气体入口；与一个或多个含氮反应物气体源耦合的一个或多个处理气体入口；以及用于控制所述装置中的操作的控制器，所述控制器包括用于以下操作的机器可读指令：将烯烃气体引入所述至少一个处理室以封闭(block)容纳在所述至少一个处理室中的所述衬底的硅表面；并且在引入烯烃气体之后，以时间分离的脉冲引入含硅前体气体和含氮反应物气体，以通过热原子层沉积选择性地在衬底的非硅表面上形成氮化硅，其中，含氮前体气体的脉冲和含氮反应气体的脉冲构成一个热原子层沉积循环。另一方面涉及用于处理半导体衬底的装置，所述装置包括：至少一个处理室，其包括用于保持衬底的基座；至少一个用于耦合至真空的出口；与一个或多个烷基甲硅烷基卤化物(alkylsilylhalide)气体源耦合的一个或多个处理气体入口；与一个或多个含硅前体气体源耦合的一个或多个处理气体入口；与一个或多个含氮反应物气体源耦合的一个或多个处理气体入口；以及用于控制所述装置中的操作的控制器，所述控制器包括用于以下操作的机器可读指令：将烷基甲硅烷基卤化物气体引入所述至少一个处理室以封闭容纳在所述至少一个处理室中的所述衬底的氧化硅表面；并且在引入烷基甲硅烷基卤化物气体之后，以时间分离的脉冲引入含硅前体气体和含氮反应物气体，以通过热原子层沉积选择性地在衬底的非氧化硅表面上形成氮化硅，其中，含氮前体气体的脉冲和含氮反应气体的脉冲构成一个热原子层沉积循环。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种在半导体衬底上沉积氮化硅的方法，所述方法包括：提供具有暴露的氧化硅表面和暴露的硅表面的所述半导体衬底；将所述半导体衬底暴露于封闭剂以通过在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的一个上形成有机部分而封闭所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述一个，而所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的另一个保持未封闭；以及通过一个或多个热原子层沉积循环在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述另一个上选择性地沉积氮化硅，每个循环包括：将具有所述封闭表面和所述未封闭表面的所述半导体衬底暴露于含硅前体以将所述含硅前体吸附到所述未封闭表面；以及在没有点燃等离子体的情况下将所述半导体衬底暴露于含氮反应物以相对于所述封闭表面选择性地在所述未封闭表面上形成氮化硅。2.根据条款1所述的方法，其中所述封闭剂是烯烃。3.根据条款1所述的方法，其中所述封闭剂是具有以下化学结构的烷基甲硅烷基卤化物，其中X是卤素，并且n是介于1和20之间并且包括1和20的整数。4.根据条款1所述的方法，其中所述暴露的氧化硅表面包含羟基。5.根据条款1所述的方法，其还包括在选择性地沉积所述氮化硅之后，去除所述有机部分。6.根据条款5所述的方法，其中去除所述有机部分包括将所述半导体衬底暴露于选自由氦和氩组成的组的惰性气体并且以介于约500W与约2000W之间的等离子体功率点燃等离子体。7.根据条款3所述的方法，其进一步包括，在选择性地沉积所述氮化硅之后，通过将所述半导体衬底暴露于含氟气体和含氧气体的混合物并在介于约75W和约200W之间的等离子体功率下点燃等离子体来去除所述有机部分。8.根据条款1-7中任一项所述的方法，其还包括：在将所述半导体衬底暴露于所述封闭剂之前，将所述半导体衬底暴露于氢气以在所述暴露的硅表面上形成氢化基团。9.根据条款1-7中任一项所述的方法，其中所述含硅前体选自由卤化硅和氨基硅烷组成的组。10.根据条款1-7中任一项所述的方法，其中所述含氮反应物是氨、氮、肼或其组合。11.根据条款1-7中任一项所述的方法，其中所述半导体衬底位于设定为介于约25℃与约300℃之间的温度的基座上。12.根据条款1-7中任一项所述的方法，其中所述半导体衬底位于设定为介于约10毫托与约10托之间的室压强的室中。13.根据条款1-7中任一项所述的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在半导体衬底上沉积氮化硅的方法，所述方法包括：提供具有暴露的氧化硅表面和暴露的硅表面的所述半导体衬底；将所述半导体衬底暴露于封闭剂以通过在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的一个上形成有机部分而封闭所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述一个，而所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的另一个保持未封闭；以及通过一个或多个热原子层沉积循环在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述另一个上选择性地沉积氮化硅，每个循环包括：将具有所述封闭表面和所述未封闭表面的所述半导体衬底暴露于含硅前体以将所述含硅前体吸附到所述未封闭表面；以及在没有点燃等离子体的情况下将所述半导体衬底暴露于含氮反应物以相对于所述封闭表面选择性地在所述未封闭表面上形成氮化硅。

【技术特征摘要】
2017.03.17 US 15/462,695;2018.01.23 US 15/878,3491.一种在半导体衬底上沉积氮化硅的方法，所述方法包括：提供具有暴露的氧化硅表面和暴露的硅表面的所述半导体衬底；将所述半导体衬底暴露于封闭剂以通过在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的一个上形成有机部分而封闭所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述一个，而所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的另一个保持未封闭；以及通过一个或多个热原子层沉积循环在所述暴露的氧化硅表面和所述暴露的硅表面中的所述另一个上选择性地沉积氮化硅，每个循环包括：将具有所述封闭表面和所述未封闭表面的所述半导体衬底暴露于含硅前体以将所述含硅前体吸附到所述未封闭表面；以及在没有点燃等离子体的情况下将所述半导体衬底暴露于含氮反应物以相对于所述封闭表面选择性地在所述未封闭表面上形成氮化硅。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述封闭剂是烯烃。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述封闭剂是具有以下化学结构的烷基甲硅烷基卤化物，其中X是卤素，并且n是介于1和20之间并且包括1和20的整数。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述暴露的氧化硅表面包含羟基。5.一种在半导体衬底上沉积氮化硅的方法，所述方法包括：提供具有封闭表面和未封闭表面的所述半导体衬底，所述封闭表面包含具有Si-C键的有机部分；以及通过一个或多个热原子层沉积循环在所述未封闭表面上选择性地沉积氮化硅，每个循环包括：将具有所述封闭表面和所述未封闭表面的所述半导体衬底暴露于含硅前体以将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·查尔斯·史密斯，丹尼斯·M·豪斯曼，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US