專利名稱：：原子層沉積的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，尤其涉及原子層沉積(atomiclayerdeposition)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)高質(zhì)量的薄膜結(jié)構(gòu)的精確的原子級(jí)沉積(atomic-leveldeposition)的需要。響應(yīng)這種需要，近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種被統(tǒng)稱為"原子層沉積(ALD)，，或"原子層蟲(chóng)晶(atomiclayerpitaxy，ALE)"的膜成長(zhǎng)技術(shù)。ALD技術(shù)能夠以原子層的精度(accuracy)來(lái)沉積均勻且順應(yīng)性的膜。典型的ALD工藝使用連續(xù)自限制表面反應(yīng)(self-limitingsurfacereaction)來(lái)將膜成長(zhǎng)控制在單層厚度區(qū)間(regime)內(nèi)。由于其對(duì)膜的順應(yīng)性(conformity)以及均勻性的良好潛力，ALD已經(jīng)成為高級(jí)應(yīng)用的選擇技術(shù)，例如微電子組件中的高介電常數(shù)(high-k)柵極氧化層、儲(chǔ)存電容電介質(zhì)以及銅擴(kuò)散障壁(copperdiffusionbarrier)。實(shí)際上，ALD技術(shù)對(duì)所有從納米(nm)或次納米等級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)的精確控制受益的高級(jí)應(yīng)用都是有用的。然而，目前為止，大多數(shù)的現(xiàn)有沉積技術(shù)受到固有缺陷的影響，并且在半導(dǎo)體工業(yè)中無(wú)法可靠地用于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，被稱為"分子束磊晶(molecularbeamepitaxy,MBE)"的沉積技術(shù)使用擋板控制(shutter-controlled)的單個(gè)瀉流室(effusioncell)來(lái)向基板表面引導(dǎo)不同物種(species)的原子，這些原子在基板表面上彼此反應(yīng)以形成期望的單層。固體源(solid-source)MBE工藝中，瀉流室必須加熱到相當(dāng)高的溫度，以進(jìn)4亍纟且分原子(ingredientatoms)的熱離子發(fā)射(thermionicemission)。t匕外，必須維持極高的真空，以確保組分原子到達(dá)基板表面之前在它們中間不發(fā)生碰撞。盡管需要高溫及高真空，但MBE膜成長(zhǎng)率對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)?shù)偷?。另一ALD凈支術(shù)^皮稱為溫度調(diào)控(temperature-modulated)原子層磊晶(ALE)。根據(jù)此技術(shù)，為了成長(zhǎng)硅膜，重復(fù)以下步驟。首先，在180。C與400。C之間的低溫下將單層的硅烷(SiH4)沉積于基板表面上。隨后，基板溫度陡升到大約550°C,以脫附氫原子，剩下單層的硅。盡管此技術(shù)的確達(dá)成了受控的逐層的(layer-by-layer)膜成長(zhǎng)，但需要重復(fù)的溫度突波(spike),使其難以在大的晶圓上維持均勻性以及層與層間的可重復(fù)性(repeatability)。此外，將基板加熱到高溫會(huì)損壞或破壞在先前的工藝步驟中形成于基并反上的4青密結(jié)構(gòu)(delicatestructures)。一種現(xiàn)有的ALD技術(shù)采用離子轟擊來(lái)脫附過(guò)量的氫原子。根據(jù)此技術(shù)，使用二硅烷(disilane，Si2H6)氣體來(lái)在基板表面上形成二珪烷單層。然后，利用氦或氬離子轟擊基板表面以從二硅烷單層脫附過(guò)量的氫原子，而形成硅單層?？赡苡捎谶^(guò)度的高能離子轟擊(50eV離子能量)，膜成長(zhǎng)率相當(dāng)?shù)?低于每循環(huán)0.15單層)，并且高能離子通量(flux)實(shí)質(zhì)上是直視性(line-of-sight)工藝，因此危害了原子層沉積進(jìn)行高順應(yīng)性沉積的潛力。進(jìn)一步，高能離子還引起結(jié)晶缺陷(crystallinedefect),這造成不得不進(jìn)行沉積后的退火(post-depositionannealing)。而且，對(duì)ALD沉積的薄膜進(jìn)行順應(yīng)性摻雜，特別是在3-D結(jié)構(gòu)(例如，F(xiàn)inFETs)中，對(duì)工藝工程師來(lái)說(shuō)仍是一種挑戰(zhàn)。不希望利用現(xiàn)有離子植入技術(shù)來(lái)將摻雜齊U(dopants)引入到3-D的順應(yīng)性覆蓋結(jié)構(gòu)(conformallycoveredstructure)內(nèi)，不僅是因?yàn)殡y以達(dá)成4參雜齊!j分布的均勻性，而且由于植入后的退火(post-implantanneal)所產(chǎn)生的潛在損壞。由于上述原因，希望提供一種克服上述不足以及缺點(diǎn)的原子層沉積的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容一種原子層沉積技術(shù)。在一實(shí)施例中，此技術(shù)為一種應(yīng)變薄膜的形成方法。此方法包括向基板表面供應(yīng)一種或多種前驅(qū)物質(zhì)(precursorsubstances),前驅(qū)物質(zhì)具有至少一第一物種的原子以及至少一第二物種的原子，從而在基板表面上形成一層前驅(qū)物質(zhì)。.此方法還包括將基板表面暴露于等離子體產(chǎn)生的第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子(metastableatoms),其中亞穩(wěn)態(tài)原子從基板表面脫附至少一第二物種的原子，以形成至少一第一物種的原子層。至少一第一物種的原子層內(nèi)的期望的應(yīng)力(stress)大小，通過(guò)控制從以下參數(shù)所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種參數(shù)來(lái)達(dá)成沉積溫度、至少一第一物種的原子層的成分(composition)、至少一第一物種的原子層內(nèi)的雜質(zhì)(impurities)數(shù)量以及與第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子相關(guān)聯(lián)的通量(flux)或能量(energy)。可在多個(gè)沉積循環(huán)(depositioncycles)中重復(fù)上述步驟，直到達(dá)成期望的膜厚(filmthickness)。在另一實(shí)施例中，此技術(shù)為一種氮化硅膜的形成方法。此方法包括向基板表面供應(yīng)具有硅和氮原子的一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，從而在基板表面上形成一層上述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)。此方法還包括將基板表面暴露于等離子體產(chǎn)生的第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子，其中亞穩(wěn)態(tài)原子從一種或多種前驅(qū)物質(zhì)的層中脫附過(guò)量的硅原子和氮原子，以形成氮化硅的原子層?？稍诙鄠€(gè)沉積循環(huán)中重復(fù)上述步驟，直到達(dá)成期望厚度的氮化硅。在另一實(shí)施例中，此技術(shù)是一種氮化硅膜的形成方法。此方法包括向基板表面供應(yīng)具有硅原子的一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，從而在基板表面上形成一層上述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)。此方法還包括將上述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)的層暴露于等離子體產(chǎn)生的氮的亞穩(wěn)態(tài)原子，以形成氮化硅的原子層?？稍诙鄠€(gè)沉積循環(huán)中重復(fù)上述步驟，直到達(dá)成期望厚度的氮化硅?，F(xiàn)在參照附圖所示的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。盡管下文參照實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于此。獲得本文的教導(dǎo)的本領(lǐng)域熟知此項(xiàng)技藝者將意識(shí)到落在本文所描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)并且本發(fā)明相對(duì)其相當(dāng)有用的其它實(shí)施方式、修改和實(shí)施例，以及其它應(yīng)用領(lǐng)域。為了便于更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖，其中相似的組件由相似的標(biāo)號(hào)表示。這些附圖不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明，而傾向于僅是示范性的。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積循環(huán)的方框示意圖。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積循環(huán)的方框示意圖。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積的系統(tǒng)的方框示意圖。圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積的方法的流程圖。具體實(shí)施例方式為了解決與現(xiàn)有原子層沉積技術(shù)相關(guān)的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例引入ALD以及臨場(chǎng)(insitu)摻雜技術(shù)。使用亞穩(wěn)態(tài)原子來(lái)脫附過(guò)量的原子。例如，亞穩(wěn)態(tài)原子產(chǎn)生于等離子體室內(nèi)。出于示意的目的，后續(xù)描述將集中于使用氦亞穩(wěn)態(tài)原子來(lái)沉積摻雜或非摻雜硅的方法和裝置。應(yīng)該知道，利用相同或類似的技術(shù)，還可以使用氦或其它亞穩(wěn)態(tài)原子來(lái)成長(zhǎng)其它物種的薄膜。參照?qǐng)D1，其顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積循環(huán)100的方框示意圖。原子層沉積循環(huán)100包括兩個(gè)階段(phase),即，飽和階段(saturationphase)10以及脫附階^殳12。在飽和階段10中，基板102暴露于二硅烷(Si2H6)氣體。為了成長(zhǎng)硅膜，基板表面可包括例如硅、絕緣層上覆硅(silicon-on-insulator,SOI)和/或二氧化硅(silicondioxide)。