向表面上沉积材料的方法和根据此方法形成的结构技术

公开了在基板的表面上沉积材料的方法。所述方法包括在反应室内将基板的表面暴露于前体以在表面上形成被吸附的物种并在向反应室引入反应物之前去除至少一部分被吸附的物种。

【技术实现步骤摘要】
向表面上沉积材料的方法和根据此方法形成的结构
本公开总的涉及向基板的表面上沉积材料的方法、使用该方法形成的结构和用于沉积材料的系统。
技术介绍
由于多种原因，可能需要保形膜沉积。例如，在器件如半导体器件的制造过程中，常希望在形成于基板表面上的特征上方保形地沉积材料。这样的技术可用于浅沟槽隔离、金属间介电层、钝化层等。然而，随着器件的小型化，保形地沉积材料变得越来越困难，特别是在高纵横比特征，如纵横比为三以上的特征上方。可使用原子层沉积(ALD)来向基板的表面上保形地沉积材料。对于一些应用，如当前体和/或反应物不然需要相对较高的温度进行ALD沉积和/或需要保持相对较低的加工温度时，可能需要使用等离子体增强的ALD(PE-ALD)。不幸的是，使用PE-ALD在高纵横比特征上沉积的材料往往表现出差的保形性/差的台阶覆盖率，因为与特征顶部处或顶部附近相比，特征底部(例如，沟槽或过孔)处沉积的材料会较少。沉积材料差的保形性可归因于经活化物种如自由基的损失，这可能因自由基在例如特征的侧壁处的表面再结合而发生。改善PE-ALD沉积材料低的保形性的工作已集中在调整工艺参数如RF功率、等离子体暴露时间、压力等上，以在特征的底部附近提供足够的经活化物种如自由基，以增加沉积在特征的底部处的材料的量。然而，由于自由基的再结合是一种固有现象，故这种努力受到了限制。而且，近来的设备制造规范常要求在特征的底部附近具有低的等离子体。对于这样的应用，不能使用包括增加特征的底部处的经活化物种和/或经活化物种能量的常规方法。>为了克服这样的问题，人们已提出若干技术。例如，授予Pore等人的美国专利9,887,082公开了一种填充间隙的方法。该方法包括向反应室中提供前体以在基板的表面上形成被吸附的物种，将被吸附的物种暴露于氮等离子体以在特征的顶部处形成包含氮的物种，和向反应室提供反应物等离子体，其中氮充当反应物的抑制剂，导致与传统的PE-ALD技术相比较少的材料沉积在特征的顶部处。然而，常常难以为所需的反应物经活化物种找到抑制剂的合适组合。授予Oka等人的美国专利号8,569,184公开了另一种PE-ALD方法。Oka等人的方法包括前体进给步骤，其中前体包含硅和非金属元素(如N、C、B)，其被吸附到基板表面上；惰性气体等离子体暴露步骤，其中前体被惰性气体等离子体分解；和反应物等离子体暴露步骤。分解的前体被氧化为硅的络合阴离子化合物。然而，此方法可能无法充分解决使用常规PE-ALD方法的问题。相应地，需要用于向基板上保形地沉积材料的改进方法和使用这样的方法形成的结构。相关领域中涉及的问题和解决方案的任何讨论仅出于为本专利技术提供上下文的目的引入了本公开中而不应视为承认任何或所有这些讨论在完成本专利技术时是已知的。
技术实现思路
本公开的各种实施方案涉及向基板的表面上沉积材料——例如在基板表面上的特征上方保形地沉积材料的方法。虽然下文更详细地讨论了本公开的各种实施方案解决现有方法和系统的缺点的方式，但总体上，本公开的各种实施方案提供了适合于在基板表面上的高纵横比特征上方保形地沉积材料同时减轻特征底部处或底部附近的任何等离子体相关损伤的改进方法。示例性的方法包括，在向反应室中提供反应物之前向基板的表面上吸附前体和去除一部分被吸附的前体——例如通过溅射。去除一部分被吸附的前体会减慢沉积速率并增加使用PE-ALD沉积的材料的保形性，特别是在高纵横比特征中。根据本公开的至少一个实施方案，向基板的表面上沉积材料的方法包括：在反应室内提供基板；使基板的表面暴露于前体，使得前体与所述表面上的物种反应形成被吸附的物种；去除一部分被吸附的物种，在表面上留下残余物种；和向反应室提供反应物，其中所述反应物与残余物种反应形成材料。去除步骤可包括例如溅射。可使用惰性气体如氩气、氦气、氖气、氪气和氙气中的一种或多种的经活化物种来进行溅射。在去除步骤中可使用直接或远程等离子体系统。在向反应室提供反应物的部分或全部步骤过程中也可使用直接或远程等离子体系统。根据一些方面，可在前体脉冲间隔——即向反应室供给前体的时间间隔的至少一部分期间向反应室供给前体和反应物。示例性的方法还可包括例如在将基板的表面暴露于前体之后和/或在向反应室提供反应物之后，使用真空源和/或吹扫气体如氩气、氦气、氖气、氪气和/或氙气吹扫反应室的步骤。另外，可使用反应物(例如，不暴露于等离子体)来促进前体的吹扫。根据一些实例，在将基板的表面暴露于前体、去除一部分被吸附的物种和向反应室提供反应物的步骤的过程中向反应室连续地提供吹扫气体。根据本公开的还又一个示例性实施方案，提供了一种配置为执行如本文所述的方法的沉积装置。根据本公开的还又一个示例性实施方案，器件结构包括根据本文描述的方法沉积的层。通过下文结合附图对某些实施方案的详细描述，这些及其它实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的；本专利技术不限于所公开的任何特定实施方案。附图说明当结合以下示意性附图考虑时，可通过参考详细描述和权利要求来得到对本公开的示例性实施方案的更全面理解。图1示意了根据本公开的至少一个实施方案沉积材料的方法。图2-4示意了根据本公开的至少一个实施方案形成的结构。图5示意了根据本公开的至少一个实施方案的方法。图6示意了根据本公开的至少一个实施方案的前体的吸附状态。图7示意了根据本公开的示例性实施方案的材料沉积时序。图8示意了根据本公开的示例性实施方案的PE-ALD装置的示意图。图9示意了根据本公开的一个实施方案的使用流通系统(FPS)的前体供给系统。应理解，图中的元件仅为简单和清晰起见示意而不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大以帮助改善对所示意的本公开实施方案的理解。具体实施方式尽管下文公开了某些实施例和实例，但所属领域的技术人员将理解，本专利技术延伸超出了本专利技术具体公开的实施例和/或用途以及显而易见的修改和其等效物。因此，希望本专利技术所公开的范围不应受下文所描述特定公开实施例的限制。本公开总的涉及向基板的表面上沉积材料的方法、用于执行该方法的沉积装置和使用该方法形成的结构。可使用如本文所述的方法来加工基板如半导体晶片以形成例如电子器件。举例来说，可使用本文所述的系统和方法来向基板的表面上保形地沉积材料，所述基板可包括高纵横比特征。在本公开中，取决于上下文，“气体”可包括在室温和常压下为气体的材料、气化的固体和/或气化的液体，并可由单一气体或气体的混合物构成。可使用非工艺气体的气体，即不经过气体分配组件如喷淋头、其它气体分配装置等而引入的气体，来例如密封反应空间，这包括密封气体如稀有气体。在一些实施方案中，术语“前体”通常是指参与产生另一化合物的化学反应的化合物，特别是指构成膜基质或膜的主要骨架的化合物，而术语“反应物”是指非前体的化合物，其活化前体、改性前体或催化前体的反应，其中当施加RF功率时，反应物可向膜基质提供元素(如O、N、C)并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种向基板的表面上沉积材料的方法，所述方法包括步骤：/n在反应室内提供基板；/n使所述基板的表面暴露于前体，其中所述前体与所述表面上的物种反应形成被吸附的物种；/n去除一部分所述被吸附的物种，在所述表面上留下残余物种；以及/n向所述反应室提供反应物，/n其中所述反应物与所述残余物种反应以形成所述材料。/n

