形成高品质含Si膜的超低温ALD制造技术

披露了一种用于使用三甲硅烷基胺(TSA)在超低温(如低于250℃的温度)下通过PEALD形成含Si膜(如SiN膜)的方法。含Si膜(如SiN膜)的方法。含Si膜(如SiN膜)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成高品质含Si膜的超低温ALD
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年12月18日提交的美国专利申请号16/718,369的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及用于使用三甲硅烷基胺(TSA)在超低温(如低于250℃的温度)下通过等离子体增强的原子层沉积(PEALD)形成含Si膜(如SiN膜)的方法。

技术介绍

[0004]含硅膜，如氮化硅(SiN)膜、氧化硅(SiO2)膜和氮氧化硅(SiON)膜，被广泛用于半导体或光伏(PV)技术中。SiN膜在半导体制造中被用作保护层、阻挡层、电荷捕获层或图案化掩蔽层。尤其，多重图案化是增强集成电路的特征密度的最近的关键制造技术之一。
[0005]使用原子层沉积(ALD)形成作为图案化层或保护层的含Si膜，以在具有复杂且精细结构(具有高纵横比(AR))(如3D结构)的较新的半导体器件上实现保形沉积。例如，在自对准双重图案(SADP)工艺中，介电膜应该保形沉积在空置图案(dummy pattern)或芯轴(mandrel)上。在此，芯轴通常是由有机材料像光刻胶(PR)或无定形碳(a
‑
C)制成的，因此，沉积的介电膜必须与图案和/或芯轴的耐热性相容。
[0006]在大多数情况下(例如US9184159B2)，ALD沉积的含Si膜是SiO2膜。SiN将是所希望的，因为它具有高的耐蚀刻性并且因此在下一个SADP期间和对于自对准四重图案化(SAQP)顺序步骤提供了良好的硬掩膜特性。
>[0007]三甲硅烷基胺(TSA)，N(SiH3)3被用作形成SiN膜的前体。例如，Tsai等人的US20150099342披露了通过使用TSA在耐热基底上形成SiO2膜的方法。沉积温度是在400℃至1000℃的范围内，该沉积温度可能与有机膜上的沉积不相容。Lei等人的US20170338109披露了用于通过使用TSA形成含Si膜的方法。基于专利文件中的图1，在250℃至400℃的温度范围内获得了保形膜，该温度范围也可能与有机膜上的沉积不相容。Dussarrat等人的US8357430披露了在300℃至900℃的温度范围内使用TSA通过化学气相沉积(CVD)形成SiN膜的方法，该温度范围也可能与有机膜上的沉积不相容。Dussarrat的US20090075490披露了通过原子层沉积(ALD)在等于或小于550℃的温度下形成含硅膜的方法。Dussarrat等人的US20090232985披露了在减压下通过气相沉积工艺在50℃至4000℃的基底温度下形成含氧化硅膜的方法。Sato等人(Proceedings of Chemical Vapor Deposition XVI and EUROCVD 14[化学气相沉积XVI和EUROCVD 14的进展]，第1372页，2003)披露了使用不含Cl的无机三甲硅烷基胺用于氮化硅LPCVD的低温溶液。
[0008]近年来，要求在含有有机材料的基底如光刻胶层上和在非耐热功能层如GeSbTe(GST)上沉积SiN膜。
[0009]然而，US20150099342或US20170338109中的沉积温度太高而不能避免损坏基底。尤其当含有有机材料或硫属化物的基底的热稳定性低时，难以在如此高的温度下在基底上
形成图案化层和保护膜。
[0010]降低沉积温度是可接受的以在非耐热膜上形成膜。然而，它可能由于前体和反应物的较低反应性而导致较低的密度或杂质的增加。因此，膜品质将如以上所述的大多数沉积的温度限制到损坏有机或硫属化物基底的温度。
[0011]出于这些原因，需要低温沉积工艺以在具有有机材料和/或硫属化物的基底上形成低杂质且高密度的含Si膜。