二硅烷氣體作為珪前驅(qū)(siliconprecursor),且以足夠高的劑量供應(yīng)，以飽和基板表面并在其上形成二硅烷單層104。然而，在整個(gè)發(fā)明中，詞語(yǔ)"飽和，，的使用并不排除基板表面僅由用于"飽和"此表面的物質(zhì)來(lái)部份覆蓋的情況?；?02以及處理環(huán)境可維持在謹(jǐn)慎選擇的溫度下，以防止前驅(qū)物氣體在基板表面上凝結(jié)或分解。在本實(shí)施例中，基板102^皮加熱且維持在180。C與400。C之間的溫度下，盡管將基板102加熱并且維持在其它溫度范圍也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在脫附階段12，基板102暴露于亞穩(wěn)態(tài)原子，此亞穩(wěn)態(tài)原子的能量足以從前驅(qū)物單層中脫附過(guò)量的原子。根據(jù)本實(shí)施例，氦亞穩(wěn)態(tài)原子用于從在飽和階段10形成的二硅烷單層104中部份地或者完全地脫附過(guò)量的氫原子。氦亞穩(wěn)態(tài)原子可由例如感應(yīng)耦合式(inductivelycoupled)等離子體中的氦氣體產(chǎn)生。各個(gè)氦亞穩(wěn)態(tài)原子的內(nèi)部能量大約為20eV，此能量可用于打破硅原子與氫原子之間的結(jié)合鍵(bond)。根據(jù)某些實(shí)施例，惰性氣體(氦、氬等)的亞穩(wěn)態(tài)以及其它激發(fā)態(tài)傾向于發(fā)射光子(photon),此光子也可間接地驅(qū)動(dòng)基板表面上的脫附反應(yīng)。在移除過(guò)量的氫原子之后，硅單層106形成于基板表面上。根據(jù)某些實(shí)施例，可以不移除所有過(guò)量的氫原子。因此，在脫附階段12結(jié)束時(shí)，硅單層106的表面為懸4建(danglingbond)以及氫端4定結(jié)(hydrogen-terminated)珪原子的混合物。在飽和階段10和脫附階段12之間，利用一種或多種惰性氣體(例如，氦或氬)來(lái)清洗基板表面，以移除過(guò)量的反應(yīng)氣體以及副產(chǎn)品(例如，氫)。從飽和階段10至脫附階段12的整個(gè)循環(huán)(包括二階段之間的"清洗(purge)"步驟在內(nèi)^皮稱為一"沉積循環(huán)"?？芍貜?fù)沉積循環(huán)100，以一次一單層(或者部份單層)地形成純硅的薄膜(例如，結(jié)晶、多晶或非晶態(tài)等)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用亞穩(wěn)態(tài)原子而不是離子，有利于從由前驅(qū)物質(zhì)進(jìn)行飽和處理的基板表面脫附過(guò)量的原子。當(dāng)為了脫附目的而在等離子體中產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)原子時(shí)，希望防止帶電粒子(例如，電子以及離子)到達(dá)基板表面，使得由于這些帶電粒子產(chǎn)生的非等向性(anisotropic)膜屬性降低或得到最小化?？刹扇《喾N解決方法來(lái)防止帶電粒子影響形成于基板表面上的ALD膜。例如，可將一種或多種裝置(例如，擋板(baffle)或屏(screen))插入等離子體源和基板之間。這些裝置進(jìn)一步加偏壓以過(guò)濾出不想要的帶電粒子?；蛘?，可建立電磁場(chǎng)來(lái)偏轉(zhuǎn)帶電粒子。根據(jù)其它實(shí)施例，可調(diào)節(jié)基板表面的方位來(lái)最小化帶電粒子的入射流。例如，基板平臺(tái)可進(jìn)行反轉(zhuǎn)或者以其它方式轉(zhuǎn)離等離子體源的視線(lineofsight)?；蛘?，等離子體源可定位成距離基板一定距離，以使相當(dāng)大部份的帶電粒子由于散射或者碰撞而無(wú)法到達(dá)基板表面。參照?qǐng)D2,其顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的原子層沉積循環(huán)200的方框示意圖。根據(jù)本實(shí)施例，上文的圖1所示的ALD工藝不^f又可用于沉積單物種的薄膜，而且還可將雜質(zhì)引入薄膜或者形成多物種和/或交替分層的膜，所有這些過(guò)程均是以受控方式進(jìn)行的。例如，除了非摻雜的硅膜，還可以根據(jù)略微修改的ALD工藝來(lái)成長(zhǎng)摻雜硅膜。根據(jù)這種<奮改的ALD工藝，一或多次沉積循環(huán)100可由一或多次沉積循環(huán)200所取代。在沉積循環(huán)200的飽和階段20中，摻雜前驅(qū)物氣體取代硅前驅(qū)物氣體或者與硅前驅(qū)物氣體同時(shí)提供。在圖2所示的實(shí)施例中，摻雜前驅(qū)物是二硼烷(B2H6),它吸附(或"化學(xué)吸附，，)到基板102的表面，以形成二硼烷單層204。在這種情況下，下方表面可包括在前一沉積循環(huán)100中沉積的硅單層。二硼烷單層204可以部份或者完全地覆蓋下方表面。在沉積循環(huán)200的脫附階段22中，基板102如上文所描述地暴露于氦亞穩(wěn)態(tài)原子。氦亞穩(wěn)態(tài)原子可從二硼烷單層204中脫附過(guò)量的氫原子，剩下部份或完全的硼單層206。通過(guò)控制利用沉積循環(huán)200取代沉積循環(huán)100的次數(shù)并通過(guò)控制在飽和階段20內(nèi)供應(yīng)的二硼烷氣體的劑量(dose),可在硅膜內(nèi)達(dá)成期望的硼摻雜劑的密度曲線(densityprofile)。由于這種臨場(chǎng)摻雜技術(shù)依賴于摻復(fù)雜的3-D結(jié)構(gòu)(例如FinFET)的表面上達(dá)成均勻的摻雜劑分布。進(jìn)一步，不需要進(jìn)行沉積后離子摻雜的摻雜劑原子所必需的高溫?cái)U(kuò)散工藝。取而代之，不需要進(jìn)行退火或者僅需要低溫退火，這導(dǎo)致?lián)诫s劑的擴(kuò)散降低，并因而產(chǎn)生非常陡峭的(或"盒狀")摻雜劑曲線。同樣，本發(fā)明的實(shí)施例可在500。C以下的溫度下實(shí)施，這正好處于半導(dǎo)體工業(yè)的"熱預(yù)算，，(thermalbudget)內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的原子層沉積可以是取決于基板表面成分的選擇性工藝。例如，圖1所示的工藝可以在硅或SOI表面上而不是在二氧化硅(Si02)表面上沉積硅單層。因而，二氧化硅可用來(lái)作為罩幕層，以屏蔽基板表面的選定部份。應(yīng)該知道，盡管在上述實(shí)例中僅使用了氦亞穩(wěn)態(tài)原子，但其它物種的原子也可用于脫附工藝。這些物種的選擇基于它們的亞穩(wěn)態(tài)或激發(fā)態(tài)的壽命(lifetime)和能量。表1提供了其亞穩(wěn)態(tài)原子可用于ALD工藝的脫附階段的備選物種的列表。表1物種壽命(秒)能量(eV)He簡(jiǎn)019.8Ne2417Ar4012Kr3010Xe438.4應(yīng)該知道，除了二硼烷氣體，還可以使用其它摻雜前驅(qū)物來(lái)向ALD形成的薄膜中引入期望的摻雜劑原子。用于引入例如硼(B)、砷(As)、磷(P)、銦(In)以及銻(Sb)等摻雜劑原子的適當(dāng)摻雜前驅(qū)物可以包括但不局限于以下化合物囟化物(例如，BF3)、醇化物(例如，B(OCH3)3)、烷基(例如，In(CH3)3)、氫化物(例如，AsH3、PH3)、環(huán)戊二烯基、烷亞酰胺(alkylimide)、烷酰胺(alkylamide)(例如,P[N(CH3)2]3)以及脒基(amidinate)。進(jìn)一步，臨場(chǎng)摻雜技術(shù)不限于等離子體強(qiáng)化的ALD工藝，其中透過(guò)ALD類工藝來(lái)沉積含摻雜劑的單層。這種臨場(chǎng)摻雜技術(shù)不需要使用亞穩(wěn)態(tài)原子。例如，熱(thermal)ALD工藝也適用于形成含摻雜劑的單層。實(shí)際上，這種臨場(chǎng)摻雜概念適用于任何ALD工藝，其中利用沉積含摻雜劑的單層的一或多次沉積循環(huán)來(lái)取代沉積要摻雜的薄膜單層的一或多次沉積循環(huán)，或者其中要摻雜的薄膜可實(shí)質(zhì)上與含摻雜劑的單層同時(shí)沉積。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的進(jìn)行原子層沉積的系統(tǒng)300的方框示意圖。系統(tǒng)300可包括處理室302,其通常能夠利用例如渦4侖泵(turbopump)306、機(jī)械泵(mechanicalpump)308以及其它必要的真空密封組件而達(dá)到高真空基礎(chǔ)壓力(例如，10:1(T6torr)。在處理室302中，設(shè)置用以保持至少一基板30的基板平臺(tái)(platform)310?；迤脚_(tái)310裝配有一或多個(gè)溫度管理裝置，以調(diào)節(jié)且維持基板30的溫度。還可以進(jìn)行基板平臺(tái)30的傾斜或旋轉(zhuǎn)。處理室302更裝配有一或多個(gè)膜成長(zhǎng)監(jiān)測(cè)裝置，例如石英晶體微量天平(microbalance)和/或反射式高能電子繞射(reflectionhighenergyelectrondiffraction,RHEED)儀器。系統(tǒng)300還包括等離子體室304，其耦接到處理室302上或者作為處理室302的一部份。射頻(radiofr叫uency,RF)動(dòng)力源(powersupply)312可用于在等離子體室304內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)耦合式等離子體32。例如，以正常壓力供應(yīng)的氦氣體可通過(guò)RF動(dòng)力激發(fā)來(lái)產(chǎn)生氦等離子體，氦等離子體轉(zhuǎn)而產(chǎn)生氦亞穩(wěn)態(tài)原子。系統(tǒng)300還包括一定數(shù)量的氣體供應(yīng)裝置，例如二硅烷供應(yīng)裝置314、二硼烷供應(yīng)裝置316、氬供應(yīng)裝置318以及氦供應(yīng)裝置320。各氣體供應(yīng)裝置可包括流量控制閥門以如所希望地設(shè)定各流速。此外，氣體可通過(guò)例如閥門、體積固定的小室以及第二閥門等組件的連接系列而配量(meter)到系統(tǒng)內(nèi)。首先可通過(guò)打開(kāi)第一閥門將小室填充到期望的壓力。在第一閥門關(guān)閉后，通過(guò)打開(kāi)第二閥門將固定體積的氣體釋放到處理室中。二硅烷供應(yīng)裝置314以及二硼烷供應(yīng)裝置316經(jīng)由第一入口322而耦接到處理室302，并供應(yīng)足夠數(shù)量的相應(yīng)石圭和硼前驅(qū)物氣體來(lái)飽和基板30。氬供應(yīng)裝置318和氦供應(yīng)裝置320經(jīng)第二入口324耦接到等離子體室304。氬供應(yīng)裝置318提供氬(或其它惰性氣體)以清洗系統(tǒng)300。氦供應(yīng)裝置320供應(yīng)氦氣體以進(jìn)行氦亞穩(wěn)態(tài)原子的等離子體產(chǎn)生。此外，在等離子體室304和處理室302之間可設(shè)置屏或擋板裝置326。屏或擋板裝置326(加偏壓或未加偏壓)可用于防止等離子體室304內(nèi)產(chǎn)生的至少一部份帶電粒子到達(dá)基板30。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原子層沉積方法的流程圖。在步驟402中，將沉積系統(tǒng)(例如圖3所示的系統(tǒng))抽氣到高真空(HV)狀態(tài)。