【技术特征摘要】
20190510 US 62/846,4241.一种向基板的表面上沉积材料的方法，所述方法包括步骤：
在反应室内提供基板；
使所述基板的表面暴露于前体，其中所述前体与所述表面上的物种反应形成被吸附的物种；
去除一部分所述被吸附的物种，在所述表面上留下残余物种；以及
向所述反应室提供反应物，
其中所述反应物与所述残余物种反应以形成所述材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其中去除步骤包括溅射。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述溅射包括使用由惰性气体形成的经活化物种。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述惰性气体选自氩气、氦气、氖气、氪气和氙气中的一种或多种气体。


5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述去除步骤期间形成等离子体。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述等离子体使用直接等离子体系统形成。


7.根据权利要求5所述的方法，其中所述等离子体使用远程等离子体系统形成。


8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在向所述反应室提供所述反应物的步骤的至少一部分期间形成等离子体。


9.根据权利要求1所述的方法，其中在前体脉冲间隔的至少一部分期间向所述反应室提供所述前体和所述反应物。


10.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述基板的表面暴露于前体、去除一部分所述被吸附的物种和向所述反应室提供所述反应物的步骤的过程中，向所述反应室连续地提供吹扫气体。


11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括从所述反应室吹扫所述前体的步骤，其中吹扫步骤包括向所述反应室提供惰性气体和所述反应物。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田真也，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL