用于选择性膜生长的原子层沉积方法技术

提供了通过原子层沉积形成含金属膜的方法。所述方法包括在足够的条件下将含金属配合物、吹扫气体和共反应物输送至第一基材，从而使所述含金属膜选择性地生长在所述第一基材的至少一部分上。的至少一部分上。的至少一部分上。

【技术实现步骤摘要】
用于选择性膜生长的原子层沉积方法
[0001]本申请是进入中国国家阶段日期为2019年12月23日、申请号为201880042184.4的申请的分案申请。


[0002]本技术总体上涉及用于在至少一种基材上的选择性含金属膜生长的沉积方法，特别是原子层沉积(ALD)。

技术介绍

[0003]薄膜并且特别是含金属的薄膜具有多种重要的应用，比如在纳米技术和半导体设备的制造中。此类应用的实例包括高折射率光学涂层，防腐蚀涂层，光催化自清洁玻璃涂层，生物相容性涂层，介质电容器层，以及场效应晶体管(FET)、电容器电极、栅电极、粘合剂扩散屏障和集成电路中的栅介电绝缘膜。金属薄膜和介电薄膜也用于微电子学应用，比如用于动态随机存取存储器(DRAM)应用的高κ介电氧化物和用于红外检测器和非易失性铁电随机存取存储器(NV
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FeRAM)中的铁电钙钛矿。
[0004]可使用各种前体来形成含金属的薄膜，并且可使用多种沉积技术。此类技术包括反应溅射、离子辅助沉积、溶胶
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凝胶沉积、化学气相沉积(CVD)(也称为金属有机CVD或MOCVD)和原子层沉积(ALD)(也称为原子层外延)。CVD和ALD方法越来越多地被使用，因为它们具有增强的组成控制、高的膜均匀性和有效的掺杂控制的优点。
[0005]CVD为化学方法，由此使用前体以在基材表面上形成薄膜。在典型的CVD方法中，使前体在低压或环境压力反应室中通过基材(例如晶片)表面。前体在产生沉积材料的薄膜的基材表面上反应和/或分解。通过使气流通过反应室来移除挥发性副产物。可能难以控制沉积膜厚度，由于其取决于比如温度、压力、气流体积和均匀性、化学消耗效应和时间等许多参数的协调。
[0006]ALD还是用于薄膜沉积的方法。它是基于表面反应的自限制性的、顺序的、独特的膜生长技术，其可提供精确厚度控制且将由前体提供的材料的共形薄膜沉积到不同组成的表面基材上。在ALD中，在反应期间分离前体。使第一前体通过基材表面，从而在基材表面上产生单层。从反应室泵送出任何过量的未反应前体。然后使第二前体通过基材表面且与第一前体反应，从而在基材表面上的第一形成膜单层上形成第二膜单层。重复此循环以产生期望厚度的膜。
[0007]然而，比如半导体设备等微电子部件的尺寸的持续减小呈现了若干技术挑战，并且已经增加了对改进的薄膜技术的需要。特别地，微电子部件可以包括在基材上或基材中的特征物(feature)，其需要填充，例如以形成导电通路或形成互连。填充此类特征物，尤其是在越来越小的微电子部件中，可能是具有挑战性的，因为这些特征物可能变得越来越薄或越来越窄。因此，例如经由ALD完全填充特征物将需要无限长的循环时间，因为特征物的厚度接近零。此外，一旦特征物的厚度变得比前体分子的尺寸更窄，则不能完全填充特征物。其结果是，当进行ALD时，中空接缝可保留在特征物的中间部分中。在特征物内存在此类
中空接缝是不令人期望的，因为它们可能导致设备的故障。因此，在薄膜沉积方法的开发中存在显著的兴趣，特别是ALD方法，所述ALD方法可以在一种或多种基材上使膜选择性地生长并且实现在基材上或基材中的特征物的改进的填充，包括以基本上填充特征物而没有任何空隙的方式沉积含金属膜。

