用于增大ALD工艺的沉积速率的方法技术

一种通过使挥发性碱与金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物前体共流而增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法。该碱不会与其共流的前体反应，使得在流动时间期间该碱不会在衬底上产生任何可测量的膜或在该处理室中产生任何可测量的颗粒。添加碱性催化剂增大与其共流的前体的吸附率。共流的前体的吸附率。共流的前体的吸附率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增大ALD工艺的沉积速率的方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2018年8月6日申请的美国专利申请No.16/056,301的优先权，其通过引用合并于此以用于所有目的。


[0002]本公开内容涉及半导体处理的方法。更具体而言，本公开内容涉及增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法。

技术介绍

[0003]ALD是一种半导体处理中所使用的薄膜沉积方法且被认为是使得能沉积原子级的极薄的保形膜的沉积方法。利用ALD沉积能精确地控制所沉积的膜的厚度和组成。一般而言，在ALD工艺中，将半导体衬底暴露于交替的前体以在衬底表面上生长膜。每一ALD循环包含多种前体中的每一种的脉冲化，使不同前体的脉冲不重叠,并且不同前体不会同时出现在反应器中。利用每一脉冲，前体分子与衬底表面反应而在表面上形成膜，一旦衬底表面上的所有反应性位点都被消耗时则反应停止。
[0004]然而已知ALD是非常慢的工艺，且ALD的缓慢沉积速率被认为是其主要限制。利用传统的两前体(如硅的酰胺和O2等离子体)ALD工艺来沉积二氧化硅(SiO2)，通常仅达到每循环约的沉积速率，具体取决于温度。因此，期望ALD工艺能有较快的沉积速率。

