选择性等离子体增强原子层沉积制造技术

公开了一种选择性等离子体增强原子层沉积(ALD)方法。该方法可以包括将包含电介质材料和金属的衬底装载到反应器中。衬底可以与非等离子体基氧化剂反应，从而在金属上形成氧化的金属表面。衬底可被加热并暴露于与电介质材料相比更多地吸附到氧化金属上的钝化剂。这种暴露可以在氧化金属表面上形成钝化层，并且衬底可以暴露于与钝化层相比更多地吸附到电介质材料上的硅前体，从而在电介质材料上形成化学吸附的含硅层。衬底可暴露于等离子体基的氧化剂，其同时部分地氧化钝化层，并氧化化学吸附的含硅层以在电介质材料上形成介电膜。附的含硅层以在电介质材料上形成介电膜。附的含硅层以在电介质材料上形成介电膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】选择性等离子体增强原子层沉积
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2020年12月1日提交的63/120,086号美国专利申请和2021年4月30日提交的63/182,581号美国专利申请的优先权。


[0003]本公开总体上涉及选择性原子层沉积(ALD)，且更具体地涉及选择性等离子体增强ALD。

技术介绍

[0004]美国专利9,816,180号公开了用于相对于第二不同表面选择性地沉积到衬底表面上的方法。示例性的沉积方法可以包括相对于相同衬底的不同的第二表面(例如H封端的表面)，在第一表面(例如SiO2表面)上选择性地沉积材料，例如包含镍、氮化镍、钴、铁和/或氧化钛的材料。方法可包括在沉积之前处理衬底的表面以提供H封端。
[0005]美国专利申请公开US2018/0342388公开了选择性沉积有机和杂合有机/无机层的方法。更特别地，该公开的实施方案涉及修饰羟基封端的表面以选择性沉积分子层有机和杂合有机/无机膜的方法。该公开的其他实施方案涉及用于分子层沉积工艺的环状化合物。
[0006]美国专利申请公开US2017/0037513公开了用于相对于衬底的第二电介质表面在衬底的第一金属或金属表面上选择性地沉积材料，或者用于相对于第二氧化硅表面在衬底的第一金属氧化物表面上选择性地沉积金属氧化物的方法。选择性沉积的材料可以是例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物、金属碳化物和/或电介质材料。在一些实施方案中，包含第一金属或金属表面和第二电介质表面的衬底交替地且顺序地与第一气相金属卤化物反应物和第二反应物接触。在一些实施方案中，包含第一金属氧化物表面和第二硅氧化物表面的衬底交替地且顺序地与第一气相金属氟化物或氯化物反应物和水接触。
[0007]美国专利10,460,930号公开了用于相对于含金属表面如铜在电介质表面上选择性地沉积氧化硅的方法和设备。方法包括使具有电介质表面和铜表面的衬底暴露于铜封闭试剂(如烷基硫醇)以使其选择性吸附到铜表面上，使衬底暴露于含硅前体以沉积氧化硅，使衬底暴露于弱氧化剂气体并点燃等离子体以转化吸附的含硅前体而形成氧化硅，和使衬底暴露于还原剂以减少任何氧化的铜对弱氧化剂气体的暴露。
[0008]美国专利申请公开US2018/0211833公开了具有带机器人的中心传送站和具有大于或等于约0.1重量％水蒸气的环境，连接到传送站的一侧的预清洁腔室和连接到传送站的一侧的批处理腔室的处理平台。处理平台构造为预清洁衬底，以从第一表面移除原始氧化物，使用烷基硅烷形成封闭层并选择性地沉积膜。亦描述了使用处理平台和处理多个晶片的方法。
[0009]世界知识产权组织申请公开WO2019/023001号公开了相对于氢封端的表面在氢氧化物封端的表面上选择性沉积膜的方法。将氢封端的表面暴露于氮化剂以形成胺封端的表面，所述胺封端的表面暴露于封闭分子以在表面上形成封闭层。然后可以将膜选择性地沉
积在氢氧化物封端的表面上。
[0010]美国专利申请公开US2018/0233349号公开了用于相对于氮化硅表面选择性地在氧化硅表面上沉积氧化硅的方法和设备。方法涉及使用氨和/或氮等离子体预处理衬底表面，并且在热原子层沉积反应中使用氨基硅烷硅前体和氧化剂的交替脉冲选择性地在氧化硅表面上沉积氧化硅，而不在暴露的氮化硅表面上沉积氧化硅。
[0011]美国专利10,043,656号公开了用于相对于氧化硅或氮化硅材料在硅或金属表面上选择性地沉积含硅电介质材料或含金属电介质材料的方法和装置。方法涉及将衬底暴露于与不期望沉积的氧化硅或氮化硅材料反应的酰氯，以形成阻止在氧化硅或氮化硅材料上沉积的酮结构。在沉积所期望的含硅电介质材料或含金属的电介质材料之前，进行酰氯的暴露。
[0012]美国专利申请公开US2018/0323055号公开了一种通过循环沉积工艺在包含第一金属表面和第二电介质表面的衬底上选择性地形成氮化硅膜的方法。该方法可包括使衬底与包含卤化硅源的第一反应物接触，以及使所述衬底与包含氮源的第二反应物接触，其中第一金属表面的孵育期小于第二电介质表面的孵育期。还公开了包含选择性氮化硅膜的半导体器件结构。
[0013]美国专利申请公开US2020/0090924号公开了通过将衬底暴露于有机金属前体然后暴露于氧化剂而相对于电介质层在金属层上沉积金属氧化物膜的方法。
[0014]Loepp,G.等(1999).“Adsorption of Heptanethiol on Cu(110)”Langmuir 15(11):3767
‑
3772公开了庚硫醇[CH3(CH2)6SH]在Cu(110)上的吸附动力学，并通过热解吸光谱法、XPS、LEED和扫描隧道显微镜研究了超高真空气相沉积制备的单层膜的有序性。
[0015]在本领域中，需要提供一种通过等离子体增强原子层沉积半导体制造工艺，相对于金属表面选择性地在电介质表面顶部沉积硅电介质材料(例如氧化硅，碳掺杂的氧化硅和碳掺杂的氮氧化硅)的方法。

技术实现思路

[0016]根据本公开的第一方面，公开了一种选择性等离子体增强原子层沉积(ALD)工艺。在本文公开的本专利技术的第一方面中，衬底上的金属表面可以不被氧化，因此需要氧化步骤以使金属更好地与钝化剂相互作用。因此，该方法可包括(a)将包含电介质材料和金属的衬底装载到反应器中。衬底可以(b)与非等离子体基氧化剂反应，从而在金属上形成氧化的金属表面。衬底可以(c)加热到小于或等于150℃的温度，然后(d)暴露于与电介质材料相比优先地更多吸附到氧化的金属表面上的钝化剂，从而在氧化金属表面上形成钝化层。随后，衬底可以(e)暴露于与钝化层相比优先地更多吸附到电介质材料上的硅前体，从而在电介质材料上形成化学吸附的含硅层。最后，衬底然后可以(f)暴露于等离子体基的氧化剂，并且这种暴露同时(1)部分地氧化钝化层，从而形成在氧化的金属表面上的部分氧化的钝化层，以及(2)氧化化学吸附的含硅层，从而形成在电介质材料上的含硅介电膜。
[0017]根据本专利技术的第二方面，公开了另外的选择性等离子体增强原子层沉积(ALD)工艺。该第二方法可以包括(g)将包含电介质材料和具有天然金属氧化物表面的金属的衬底装载到反应器中。衬底可以(h)加热到小于或等于150℃的温度，然后(i)暴露于与电介质材料相比优先地更多地吸附到天然金属氧化物表面上的钝化剂，从而形成在天然金属氧化物
表面上的钝化层。随后，衬底可以(j)暴露于与天然金属氧化物表面上的钝化层相比优先地更多吸附到电介质材料上的硅前体，从而在电介质材料上形成化学吸附的含硅层。然后，衬底可以(k)暴露于等离子体基的氧化剂，所述氧化剂同时(1)部分地氧化天然金属氧化物表面的钝化层，从而形成在天然金属氧化物表面上的部分氧化的钝化层，以及(2)氧化在电介质材料上的化学吸附的含硅层，从而在电介质材料上形成含硅介电膜。
附图说明
[0018]图1示出了如工作实施例2中所述的在100℃下A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种选择性等离子体增强原子层沉积(ALD)方法，包括：(a)将包含电介质材料和金属的衬底装载到反应器中；(b)使所述衬底与非等离子体基氧化剂反应，从而在所述金属上形成氧化的金属表面；(c)将所述基底加热至小于或等于150℃的温度；(d)使所述衬底暴露于与所述电介质材料相比优先地更多吸附到所述氧化的金属表面上的钝化剂，从而在所述氧化的金属表面上形成钝化层；(e)使所述衬底暴露于与所述氧化的金属表面上的钝化层相比优先地更多吸附到所述电介质材料上的硅前体，从而在所述电介质材料上形成化学吸附的含硅层；以及(f)使所述衬底暴露于等离子体基的氧化剂，其同时地(1)部分氧化所述钝化层，从而形成在所述氧化的金属表面上的部分氧化的钝化层，和(2)氧化所述电介质材料上的所述化学吸附的含硅层，从而形成在所述电介质材料上的含硅介电膜。2.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述电介质材料选自氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氮氧化硅、碳掺杂的氮氧化物、氮化硅和金属氧化物如氧化锆、氧化铪、硅掺杂的氧化锆、硅掺杂的氧化铪，或任何其它高k材料。3.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述金属选自钴、铝、铜、钽、钌、钼、钨、铂、铱、镍、钛、银、金或其组合。