在含硅表面上的选择性沉积制造技术

公开了一种用于在衬底上选择性沉积材料的方法，其中该衬底具有至少两个不同的表面，其中一个表面被钝化从而允许在未钝化的表面上选择性沉积。特别地，公开了一种用于制备用于选择性膜沉积的衬底表面的方法，其中所述衬底的表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在含硅表面上的选择性沉积相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年3月17日提交的美国临时专利申请No.62/472,724的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
本申请涉及相对于第二表面在衬底的第一表面上的选择性沉积。另外，进一步的处理可以用于随后相对于第一表面在第二表面上沉积不同的材料。选择性沉积工艺主要因为当代光刻工艺的局限性而正在获得大量的动力，以使得能够基于不断减小的物理尺寸制造先进的半导体器件。传统上，在微电子工业中已经使用各种光刻和蚀刻工艺实现图案化。然而，由于光刻正在指数性地变得更复杂和昂贵，因此使用选择性沉积以形成自对准特征正在变得极具吸引力。自对准通孔结构的制造显著受益于可制造选择性沉积工艺。选择性沉积的另一个潜在应用是间隙填充。在间隙填充中，电介质“填充”膜从沟槽的底部朝向顶部选择性地生长。选择性沉积可用于其他应用，例如选择性侧壁沉积，其中膜选择性沉积在三维FIN-FET结构的暴露表面上。这会使得能够沉积侧壁间隔物而不需要复杂的图案化步骤。用于用作栅极电介质和电容器电介质的金属和金属氧化物膜的选择性沉积工艺也在半导体器件制造中具有很大的实用性。在技术文献中有许多先前的例子涉及在具有暴露的多个不同化学表面的晶片上选择性地形成表面钝化涂层。这样做的目的是延迟或阻止在这些钝化表面上通过ALD工艺沉积膜，但不阻止在其中需要ALD沉积工艺以沉积膜的表面上的沉积。通常，由于表面的不完全钝化和/或由于ALD前体分子的物理吸附和随后ALD膜材料在钝化层自身内或在不期望沉积的表面上形成，工艺的选择性不足。本专利技术寻求克服现有技术的局限性，并提供用于使用ALD沉积工艺选择性沉积膜材料的改进方法。
技术实现思路
本公开的一个或多个实施方式涉及沉积膜的方法。提供一种衬底，其包含含有羟基封端(hydroxyl-terminated)表面的第一衬底表面和含有氢封端表面的第二衬底表面。使所述衬底暴露于多个处理步骤以相对于氢封端表面选择性地改变羟基封端表面，以使其在后续膜沉积步骤(其中膜选择性沉积在氢封端表面上)期间无反应性或反应性低于未处理的羟基封端表面。在最广泛的方面，本专利技术提供了一种用于制备用于选择性膜沉积的衬底的表面的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，其相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；在约200℃至约600℃的温度下加热所述经处理的衬底，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分的所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团。在另一个方面，本专利技术提供了一种用于通过气相反应选择性钝化衬底的表面的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，其相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；在约200℃至约600℃的温度和10-10托至3000托的压力下加热所述经处理的衬底，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分的所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团；在等于或低于所述加热步骤的温度下使所述衬底暴露于选自式I和式II的含硅化合物：和其中R1、R2和R4各自独立地选自H、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；R3选自C1-C18烷基、C3-C10支链烷基、C4-C10杂环基和C4-C10芳基；R5选自键、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；X选自NRaRb、Cl、F、Br、I、-OCH3和-OH、其中Ra和Rb各自独立地选自H、C1-C4直链烷基和C1-C4支链烷基；且n和n’各自独立地选自0-5的数字，其中n+n’>1且<11，其中所述含硅化合物与所述第一表面的所述表面羟基基团反应以形成甲硅烷基醚封端表面，从而钝化所述表面。在另一个方面，本专利技术提供了一种在衬底的表面上选择性沉积膜的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，其相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；在约200℃至约600℃的温度和10-10托至3000托的压力下加热所述经处理的衬底，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分的所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团；在等于或低于所述加热步骤的温度下使所述衬底暴露于选自式I和式II的含硅化合物：和其中R1、R2和R4各自独立地选自H、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；R3选自C1-C18烷基、C3-C10支链烷基、C4-C10杂环基和C4-C10芳基；R5选自键、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；X选自NRaRb、Cl、F、Br、I、-OCH3和-OH，其中Ra和Rb各自独立地选自H、C1-C4直链烷基和C1-C4支链烷基；且n和n’各自独立地选自0-5的数字，其中n+n’>1且<11，其中所述含硅化合物与所述第一表面的所述表面羟基基团反应以形成甲硅烷基醚封端的表面，从而钝化所述表面；和使所述衬底暴露于一种或多种沉积气体以相对于所述第一表面选择性地在所述第二表面上沉积膜。本专利技术的实施方式可以单独使用或彼此组合使用。附图说明图1是本专利技术的热处理步骤对衬底表面的影响的示意图；图2是根据本专利技术的钝化表面的示意图；图3是根据本专利技术的实施方式在湿化学暴露步骤之后的衬底表面的TOF-SIMS谱图；图4是说明根据本专利技术的实施方式，热处理步骤的温度分布相对于时间的图，以及显示H2O信号损失的相应QMS谱图；图5是说明热暴露前和热暴露后衬底表面通过TOF-SIMS测量的标准化SiOH强度的图；图6是根据本专利技术的实施方式在湿化学暴露步骤后的衬底表面的TOF-SIMS谱图；图7是说明根据本专利技术的实施方式热处理步骤的温度分布相对于时间的图；图8是说明根据本专利技术的实施方式热处理步骤的温度分布相对于时间的图，以及显示H2O信号损失的相应QMS谱图；图9是根据本专利技术的实施方式在湿化学暴露步骤后和热处理后的衬底表面的一系列TOF-SIMS谱图；图10是说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备用于选择性膜沉积的衬底的表面的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170317 US 62/472,7241.一种制备用于选择性膜沉积的衬底的表面的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：
使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，所述经处理的衬底相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；和
将所述经处理的衬底加热至约200℃至约600℃的温度，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触步骤在约50℃至约100℃的温度下进行。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述接触步骤在约55℃至约95℃的温度下进行。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述接触步骤在约60℃至约90℃的温度下进行。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热步骤在约200℃至约550℃的温度下进行。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述加热步骤在约300℃至约500℃的温度下进行。