技术实现思路

[0005]根据一实施方案，提供了一种用于增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法。提供处理室，其中衬底在所述室中。使第一前体流入所述室中。所述第一前体包含金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物(metal halide)，并且所述第一前体的吸附导致在所述衬底上生长膜。使气相的碱与所述第一前体共流至所述室中，以将所述衬底的表面同时暴露于所述第一前体与所述碱。所述碱不会与所述第一前体反应，使得所述碱不会在所述衬底的所述表面上产生任何能测量的膜，并且所述碱不会在所述室中产生任何能测量的颗粒。使第二前体流入所述室中，并且所述第二前体的吸附提供所述膜的氧化或氮化。
[0006]根据另一实施方案，提供了一种用于增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法。提供处理室，其中衬底在所述室中。使第一前体流入所述室中。所述第一前体是金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物，并且所述第一前体的吸附导致在所述衬底上生长膜。使挥发性的碱与所述第一前体共流至所述室中，以将所述衬底的表面同时暴露于所述第一前体与所述碱。所述碱不会与所述第一前体反应，使得所述碱不会在所述衬底的所述表面上产生任何能测量的膜且所述碱不会在所述室中产生任何能测量的颗粒。使挥发性的碱或酸与第二前体共流入所述室中，并且所述第二前体的吸附提供所述膜的氧化或氮化。
[0007]根据又一实施方案，提供了一种用于增大等离子体增强原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法。提供处理室，其中衬底在所述室中。使第一前体流入所述室中。所述第一
前体包含金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物，并且所述第一前体的吸附导致在所述衬底上生长膜。使气相的碱与所述第一前体共流至所述室中，以将所述衬底的表面同时暴露于所述第一前体与所述碱。所述碱不会与所述第一前体反应，使得所述碱不会在所述衬底的所述表面上产生任何能测量的膜且所述碱不会在所述室中产生任何能测量的颗粒。使经等离子体点燃的第二前体流入所述室中，并且所述第二前体的吸附提供所述膜的氧化或氮化。
附图说明
[0008]本公开内容在附图的图中通过示例的方式说明而非通过限制的方式说明，在附图中类似的附图标记代表类似的元件，其中：
[0009]图1为根据一实施方案的具有增大的沉积速率的ALD方法的流程图。
[0010]图2为根据另一实施方案的具有增大的沉积速率的ALD方法的流程图。
具体实施方式
[0011]本专利技术现在将参考附图所示出的几个优选实施方案进行详细说明。在下列说明中阐述了多个特定细节以提供对本专利技术的全面了解。但应明白，对于本领域技术人员而言，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实施本专利技术。在其他情况下，不详细说明已知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使本专利技术难以理解。
[0012]本文中所公开的实施方案整体上涉及原子层沉积(ALD)工艺。尤其是，本文中所公开的实施方案涉及使可挥发性的碱与前体共流而增大ALD工艺的沉积速率的方法。
[0013]参考图1与2，描述了具有增大的沉积速率的ALD工艺的实施方案。根据本文中所描述的实施方案，利用添加碱性催化剂来增大ALD工艺的沉积速率。如下文将更详细讨论的，使用金属酰胺或硅酰胺的前体增大前体的吸附速率。
[0014]ALD为一种有用的薄膜沉积工艺，因为其能沉积非常薄的保形膜(即使在具有高深宽比的衬底上也如此)且精确控制原子级的厚度和组成。虽然ALD在许多方面为有利的工艺，但由于如下文更详细讨论的ALD的脉冲与清扫时间以及逐层沉积的本质而造成的长的循环时间，因而ALD总体上是一种非常缓慢的沉积工艺。
[0015]一个ALD循环包含：第一前体脉冲化进入反应室中、使第一前体吸附至衬底的表面上的时间、在衬底表面上的所有反应性位点都被消耗后清扫室、第二前体脉冲化进入反应室中、使第二前体吸附至衬底的表面上的时间、以及在衬底表面上的所有反应性位点都被消耗后清扫室。继续这些循环直到衬底上的膜到达期望厚度。
[0016]一般而言，传统的ALD工艺在衬底上可获得单层的膜之前便“饱和”。即，一旦衬底表面上的反应性位点被消耗，前体与衬底表面之间的反应停止。如上所述，在衬底上的所有反应性位点被消耗后，通常清扫室的剩余前体和任何副产物。通常利用载气进行清扫。
[0017]通常使用ALD沉积金属氧化物或硅氧化物层。因此，第一前体通常为金属氧化物或硅基硅烷的衍生物。对于硅的氧化物(SiO2)ALD而言，每循环约的沉积速率对应于完整单层的约25
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50％(每循环约)。因此，可能需要多至约4个循环来获得完整单层。
[0018]根据本文中所公开的实施方案，通过使气相的挥发性碱与前体共流，相比于碱与
前体不共流的传统ALD，可增大ALD沉积速率约40％(从每循环约至每循环约)。应理解，碱不会与其共流的前体反应，因此在流动时间期间碱不会在衬底上产生可测量的膜或在处理室中产生颗粒。在本文中所述的实施方案中，第一前体可以是金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物(hybride)。
[0019]在一些实施方案中，碱与前体一起脉冲化。在其他实施方案中，前体与碱以交替方式脉冲化。前体与碱还可以从相同的喷嘴或分离的喷嘴流出。
[0020]根据一些实施方案，用于与第一前体(如硅基前体)共流的合适的挥发性碱包含吡啶、胺和氨。在一特定的实施方案中，挥发性碱(例如三乙基胺)与第一前体共流。如上所述，与第一前体共流的挥发性碱不能与第一前体反应且化学吸附至衬底表面。一般认为，通过使碱与第一前体共流，通过改变衬底的表面pH值并在前体覆盖衬底表面时促进配体去除可增大ALD沉积速率。添加碱使更多前体能吸附在衬底表面上，因为碱能协助配体去除，由此在衬底表面上提供更多的反应性位点。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法，该方法包含：提供处理室，其中衬底在所述室中；使第一前体流入所述室中，所述第一前体包含金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物，其中所述第一前体的吸附导致在所述衬底上生长膜；使气相的碱与所述第一前体共流至所述室中，以将所述衬底的表面同时暴露于所述第一前体与所述碱，其中所述碱不会在所述衬底的所述表面上产生任何能测量的膜且所述碱不会在所述室中产生任何能测量的颗粒；以及使第二前体流入所述室中，其中所述第二前体的吸附提供所述膜的氧化或氮化。2.根据权利要求1所述的方法，其还包含在使所述碱共流之后以及使所述第二前体流动之前清扫所述处理室。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱选自由吡啶、胺和氨组成的群组。4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述碱共流包含：使所述碱与所述第一前体一起脉冲化。5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述碱共流包含：交替所述第一前体的脉冲与所述碱的脉冲。6.根据权利要求1所述的方法，其还包含使碱与所述第二前体共流。7.根据权利要求1所述的方法，其还包含使酸与所述第二前体共流。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述ALD工艺不是等离子体增强工艺。9.根据权利要求2所述的方法，其还包含在使所述第二前体流动之后清扫所述处理室。10.一种用于增大原子层沉积(ALD)工艺的沉积速率的方法，该方法包含：提供处理室，其中衬底在所述室中；使第一前体流入所述室中，其中所述第一前体是金属有机物、金属卤化物、或金属杂化物，并且其中所述第一前体的吸附导致在所述衬底上生长膜；使挥发性的碱与所述第一前体共流入所述室中，以将所述衬底的表面同时暴露于所述第一前体与所述碱，其中所述碱不会在所述衬底的所述表面上产生任何能测量的膜且所述碱不会在所述室中产生任何...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：