高电压、低压等离子体增强的原子层沉积制造技术

公开了原子层沉积(ALD)方法和阻挡膜。进行ALD的方法包括靠近耦合到电源的电极放置衬底，将衬底暴露于0.8托或以下的含氧气体或含氮气体中，并使用电源将至少700伏的电压施加至电极，以在靠近衬底的含氧气体或含氮气体中诱导等离子体状态。用该方法可以制造高质量的阻挡膜。阻挡膜。阻挡膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高电压、低压等离子体增强的原子层沉积
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年5月2日提交的名称为“HIGH VOLTAGE,LOW PRESSURE PLASMAENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION”的美国临时专利申请62/842039的优先权，在此通过引用以其全部并入。


[0003]本公开涉及阻挡膜，尤其涉及用于形成这种膜的高电压、低压等离子体增强的原子层沉积方法以及与其相关的产品和设备。

技术介绍

[0004]原子层沉积(ALD)可用于沉积各种实际应用的薄膜。ALD薄膜的一种这种应用是阻挡材料。
[0005]ALD与传统的化学气相沉积(CVD)工艺相似，但在原子水平上，其在衬底表面的自限制生长是不同的。ALD是一种可生成极其共形的和高度致密的薄膜并提供无针孔覆盖的工艺。一个完整的ALD循环通常被称为两个半反应的组合。单个ALD循环通常包括四个步骤：(1)衬底暴露于与衬底表面或该表面上其他现有分子(“反应位点”)反应的气体前体分子
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种进行原子层沉积的方法，所述方法包括：靠近耦合到电源的电极放置衬底；在0.8托或以下的压力下将所述衬底暴露于包括含氧气体、含氮气体或其混合物的工艺气体；和使用所述电源向至少一个电极施加至少700伏的电压以在靠近所述衬底的所述工艺气体中诱导等离子体状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中在0.8托或以下的压力下将所述衬底暴露于所述工艺气体包括以0.1托的标称压力值将所述工艺气体引入到所述衬底。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中向所述电极施加电压包括施加恒定或脉冲DC电压。4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中向所述电极施加电压包括以小于500kHz的频率施加AC电压。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其进一步包括：选择0.8托或以下的第一压力，以在第一膜中提供第一类型的应力，在所述衬底上形成第一膜期间，将所述衬底暴露于处于第一压力的工艺气体，选择也在0.8托或以下但不同于第一压力的第二压力，以提供具有不同于第一类型应力的第二类型应力的第二膜，以及在所述衬底上形成第二膜期间，将所述衬底暴露于处于第二压力的工艺气体。6.根据权利要求5所述的方法，其中选择所述第二压力，使得第二类型应力至少部分抵消第一类型应力。7.根据权利要求6所述的方法，其中第一类应力包括拉伸应力，并且第二类应力包括压缩应力。8.根据权利要求6所述的方法，其中第一类型应力包括压缩应力，并且第二类型应力包括拉伸应力。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其进一步包括：随后将所述衬底暴露于气态金属前体并在所述衬底上形成金属氧化物、金属氮化物或其组合；并且重复所述暴露步骤以在所述衬底上生长金属氧化物膜、金属氮化物膜或其组合。10.根据权利要求9所述的方法，其中随后将所述衬底暴露于所述气态金属前体在比将所述衬底暴露于所述工艺气体更高的压力下发生。11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其中将所述衬底暴露于所述工艺气体在等离子体区发生并且随后将所述衬底暴露于所述气态金属前体在与所述等离子体区分离的前体区发生，并且其中重复暴露动作包括将所述衬底从所述等离子体区重复地输送到所述前体区。12.根据权利要求9
‑
11中任一项所述的方法，其中当所述工艺气体不处于等离子体状态时，所述金属前体不与所述工艺气体反应。13.根据权利要求9
‑
12中任一项所述的方法，其中所述气态金属前体包括基于氨基的硅前体。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述基于氨基的硅前体包括直接结合到硅原子
的至少一个氮原子。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述基于氨基的硅前体选自双二乙氨基硅烷(BDEAS)、ORTHRUS、三二乙氨基硅烷(TDMAS或3DMAS)、双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)、二异丙基氨基硅烷(DIPAS)、双二异丙基氨基二硅烷(BDIPADS)、三甲硅烷基胺(TSA)、新戊硅烷、N(SiH3)3、三(异丙基氨基)硅烷(TIPAS)、双(乙基甲基氨基硅烷)(BEMAS)和二异丙基氨基三氯硅烷(DIPATCS)。16.根据权利要求1
