循环低温膜生长工艺制造技术

一种氮化方法，该方法包括在低于约400℃的温度下在加工室内原位循环进行以下步骤：在加工室中处理衬底的非反应性表面，以通过将非反应性表面暴露于能量通量而将非反应性表面转化为反应性表面，以及使用氮基气体使反应性表面氮化，以将反应性表面转化成包括后续非反应性表面的氮化物层。应性表面的氮化物层。应性表面的氮化物层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】循环低温膜生长工艺
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月19日提交的美国非临时专利申请号17/026,168的提交日期的优先权和权益，该美国非临时专利申请通过引用以其全部内容并入本文。


[0003]本专利技术总体上涉及低温膜生长工艺，并且在特定实施例中，涉及用于在低温下循环进行的膜生长工艺的方法和装置。

技术介绍

[0004]微电子工件内的器件形成可以涉及包括衬底上多个材料层的形成、图案化和去除在内的一系列制造技术。成膜工艺在器件形成期间是必不可少的，并且可以在衬底表面上沉积和/或生长。例如，膜生长工艺通常利用衬底(例如暴露表面)中的材料作为膜的组分和/或作为晶体生长的晶种区域。
[0005]氮化物材料可在微电子器件制造中用作阻挡层、钝化层、介电层、掩模层和用作衬底。用于微电子器件的有用的氮化物的一些实例是氮化硅、氮氧化硅、氮化铝和氮化镓。通常使用氮化工艺(如热氮化和等离子体氮化)以形成包含来自衬底的材料作为组分的氮化物膜。
[0006]热和等离子体辅助的膜生长工艺(如氮化)可能具有几个缺点。例如，热氮化工艺可能超出许多微电子工件的热预算(例如，当器件已经形成时)。另外，等离子体辅助的工艺如等离子体氮化可能会不希望地损坏衬底表面。因此，可能需要在低温下进行的对衬底损坏最小化的膜生长工艺。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术的实施例，氮化方法包括在低于约400℃的温度下在加工室内原位循环进行以下步骤：在加工室中处理衬底的非反应性表面，以通过将非反应性表面暴露于能量通量而将非反应性表面转化为反应性表面，以及使用氮基气体使反应性表面氮化，以将反应性表面转化成包括后续非反应性表面的氮化物层。
[0008]根据本专利技术的另一个实施例，氮化方法包括在低于约400℃的温度下在等离子体加工室内原位循环进行以下步骤：通过用来自等离子体加工室中产生的等离子体的离子和光子轰击硅衬底，从硅衬底的非反应性区域中去除氢，以将非反应性区域转化成反应性区域；以及使用氮氢化合物气体使反应性区域氮化，以将反应性区域转化成包括后续非反应性区域的氮化物区域。
[0009]根据本专利技术的又另一个实施例，一种膜生长方法，该方法包括在低于约400℃的温度下在加工室内原位循环进行以下步骤：在加工室中处理衬底的氢化表面，通过使用入射在氢化表面上的能量通量从氢化表面中去除氢，将氢化表面转化为反应性表面，该衬底包含第一材料；以及将反应性表面暴露于包含第二材料的氢基气体以将反应性表面转化成
膜，该膜包括后续氢化表面和包含第一材料和第二材料的化合物。
附图说明
[0010]为了更完整地理解本专利技术和其优点，现在将参考以下结合附图给出的描述，在这些附图中：
[0011]图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G和图1H展示了根据本专利技术实施例的在低于约400℃的温度下在加工室中原位循环进行的示例氮化工艺，其中图1A示出了包括非反应性表面的衬底的初始状态，图1B示出了第一处理步骤，图1C示出了形成氮化物膜的第一氮化步骤，图1D示出了氮化物膜上形成的后续非反应性表面，图1E示出了第二处理步骤，图1F示出了第二氮化步骤，图1G示出了氮化物膜上形成的另一个后续非反应性表面，并且图1H示出了第三处理步骤；
[0012]图2展示了根据本专利技术实施例的用于在低于约400℃的温度下形成氮氧化硅的另一个示例氮化工艺；
[0013]图3展示了根据本专利技术实施例的用于在低于约400℃的温度下形成碳化硅的示例碳化工艺；
[0014]图4展示了根据本专利技术实施例的在低于约400℃的温度下进行的示例膜生长工艺；
[0015]图5展示了根据本专利技术实施例的示例膜生长装置；
[0016]图6展示了根据本专利技术实施例的示例等离子体加工装置；
[0017]图7展示了根据本专利技术实施例的示例氮化方法；并且
[0018]图8展示了根据本专利技术实施例的示例膜生长方法。
[0019]除非另外指示，否则不同图中的对应的数字和符号通常指代对应的部分。绘制图是为了清楚地展示实施例的相关方面，而这些图不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征的范围的终止。
