專利名稱：催化劑輔助的高k材料的硅酸鹽的沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種通過原子層沉積(ALD)在襯底上沉積硅酸鉿層的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理領(lǐng)域、平板顯示器處理或其它電子器件處理中，氣相沉積工 藝在將材料沉積到襯底上起重要作用。隨著電子器件的幾何尺寸持續(xù)縮減而器 件密度持續(xù)增加，部件的尺寸和深寬比變得越來越有挑戰(zhàn)性。因此，材料共形 沉積以形成這些器件變得越來越重要。
雖然已經(jīng)證明傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積(CVD)可成功用于下降到約0.15pm 的器件幾何尺寸和深寬比，但是更有挑戰(zhàn)性的器件幾何尺寸需要可選的沉積技 術(shù)。引起相當(dāng)大關(guān)注的一種技術(shù)是ALD。在ALD工藝期間，反應(yīng)氣體順序引 入到包含襯底的工藝腔室中。 一般地，第一反應(yīng)物脈沖到工藝腔室中且被吸附 在襯底表面上。然后，第二反應(yīng)物被脈沖到工藝腔室中并與第一反應(yīng)物反應(yīng)以 形成沉積材料。抽吸和/或凈化步驟可在每種反應(yīng)物氣體的輸送期間實(shí)施。凈 化步驟可由載氣連續(xù)凈化或在反應(yīng)物氣體的輸送之間脈沖凈化。
通過ALD形成硅酸鉿是本領(lǐng)域中公知的工藝。在通過ALD形成硅酸鉿中， 鉿前驅(qū)物可脈沖到伴有氧化源的腔室中。之后，硅前驅(qū)物脈沖到伴有氧氣源的 腔室中。當(dāng)沉積高-k硅酸鹽時(shí)，氧化源存在許多挑戰(zhàn)，原因在于氧化源與催化 劑的反應(yīng)。
因此，在該領(lǐng)域中需要一種在ALD中沉積催化劑輔助的高-k材料的硅酸 鹽的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種硅酸鉿ALD方法以作為高-k硅方法的示例。為了產(chǎn)生硅 酸鉿層，襯底可暴露于鉿前驅(qū)物脈沖、氧化劑脈沖、硅前驅(qū)物脈沖和其它氧化劑脈沖。催化劑可額外地與一種或多種反應(yīng)物穿過分離的入口同向流入腔室 中。選擇性地，催化劑可在反應(yīng)物引入到浸泡程序之前流入到腔室。通過穿過 分離的入口協(xié)流催化劑或者通過執(zhí)行催化劑浸泡，硅酸鉿形成可在快速和/或 在低溫下執(zhí)行。
在一個(gè)實(shí)施方式中，公開一種硅酸鉿沉積方法。該方法包含順序地將襯底 放置在腔室中，將該襯底暴露于鉿前驅(qū)物，將該襯底暴露于第一催化劑浸泡， 將該襯底暴露于第一氧化源，將該襯底暴露于硅前驅(qū)物，將該襯底暴露于第二 催化劑浸泡，以及然后將該襯底暴露于第二氧化源。
在其它實(shí)施方式中，公開一種硅酸鉿沉積方法。該方法包含順序地將襯底 放置在腔室中；將該襯底暴露于鉿前驅(qū)物；將該襯底暴露于第一氧化源以及第 一硅化劑，其中該第一催化劑和第一氧化源穿過分離的入口流入腔室中；將該
襯底暴露于硅前驅(qū)物；以及然后將該襯底暴露于第二氧化源和第二催化劑，其
中該第二催化劑和第二氧化源穿過分離的入口流入腔室中。
在又一實(shí)施方式中，公開一種硅酸鉿沉積方法。該方法包含順序地將襯底放置
在腔室中；將該襯底暴露于鉿前驅(qū)物；將該襯底暴露于水和吡啶，其中所述水和吡 啶穿過分離的入口流入腔室中；將該襯底暴露于六氯乙硅垸，以及然后將該襯底暴 露于水和吡啶，其中該水和吡啶穿過分離的入口流入腔室中。
附圖簡要說明