7.根据权利要求5所述的方法，其中所述加热步骤在约400℃至约450℃的温度下进行。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热步骤通过首先将所述衬底加热至低于200℃的温度5-10分钟，然后将温度提高至约400℃至约500℃而进行。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿化学组合物包含选自以下中的至少一种：组合物，其包含H2O2(28％aq)、NH4O4(28-30％，和H2O，HF(0.01％-5％(aq))、过氧化物、和H2SO4/H2O2混合物。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含选自-SiH3、-SiH2和-SiH中的至少一种。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含Si(100)。


12.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含SiO2的第一表面包含选自-SiH3、-SiH2和-SiH中的至少一种。


13.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含SiN。


14.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含金属或金属氧化物。


15.一种用于通过气相反应选择性钝化衬底的表面的方法，其中所述衬底的所述表面包含至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：
使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，所述经处理的衬底相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；
在约200℃至约600℃的温度和10-10托至3000托的压力下加热所述经处理的衬底，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团；
在等于或低于所述加热步骤的温度下使所述衬底暴露于选自式I和式II的含硅化合物：



其中
R1、R2和R4各自独立地选自H、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；
R3选自C1-C18烷基、C3-C10支链烷基、C4-C10杂环基和C4-C10芳基；
R5选自键、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；
X选自NRaRb、Cl、F、Br、I、-OCH3和-OH，其中Ra和Rb各自独立地选自H、C1-C4直链烷基和C1-C4支链烷基；和
n和n’各自独立地选自0-5的数字，其中n+n’>1且<11，
其中所述含硅化合物与所述第一表面的所述表面羟基基团反应以形成甲硅烷基醚封端表面，从而钝化所述表面。


16.根据权利要求15所述的方法，其中所述含硅化合物是至少一种由式I表示的化合物。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述式I表示的化合物是选自以下的至少一种：碘三(3,3,3-三氟丙基)硅烷、二甲基氨基三(3,3,3-三氟丙基)硅烷、[(CF3CF2(CH2)6(CH3)2SiCl]和溴三(1,1,1,3,3,3-六氟-异丙基)硅烷。


18.根据权利要求15所述的方法，其中所述含硅化合物是式Ⅱ表示的化合物。


19.根据权利要求18所述的方法，其中所述式II表示的化合物选自1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(丁烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(丁烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(丁烷)；和1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(丁烷)。


