本公開總體涉及通過循環(huán)氣相沉積技術選擇性地沉積含金屬材料的方法和組件。這種方法可以用于例如處理半導體襯底。更具體地,本公開涉及用于選擇性地沉積含金屬材料的方法和組件。
背景技術:
1、半導體器件制造過程通常使用先進的氣相沉積方法。圖案化通常用于在半導體襯底上沉積不同的材料。半導體制造商對選擇性沉積越來越感興趣,選擇性沉積可以減少常規(guī)圖案化所需的步驟,例如通過減少圖案化和蝕刻步驟的數(shù)量來降低處理成本。選擇性沉積還可以增強狹窄結構中的縮放。在介電材料和導電材料比如金屬之間選擇沉積表面的能力可以特別簡化器件制造過程流程。由于與敏感材料更好的兼容性,熱沉積方法可能優(yōu)于等離子體增強方法。然而,通常熱沉積的含金屬材料的質量,例如它們的電性能或抗蝕刻性,可能低于使用等離子體沉積的含金屬材料。
2、諸如金屬氧化物和金屬氮化物的含金屬材料可用于各種目的,例如作為介電層、蝕刻停止層和半導體器件中的擴散阻擋層。已經提出了用于實現(xiàn)含金屬材料的選擇性沉積的各種替代方案,并且需要額外的改進來擴展選擇性沉積在工業(yè)規(guī)模的器件制造中的用途,特別是用于使用熱沉積方法生產高質量材料。
3、本部分中闡述的任何討論,包括對問題和解決方案的討論,已經包括在本公開中,僅僅是為了提供本公開的背景。這種討論不應被認為是承認任何信息在發(fā)明時是已知的或者構成現(xiàn)有技術。
技術實現(xiàn)思路
1、本
技術實現(xiàn)要素:
可以簡化的形式介紹一些概念,這將在下面進一步詳細描述。本發(fā)明內容不旨在必要地標識所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。本公開的各種實施例涉及沉積含金屬材料的方法,特別是選擇性地沉積金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氟化物的方法。本公開的實施例還涉及制造半導體器件的方法,以及半導體處理組件。
2、本公開的各種實施例涉及含金屬材料的選擇性沉積,例如介電層,包括金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氟化物。具體而言,本公開涉及通過循環(huán)氣相沉積過程沉積含鋁、鎵和銦的材料。含金屬材料可以包括摻雜的含金屬材料,例如摻雜釔的氧化鋁(alyox)、氮化鋁鎵(algan)或氮化銦鋁(inaln)。本公開的實施例還涉及使用該方法和處理組件形成的結構。
3、在一方面,公開了一種相對于襯底的第二表面在半導體襯底的第一表面上選擇性地沉積含金屬材料的方法。該方法包括在反應室中提供襯底,并通過循環(huán)氣相沉積過程在襯底的第一表面上沉積含金屬材料。氣相沉積過程包括將第一金屬前體以氣相提供到反應室中,并將反應物以氣相提供到反應室中,其中第一金屬前體包括雜配型前體,其包括13族金屬原子、脒基配體和附著到金屬原子的烷基配體。
4、在一些實施例中,含金屬材料的金屬選自鋁(al)、鎵(ga)和銦(in)。在一些實施例中,第一金屬前體選自鋁前體、鎵前體和銦前體。
5、在一些實施例中,含金屬材料是氧化鋁(例如al2o3),并且第一金屬前體是鋁前體。在一些實施例中,含金屬材料是氧化鎵(例如ga2o3),并且第一金屬前體是鎵前體。在一些實施例中,含金屬材料是氧化銦(例如in2o3),并且第一金屬前體是銦前體。
6、在一些實施例中,含金屬材料是氮化鋁,第一金屬前體是鋁前體。在一些實施例中,含金屬材料是氮化鎵,第一金屬前體是鎵前體。在一些實施例中,含金屬材料是氮化銦,并且第一金屬前體是銦前體。
7、在一些實施例中,附著到金屬原子的烷基配體選自甲基、乙基和包含三個、四個或五個碳原子的直鏈或支鏈烷基。在一些實施例中,第一金屬前體包括鍵合到金屬原子的兩個烷基配體。
8、在一些實施例中,脒基配體包括乙脒基配體。在一些實施例中,乙酰胺基配體是烷基乙酰胺基配體。在一些實施例中,烷基乙酰胺基配體是二烷基乙酰胺基配體。在一些實施例中,烷基乙酰胺基配體的一個或兩個烷基選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、叔丁基和仲丁基。
9、在一些實施例中,第一金屬前體選自n,n’-二-(異丙基甲酰胺基)二甲基鋁、n,n’-二-(異丙基甲酰胺基)二乙基鋁、n,n’-二-(異丙基甲酰胺基)-二正丙基鋁、n,n’-二-(異丙基甲酰胺基)-二叔丁基鋁和n,n’-二-(異丙基甲酰胺基)乙基甲基鋁。
10、在一些實施例中,反應物選自氧前體、氮前體和氟前體。在一些實施例中,反應物選自分子氧、臭氧、過氧化氫和水。在一些實施例中,反應物選自nh3和n2h4。在這樣的實施例中,含金屬材料是金屬氮化物。在一些實施例中,反應物選自hf、nh4f、tif4和wf6。在這樣的實施例中,含金屬材料是金屬氟化物。
11、在一些實施例中,將第二金屬前體提供到反應室中,以沉積包含兩種不同金屬的含金屬材料。在一些實施例中,沉積的含金屬材料具有約0.03nm至約10nm的厚度。
12、在一些實施例中,第一表面是電介質表面。
13、在一些實施例中,電介質表面包括硅。在一些實施例中,電介質表面包括選自以下的材料:sio2、sin、sic、sioc、sion、siocn、sige及其組合。
14、在一些實施例中,電介質表面包括金屬氧化物。在一些實施例中,第二表面的金屬氧化物選自氧化鋁、氧化鉿和氧化鋯。
15、在一些實施例中,第二表面是導電表面。在一些實施例中,第二表面包括選自金屬、無定形碳、金屬氧化物和金屬氮化物的材料。在一些實施例中,第二表面包括元素金屬。在一些實施例中,第二表面的金屬選自cu,co,ru,w,ti,al,ta,nb和mo。
16、在一些實施例中,第二表面包括鈍化。在一些實施例中,鈍化包括第二表面上的鈍化層。在一些實施例中,鈍化層包括有機聚合物。在一些實施例中,有機聚合物包括聚酰亞胺。
17、在一些實施例中,該方法包括,在將第一金屬前體提供到反應室中之前,用抑制劑反應物處理第一表面,然后在第二表面上沉積有機聚合物。有機聚合物沉積在第二表面上以鈍化第二表面。在一些實施例中,該方法包括,在將第一金屬前體提供到反應室中之前,用甲硅烷基化劑處理第一表面,然后在第二表面上沉積有機聚合物。
18、在一些實施例中,第一表面是元素金屬表面。在一些實施例中,元素金屬表面的金屬選自cu,co,ru,w,ti,al,ta,nb和mo。在一些實施例中,第二表面是電介質表面。在一些實施例中,第二表面是金屬氧化物表面或含硅表面。在一些實施例中,第二表面包括通過甲硅烷基化第二表面形成的鈍化層。在一些實施例中,第二表面包括通過用金屬鹵化物比如nbf5處理第二表面而形成的鈍化層。在一些實施例中,第二表面包括通過用抑制劑反應物處理第二表面而形成的抑制。
19、在另一方面,公開了一種用于相對于襯底的第二表面在襯底的第一表面上選擇性地沉積含金屬材料的半導體處理組件。半導體處理組件包括一個或多個反應室和前體注入器系統(tǒng),反應室被構造和布置成保持襯底,前體注入器系統(tǒng)被構造和布置成將第一金屬前體和反應物以氣相提供到反應室中,第一金屬前體包括結合到乙脒基配體的金屬原子。半導體處理組件還包括被構造和布置成容納第一金屬前體的第一金屬前體源容器和被構造和布置成容納反應物的反應物源容器。半導體處理組件被構造和布置成通過前體注入器系統(tǒng)將第一金屬前體和反應物提供到反應室中,以在襯底的第一表面上選擇性地沉積含金屬材料。
20、在一些實施例中,半導體處理組件還包括一個或多個鈍化源容器,并且其中前體注入器系統(tǒng)被構造和布置成在將第一金屬前體提供到反應室中之前將一種或多種鈍化劑以氣相提供到反應室中。
21、在一方面,公開了一種半導體處理組件,其被構造和布置成執(zhí)行根據(jù)本公開的方法。
22、這里的描述中使用術語電介質是為了簡化與金屬或金屬性表面的區(qū)分。本領域技術人員將理解,并非所有的非導電表面都是電介質表面。例如,金屬或金屬性表面可以包括不導電或具有非常高電阻率的氧化金屬表面。本文教導的選擇性沉積過程可以在電介質表面上沉積,而在這種相鄰的非導電金屬或金屬性表面上的沉積最少。
23、對于襯底的一個表面包含金屬的實施例,該表面被稱為金屬表面。在一些實施例中,金屬表面由或基本由一種或多種金屬組成。金屬表面可以是金屬表面或金屬性表面。在一些實施例中,金屬或金屬性表面可以包括金屬、含金屬材料和/或其混合物。在一些實施例中,金屬或金屬性表面可以包括表面氧化。在一些實施例中,金屬或金屬性表面的金屬或金屬性材料在有或沒有表面氧化的情況下是導電的。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含一種或多種過渡金屬。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含元素周期表第4行的一種或多種過渡金屬。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含元素周期表第4至11族的一種或多種過渡金屬。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括鋁(al)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括銅(cu)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括鎢(w)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含鈷(co)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含鎳(ni)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含鈮(nb)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含鐵(fe)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括鉬(mo)。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含選自al、mn、fe、co、ni、cu、zn、nb、mo、ru和w的金屬。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包含選自zn、fe、mn和mo的過渡金屬。
24、在一些實施例中,金屬性表面包括氮化鈦。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括一種或多種貴金屬,例如ru。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括導電含金屬材料。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括導電金屬氮化物。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括導電金屬碳化物。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括導電金屬硼化物。在一些實施例中,金屬或金屬性表面包括組合導電材料。例如,金屬或金屬性表面可以包括氧化釕(ruox)、碳化鈮(nbcx)、硼化鈮(nbbx)、氧化鎳(niox)、氧化鈷(coox)、氧化鈮(nbox)、碳氮化鎢(wncx)、氮化鉭(tan)或氮化鈦(tin)中的一種或多種。
25、如本文所用,術語“包括”表示包括某些特征,但不排除存在其它特征,只要它們不會使權利要求不可行。在一些實施例中,術語“包括”包括“由…組成”。
26、如本文所用,術語“由…組成”表示除了所述措辭之后的特征之外,在設備/方法/產品中不存在其他特征。當術語“由…組成”用于指化合物、物質或物質組合物時,它表示該化合物、物質或物質組合物僅包含所列出的組分。同樣,當術語“基本由…組成”用于指化學化合物、物質或物質組合物時,它表示該化學化合物、物質或物質組合物包含所列出的組分,但也可以包含不會顯著影響所述化學化合物、襯底或物質組合物的特征的痕量元素和/或雜質。盡管如此,在一些實施例中,除了列出的成分之外,化學化合物、物質或物質組合物可以包括作為痕量元素或雜質的其他成分。
27、應用于組合物、方法或系統(tǒng)的術語“基本”通常是指值、性質、特征等的比例,或者相反是指其缺乏,即至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%、至少約97%、至少約98%、至少約99%、至少約99.5%、至少約99.9%或更高,或者約70%和約100%之間的任何比例。在一些實施例中,術語“基本”是指約90%、約95%、約97%、約98%、約99%、約99.5%或約99.9%的比例。
28、應用于組合物、方法或系統(tǒng)的術語“基本”通常是指附加組分基本不改變組合物、方法或系統(tǒng)的性質和/或功能。
29、在說明書中,應理解,術語“在…上”或“在…上方”可以用來描述相對位置關系。另一元件、膜或層可以直接在所述層上,或者另一層(中間層)或元件可以插入其間,或者一層可以設置在所述層上但不完全覆蓋所述層的表面。因此,除非單獨使用術語“直接”,否則術語“在…上”或“在…上方”將被解釋為相對概念。與此類似,應當理解,術語“在…下”、“在…下面”或“在…下方”將被解釋為相對概念。