此真空條件可以采用目前習(xí)知或者以后開(kāi)發(fā)的任何真空技術(shù)達(dá)成。真空設(shè)備可包括例如機(jī)械泵、渦輪泵以及低溫泵(cryopump)中的一種或多種。真空位準(zhǔn)較佳為至少為l(T7-l(T6torr，盡管將真空位準(zhǔn)維持在其它壓力也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，如果期望較高的膜純度，則需要更高的基礎(chǔ)真空(basevacuum)。對(duì)于低純度膜，則較低的真空是可接受的。在步驟404中，將基板預(yù)加熱到期望的溫度?？苫诨孱愋汀LD反應(yīng)物種、期望的成長(zhǎng)速率等來(lái)確定基板溫度。在步驟406中，硅前驅(qū)物氣體，例如二硅烷(以及其載氣，如果有)可流入基板所位于的處理室中。以足以飽和基板表面的流速或壓力來(lái)供應(yīng)硅前驅(qū)物氣體。二硅烷的流動(dòng)可持續(xù)例如幾秒或者高達(dá)幾十秒。二硅烷的單層可部份或者完全地覆蓋基板表面。在步驟408中，在表面飽和后，硅前驅(qū)物關(guān)閉并且利用一種或多種惰性氣體來(lái)清洗沉積系統(tǒng)以移除過(guò)量的硅前驅(qū)物。在步驟410中，氦等離子體打開(kāi)。也就是，氦氣體從等離子體室流到處理室。氦等離子體可以是感應(yīng)耦合式等離子體(ICP)或者向氦原子提供充足的激發(fā)能量以產(chǎn)生氦亞穩(wěn)態(tài)原子的其它等離子體類型中的任意一種。處理室內(nèi)的基板暴露于氦亞穩(wěn)態(tài)原子，使得它們可與吸附于其上的硅前驅(qū)物進(jìn)行反應(yīng)以脫附非硅原子。例如，對(duì)于二硅烷單層，氦亞穩(wěn)態(tài)原子有助于移除過(guò)量的氫原子，以形成期望的硅單層?；灞砻姹┞队趤喎€(wěn)態(tài)原子可持續(xù)例如幾秒或者高達(dá)幾十秒。在步驟412中，氦等離子體關(guān)閉并且利用一種或多種惰性氣體再次清洗沉積系統(tǒng)。在步驟414中，可確定是否期望對(duì)硅膜進(jìn)行摻雜。如果希望進(jìn)行摻雜并且處于引入摻雜劑的適當(dāng)時(shí)間，工藝可轉(zhuǎn)移到步驟416。否則，工藝可循環(huán)到步驟406以開(kāi)始沉積下一單層的硅和/或結(jié)束沉積部份單層的硅。在步驟416中，例如二硼烷的摻雜前驅(qū)物氣體(及其載氣，如果有)流入處理室。以足以飽和基板表面的流速或壓力來(lái)供應(yīng)摻雜前驅(qū)物氣體。二硼烷流可以持續(xù)例如幾秒或者高達(dá)幾十秒。二硼烷的單層部份地或者全部地覆蓋基板表面。在步驟418中，在表面飽和之后，摻雜前驅(qū)物關(guān)閉并且利用一種或多種惰性氣體來(lái)清洗沉積系統(tǒng)，以移除過(guò)量的摻雜前驅(qū)物。在步驟420，氦等離子體打開(kāi)以產(chǎn)生氦亞穩(wěn)態(tài)原子。處理室內(nèi)的基板再次暴露于氦亞穩(wěn)態(tài)原子，使得氦亞穩(wěn)態(tài)原子可以與吸附于其上的摻雜前驅(qū)物反應(yīng)，以脫附非摻雜劑原子。例如，對(duì)于二硼烷單層，氦亞穩(wěn)態(tài)原子有助于移除過(guò)量的氬原子以形成所期望的部份或者全部硼單層?；灞砻姹┞队趤喎€(wěn)態(tài)原子可持續(xù)例如幾秒或者高達(dá)幾十秒。在步驟422中，氦等離子體關(guān)閉并且可利用一種或多種惰性氣體再次清洗沉積系統(tǒng)?？芍貜?fù)上述工藝步驟406至412和/或工藝步驟416至422，直到獲得具有一或多個(gè)單層的期望的硅膜，各單層具有期望的摻雜劑曲線。應(yīng)該理解，盡管上述實(shí)例僅描述了硅膜的沉積和/或摻雜，但本發(fā)明的實(shí)施例還可適用于沉積或者摻雜其它材料或物種的薄膜。例如，還可以沉積或者摻雜包含以下物種的ALD薄膜鍺(Ge)、碳(C)、鎵(Ga)、砷(As)、銦(In)、鋁(A1)或者磷(P)。形成的薄膜可以包括單個(gè)物種，例如碳或鍺，或者化合物，例如III-V族化合物(例如，GaAs、InAlP)。為此，可利用包含對(duì)應(yīng)物種的前驅(qū)物質(zhì)。前驅(qū)物質(zhì)的候選(candidates)包括但不局限于氫化物(例如SiH4、Si2H6、GeH)或囟代氬化物(例如SiHCl3)、卣代碳?xì)浠衔?例如CHF3)、烷基(例如三曱基鋁-Al(CH3)3或二甲基乙基鋁-CH3CH2-Al(CH3)2)或卣化物(例如CCU或者CC12F2)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述ALD以及臨場(chǎng)摻雜技術(shù)可用于許多半導(dǎo)體工藝中。特別是，在低溫度工藝優(yōu)于高溫度工藝時(shí)上述ALD以及臨場(chǎng)摻雜技術(shù)是有利的。應(yīng)變工程以及臨場(chǎng)滲氮是兩種示范性的應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體裝置的特征尺寸(featuresize)縮短到卯納米以下，僅進(jìn)行縮放不再能夠產(chǎn)生期望的組件性能。應(yīng)變工程(strainengineering)是解決縮放限制的理想方法，其中引入具有高應(yīng)力的薄膜(例如，氧化物、氮化物、珪或硅鍺)以利用與應(yīng)變結(jié)晶晶格(strainedcrystallinelattice)相關(guān)的改良載子遷移率的優(yōu)點(diǎn)。例如，在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,MOSFET)的石圭通道局部地(單軸地)或者全部地引入應(yīng)變，來(lái)改良MOSFET性能。