具体实施方式
[0020]下文详细讨论各种实施例的制造和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例可应用于各种各样的具体情况下。所讨论的具体实施例仅是制造和使用各种实施例的具体方式的说明，并且不应在有限的范围内解释。
[0021]氮化(也称为“渗氮”)是在衬底的暴露表面形成氮化物的方法。氮化物是通过使氮与衬底的材料反应形成的。热氮化(也称为“气体渗氮”)通常在高温(例如，至少600℃并且通常>900℃)下进行。热氮化工艺的氮化效率随温度降低而降低，并且在许多情况下在400℃以下完全停止。氮源通常是氨气(NH3)并且通过将衬底放置在NH3环境中而提供给衬底。
[0022]热氮化工艺有各种缺点。相对于微电子衬底的热预算，所需的高温度通常非常高，从而导致不可接受的高衬底温度。例如，升高的衬底温度可能造成不受控的掺杂剂再扩散，从而导致不希望的掺杂剂再分布。对衬底材料的其他副作用也是可能的，如器件劣化和材料改性。因此，热氮化工艺往往与器件制造工艺不相容(例如，针对高级节点)。
[0023]等离子体氮化也用作在衬底的暴露表面形成氮化物的方法。尽管由于潜在的较低温度而被认为是热氮化的替代方案，但等离子体氮化仍然通常在约400℃下进行。尽管低于600℃，但是400℃的等离子体氮化温度可能更准确地被认为是相对于微电子衬底的热预算
的中等温度(例如，从器件角度来看不是低温)。此外，等离子体氮化具有对衬底造成损坏和非共形氮化的另外的潜在缺点。
[0024]除了热氮化和等离子体氮化之外可以使用其他技术，或者可以使用其他技术来代替热氮化和等离子体氮化。例如，可以使用复杂的反应性化学品。然而，这可能会增加成本和复杂性。还可以使用如原子层沉积(ALD)等技术。然而，ALD很慢(例如1
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2nm/min)、昂贵且敏感，需要极纯的材料、精准的操作条件并且涉及预处理表面制备。此外，ALD还可能需要高的衬底温度，如在热ALD中和在等离子体增强的ALD中。
[0025]常规的氮化工艺不利地需要高的温度(例如高于衬底的热预算)和不同设备(例如增加的复杂性、降低的生产量和潜在增加的对污染物的暴露)。此外，降低氮化加工温度的常规机制昂贵、复杂且导致其他不希望的影响，如衬底损坏。常规氮化工艺的这些缺点同样适用各种其他常规的膜生长工艺。因此，可能需要可以在低温下进行的、对衬底的损坏最小化并且可以在没有另外的专业化设备的情况下进行的膜生长工艺。
[0026]诸位专利技术人已证实，在400℃以下的氨气(NH3)环境中不发生硅(Si)氮化。然而，在较低温度(例如400℃以下)下氮化的反应势垒可能是由于Si表面被从化学吸附在Si表面上的NH3中解离的氢(H)原子钝化。诸位专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化方法，该方法包括在低于约400℃的温度下在加工室内原位循环进行以下步骤：在该加工室中处理衬底的非反应性表面，通过将该非反应性表面暴露于能量通量将该非反应性表面转化成反应性表面；以及使用氮基气体使该反应性表面氮化，以将该反应性表面转化成包括后续非反应性表面的氮化物层。2.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：其中非反应性表面的每次处理进行少于约5秒；并且其中反应性表面的每次氮化进行少于约5秒。3.如权利要求1所述的方法，其中，该氮基气体包括氨气(NH3)。4.如权利要求1所述的方法，其中，处理该非反应性表面包括使用在该加工室中产生的等离子体提供该能量通量。5.如权利要求1所述的方法，其中，处理该非反应性表面包括使用离子束源、电子束源、光子源、自由基源或闪热源来提供该能量通量。6.如权利要求1所述的方法，其中：处理该非反应性表面包括同时地施加源功率以产生该能量通量，以及防止该氮基气体扩散到该加工室中；并且使该反应性表面氮化包括同时地移除该源功率，以及向该加工室供应该氮基气体。7.一种氮化方法，该方法包括在低于约400℃的温度下在等离子体加工室内原位循环进行以下步骤：通过用来自该等离子体加工室中产生的等离子体的离子和光子轰击硅衬底，从该硅衬底的非反应性区域中去除氢，以将该非反应性区域转化成反应性区域；以及使用氮氢化合物气体使该反应性区域氮化，以将该反应性区域转化成包括后续非反应性区域的氮化物区域。8.如权利要求7所述的方法，其中，这些离子和光子包含大于约4.06eV的平均能量。9.如权利要求7所述的方法，其中，将氢从该非反应性区域中去除和使该反应性区域氮化同时进行。10.如权利要求...

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