為了能詳細(xì)理解本發(fā)明的以上所述特征，將參照實(shí)施方式對以上的概述進(jìn) 行更加詳細(xì)的描述，其中部分實(shí)施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)該理解，附圖 僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)理解為本發(fā)明范圍的限定，因?yàn)楸?發(fā)明還承認(rèn)其它等效實(shí)施方式。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝置100的示意性視圖； 圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的注射器的示意性視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的沉積方法的流程圖200;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖300; 圖4是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖400; 圖5是根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖500;
為了便于理解，盡可能使用相同的附圖標(biāo)記表示圖中共有的相同元件。預(yù)
期在一個(gè)實(shí)施方式中公開的元件可以有利地用于其它實(shí)施方式而不用特殊敘 述。
具體實(shí)施例方式
描述硅酸鉿ALD方法為高-k硅方法的示例。為了產(chǎn)生硅酸鉿層，襯底可 暴露于鉿前驅(qū)物的脈沖、氧化劑的脈沖、硅前驅(qū)物的脈沖和其它氧化劑的脈沖。 硅化劑可額外地穿過分離的入口與一種或多種反應(yīng)物協(xié)流到腔室中。可選地， 硅化劑可在反應(yīng)物引入到浸泡工序之前流入到腔室。通過穿過分離的入口與催 化劑協(xié)流或者通過執(zhí)行催化劑浸泡，硅酸鉿形成工藝可以快速和/或在低溫下 執(zhí)行。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝置100的示意性視圖。裝置100 包含真空腔室102。裝置100可為包含其上放置襯底104的一個(gè)或多個(gè)基座106 的批處理裝置100。在一個(gè)實(shí)施方式中，裝置100可為單一的襯底104裝置。 在另一實(shí)施方式中，可使用晶圓舟，其可容納一個(gè)或多個(gè)襯底而不用基座。其 有利于同時(shí)處理多個(gè)襯底104，從而增加產(chǎn)量。批處理的一個(gè)問題在于保持晶 圓到晶圓的均勻性。
前驅(qū)物可穿過注射送氣室108送入到裝置100。注射送氣室108可包含一 起圍繞并限定注射送氣腔122的氣室壁110和注射板114。注射板114具有多 個(gè)孔116，前驅(qū)氣體、凈化氣體和載氣穿過該多個(gè)孔可流入120到真空腔室102。 注射板114將注射送氣室108與真空腔室102分離，使得真空腔室102是注射 送氣室108的低壓側(cè)部112。前驅(qū)氣體、凈化氣體和載氣可穿過導(dǎo)管118a-118d 引入到注射送氣室108。
裝置100可穿過排氣增壓室124排氣。排氣增壓室可包含圍繞并限定排氣 增壓室128的排氣板126和氣室壁130。多個(gè)孔132可存在于排氣板126中。 氣體可穿過排氣口 136從排氣增壓室124排出。
額外的氣體可穿過導(dǎo)管134引入到排氣增壓室124。額外的氣體可除去或 轉(zhuǎn)化反應(yīng)副產(chǎn)物，否則其將凝聚在排氣增壓室124和真空腔室102的表面上。 節(jié)流閥138可控制真空腔室102的壓力。
當(dāng)通過ALD形成高-k硅酸鹽時(shí)，可將高-k前驅(qū)物，諸如鉿前驅(qū)物輸送至 裝置100?？捎糜诔练e硅酸鉿層的示例性鉿前驅(qū)物包括包含配體的化合物諸如
鹵化物、烷氨基、環(huán)戊二烯基、垸基、醇化物及其派生物或組合。用于鉿前驅(qū)
