來增強(qiáng)氧自由基產(chǎn)生的自由基增強(qiáng)的原子層沉積的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及原子層沉積(ALD)，并且特別是涉及自由基增強(qiáng)ALD (RE-ALD)，并且更特別地涉及其中使用相對少量的CF4與氧的組合來充分增強(qiáng)氧自由基的產(chǎn)生從而加速RE-ALD 過程的 RE-ALD。
[0002]通過引用將在這里所提及的任何出版物或?qū)＠墨I(xiàn)的全部公開內(nèi)容并入本文，包括 Profijt 等人于 2011 年 9 月 /10 月在 J.Vac.Sc1.Technol.A 29(5)中第 050801-1 至 26頁發(fā)表的名稱為“Plasma-Assisted Atomic Layer Deposit1n:Basics, Opportunities, and Challenges” 的文章，以及 George 在 Chem.Rev.2010, 110,第 111-113 頁上發(fā)表的名稱為“Atomic Layer Deposit1n:an Overview” 的文章(在網(wǎng)頁上于 2009 年 11 月 20 日公開
【背景技術(shù)】
[0003]原子層沉積(ALD)是一種以高度可控的方式在基材上沉積薄膜的方法。通過使用兩種或更多種蒸氣形式的化學(xué)品(“前體”)并且使它們順序地并以自限的方式在基材表面上進(jìn)行反應(yīng)來控制沉積過程。重復(fù)該順序的過程來逐層地構(gòu)造薄膜，其中所述層為原子尺度的。
[0004]ALD用于形成多種不同的膜，例如用于先進(jìn)的柵極和電容器電介質(zhì)的二元、三元和四元氧化物，以及用于互連阻擋體和電容器電極的金屬基化合物。
[0005]一種類型的ALD稱為自由基增強(qiáng)ALD (RE-ALD)。所述RE-ALD使用由等離子體產(chǎn)生的自由基來形成前體氣體之一。因?yàn)樽杂苫?radicalized)前體趨于比其未自由基化的對應(yīng)物具有更強(qiáng)的反應(yīng)性，所以當(dāng)形成膜層時(shí)，其幫助引發(fā)反應(yīng)。
[0006]通過用于形成等離子體的原料氣的名稱提及在RE-ALD中使用的等離子體的類型。例如，“氧等離子體”使用氧氣(02)作為原料氣來制備產(chǎn)生氧自由基前體的等離子體。氧自由基前體包含單原子氧，其具有兩個(gè)未配對電子，這使得單原子氧非常有反應(yīng)性。所述氧自由基充當(dāng)用于與第二前體(例如任何Si基前體，例如三(二甲基氨基)硅烷)聯(lián)合使用的共反應(yīng)物。將這兩種前體順序地供給至反應(yīng)室中來制備導(dǎo)致薄膜生長的順序?qū)?例如Si02)。
[0007]雖然ALD具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是與其它的膜生長過程(例如化學(xué)氣相沉積或CVD)相比，其主要缺點(diǎn)之一在于其為相當(dāng)緩慢的。例如，常規(guī)ALD反應(yīng)器具有以埃/分鐘計(jì)量的生長速率，而CVD具有以微米/分鐘計(jì)量的生長速率。緩慢的生長速率導(dǎo)致極佳的膜品質(zhì)，但是限制在半導(dǎo)體生產(chǎn)線中所加工的基材(晶片)的生產(chǎn)量。由此，雖然氧等離子體在向氧基RE-ALD提供氧自由基前體方面為有效的，但是總是存在著對提高氧基RE-ALD過程的速度和/或效率的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開內(nèi)容的一個(gè)方面是在位于反應(yīng)室內(nèi)部的基材表面上執(zhí)行RE-ALD過程的方法。這種方法包括:提供CF4氣體和02氣體的氣體混合物，其中CF4n體存在的濃度處于從0.1體積％至10體積％范圍內(nèi)；由所述氣體混合物形成等離子體從而以比如果在氣體混合物中不存在CF4氣體時(shí)更快的速率產(chǎn)生氧自由基；并將氧自由基和前體氣體順序地供給至反應(yīng)室內(nèi)部，從而在基材表面上形成氧化物膜。
[0009]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中優(yōu)選在氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部的等離子體管內(nèi)形成等離子體。
[0010]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中前體氣體優(yōu)選包含金屬有機(jī)前體。
[0011]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中金屬有機(jī)前體優(yōu)選選自由硅、招、給、鈦、錯(cuò)、鉭、乾和鎂構(gòu)成的組。
[0012]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中氧化物膜優(yōu)選包含金屬氧化物。
[0013]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中金屬氧化物優(yōu)選選自由A1203、B203、Ce02、Co304、Cr203、CuOx、Er203、FeOx、Ga203、Gd203、Hf02、Ir02、La203、MgO、Nb205、N1x、Pt02、Ru02、Si02、Sn02、SrOx、Ta205、Ti02、Tm203、V205、Y203、ZnO 和 Zr02構(gòu)成的組。
[0014]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中所述方法優(yōu)選進(jìn)一步包括將吹掃氣體引入至反應(yīng)室內(nèi)部，從而幫助吹掃反應(yīng)室內(nèi)部的氧自由基或前體氣體。
[0015]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中基材優(yōu)選包含硅晶片。
[0016]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是在位于反應(yīng)室內(nèi)的基材表面上執(zhí)行RE-ALD過程的方法。所述方法包括:通過在等離子體管內(nèi)由氣體混合物形成氧等離子體來提供包含氧自由基0*的第一前體氣體，其中所述等離子體管氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部，并且其中所述氣體混合物由CF4氣體和0 2氣體構(gòu)成，其中所述CF 4氣體的濃度為0.1體積％至10體積％ ;由氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部的氣源提供第二前體氣體；和將第一前體氣體和第二前體氣體順序地引入反應(yīng)室內(nèi)部，從而在基材表面上形成氧化物膜。
[0017]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中第一前體氣體和第二前體氣體之一優(yōu)選包含娃、鋁、給、鈦、錯(cuò)、鉭、乾和鎂中的至少一種。
[0018]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中氧化物膜優(yōu)選包含Si02、Al203、Hf02、Ti02、Zr02、Ta205、Y203和 MgO 中的一種。
[0019]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括將吹掃氣體引入反應(yīng)室內(nèi)部，從而幫助吹掃反應(yīng)室內(nèi)部的第一前體氣體或第二前體氣體。
[0020]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中基材優(yōu)選包含硅晶片。
[0021]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中等離子體管優(yōu)選由石英制成。
[0022]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的方法，其中形成氧等離子體優(yōu)選包括使等離子體管內(nèi)的氣體混合物經(jīng)受感應(yīng)耦合。
[0023]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是用于在基材表面上執(zhí)行RE-ALD過程的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:具有內(nèi)部的反應(yīng)室，將其配置成支撐基材；氣源，氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部并包含由CF4^P 0 2構(gòu)成的氣體混合物，其中所述CF 4在氣體混合物中的濃度為0.1體積％至10體積％ ;等離子體系統(tǒng)，氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部并配置成由氣體混合物形成等離子體，其比如果氣體混合物不含0匕時(shí)更快地產(chǎn)生氧自由基0 * ;真空栗，氣動(dòng)連接至反應(yīng)室內(nèi)部；和控制器，可操作地連接至等離子體系統(tǒng)、真空栗和氣源，將所述控制器配置成將氧自由基和前體氣體順序地引入至反應(yīng)室內(nèi)部，從而在基材表面上形成氧化物膜。
[0024]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的系統(tǒng)，其中所述前體氣體優(yōu)選包括硅、鋁、給、鈦、錯(cuò)、鉭、乾和鎂中的一種。
[0025]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的系統(tǒng)，其中所述等離子體系統(tǒng)優(yōu)選包括感應(yīng)耦合的等離子體源。
[0026]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)優(yōu)選進(jìn)一步包括基材。所述基材優(yōu)選包含娃。
[0027]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是如上所述的系統(tǒng)，其中所述氣源優(yōu)選包括可操作地連接的第一和第二氣源。第一氣源優(yōu)選包含02氣體，并且第二氣源優(yōu)選包含CF 4氣體。
[0028]本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面是RE-ALD方法，包括使基材暴露至第一前體化學(xué)品，該第一前體化學(xué)品與基材的表面反應(yīng)以形成化學(xué)吸附的單層，隨后進(jìn)行第一吹掃步驟，該步驟移除過量的前體和反應(yīng)產(chǎn)物。接下來，將由等離子體源產(chǎn)生的氧自由基0*輸送至基材的表面，與化學(xué)吸附的單層反應(yīng)，產(chǎn)生所需材料的原子尺度層。所述方法還包括制備這樣的表面:使得其再次與第一前體化學(xué)品反應(yīng)。這可以包括執(zhí)行第二吹掃步驟?？梢灾貜?fù)如上的過程以將所需材料的原子尺度層構(gòu)造成所需的最終厚度。所述方法還包括使用CF0P 02的原料氣混合物形成氧自由基0'從而形成如下所述的氧等離子體，其中CF