20.根据权利要求15所述的方法，其中所述接触步骤在约50℃至约100℃的温度下进行。


21.根据权利要求20所述的方法，其中所述接触步骤在约55℃至约95℃的温度下进行。


22.根据权利要求21所述的方法，其中所述接触步骤在约60℃至约90℃的温度下进行。


23.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热步骤在约200℃至约650℃的温度下进行。


24.根据权利要求23所述的方法，其中所述加热步骤在约300℃至约550℃的温度下进行。


25.根据权利要求24所述的方法，其中所述加热步骤在约400℃至约500℃的温度下进行。


26.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热步骤通过首先将所述衬底加热至低于200℃的温度5-10分钟，然后将温度提高至约400℃至约500℃而进行。


27.根据权利要求15所述的方法，其中所述湿化学组合物包含选自以下的至少一种：组合物，其包含H2O2(28％aq)、NH4O4(28-30％，和H2O、HF(0.01％-5％(aq))、过氧化物和H2SO4/H2O2混合物。


28.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含选自-SiH3、-SiH2和-SiH中的至少一种。


29.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含Si(100)。


30.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含SiO2的第一表面包含选自-SiH3、-SiH2和-SiH中的至少一种。


31.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含SiN。


32.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含SiH的第二表面包含金属或金属氧化物。


33.根据权利要求15所述的方法，其中所述暴露步骤在150℃至500℃的温度下进行。


34.根据权利要求15所述的方法，其中所述暴露步骤在150℃至450℃的温度下进行。


35.一种在衬底的表面上选择性沉积膜的方法，其中所述衬底的所述表面包括至少第一表面和第二表面，所述第一表面包含SiO2和初始浓度的表面羟基基团，且所述第二表面包含SiH，所述方法包括以下步骤：
使所述衬底与湿化学组合物接触以获得经处理的衬底，所述经处理的衬底相对于所述初始浓度的表面羟基基团包含浓度增加的表面羟基基团；
在约200℃至约600℃的温度和10-10托至3000托的压力下加热所述经处理的衬底，其中所述加热步骤将所述第一表面上的至少一部分所述表面羟基基团转化为所述衬底的所述表面上的表面硅氧烷基团；
在等于或低于所述加热步骤的温度下使所述衬底暴露于选自式I和式II的含硅化合物：



其中
R1、R2和R4各自独立地选自H、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；
R3选自C1-C18烷基、C3-C10支链烷基、C4-C10杂环基和C4-C10芳基；
R5选自键、C1-C8直链烷基、C3-C8支链烷基、C3-C8环烷基、C3-C10杂环基、C3-C10烯基、C4-C8芳基和C3-C10炔基；
X选自NRaRb、Cl、F、Br、I、-OCH3和-OH，其中Ra和Rb各自独立地选自H、C1-C4直链烷基和C1-C4支链烷基；和
n和n’各自独立地选自0-5的数字，其中n+n’>1且<11，
其中所述含硅化合物与所述第一表面的所述表面羟基基团反应以形成甲硅烷基醚封端表面，从而钝化所述表面；和
使所述衬底暴露于一种或多种沉积前体以相对于所述第一表面选择性地在所述第二表面上沉积膜。


36.根据权利要求15所述的方法，其中所述含硅化合物是式I表示的化合物。


37.根据权利要求36所述的方法，其中所述式I表示的化合物选自碘三(3,3,3-三氟丙基)硅烷、二甲基氨基三(3,3,3-三氟丙基)硅烷、[(CF3CF2(CH2)6(CH3)2SiCl]和溴三(1,1,1,3,3,3-六氟-异丙基)硅烷。


38.根据权利要求35所述的方法，其中所述含硅化合物是式Ⅱ表示的化合物。


39.根据权利要求38所述的方法，其中所述式II表示的化合物选自1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(乙烷)；1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(丙烷)；1,3-双-氯二甲基甲硅烷基(丁烷)；1,3-双-溴二甲基甲硅烷基(丁烷)；1,3-双-碘二甲基甲硅烷基(丁烷)；和1,3-双-二甲基氨基-二甲基甲硅烷基(丁烷)。


40.根据权利要求35所述的方法，其中所述接触步骤在约50℃至约100℃的温度下进行。


41.根据权利要求40所述的方法，其中所述接触步骤在约55℃至约95℃的温度下进行。


42.根据权利要求41所述的方法，其中所述接触步骤在约60℃至约90℃的温度下进行。


43.根据权利要求35所述的方法，其中所述加热步骤在约200℃至约650℃的温度下进行。


44.根据权利要求35所述的方法，其中所述加热步骤在约300℃至约550℃的温度下进行。


45.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·托德，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US