物的硅酸鉿化合物可包括HfCU、 Hfl4和Hffir。用作鉿前驅(qū)物的鉿氨基化合物 包括(RR，N)4Hf，其中R或R，為獨(dú)立的氫、甲基、乙基、丙基或丁基。用于沉 積含鉿材料的鉿前驅(qū)物包括(Et2N)4Hf (TDEAH)、 (Me2N)4Hf (TDMAH)、 (MeEtN)4Hf (TEMAH)、 (tBuC5H4)2HfCl2 、 (C5H5)2HfCl2 、 (EtC5H4)2HfCl2 、 (Me5C5)2HfCl2 、(Me5C5)HfCl3 、(iprQH^HfC^ 、('PrCsHOHfCb 、 (tBuC5H4)2HfMe2、 (acac)4Hf、 (hfac)4Hf、 (tfac)4Hf、 (thd)4Hf、 (N03)4Hf、 (tBuO)4Hf、 (iprO)4Hf、 (EtO)4Hf、 (MeO)4Hf或其派生物。
應(yīng)該理解雖然本發(fā)明已經(jīng)在以上關(guān)于硅酸鉿進(jìn)行描述，但是本發(fā)明還可應(yīng) 用于其它高-k材料諸如含Al、 Zr、 La和Sr的硅酸鹽。可使用的高-k前驅(qū)物的 實(shí)施例可在美國專利申請No.2006/0019033 Al中找出，在此引入其全部內(nèi)容 作為參考。
也可將硅前驅(qū)物也可輸送到裝置100。用于沉積硅酸鉿的示例性硅前驅(qū)物 包括硅烷、垸基硅烷、氨基硅烷、垸氨基硅烷、硅烷醇或烷氧基硅烷。例如， 硅前驅(qū)物可包括(Me2N)4Si, (Me2N)3SiH， (Me2N)2SiH2, (Me2N)SiH3, (Et2N)4Si， (Et2N)3SiH, (MeEtN)4Si, (MeEtN)3SiH, Si(NCO)4, MeSi(NCO)3, SiH4, Si2H6, SiCl4: Si2Cl6， MeSiCl3， HSiCl3, Me2SiCl2， H2SiCl2, MeSi(OH)3, Me2Si(OH)2， (MeO)4Si, (EtO)4Si或其派生物。其它用作硅前驅(qū)物的烷氨基硅垸化合物包括 (RR，N)4SiHn，其中R或R，為獨(dú)立的氫、甲基、乙基、丙基或丁基。并且11=0~3。
其它烷氧基硅烷可通過一般化學(xué)式(RO)4-NSiU描述，其中尺=甲基、乙基、丙
基或丁基且L=H、 OH、 F、 Cl、 Br或I及其混合物。另外，較高的垸基可用 作本發(fā)明部分實(shí)施方式中的硅前驅(qū)物。較高的烷基在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請 No.US 2004/0224089 Al中公開，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。在部分實(shí)施 方式中，硅前驅(qū)物可包括三(二甲基氨基)硅烷((Me2N)3SiH或三-DMAS)、四(二 甲基氨基)硅垸((Me2N)4Si或TDMAS)或其它二垸基氨基硅垸，而在其它實(shí) 施方式中硅前驅(qū)物可包含硅烷(SiH4)或硅垸醇。在又一實(shí)施方式中，硅前驅(qū) 包含六氯乙硅烷(HCDS)。在再一實(shí)施方式中，硅前驅(qū)物可包含四-乙氧 基-硅烷(TEOS)。
用于在ALD工藝中形成硅酸鉿的氧化源可包含氧氣(02)、臭氧(03)、 原子氧(0)、過氧化氫(H202)、 一氧化二氮(N20)、 一氧化氮(NO)、五氧化二氮(N205)、 二氧化氮(N02)、水(H20)、乙醇及其派生物或組合。在 示例性實(shí)施方式中，氧化源包含水(H20)。
當(dāng)使用水作為氧化源時(shí)，供應(yīng)催化劑以允許ALD與在不存在催化劑情形 下發(fā)生相比在較快速度和較低溫度下進(jìn)行。可使用的催化劑的實(shí)施例包括氨和 吡啶。吡啶和水相互作用。因此，當(dāng)水和吡啶一起穿過相同的進(jìn)入導(dǎo)管協(xié)流到 腔室時(shí)，水和吡啶可在到達(dá)腔室之前互相作用。當(dāng)水和吡啶相互作用時(shí)，吡啶 不再有效地用作催化劑，因此不增加ALD沉積速度。