技术实现思路

[0008]根据一个方面，提供了一种通过原子层沉积形成含金属膜的方法。所述方法包括在以下条件下将含金属配合物、吹扫气体和共反应物输送至第一基材，所述条件足以使所述含金属配合物：(i)沉积金属并蚀刻所述含金属膜；(ii)沉积金属、蚀刻所述含金属膜并允许从所述含金属膜解吸；或(iii)沉积金属并允许从所述含金属膜解吸；从而使所述含金属膜选择性地生长在所述第一基材的至少一部分上。
[0009]从下面的具体实施方式中，包括上面概述的实施方案的特定方面的其他实施方案将是显而易见的。
附图说明
[0010]图1a示出了具有不均匀宽度的特征物(也称为“凹角特征物”)。
[0011]图1b示出了具有基本上均匀的宽度的特征物。
[0012]图2a和图2b示出了超共形生长的实例。
[0013]图2c示出了自底向上填充的实例。
[0014]图2d示出了共形生长的实例。
[0015]图3提供了在150K放大率下倾斜视野的特征物A1的顶部的扫描电子显微镜(SEM)图像，显示了厚钼膜沉积在特征物A1的上部和特征物A1外部两者处。
[0016]图4提供了在150K放大率下垂直视野的特征物A2的底部的SEM图像，显示了厚钼膜沉积在特征物A2的下部处。
[0017]图5提供了在35K放大率下倾斜视野的特征物A3、A4和A5(从左至右)的全长的SEM图像，显示了厚钼膜沉积在所述特征物的整个长度上。
[0018]图6提供了SEM图像，显示了六个大致位置，其中通过特征物A6的内部和外部的能量色散X射线光谱法(EDS)定量钼的量。
[0019]图7示出了图6中所显示的六个大致位置的EDS扫描强度。
[0020]图8示出了在覆盖整个特征物A7的矩形内的钼、硅、氧和钛的定量(通过EDS测量的)(在最右边提供SEM图像)。
[0021]图9a(右侧)提供了沉积的Mo膜的1μm正方形区域的原子力显微镜(AFM)图，显示了沉积的膜是粗糙的。图9a(左侧)显示了用于示出AFM图的每个像素高度的颜色调色板。图9b是显示以高度计的像素分布的直方图。
[0022]图10提供了在150K放大率下倾斜视野的特征物B1的顶部的SEM图像，显示了很少或没有钼沉积在特征物B1的上部处以及特征物B1的外部。
[0023]图11提供了在150K放大率下倾斜视野的特征物B2的底部的SEM图像，显示了钼膜沉积在特征物的下部中。
[0024]图12提供了在150K放大率下倾斜视野的特征物B3的底部的SEM图像，显示了钼膜
沉积在特征物B3的下部中。
[0025]图13提供了在35K放大率下倾斜视野的各自特征物B4、B5和B6(从左至右)的全长的SEM图像，显示了钼膜沉积在所述特征物的下部中。
[0026]图14提供了在35K放大率下垂直视野的各自特征物B7、B8和B9(从左至右)的全长的SEM图像，显示了钼膜沉积在所述特征物的下部中。
[0027]图15提供了SEM显微照片，显示了六个大致位置，其中通过特征物B10的内部和外部的EDS定量钼的量。
[0028]图16示出了图14中所显示的六个大致位置的EDS扫描强度。
[0029]图17a是显示特征物B11(右侧特征物)中的EDS线扫描的位置的SEM图像，并且图17b显示了沿特征物B11的长度的钼强度的EDS计数。图17b中的EDS强度计数的右侧对应于特征物B11的顶部，并且EDS强度计数的左侧对应于特征物B11的底部。
[0030]图18a是显示特征物B12(中间特征物)中EDS线扫描的位置的SEM图像，并且图18b显示了沿特征物B12的长度的钼强度的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过原子层沉积形成含金属膜的方法，其中所述方法包括超共形生长循环，该超共形生长循环包括在一组超共形生长条件下将含金属配合物、吹扫气体和共反应物输送至第一基材，该组超共形生长条件足以使所述含金属配合物：(i)沉积金属并蚀刻所述含金属膜；(ii)沉积金属、蚀刻所述含金属膜并允许从所述含金属膜解吸；或者(iii)沉积金属并允许从所述含金属膜解吸；从而使所述含金属膜选择性地生长在所述第一基材的至少一部分上，其中所述含金属配合物包含选自以下的金属：过渡金属、镧系金属、锕系金属、铝、镓、铟、硅、锗、锡、铅、砷、锑、铋、硒或碲，其中所述过渡金属选自Mo、V、Nb、Fe、Ti、Ta、Co或Ni；并且其中所述含金属膜选择性地生长在所述第一基材中的特征物的下部上。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述共反应物：(i)沉积金属并蚀刻所述含金属膜；(ii)沉积金属、蚀刻所述含金属膜并允许从所述含金属膜解吸；或者(iii)沉积金属并允许从所述含金属膜解吸。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，将所述吹扫气体与所述含金属配合物一起共输送，将所述吹扫气体与所述共反应物一起共输送，将所述吹扫气体与所述含金属配合物和所述共反应物一起共输送，或将所述吹扫气体与所述含金属配合物和所述共反应物分开输送。4.如权利要求1或2所述的方法，其中，将所述含金属配合物和/或所述吹扫气体以适于改变沉积速率、蚀刻速率和/或解吸速率的量输送至所述基材。5.如权利要求1或2所述的方法，其中，(i)所述含金属配合物在所述特征物的下部的沉积速率高于在所述特征物的上部的沉积速率，和/或(ii)所述含金属配合物在所述特征物的上部的蚀刻速率和/或解吸速率高于在所述特征物的下部的蚀刻速率和/或解吸速率。6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物具有≥5nm的深度。7.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物具有5nm至3000nm的深度。8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物具有不均匀的宽度。9.如权利要求1或2所述的方法，其中，与所述特征物的上部相比，所述特征物在下部处更宽。10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物具有≤1000nm的宽度。11.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物具有1nm至1000nm的宽度。12.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征物的5.0％至100％被填充。13.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述条件进一步包括共形生长循环，所述共形生长循环包括在共形条件下将所述含金属配合物、所述吹扫气体和所述共反应物输送至所述基材。14.如权利要求13所述的方法，其中，所述共形生长循环包括第一系列的一个或多个共形生长循环。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一系列的共形生长循环包括1至10个循环。16.如权利要求13所述的方法，其中，在所述特征物内基本上没有空隙。17.如权利要求1所述的方法，其中，相对于第二基材，使所述膜选择性地生长在所述第
一基材的至少一部分上。18.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一基材具有与所述第二基材不同的沉积与蚀刻/解吸比率。19.如权利要求17或18所述的方法，其中，所述吹扫气体的输送的持续时间在输送所述含金属配合物与所述共反应物之间变化，使得促进在所述第一基材上的生长，同时抑制在所述第二基材上的生长。20.如权利要求17或18所述的方法，其中，所述第一基材和所述第二基材各自独立地选自下组，所述组由以下组成：二氧化硅、氮化钛和钼。21.如权利要求20所述的方法，其中，所述超共形生长循环包括第二系列的一个或多个超共形生长循环。22.如权利要求21所述的方法，其中，所述第二系...

【专利技术属性】
技术研发人员：让塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：默克专利有限公司，
类型：发明
国别省市：