4.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述非等离子体基氧化剂选自过氧化氢、氧气和臭氧。5.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中步骤(b)使所述衬底与非等离子体基氧化剂反应在小于或等于500℃的温度下发生，从而在金属台阶上形成氧化的金属表面。6.根据权利要求5所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中步骤(b)使所述衬底与非等离子体基氧化剂反应在小于或等于150℃的温度下发生，从而在金属台阶上形成氧化的金属表面。7.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述钝化剂选自甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、庚硫醇、辛硫醇、壬硫醇、癸硫醇、十一烷硫醇、十二烷硫醇、十三烷硫醇、十四烷硫醇、十五烷硫醇、十六烷硫醇、十七烷硫醇、十八烷硫醇、十九烷硫醇、四氢
‑
2H
‑
吡喃
‑4‑
硫醇、2
‑
丙烯
‑1‑
硫醇、四氢
‑
2H
‑
吡喃
‑4‑
硫醇、苯硫酚、4
‑
甲基
‑1‑
苯硫酚、3
‑
甲基
‑1‑
苯硫酚、2
‑
甲基
‑1‑
苯硫酚和对
‑
二甲苯
‑
α
‑
硫醇。8.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述钝化剂选自二叔丁基二硫化物和二庚烷二硫化物。9.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述钝化剂选自1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇、2,2,2
‑
三氟乙硫醇、4
‑
甲基
‑6‑
三氟甲基
‑
嘧啶
‑2‑
硫醇、4
‑
三氟甲基苄硫醇、4
‑
(三氟甲氧基)苄硫醇、4
‑
氟苄硫醇、3,5
‑
双(三氟甲基)苯硫醇、2
‑
(三氟甲基)苯硫醇、4
‑
三氟甲基
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯硫酚、3,5
‑
二氟苄硫醇、4
‑
三氟甲基
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯硫酚和对三氟甲基苯硫醇。10.根据权利要求1所述的选择性等离子体增强ALD方法，其中所述钝化层包含化学吸附到所述氧化的金属表面的所述钝化剂的单层。11.一种选择性等离子体增强原子层沉积(ALD)方法，包括：
(g)将包含电介质材料和具有天然金属氧化物表面的金属的衬底装载到反应器中；(h)将所述衬底加热至小于或等于150℃的温度；(i)使所述衬底暴露于与所述电介质材料相比优先地更多吸附到所述天然金属氧化物表面上的钝化剂，从而在所述天然金属氧化物表面上形成钝化层；(j)使所述衬底暴露于与所述天然金属氧化物表面上的所述钝化层相比优先地更多吸附到所述电介质材料上的硅前体，从而在所述电介质材料上形成化学吸附的含硅层；以及(k)使所述衬底暴露于等离子体基的氧化剂，其同时地(1)部分氧化所述天然金属氧化物表面上的所述钝化层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：