目前，采用高溫選擇性磊晶成長(zhǎng)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生應(yīng)變薄膜，例如具有p型摻雜劑(例如，硼)或者n型摻雜劑(例如，砷以及磷)的臨場(chǎng)摻雜硅。此外，可將鍺混合到與硅結(jié)合的上述摻雜劑中，以達(dá)成應(yīng)變工程。在某些情況下，在沒(méi)有摻雜劑的情況下僅沉積硅鍺(SiGe)。然而，與習(xí)知應(yīng)變工程工藝相關(guān)的高溫使得它們難以適用于許多應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述亞穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化的ALD技術(shù)是應(yīng)變工程工藝(例如上文提到的工藝)的有利的代替方案。可在低溫下精確地沉積摻雜或非摻雜硅、SiGe或者其它應(yīng)變薄膜。應(yīng)變ALD薄膜中的應(yīng)力大小由許多參數(shù)控制。例如，在應(yīng)變SiGe膜的沉積中，可控制鍺的數(shù)量(例如，相較于硅的數(shù)量)以及沉積溫度來(lái)達(dá)成期望的應(yīng)力大小。根據(jù)一實(shí)施例，通過(guò)調(diào)控其分別暴露于硅前驅(qū)物和鍺前驅(qū)物(例如，循環(huán)的次數(shù))而達(dá)成期望的SiGe膜成分。此外，ALD薄膜中的雜質(zhì)(例如，碳)的數(shù)量對(duì)其中的應(yīng)力大小具有某種程度的二次效應(yīng)(secondaryeffect)。較低溫度的優(yōu)點(diǎn)在于臨場(chǎng)摻雜或沉積工藝中的摻雜劑擴(kuò)散較小。此外，利用較低溫度的沉積，由于應(yīng)變松弛(strainrelaxation)較小，因而對(duì)于相同的鍺數(shù)量可獲得更大的應(yīng)變。如上文所描述的，亞穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化的ALD工藝可包括多個(gè)沉積循環(huán)，每個(gè)沉積循環(huán)包括將基板暴露于前驅(qū)物，接著(和/或之前)將基板暴露于亞穩(wěn)態(tài)原子。重復(fù)相同或者不同的ALD沉積循環(huán)，直到達(dá)到所希望的膜厚度。為了精確地控制應(yīng)變薄膜中的應(yīng)力大小，工藝參數(shù)可以循環(huán)為基礎(chǔ)進(jìn)行變化。例如，在一ALD沉積循環(huán)中，基板表面暴露于第一類型的前驅(qū)物(例如，硅前驅(qū)物)，而在另一ALD沉積循環(huán)中，基板表面暴露于第二類型的前驅(qū)物(例如，鍺前驅(qū)物)。對(duì)于另一實(shí)例，在不同ALD沉積循環(huán)中引入的摻雜劑的數(shù)量或類型不同。根據(jù)一實(shí)施例，在同一ALD沉積循環(huán)中引入4參雜劑的混合物。對(duì)于臨場(chǎng)滲氮，目前采用高溫(〉650。CM氐壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)工藝來(lái)由二氯甲硅烷(SiH2Cl2)以及氨(NH3)的混合物來(lái)沉積順應(yīng)性氮化硅(Si3N4)膜。此外，交替地暴露于二氯曱硅烷(SiH2Cl2)和氨(NH3)的ALD工藝在650。C以上的溫度下進(jìn)行。包含硅、氮以及碳的前驅(qū)物已用于氮化物膜的沉積。然而，氮化物膜中的碳含量隨著沉積溫度降到600。C以下而急劇地增加，同時(shí)電屬性也相應(yīng)地降低(例如，形成滲漏膜)，這種現(xiàn)象指定650+。C的高溫進(jìn)行臨場(chǎng)滲氮工藝。隨著半導(dǎo)體裝置工藝的熱預(yù)算的降低，對(duì)于間隔層以及襯層應(yīng)用需要低溫順應(yīng)性SisN4膜的沉積。此外，較高應(yīng)力的Si3N4膜是所希望的，以便作為應(yīng)變工程策略的一部4分來(lái)增加MOSFET中的沖冊(cè)層疊中的總應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用亞穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化的ALD技術(shù)在較低溫度下沉積Si3N4薄膜結(jié)構(gòu)(例如，間隔層)。由于通過(guò)亞穩(wěn)態(tài)物種來(lái)提供膜成長(zhǎng)所必需的能量，亞穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化的ALD工藝可以在低于400。C的溫度下達(dá)成順應(yīng)性覆蓋?？梢苑謩e利用硅和氮的單獨(dú)前驅(qū)物進(jìn)行沉積或者利用包含兩種元素的一種前驅(qū)物進(jìn)行沉積。并且，引入亞穩(wěn)態(tài)來(lái)從吸附的前驅(qū)物質(zhì)中脫附過(guò)量的原子和/或移除配體。在某些實(shí)施例中，順應(yīng)性含硅膜藉由暴露于含氮的亞穩(wěn)態(tài)流而轉(zhuǎn)化成SisN4膜。除了膜的順應(yīng)性以及低沉積溫度，這種方法的附加優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合到SisN4膜內(nèi)的雜質(zhì)(例如，氯以及碳)最小。本發(fā)明并不局限于本文所描述的特定實(shí)施例的范圍內(nèi)。實(shí)際上，除了本文所描述的那些實(shí)施例外，透過(guò)上述描述以及附圖，本發(fā)明的其它各種實(shí)施例以及修改對(duì)本領(lǐng)域熟知此項(xiàng)技藝者是顯然的。因而，上述其它實(shí)施例和修改意圖落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。