通过使用负偏压的PEALD沉积膜的方法技术

一种通过PEALD在衬底上形成膜的方法包含沉积循环，每个沉积循环包含：(i)以脉冲形式将前体馈送到反应空间以使前体吸附在衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于第二电极以在所述反应空间中产生等离子体，前体吸附的所述表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于所述第二电极，参考第一电极的表面上的电位，所述偏置电压为负，其中所述循环重复以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。

Method of depositing film by using negative bias PELD

A method of forming a film on a substrate by PEALD includes a deposition cycle, each of which includes: (i) feeding the precursor into the reaction space in pulse form to adsorb the precursor onto the surface of the substrate; (i i) after step (i), applying RF power to the second electrode to generate plasma in the reaction space, and exposing the surface adsorbed by the precursor to the plasma. Sublayers are thus formed on the surface; and (iii) bias voltage is applied to the second electrode when RF power is applied in step (ii). Referring to the potential on the surface of the first electrode, the bias voltage is negative. The bias voltage is repeated to deposit multiple sublayers until the film formed by the sublayer has the desired thickness.

【技术实现步骤摘要】
通过使用负偏压的PEALD沉积膜的方法
本专利技术大体上涉及通过使用由负偏置电压改良的电容耦合等离子体(CCP)的等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法。
技术介绍
通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)而沉积的电介质膜广泛用在半导体制造业中，因为在沉积于纵横比约为10的沟槽中时，此类膜的保形性极高，例如100％。然而，使用电容耦合等离子体(CCP)的常规PEALD具有以下问题。等离子体是含有正离子和自由电子的离子化气体，所述正离子和自由电子的比例或多或少不产生总电荷，且在使用CCP的PEALD中，使用离子和基团完成膜的形成。离子轰击对于膜生长和膜质量较重要。然而，施加在衬底表面上的强烈离子轰击会产生问题。即，在许多PEALD工艺中，离子轰击会恶化膜特性。图5示出膜沉积中因强烈离子轰击45所致的问题，其中(a)示出沉积膜42与衬底41之间的结合破坏，(b)示出沿着沉积膜42与衬底41之间的界面形成浮泡43a(浮泡43b还形成于沉积膜表面上)，且(c)示出沉积膜42与衬底41之间沉积的底层44的损坏或蚀刻。有可能通过减小等离子体功率和/或增大过程压力来缓解强烈离子轰击的不利影响。然而，当等离子体功率减小时，等离子体密度会减小，从而产生不均匀或不一致的等离子体分布，且当过程压力增大时，等离子体的激发变得困难和不稳定。鉴于上述问题，本专利技术人完成本专利技术，本专利技术的至少一些实施例可有效解决上述问题中的一些或全部。对与现有技术相关的包含上文所论述的那些问题和解决方案的任何论述仅仅出于提供本专利技术上下文的目的而包含在本公开中，且不应视作承认在进行本专利技术时已知晓任何或全部所述论述。
技术实现思路
一些实施例提供一种在由面向彼此的电容耦合的第一和第二电极限定的反应空间中通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法，其中衬底面向第二电极放置在第一电极上，所述PEALD包括沉积循环，每个循环包括：(i)以脉冲形式将前体馈送到反应空间以使前体吸附于衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于第二电极以在反应空间中产生等离子体，前体吸附的表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于第二电极，参考第一电极表面上的电位，所述偏置电压为负，其中重复所述循环以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。可在最小修改的情况下使用包含任何常规设备的任何合适的CCP型PEALD设备实施上述方法，以便产生具有低离子能量的高密度等离子体。一些实施例的特征可在于以下特征：(1)具有较低等离子体电位的较低离子能量过程；(2)具有较高等离子体密度的较高产出量；以及(3)上部电极上较少的粒子产生。放置衬底的下部区处的离子能量控制能力尤其显著。如上文相对于图5所论述，离子轰击可引发层间分离、起泡或蚀刻以及PEALD膜特性恶化等缺陷；但一些实施例可有效地消除这些问题且尤其有利于离子轰击敏感的PEALD工艺，从而实现具有良好膜特性的膜形成。出于概述本专利技术的方面和所实现的优于相关技术的优势的目的，本专利技术的某些目标和优势描述于本公开中。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可根据本专利技术的任一特定实施例实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，本专利技术可按实现或优化如本文中教示的一个优势或一组优势的方式实施或实现，而不必实现如本文中可能教示或表明的其它目标或优势。本专利技术的其它方面、特征和优势将根据下文的详细描述而变得显而易见。