等离子体增强原子层沉积方法和包含由此形成的膜的半导体器件技术

一种用于利用等离子体增强原子层沉积（ＰＥＡＬＤ）工艺在衬底上沉积膜的方法包括将衬底放置在被配置为促进ＰＥＡＬＤ工艺的工艺室中、将第一处理材料引入工艺室内以及将第二处理材料引入工艺室内。该方法还包括在第二处理材料的引入期间将电磁功率耦合到工艺室，以生成促进在衬底表面处第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体。该方法还包括将反应性净化气体引入工艺室内，所述反应性净化气体与工艺室中的污染物发生化学反应以从工艺室部件或衬底中的至少一个中释放出污染物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体增强原子层沉积系统和其操作方法，更具体而言，涉及具有减少的污染(reduced contamination)的等离子体增强原子层 沉积系统。
技术介绍
一般来说，在材料处理期间，当制作复合材料结构时采用等离子体来 促进材料膜的添加和去除。例如，在半导体处理中，(干法)等离子体刻 蚀工艺被用于沿在硅衬底上图案化的精细的沟槽或在过孔或触点内去除或 刻蚀材料。或者，例如，气相沉积工艺被用于沿精细的线或在硅衬底上的 过孔或触点内沉积材料。在后者中，气相沉积工艺包括化学气相沉积 (CVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。在PECVD中，等离子体被用于改变或增强膜沉积机制。例如，等离 子体激发通常允许膜形成反应在明显低于通过热激发CVD产生类似的膜 一般所需的温度的温度下进行。另外，等离子体激发可以活化在热CVD 中在能量或动力学方面并不有利的膜形成化学反应。因而，PECVD膜的 化学和物理属性可以通过调节工艺参数在相对较宽的范围上变化。近年来，原子层沉积(ALD)，作为CVD或(更一般的说)膜沉积 的一种形式，已经作为用于在生产线前端(FEOL)操作中的超薄栅极膜 形成以及用于生产线后端(BEOL)操作中的金属化的超薄阻挡层和种子 层形成的候选。在ALD中，两种或更多种处理气体被交替且顺序地引 入，以便按一次一单层的方式形成材料膜。这种ALD工艺已被证明能提 供在层厚度方面改善的均匀性和控制，以及与其上沉积层的特征的保形 性。然而，当前的ALD工艺通常具有对于生产需求来说并不可行的慢沉 积速率。而且，当前的ALD工艺经常遇到影响沉积的膜的质量(因而影响所制造的器件的质量)的污染问题。诸如这些的因素已经成为对ALD膜的广泛接受的阻碍，尽管ALD膜具有优异的特性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的涉及解决ALD系统和工艺具有的上述和/或 其他问题中的任何一个。本专利技术的另一个目的是减少与ALD膜的沉积有关的污染问题。本专利技术的这些和/或其他目的可以由一种用于利用等离子体增强原子层 沉积(PEALD)工艺在衬底上沉积膜的方法提供。在本专利技术的一个方面 中，该方法包括将衬底放置在被配置为促进PEALD工艺的工艺室中、将 第一处理材料引入工艺室内以及将第二处理材料引入工艺室内。该方法还 包括在第二处理材料的引入期间将电磁功率耦合到工艺室，以生成促进在 衬底表面处的第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体，以及将反 应性气体引入工艺室内，所述反应性气体与工艺室中的污染物发生化学反 应以从工艺室部件或衬底中的至少一个中释放出污染物。本专利技术的另一个方面包括一种原子层沉积系统，该系统具有工艺室、设置在工艺室内并被配置为支撑衬底的衬底夹持器、被配置为向工艺室供应第一处理材料的第一处理材料供应系统以及被配置为向工艺室供应第二处理材料的第二处理材料供应系统。该系统还包括功率源，其被配置为在第二处理材料的引入期间将电磁功率耦合到工艺室，以生成促进在衬底表 面处的第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体。反应性净化气体供应系统被配置为将反应性气体引入工艺室内，所述反应性气体与工艺室 中的污染物发生化学反应以从工艺室部件或衬底中的至少一个中释放出污 染物。