進(jìn)一步，盡管已經(jīng)出于特定目的在特定的環(huán)境下以特定實(shí)例為背景來(lái)描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域熟知此項(xiàng)技藝者應(yīng)意識(shí)到其有用性并不局限于此，并且本發(fā)明能夠在許多環(huán)境下出于許多目的有益地實(shí)施。因此，應(yīng)考慮本文所描述的本發(fā)明的整個(gè)范圍以及精神來(lái)解釋所闡述的申請(qǐng)專利范圍。權(quán)利要求1.一種應(yīng)變薄膜的形成方法，所述方法包括以下步驟向一基板表面供應(yīng)一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，所述前驅(qū)物質(zhì)具有至少一第一物種的原子以及至少一第二物種的原子，從而在所述基板表面上形成一層所述前驅(qū)物質(zhì)；以及將所述基板表面暴露于等離子體產(chǎn)生的一第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子，其中所述亞穩(wěn)態(tài)原子從所述基板表面脫附所述至少一第二物種的原子，以形成所述至少一第一物種的一原子層；其中所述至少一第一物種的所述原子層內(nèi)的期望的應(yīng)力大小的達(dá)成是通過(guò)控制從以下參數(shù)所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種參數(shù)沉積溫度、所述至少一第一物種的所述原子層的成分、所述至少一第一物種的所述原子層內(nèi)的雜質(zhì)的數(shù)量以及與所述第三物種的所述亞穩(wěn)態(tài)原子相關(guān)聯(lián)的通量或能量。2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，還包括向所述基板表面供應(yīng)一種或多種摻雜前驅(qū)物，以摻雜所述至少一第一物種的所述原子層。3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中將兩種或更多種摻雜劑的一混合物同時(shí)或者依序地引入所述至少一第一物種的所述原子層內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中所述至少一第一物種的所述原子層包括硅及鍺;以及所述期望的應(yīng)力大小至少部份是通過(guò)控制所述至少一第一物種的所述原子層內(nèi)的鍺的數(shù)量來(lái)達(dá)成。5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，還包括通過(guò)控制引入所述至少一第一物種的所述原子層內(nèi)的碳的數(shù)量，來(lái)調(diào)整所述期望的應(yīng)力大小。6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，還包括重復(fù)其中所述的步驟而為多個(gè)沉積循環(huán)，直到所述至少一第一物種的所述原子層達(dá)到期望的厚度。7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中至少一沉積循環(huán)包括向所述基板表面供應(yīng)一第一前驅(qū)物；將所述基板表面暴露于一第一選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；向所述基板表面供應(yīng)一第二前驅(qū)物；以及將所述基板表面暴露于一第二選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子。8.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中至少一沉積循環(huán)包括將所述基板表面暴露于一第一選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；向所述基板表面供應(yīng)一第一前驅(qū)物；將所述基板表面暴露于一第二選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；向所述基板表面供應(yīng)一第二前驅(qū)物；以及將所述基板表面暴露于一第三選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；其中所述第一、所述第二以及所述第三選定物種是相同或者不同類型的。9.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中于所有的所述沉積循環(huán)中的所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)是不同的。10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，還包括向所述基板表面供應(yīng)一硅前驅(qū)物；將所述基板表面暴露于一第一選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；向所述基板表面供應(yīng)一鍺前驅(qū)物；將所述基板表面暴露于一第二選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子，其中所述第一選定物種和所述第二選定物種是相同類型或者不同類型的；以及重復(fù)上述步驟，直到在所述基板表面上形成具有期望的應(yīng)力大小以及期望厚度的一硅鍺膜。11.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，還包括向所述基板表面同時(shí)供應(yīng)一硅前驅(qū)物和一鍺前驅(qū)物；將所述基板表面暴露于一選定物種的亞穩(wěn)態(tài)原子；以及重復(fù)上述步驟，直到在所述基板表面上形成具有期望的應(yīng)力大小以及期望厚度的一硅鍺膜。12.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)包括從以下物種所構(gòu)成的族群中間選擇的一種或多種物種硅、碳、鍺、鎵、砷、銦、鋁、以及磷。13.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中所述基板表面包括從以下材料所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種材料硅、絕緣層上覆硅(SOI)、二氧化硅、鉆石、硅鍺、碳化硅、in-v族化合物、平板材料、聚合物、以及可撓性基板材料。14.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變薄膜的形成方法，其中所述至少一第三物種包括從以下物種所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種物種氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氛(Rn)、以及氱(Xe)。15.—種氮化硅膜的形成方法，所述方法包括以下步驟向一基板表面供應(yīng)具有硅原子和氮原子的一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，從而在所述基板表面上形成一層所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)；以及將所述基板表面暴露于等離子體產(chǎn)生的一第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子，其中所述亞穩(wěn)態(tài)原子從所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)的層中脫附過(guò)量的硅原子和氮原子，以形成氮化硅的一原子層。16.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，還包括重復(fù)其中的所述步驟而成為多個(gè)沉積循環(huán)，直到達(dá)成期望厚度的氮化硅。17.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述硅原子和氮原子在其各自的前驅(qū)物質(zhì)中供應(yīng)至所述基板表面。18.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述硅原子和氮原子在一種前驅(qū)物質(zhì)中供應(yīng)至所述基板表面。19.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述至少一第三物種包括從以下物種所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種物種氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、泉(Rn)、以及氣(Xe)。20.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述基板表面包括從以下物種所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種材料硅、絕緣層上覆硅(SOI)、二氧化石圭、鉆石、硅鍺、碳化硅、in-v族化合物、平板材料、聚合物、以及可撓性基板材料。21.如權(quán)利要求15所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述基板表面保持在低于900。C的溫度下。22.—種氮化硅膜的形成方法，所述方法包括以下步驟向一基板表面供應(yīng)具有硅原子的一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，從而在所述基板表面上形成一層所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)；以及將所述一種或多種前驅(qū)物質(zhì)的層暴露于等離子體產(chǎn)生的氮的亞穩(wěn)態(tài)原子，以形成氮化硅的一原子層。23.如權(quán)利要求22所述的氮化硅膜的形成方法，還包括重復(fù)其中所述步驟而為多個(gè)沉積循環(huán)，直到達(dá)成期望厚度的氮化硅。24.如權(quán)利要求22所述的氮化硅膜的形成方法，其中所述基板表面包括從以下物種所構(gòu)成的族群中選擇的一種或多種材料硅、絕緣層上覆硅(SOI)、二氧化珪、鉆石、硅鍺、碳化硅、in-v族化合物、平板材料、聚合物、以及可撓性基板材料。全文摘要一種原子層沉積的技術(shù)。在一實(shí)施例中，此技術(shù)為一種應(yīng)變薄膜的形成方法。此方法可包括向基板表面供應(yīng)一種或多種前驅(qū)物質(zhì)，此前驅(qū)物質(zhì)具有至少一第一物種的原子以及至少一第二物種的原子，從而在基板表面上形成一層前驅(qū)物質(zhì)。此方法還包括將基板表面暴露于等離子體產(chǎn)生的第三物種的亞穩(wěn)態(tài)原子，其中亞穩(wěn)態(tài)原子從基板表面脫附所述至少一第二物種的原子，以形成所述至少一第一物種的原子層。通過(guò)控制原子層沉積工藝中的一種或多種參數(shù)，可達(dá)成至少一第一物種的所述原子層內(nèi)的期望的應(yīng)力大小。文檔編號(hào)C23C16/455GK101631894SQ200780050199公開(kāi)日2010年1月20日申請(qǐng)日期2007年12月3日優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日發(fā)明者喬治·D·帕帕守爾艾迪斯,哈勒德·M·波辛,安東尼·雷諾,維克拉姆·辛,艾德蒙德·J·溫德申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司