‑
15中任一项所述的方法，其中向所述电极施加至少700伏以在靠近所述衬底的工艺气体中诱导等离子体状态包括施加700伏至1500伏的电压。17.根据权利要求1
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16中任一项所述的方法，其中所述电极与所述衬底分离5cm或更小、0.2cm至2cm、或0.3cm至2cm，并且所述工艺气体被引入到所述电极和所述衬底之间。18.根据权利要求1
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17中任一项所述的方法，其中以随时间恒定的功率或随时间恒定的平均功率施加电压，包括作为由HIP IMS电源施加的恒定平均功率。19.根据权利要求1
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18中任一项所述的方法，其中当工艺气体不处于等离子体状态时，所述衬底不与工艺气体反应。20.根据权利要求1
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19中任一项所述的方法，其中工艺气体包括空气、O2、CO、CO2、NO、N2O、NO2，以及前述的混合物。21.根据权利要求1
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19中任一项所述的方法，其中工艺气体包括N2、NH3、N2:H2混合物，以及前述的混合物。22.一种调节薄膜中的应力的方法，所述方法包括：提供具有DC电源的等离子体启动的原子层沉积(ALD)反应器；靠近耦合到ALD反应器的DC电源的电极放置衬底；将所述衬底暴露于在0.8托或以下的第一压力下的包括含氧气体、含氮气体或其混合物的工艺气体，并使用所述DC电源向所述电极施加至少700伏的第一电压以在靠近所述衬底的工艺气体中诱导等离子体状态；随后将所述衬底暴露于气态金属前体并在所述衬底上形成金属氧化物、金属氮化物或其组合；重复暴露动作以在所述衬底上生长金属氧化物膜、金属氮化物膜或其组合，以形成具有第一类型应力的第一膜；将所述第一压力调节到0.8托或以下的第二压力并将所述第一电压调节到至少700伏的第二电压，其中所述第一电压和所述第二电压随着时间以相同的功率施加或随着时间以相同的平均功率施加；将所述衬底暴露于处于所述第二压力下的工艺气体，并使用所述DC电源向电极施加所述第二电压以在靠近所述衬底的工艺气体中诱导等离子体状态；随后将所述衬底暴露于气态金属前体并在所述衬底上形成金属氧化物、金属氮化物或其组合；和重复暴露动作以在所述衬底上生长金属氧化物膜、金属氮化物膜或其组合以形成具有第二类型应力的第二膜，其中包括所述第一膜和所述第二膜的最终膜具有与所述第一膜不同的应力的量、类型或两者。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述电极与所述衬底分离5cm或更小，并且所述
等离子体完全占据所述电极与所述衬底之间的空间。24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述最终薄膜具有中性应力，小于200MPa、小于150MPa或小于100MPa的拉伸应力，或者小于
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200MPa、小于
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150MPa或小于
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100MPa的压缩应力。25.根据权利要求22
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24中任一项所述的方法，其中所述最终薄膜具有大于理论体积密度的90％的密度。26.根据权利要求22
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24中任一项所述的方法，其中所述最终薄膜的厚度为至少10nm、至少20nm、至少50nm、至少100nm、至少150nm、至少200nm、至少500nm、至少1微米、至少1.5微米、至少2微米或至少3微米。27.根据权利要求22
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26中任一项所述的方法，其中ALD在小于150℃或小于100℃的温度下进行，并且所述衬底为温度敏感衬底。28.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：莲花应用技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：