在本专利技术的又一个方面中， 一种原子层沉积系统包括工艺室、设置在 工艺室内用于支撑衬底的装置、用于将第一处理材料引入工艺室内的装置 以及用于将第二处理材料引入工艺室内的装置。该系统还包括用于在第二 处理材料的引入期间将电磁功率耦合到工艺室，以生成促进在衬底表面处 的第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体的装置。最终，该系统包括用于将反应性气体引入工艺室内的装置，所述反应性气体与工艺室中 的污染物发生化学反应以从工艺室部件或衬底中的至少一个中释放出污染附图说明在附图中图1A示出了根据本专利技术实施例的沉积系统的示意图；图1B示出了根据本专利技术实施例的另 一个沉积系统的示意图；图2A示出了根据本专利技术实施例的沉积系统的示意图；图2B示出了根据本专利技术实施例的另 一个沉积系统的示意图；图3是根据本专利技术实施例的ALD工艺的时序图；图4A-4C表示示例性的ALD工艺数据；图5示出了根据本专利技术实施例的ALD工艺的工艺流程图；图6示出了根据本专利技术另 一个实施例的ALD工艺的工艺流程图；图7A和7B示出了描绘根据本专利技术实施例用于生成清洁和还原反应等离子体的耦合到工艺室的功率的功率水平变化的功率图；图8示出了根据本专利技术实施例的ALD工艺的工艺流程图； 图9A-C图示了根据本专利技术实施例的在PEALD工艺室中的衬底区 (substrate zone)和外围区(peripheral zone)，以及用于衬底区中的等离子体和外围区中的等离子体的两个时序序列；图10A-10D示出了根据本专利技术实施例的外围电极组件；图11 A-11D示出了根据本专利技术实施例的外围电感电极组件；图12示出了根据本专利技术实施例的ALD工艺的工艺流程图；图13示出了根据本专利技术实施例的ALD工艺的工艺流程图；图14示出了根据本专利技术实施例的衬底工艺的工艺流程图；图15是根据本专利技术实施例的用于处理衬底的处理工具的简化框图；以及图16是包含缝隙平面天线(SPA)等离子体源的等离子体处理系统的 简化框图，该等离子体源用于生成用于减少ALD层上的污染物的软等离子体(softplasma)。具体实施方式在下面的描述中，为了帮助对本专利技术的全面理解并且出于说明而非限 制的目的，阐述了具体细节，例如沉积系统的特定几何形状以及各种部件 的描述。然而，应当理解，在脱离这些具体细节的其他实施例中也可实施 本专利技术。现在参考附图，附图中相似的标号在所有附图中指代相同或相应的部 分，图1A图示了根据一个实施例的用于在衬底上沉积薄膜的沉积系统 1。例如，在生产线后端(BEOL)操作中，在用于半导体器件的互连和内 连结构的金属化期间，薄的保形阻挡层可以沉积在线路沟槽或过孔上以最 小化金属到层间或层内电介质中的迁移。另外，薄的保形种子层可以沉积 在线路沟槽或过孔上以提供对于体金属填充具有可接受的粘附属性的膜， 或者薄的保形粘附层可以沉积在线路沟槽或过孔上以提供对于金属种子沉 积具有可接受的粘附属性的膜。在生产线前端(FEOL)操作中，沉积系 统l可以用于沉积超薄栅极层和/或栅极介电层，例如高介电常数(高K) 膜。沉积系统1包括具有衬底夹持器20的工艺室10，衬底夹持器20被配 置为支撑其上形成有薄膜的衬底25。工艺室10还包括耦合到第一处理材 料供应系统40、第二处理材料供应系统42和净化气体供应系统44的上部 组件30。另外，沉积系统1包括第一功率源50和衬底温度控制系统60， 第一功率源50耦合到工艺室10并且被配置为在工艺室10中生成等离子 体，衬底温度控制系统60耦合到衬底夹持器20并且被配置为升高和控制 衬底25的温度。另外，沉积系统1包括控制器70，控制器70可以耦合到 工艺室10、衬底夹持器20、上部组件30、第一处理材料供应系统40、第 二处理材料供应系统42、净化气体供应系统44、第一功率源50和衬底温 度控制系统60。