技术实现思路

[0012]披露了一种用于在基底的表面的至少一部分上沉积含硅膜的方法，该方法包括以下步骤：a)将三甲硅烷基胺的蒸气引入到其中安置有基底的反应器中；b)将共反应物气体引入该反应器中；以及c)重复步骤a)和b)直至使用气相沉积法在范围从大约20℃至大约250℃的沉积温度下将希望厚度的含硅膜沉积在该基底上。
[0013]所披露的方法可以包括以下方面中的一个或多个：
[0014]·
进一步包括以下步骤：
[0015]在步骤a)之后，用第一吹扫气体吹扫反应器；以及
[0016]在步骤b)之后，用第二吹扫气体吹扫反应器；
[0017]·
第一吹扫气体和第二吹扫气体是选自N2、Ar、Kr或Xe的惰性气体；
[0018]·
气相沉积法是ALD；
[0019]·
气相沉积法是PEALD；
[0020]·
气相沉积法是空间ALD；
[0021]·
气相沉积法是空间PEALD；
[0022]·
沉积温度低于大约250℃；
[0023]·
沉积温度低于大约150℃；
[0024]·
沉积温度低于大约110℃；
[0025]·
沉积温度范围是从大约室温至大约250℃；
[0026]·
沉积温度范围是从大约20℃至大约150℃；
[0027]·
沉积温度范围是从大约20℃至大约110℃；
[0028]·
沉积温度范围是从大约20℃至大约50℃；
[0029]·
基底具有低于大约250℃的温度；
[0030]·
基底具有低于大约150℃的温度；
[0031]·
基底具有低于大约110℃的温度；
[0032]·
基底具有从大约室温至大约250℃的温度范围；
[0033]·
基底具有从大约20℃至大约150℃的温度范围；
[0034]·
基底具有从大约20℃至大约110℃的温度范围；
[0035]·
基底具有从大约20℃至大约50℃的温度范围；
[0036]·
反应器壁被加热至大约300℃或更低；
[0037]·
反应器壁被加热至从大约20℃至大约250℃的温度范围；
[0038]·
反应器壁被加热至从大约20℃至大约150℃的温度范围；
[0039]·
反应器壁被加热至从大约20℃至大约50℃的温度范围；
[0040]·
反应器中的压力保持在大约0.1托与大约100托之间；
[0041]·
反应器中的压力保持在大约1托与大约50托之间；
[0042]·
反应器中的压力保持在大约1托与大约10托之间；
[0043]·
共反应物是含有氢、氮和氧中的至少一种的等离子体源；
[0044]·
等离子体源选自由以下组成的组：氮等离子体、氮/氦等离子体、氮/氩等离子体、氨等离子体、氨/氦等离子体、氨/氩等离子体、氦等离子体、氩等离子体、氢等离子体、氢/氦等离子体、氢/有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在基底上沉积含硅膜的方法，该方法包括以下步骤：a)将三甲硅烷基胺的蒸气引入到其中安置有基底的反应器中；b)将共反应物气体引入该反应器中；以及c)重复步骤a)和b)直至使用气相沉积法在范围从大约20℃至大约250℃的沉积温度下将希望厚度的该含硅膜沉积在该基底上。2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：在步骤a)之后，用第一吹扫气体吹扫该反应器中的该三甲硅烷基胺的蒸气；以及在步骤b)之后，用第二吹扫气体吹扫该反应器中的该共反应物气体。3.如权利要求2所述的方法，其中，该第一吹扫气体和该第二吹扫气体是选自N2、Ar、Kr或Xe的惰性气体。4.如权利要求1所述的方法，其中，该沉积温度范围是从大约20℃至大约150℃。5.如权利要求1所述的方法，其中，该沉积温度范围是从大约20℃至大约110℃。6.如权利要求1所述的方法，其中，该共反应物是含有氢、氮和氧中的至少一种的等离子体源。7.如权利要求6所述的方法，其中，该等离子体源选自N2等离子体、N2/He等离子体、N2/Ar等离子体、NH3等离子体、NH3/He等离子体、NH3/Ar等离子体、H2/有机胺等离子体、或其混合物。8.如权利要求6所述的方法，其中，该等离子体源选自O3、O2、H2O、NO、N2O、H2O2、O自由基或其组合。9.如权利要求1所述的方法，其中，该共反应物是N2、O3或O2等...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田直人，伊凡，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：