為了避免水和吡啶在達(dá)到腔室之前互相作用，吡啶和水可使用分離的輸送 導(dǎo)管分離注射送氣室而協(xié)流到腔室。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的注 射送氣室108a-c的示意性視圖。如在圖1B中所示，每個(gè)導(dǎo)管118a-118d送入 到分離的注射送氣室108a-108d。因此，可防止吡啶-水的相互作用直到吡啶和 水達(dá)到腔室。
硅前驅(qū)物諸如HCDS和TEOS與鉿前驅(qū)物諸如TDMAH、TEMAH、TDEAH 和HfCU不與吡接相互作用。因此，硅前驅(qū)物和吡啶可使用相同的導(dǎo)管和注射 送氣室協(xié)流到腔室。在一個(gè)實(shí)施方式中，吡啶和硅前驅(qū)物可使用相同的導(dǎo)管和 注射送氣室流到腔室。在另一實(shí)施方式中，吡啶和硅前驅(qū)物可使用分離的導(dǎo)管 和注射送氣室流到腔室。另外，鉿前驅(qū)物和吡啶可使用相同的導(dǎo)管和注射送氣 室協(xié)流到腔室。在一個(gè)實(shí)施方式中，吡啶和鉿前驅(qū)物可使用相同的導(dǎo)管和注射 送氣室流到腔室。另一實(shí)施方式中，吡啶和鉿前驅(qū)物可使用分離的導(dǎo)管和注射 送氣室流到腔室。
使用分離注射送氣室和導(dǎo)管協(xié)流吡啶和水的可選實(shí)施例為在將水引入到 腔室之前將襯底暴露于吡啶浸泡劑。妣啶浸泡可包含將襯底暴露于吡啶而不用 引入其它前驅(qū)物或氧化劑諸如水。襯底可暴露于吡啶足以用吡啶使襯底飽和的 時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，吡啶浸泡進(jìn)行大于約IO秒的時(shí)間。通過執(zhí)行吡啶 浸泡，足夠的催化劑可存在于腔室內(nèi)和襯底表面，以確保當(dāng)引入水前驅(qū)物時(shí)存 在催化劑。由于吡啶已經(jīng)在腔室中，所以所有的吡啶不會(huì)通過在到達(dá)腔室之前 與水相互作用而消耗。當(dāng)執(zhí)行吡啶浸泡時(shí)，額外的吡啶可根據(jù)需要與氧化劑協(xié) 流，與硅前驅(qū)物協(xié)流，以及與鉿前驅(qū)物協(xié)流。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)硅前驅(qū)物 和隨后的水輸送到腔室時(shí)，執(zhí)行吡啶浸泡并且嘧啶持續(xù)流到腔室中。在另一實(shí) 施方式中，執(zhí)行吡啶浸泡并且在水輸送和硅前驅(qū)物輸送斯間停止吡啶輸送。在
又一實(shí)施方式中，當(dāng)鉿前驅(qū)物以及隨后水輸送到腔室時(shí)，吡啶浸泡執(zhí)行并且嘧 啶持續(xù)流到腔室中。在再一實(shí)施方式中，在水輸送和鉿前驅(qū)物輸送期間，執(zhí)行 吡啶浸泡并停止吡啶輸送。吡啶允許在低溫諸如從約100攝氏度到約300攝氏
度下發(fā)生反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，溫度范圍為約150攝氏度到約200攝氏度。 隨著溫度降低，硅酸鉿的生長速度增加。
當(dāng)使用氨作為催化劑時(shí)，用與以上關(guān)于吡啶浸泡相似的方式執(zhí)行氨浸泡。 氨可與鉿和硅前驅(qū)物使用相同或分離的入口協(xié)流到腔室。當(dāng)前驅(qū)物流到腔室 時(shí)，還可停止氨流。當(dāng)將氧化源提供到腔室時(shí)，可額外地將氨提供到腔室。可 使用相同的入口或使用與氧化源分離的入口提供氨。另外，在引入氧化源之前， 氨浸泡可存在或不存在。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的沉積方法的流程圖200。首先， 一個(gè) 或多個(gè)襯底可放置到工藝腔室中(步驟202)。然后，襯底可可選地暴露于吡 啶浸泡。吡啶浸泡發(fā)生至少10秒。在可選的吡啶浸泡之后，鉿前驅(qū)物的脈沖 引入到腔室(步驟204)。當(dāng)鉿前驅(qū)物引入到腔室時(shí)，可選地將吡啶提供到腔 室。
在鉿前驅(qū)物脈沖之后，可凈化和/或抽吸腔室(步驟206)?？墒褂玫氖纠?性凈化氣體包括諸如氬的惰性氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，凈化氣體可包含氮?dú)狻?可抽吸腔室以去除凈化氣體和可能存在于腔室中的任何殘留鉿前驅(qū)物。在一個(gè) 實(shí)施方式中，不執(zhí)行抽吸步驟，從而僅執(zhí)行凈化歩驟。可選地，可去除凈化步 驟，從而抽吸腔室以去除鉿前驅(qū)物。在一個(gè)實(shí)施方式中，抽吸可發(fā)生在凈化氣 體引入之前和之后。在另一實(shí)施方式中，凈化和抽吸步驟都可重復(fù)。抽吸和/ 或凈化可發(fā)生多次。在又一實(shí)施方式中，凈化和抽吸可結(jié)合為一個(gè)步驟。
在抽吸和/或凈化之后，可發(fā)生吡啶浸泡(步驟208)。在第一吡啶浸泡之 后，氧源諸如水的脈沖可引入到腔室(步驟210)。當(dāng)氧源引入到腔室時(shí)，吡 啶可以可選地協(xié)流到腔室中。如果吡啶與水協(xié)流到腔室中，則吡啶和水將具有 到腔室中的分離入口 ，以便水和吡啶不通過相同的導(dǎo)管和入口同時(shí)流入腔室。
在將氧源脈沖提供到腔室之后，可如上所述抽吸和/或凈化腔室(步驟 212)。在抽吸和/或凈化之后，可選地進(jìn)行其它吡啶浸泡。之后，硅前驅(qū)物可 脈沖到腔室中(步驟214)。當(dāng)硅前驅(qū)物引入到腔室中時(shí)，吡啶可選地提供到 腔室中。在硅前驅(qū)物脈沖之后，可再次抽吸和/凈化腔室(步驟216)。
在抽吸和/或凈化之后，襯底可暴露于其它吡啶浸泡(步驟218)。吡啶浸 泡可在以上所述的存在吡啶浸泡的相同處理?xiàng)l件下發(fā)生。在吡啶浸泡之后，氧
化源諸如H20的脈沖可引入到腔室(步驟220)。由于吡啶還從浸泡步驟存在 于腔室內(nèi)，所以存在足夠的吡啶用作催化劑。在將襯底暴露于氧化源諸如H20 之后，可在如以上所述條件下執(zhí)行其它抽吸和/或凈化循環(huán)(歩驟222)。
在抽吸和/或凈化腔室之后，可測量硅酸鉿層的厚度以確定是否己經(jīng)達(dá)到 預(yù)定的硅酸鉿厚度(步驟224)。如果還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則可重復(fù)沉積工 序。如果已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定厚度，則工藝終止(步驟226)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖300。首先，將個(gè) 一個(gè)或多個(gè)襯底放置在工藝腔室中(步驟302)。然后襯底可選地暴露于氨浸 泡。氨浸泡發(fā)生至少10秒。在可選的氨浸泡之后，可將鉿前驅(qū)物的脈沖引入 到腔室(步驟304)。當(dāng)鉿前驅(qū)物引入到腔室時(shí)，可選地將氨提供到腔室。
在鉿前驅(qū)物的脈沖之后，可如上所述凈化和/或抽吸腔室(步驟306)。在 抽吸和/或凈化之后，可發(fā)生氨浸泡(步驟308)。在氨浸泡之后，氧源諸如水 的脈沖可引入到腔室(步驟310)。當(dāng)氧源引入到腔室時(shí)，氨可選地協(xié)流到腔 室中?？纱┻^相同的導(dǎo)管或穿過分離的導(dǎo)管將氨和氧源諸如水提供到腔室。
在已經(jīng)將氧源脈沖提供到腔室之后，可如上所述在此抽吸和/或凈化腔室 (步驟312)。在抽吸和/或凈化之后，可選地發(fā)生其它氨浸泡。之后，硅前驅(qū) 物可脈沖至腔室中(步驟314)。當(dāng)硅前驅(qū)物引入到腔室中時(shí)，可選地將氨提 供到腔室。在硅前驅(qū)物脈沖之后，可再次抽吸和/或凈化腔室(并步驟316)。
在抽吸和/或凈化之后，襯底可暴露于其它氨浸泡(步驟318)。氨浸泡可 在對于以上所述的氨浸泡相同的處理?xiàng)l件下發(fā)生。在氨浸泡之后，氧源諸如 H20脈沖可引入到腔室(步驟320)。在襯底暴露于氧源諸如H20之后，可在 如以上所述的條件下執(zhí)行其它抽吸和/或凈化循環(huán)(步驟322)。
在已經(jīng)抽吸和/或凈化腔室之后，可測量硅酸鉿的厚度以確定是否已經(jīng)達(dá) 到預(yù)定的硅酸鉿厚度(步驟324)。如果還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)沉積工 序。如果已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定厚度，則工藝終止(步驟326)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖400。首先，將一 個(gè)或多個(gè)襯底放置在工藝腔室中(步驟402)?？蓪x前驅(qū)物的脈沖引入到腔 室(步驟404)。吡啶可選地與鉿前驅(qū)物以以上所述的相似方式協(xié)流到腔室。
在鉿前驅(qū)物脈沖之后，可如上所述凈化和/或抽吸腔室(步驟406)。
在抽吸和/或凈化之后，將氧源諸如水的脈沖引入到腔室(步驟408)。在 將氧源引入到腔室時(shí)，吡啶可協(xié)流到腔室中。吡啶和水將以分離的入口流入腔 室，從而水和吡啶不通過相同的導(dǎo)管和入口同時(shí)流入腔室。
在已經(jīng)將氧源和吡啶脈沖提供到腔室之后，可如上所述在此抽吸和/或凈 化腔室(歩驟410)。之后，硅前驅(qū)物可脈沖到腔室中(步驟412)。吡啶可選 地與硅前驅(qū)物用以上所述的相似方式協(xié)流到腔室。在硅前驅(qū)物脈沖之后，可在 此抽吸和/或凈化腔室(步驟414)。
在抽吸和/或凈化之后，可將氧源諸如H20的脈沖引入到腔室(步驟416)。 當(dāng)將氧源引入到腔室時(shí)，吡啶可協(xié)流到腔室中。吡啶和水將具有分離的入口流 入腔室，以便水和吡啶不通過相同的導(dǎo)管和入口同時(shí)流入腔室。在將襯底暴露 于氧源諸如H20之后，可在以上所述的條件下執(zhí)行其它抽吸和/或凈化循環(huán)(步 驟418)。
在已經(jīng)抽吸和/或凈化腔室之后，可測量硅酸鉿層的厚度以確定是否已經(jīng) 達(dá)到了預(yù)定硅酸鉿厚度(歩驟420)。如果還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)沉積 工序。如果已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定厚度，則工藝終止(步驟422)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施方式的沉積方法的流程圖500。首先，將一 個(gè)或多個(gè)襯底放置在工藝腔室中(步驟502)?？蓪x前驅(qū)物的脈沖引入到腔 室(步驟504)。氨可選地與鉿前驅(qū)物用于以上所述的相似方式協(xié)流到腔室。 在鉿前驅(qū)物脈沖之后，可如上所述凈化和/或抽吸腔室(步驟506)。
在抽吸和/或凈化之后，可將氧源諸如水的脈沖引入到腔室(步驟508)。 當(dāng)將氧源引入到腔室時(shí)，氨可協(xié)流入腔室。水和氨可穿過不同的導(dǎo)管和入口或 穿過相同的導(dǎo)管和入口協(xié)流。
在已經(jīng)將氧源脈沖和氨提供到腔室之后，可如上所述再次抽吸和/或凈化 腔室(步驟510)。之后，硅前驅(qū)物脈沖入腔室中(步驟512)。氨可選地與硅 前驅(qū)物用以上所述的方式協(xié)流入腔室。在硅前驅(qū)物脈沖之后，可再次抽吸和/ 或凈化腔室(步驟514)。
在抽吸和/或凈化之后，氧源諸如H20的脈沖可引入到腔室(步驟516)。 當(dāng)將氧源引入到腔室時(shí)，氨可協(xié)流入腔室中。氨和水可如上所述流過相同或分 離的導(dǎo)管和入口。在襯底暴露于氧源諸如H20之后，可在以上所述的條件下
執(zhí)行其它抽吸和/或凈化循環(huán)(歩驟518)。
在已經(jīng)抽吸和/或凈化腔室之后，可測量硅酸鉿層的厚度以確定是否已經(jīng)
達(dá)到了預(yù)定硅酸鉿厚度(步驟520)。如果還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則重復(fù)沉積 工序。如果己經(jīng)達(dá)到了預(yù)定厚度，則工藝終止(步驟522)。
應(yīng)該理解，當(dāng)參照處理一個(gè)襯底描述時(shí)，還可以處理多個(gè)襯底。例如，約 2個(gè)襯底、約25個(gè)襯底、約50個(gè)襯底或者約100個(gè)襯底可在批處理腔室中處 理。另外，吡啶浸泡可發(fā)生約1秒至約90分鐘或1分鐘至約20分鐘的時(shí)間周 期?？蛇x地，吡啶浸泡可發(fā)生約30秒至60分鐘或約20分鐘至約40分鐘。在 又一可選實(shí)施方式中，吡啶浸泡可發(fā)生約1分鐘至約40分鐘。
通過提供吡啶浸泡和/或穿過分離的導(dǎo)管線路的吡啶和H20協(xié)流，足夠的 吡啶到達(dá)腔室，并因此達(dá)到襯底表面，以確保吡啶用作催化劑。通過在H20 氧化氣氛中使用吡咬用作催化劑，硅酸鉿ALD可在增加的速度下在約150攝 氏度到約200攝氏度的溫度范圍下發(fā)生。另外地，通過提供氨浸泡和/或氨與 氧源協(xié)流，硅酸鉿層可通過ALD在增加的速度下在約150攝氏度到約200攝 氏度的溫度范圍下發(fā)生。
雖然前述涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情 形下，本發(fā)明還承認(rèn)其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍由以下的權(quán) 利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種高-k硅酸鹽沉積方法，順序地包含(a)在腔室中放置至少一個(gè)襯底；(b)將所述至少一個(gè)襯底暴露于高-k前驅(qū)物；(c)將所述至少一個(gè)襯底暴露于第一催化劑浸泡；(d)將所述至少一個(gè)襯底暴露于第一氧化源；(e)將所述至少一個(gè)襯底暴露于硅前驅(qū)物；(f)將所述至少一個(gè)襯底暴露于第二催化劑浸泡；以及然后(g)將所述至少一個(gè)襯底暴露于第二氧化源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二催化劑 浸泡中使用的所述催化劑選自吡啶和氨。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物選自六氯乙 硅烷和四-乙氧基-硅垸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含將所述至少一個(gè)襯底暴露于凈化氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高-k前驅(qū)物是選自 TDMAH、 TEMAH、 TDEAH和HfCl4的鉿前驅(qū)物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一歩包含 重復(fù)(b) - (g)步驟一次或多次。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二氧化源選 自H20、 03、 02或氧自由基。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二催化劑浸 泡中使用的所述催化劑是相同的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物包含六氯乙 硅垸并且所述第一和第二催化劑浸泡包含吡啶作為催化劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物包含四-乙氧 基-硅烷并且所述第一和第二催化劑浸泡包含氨作為催化劑。
11. 一種高-k硅酸鹽沉積方法，順序地包含 (a)將至少一個(gè)襯底放置在腔室中； (b)將所述至少一個(gè)襯底暴露于高-k前驅(qū)物；(C)將所述至少一個(gè)襯底暴露于第一氧化源和第一催化劑，所述第一催 化劑和第二氧化源經(jīng)過分離的入口流入所述腔室中；(d) 將所述至少一個(gè)襯底暴露于硅前驅(qū)物；以及然后(e) 將所述至少一個(gè)襯底暴露于第二氧化源和第二催化劑，所述第二催化劑和所述第二氧化源經(jīng)過分離的入口流入所述腔室中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二催化劑選自吡啶和氨。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物選自六氯乙硅烷和四-乙氧基-硅垸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，進(jìn)一歩包含將所述至少一個(gè)襯底暴露于凈化氣體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述高-k前驅(qū)物是選自 TDMAH、 TEMAH、 TDEAH和HfCl4的鉿前驅(qū)物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 重復(fù)(b) - (e)步驟一次或多次。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二氧化源 選自H20、 03、 02或氧自由基。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物包含六氯 乙硅烷并且所述第一和第二催化劑浸泡包含吡啶作為催化劑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，所述硅前驅(qū)物包含四-乙 氧基-硅垸并且所述第一和第二催化劑浸泡包含氨作為催化劑。
20. —種高-k硅酸鹽沉積方法，順序地包含 將至少一個(gè)襯底放置在腔室中； 將所述至少一個(gè)襯底暴露于鉿前驅(qū)物；將所述至少一個(gè)襯底暴露于水和吡啶，所述水和吡啶經(jīng)過分離的入口流入 所述腔室中。將所述至少一個(gè)襯底暴露于六氯乙硅烷；以及然后將所述至少一個(gè)襯底暴露于水和吡啶，所述水和吡啶經(jīng)過分離的入口流入 所述腔室中。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高-k硅酸鹽原子層沉積方法。為了產(chǎn)生硅酸鉿層，襯底可暴露于鉿前驅(qū)物、氧化劑脈沖、硅前驅(qū)物脈沖和其它氧化劑脈沖。催化劑可額外地與一種或多種反應(yīng)物穿過分離的入口流入腔室中。選擇性地，催化劑可在反應(yīng)物引入到浸泡程序之前流入到腔室。通過穿過分離的入口協(xié)流催化劑或者通過執(zhí)行催化劑浸泡，硅酸鉿形成可在快速和/或在低溫下執(zhí)行。
文檔編號C23C16/44GK101187012SQ20071018710
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者梅特伊·馬哈賈尼 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司