或者或另外，控制器70可以耦合到一个或多个额外的控制器/计算机 (未示出)，并且控制器70可以从额外的控制器/计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于利用等离子体增强原子层沉积（ＰＥＡＬＤ）工艺在衬底上沉积膜的方法，包括：将所述衬底放置在被配置为促进所述ＰＥＡＬＤ工艺的工艺室中；将第一处理材料引入所述工艺室内；将第二处理材料引入所述工艺室内；在所述 第二处理材料的引入期间将电磁功率耦合到所述工艺室，以生成促进在所述衬底表面处的所述第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体；以及将反应性气体引入所述工艺室内，所述反应性气体与所述工艺室中的污染物发生化学反应以从工艺室部件或所述衬底 中的至少一个中释放出所述污染物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-3-21 11/084,0241. 一种用于利用等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在衬底上沉积膜的方法，包括将所述衬底放置在被配置为促进所述PEALD工艺的工艺室中； 将第一处理材料引入所述工艺室内； 将第二处理材料引入所述工艺室内；在所述第二处理材料的引入期间将电磁功率耦合到所述工艺室，以生 成促进在所述衬底表面处的所述第一和第二处理材料之间的还原反应的等离子体；以及将反应性气体引入所述工艺室内，所述反应性气体与所述工艺室中的 污染物发生化学反应以从工艺室部件或所述衬底中的至少一个中释放出所 述污染物。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述引入第一处理材料的步骤包括 引入包括TaF5、 TaCl5、 TaBr5 、 Tal5 、 Ta(CO)5 、 PEMAT、 PDMAT、 PDEAT 、 TBTDET 、 Ta(NC2H5)(N(C2H5)2)3 、 Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3 、 Ta(NC(CH3)3)(N(CH3)2)3 、 T仏、CU 、 TiBr4、 Til4、 TEMAT 、 TDMAT 、 TDEAT、 Ti(N03)、 WF6 、 W(CO)6 、 MoF6、 Cu(TMVS)(hfac)、 CuCl、 Zr(N03)4、 ZrCl4、 Hf(OBuV Hf(N03)4、 HfCl4、 NbCl5、 ZnCl2、 Si(OC2H5)4、 Si(N03)4、 SiCl4、 SiH2Cl2、 A12C16、 A1(CH3)3、 Ga(N03)3或Ga(CH3)3中的至少一种的处理材料。3. 如权利要求1所述的方法，其中所述引入第二处理材料的步骤包括 引入包括H2、 N2、 02、 H20、 NH3、 H202、 SiH4、 Si2H6、 N2H4、 NH(CH3)2 或N2H3CH3中的至少一种的处理材料。4. 如权利要求1所述的方法，其中所述将电磁功率耦合到所述工艺室 的歩骤包括将至少600W的功率耦合到所述工艺室。5. 如权利要求4所述的方法，其中所述将电磁功率耦合到所述工艺室 的歩骤包括将至少1000W的功率耦合到所述工艺室。6. 如权利要求1所述的方法，还包括在所述化学反应性气体的引入期间加热所述工艺室的壁。7. 如权利要求6所述的方法，其中所述加热步骤包括将所述工艺室的壁加热到至少80°C。8. 如权利要求1所述的方法，其中所述引入反应性净化气体的步骤包 括在引入所述第二处理材料之后将所述反应性净化气体引入到所述工艺9. 如权利要求8所述的方法，其中所述引入反应性净化气体的步骤还 包括在引入所述第一处理材料之后并且在引入所述第二处理材料之前将所 述反应性净化气体引入到所述工艺室。10. 如权利要求8所述的方法，还包括在引入所述第一处理材料和引 入所述第二处理材料之间将惰性净化气体引入到所述工艺室。11. 如权利要求1所述的方法，还包括在所述引入第一处理材料或引 入反应性净化气体中的至少一个期间将电磁功率耦合到所述工艺室以生成 等离子体。12. 如权利要求1所述的方法，还包括在所述衬底上形成阻挡层、种 子层...

【专利技术属性】
技术研发人员：松田司，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]