附图说明现将参考优选实施例的图来描述本专利技术的这些和其它特征，所述优选实施例在于说明而非限制本专利技术。各图出于说明性目的被大大简化并且未必按比例。图1是根据本专利技术的实施例的用于使用伴有负偏置电压的单频RF功率沉积电介质膜的PEALD(等离子体增强原子层沉积)设备的示意性表示。图2是根据本专利技术的实施例的用于使用伴有负偏置电压的双频RF功率沉积电介质膜的PEALD(等离子体增强原子层沉积)设备的示意性表示。图3是根据本专利技术的实施例的用于测量包含在构成电位的分量中的直流电分量以确定偏置电压的电路的示意性表示。图4示出使用在本专利技术的实施例中可用的流通系统(FPS)的前体供应系统的示意性表示，其中(a)示出带有前体的气流以及(b)示出不带前体的气流。图5示出由强烈离子轰击引起的膜沉积中的问题，其中(a)示出沉积膜与衬底之间的结合破坏，(b)示出沿着沉积膜与衬底之间的界面形成浮泡，以及(c)示出沉积膜与衬底之间沉积的底层的损坏或蚀刻。图6示出实施例，其中在(a)中DC偏置电压随着工艺循环的进行而改变，即，在(b)中离子能量随着工艺循环的进行而改变。图7示出实施例，其中(a)示出负DC偏置电压施加于上部电极(“w/DC偏压”)时和没有施加负DC偏置电压(“w/oDC偏压”)时电极之间的电位特征曲线，且(b)是电极之间的等离子体分布的示意性表示。应注意，为易于说明，已将定向逆时针旋转90度。图8示出根据本专利技术的实施例的示意性工艺工序，其中步升线表示接通状态或增大量状态，而步降线表示断开状态或减小量状态，且每个区段的高度和持续时间未必按比例。图9是示出根据本专利技术的实施例的负偏置电压的量与底层有机膜的损坏之间以及负偏置电压的量与沉积在有机膜上的SiCNO膜的湿法蚀刻速率之间极大地简化的关系的图。具体实施方式在本公开中，取决于上下文，“气体”可包含汽化固体和/或液体，且可由单一气体或气体混合物构成。同样，取决于上下文，冠词“一”是指一种物种或包含多个物种的属。在本公开中，通过喷头引入到反应室的用于沉积的工艺气体可包括含硅前体和添加气体、主要由含硅前体和添加气体组成或构成。所述添加气体可包含用于氧化、氮化和/或碳化前体的反应气体和在RF功率施加于添加气体时用于激发前体的惰性气体(例如，稀有气体)。惰性气体可作为运载气体和/或稀释气体馈送到反应室。此外，在一些实施例中，不使用反应气体，且仅使用稀有气体(作为运载气体和/或稀释气体)。前体和添加气体可作为混合气体或单独地引入到反应空间。可利用稀有气体等运载气体引入前体。除工艺气体外的气体，即，在不穿过喷头的情况下引入的气体，可用于例如密封反应空间，这包含稀有气体等密封气体。在一些实施例中，术语“前体”大体上是指参与产生另一化合物的化学反应的化合物，且尤其是指构成膜基质或膜的主构架的化合物，而术语“反应物”是指并非前体的与前体相关联而使用且激活前体、使前体改性或催化前体的反应的化合物，其中在施加RF功率时，所述反应物可提供元素(例如O、N和/或C)到膜基质且变成膜基质的一部分。术语“惰性气体”是指在未施加RF功率(或其它电磁能)时不活泼、但在施加RF功率(或其它电磁能)时可变成等离子体态以激发前体或改造膜的气体，但不同于反应物，其可能不会变成膜基质的一部分或并入其中。在一些实施例中，“膜”是指在垂直于厚度方向的方向上连续延伸的基本上无小孔的覆盖整个目标或相关表面的层，或仅仅是指覆盖目标或相关表面的层。在一些实施例中，“层”是指形成于表面上的具有某一厚度的结构，或膜或非膜结构的同义词。膜或层可由具有某些特性的离散单膜或单层构成或由多个膜或层构成，且邻近膜或层之间的边界可以透明或可以不透明，且可基于物理、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在由面向彼此的电容耦合的第一和第二电极限定的反应空间中通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法，其中所述衬底面向所述第二电极放置在所述第一电极上，所述PEALD包括沉积循环，每个循环包括：(i)以脉冲形式将前体馈送到所述反应空间以使所述前体吸附在所述衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于所述第二电极以在所述反应空间中产生等离子体，前体吸附的所述表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于所述第二电极，参考所述第一电极的表面上的电位，所述偏置电压为负，其中重复所述循环以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。

【技术特征摘要】
2017.07.26 US 15/659,6311.一种在由面向彼此的电容耦合的第一和第二电极限定的反应空间中通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法，其中所述衬底面向所述第二电极放置在所述第一电极上，所述PEALD包括沉积循环，每个循环包括：(i)以脉冲形式将前体馈送到所述反应空间以使所述前体吸附在所述衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于所述第二电极以在所述反应空间中产生等离子体，前体吸附的所述表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于所述第二电极，参考所述第一电极的表面上的电位，所述偏置电压为负，其中重复所述循环以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏置电压是DC电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏置电压是具有1MHz或更低频率的AC电压，其平均电压不为零。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电极接地。5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(ii)另外包括将RF功率施加于所述第一电极。6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(ii)中，所述等离子体是氢等离子体。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木俊哉，
申请(专利权)人：ASMIP控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL