CN112041966A - 使用碳氟化合物阻止层的形貌选择性和区域选择性ald - Google Patents
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Abstract
一种用于选择性沉积膜的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底包括第一材料和第二材料，所述第一材料被暴露并且包含氧化硅(SiOz)，所述第二材料被暴露并且选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字。所述方法包括：b)供应包含碳氟化合物物质和氢物质的第一气体混合物；c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底上沉积碳氟化合物层；d)从所述处理室中去除所述第一气体混合物；e)供应惰性气体混合物并激励等离子体持续第二预定时间段以执行激活步骤；以及f)从所述处理室中去除所述惰性气体混合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月30日提交的美国临时申请No.62/650,351的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开内容涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于使用碳氟化合物阻止层选择性地沉积介电膜或金属膜的衬底处理系统。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统已用于在衬底(例如半导体晶片)上沉积、蚀刻、灰化、清洁或以其他方式处理膜。例如，原子层沉积(ALD)可用于在衬底上沉积单层。在ALD期间，将衬底布置在处理室中并且暴露于前体气体持续预定的时间段。清扫处理室。然后，将衬底暴露在反应物气体中持续预定的时间段，并清扫处理室。可以将ALD工艺重复一次或多次以沉积额外的单层。
在某些工艺中，介电膜或金属膜需要选择性地沉积在衬底上的二氧化硅(SiO2或SiOx)膜上，而没有在衬底上的暴露的硅(Si)或氮化硅(此处标识为Si3N4或SiN)上沉积该膜。当前的工艺需要光刻和图案化以仅在一种类型的暴露表面上产生选择性膜，这是自顶向下的蚀刻方法。然而，期望具有自下而上的沉积方法而不是自上而下的蚀刻方法，以最小化图案化步骤的复杂性和成本并减小边缘放置误差。
发明内容
一种用于选择性沉积膜的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底包括第一材料和第二材料，所述第一材料被暴露并且包含氧化硅(SiOz)，所述第二材料被暴露并且选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字。所述方法包括：b)供应包含碳氟化合物物质和氢物质的第一气体混合物；c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底上沉积碳氟化合物层；d)从所述处理室中去除所述第一气体混合物；e)供应第二气体混合物并激励等离子体持续第二预定时间段以执行激活步骤；以及f)从所述处理室中去除所述第二气体混合物。
在其他特征中，相比于在所述第二材料上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述第一材料上的所述碳氟化合物层。所述方法包括：g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及h)在所述第一材料上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止膜在所述第二材料上沉积。
在其他特征中，相比于在所述衬底的平坦表面上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述衬底的侧壁上的所述碳氟化合物层。所述方法包括：g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及h)在所述侧壁上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述平坦表面上沉积。
在其他特征中，相比于在所述衬底的侧壁上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述衬底的平坦表面上的所述碳氟化合物层。所述方法包括：g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及h)在所述平坦的表面上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述侧壁上沉积。
在其他特征中，所述方法包括：g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及h)选择性地在所述衬底上沉积膜，并且使用碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述衬底上沉积。
在其他特征中，所述第一气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。所述第一气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。所述第二气体混合物包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
在其他特征中，h)包括执行原子层沉积(ALD)。所述方法还包括在g)之后并且在h)之前：g1)供应包括氧气物质的第三气体混合物；以及g2)激励等离子体持续预定时间段。所述方法还包括：g3)重复a)至g2)一次或多次。
在其他特征中，所述第三气体混合物包含选自由分子氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和一氧化二氮(NO)组成的组中的一种或多种气体。所述预定时间段是在从0.5秒到30秒的范围内。
在其他特征中，所述衬底包括第一二氧化硅层，布置在所述第一二氧化硅层上方的氮化硅层和布置在所述氮化硅层上方的第二二氧化硅层。所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的侧壁上。所述膜被选择性地沉积在所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的平坦区域上，并且基本上被所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的所述侧壁上的所述碳氟化合物层阻止。
在其他特征中，所述衬底包括第一氮化硅层，布置在所述第一氮化硅层上方的二氧化硅层和布置在所述二氧化硅层上方的第二氮化硅层。所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的侧壁上。所述膜沉积在所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦区域上，并且基本上被所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的所述侧壁上的所述碳氟化合物层阻止。
在其他特征中，所述衬底包括第一二氧化硅层，布置在所述第一二氧化硅层上方的氮化硅层和布置在所述氮化硅层上方的第二二氧化硅层。所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的平坦表面上。所述膜沉积在所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的侧壁上，并且基本上被所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的所述平坦表面上的碳氟化合物层阻止。
在其他特征中，所述衬底包括第一氮化硅层、布置在所述第一氮化硅层上方的二氧化硅层和布置在所述二氧化硅层上方的第二氮化硅层。所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦表面上。所述膜沉积在所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的所述侧壁上，并且基本上被所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦表面上的所述碳氟化合物层阻止。
在其他特征中，所述膜包括ALD介电层。所述膜包括ALD金属层。
一种用于选择性沉积膜的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字。所述方法还包括：b)供应气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底上沉积碳氟化合物层；d)从所述处理室中去除所述气体混合物；e)进行离子轰击以从所述衬底的平坦部分去除所述碳氟化合物层的部分；以及f)在所述衬底的所述平坦部分上选择性地沉积膜，并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述衬底的侧壁上沉积。
在其他特征中，所述气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。
在其他特征中，所述气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。f)包括执行原子层沉积(ALD)。所述膜包括ALD介电层。所述膜包括ALD金属层。
一种用于选择性沉积膜的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字。所述方法包括：b)供应第一气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底的所述第二暴露材料上沉积碳氟化合物层；d)从所述处理室中去除所述气体混合物；e)使用原子层沉积在所述第一暴露材料上沉积膜；f)从所述处理室中去除反应物；g)将在b)至e)中的沉积所述碳氟化合物层以及在e)和f)中的沉积所述膜重复一次或多次，以将所述膜沉积在所述第一暴露材料上而不使所述膜蘑菇状生长。
在其他特征中，所述气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。所述气体混合物包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
一种用于选择性沉积膜的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字。所述方法包括：b)供应第一气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底的所述第二暴露材料上沉积碳氟化合物层；d)从所述处理室中去除所述气体混合物；e)使用原子层沉积在所述第一暴露材料上沉积膜；f)从所述处理室中去除反应物；g)供应第二气体混合物并激励等离子体持续第二预定时间段内以执行激活步骤；以及h)从所述处理室中去除所述惰性气体混合物。
在其他特征中，相比于在所述第二材料上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述第一材料上的所述碳氟化合物层。所述方法包括重复以下项中的至少一项：在b)至d)中的沉积所述碳氟化合物层；在e)和f)中的沉积所述膜；以及在g)和h)中的所述激活步骤。在g)和h)中的所述激活步骤用于去除所述碳氟化合物层中的成核缺陷。所述第二气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开示出在使用先进的混合模式脉冲调制(AMMPTM)工艺进行的沉积(D)、激活(A)和氧闪蒸步骤期间，平坦的SiN、平坦的SiO2和侧壁表面上的碳氟化合物(称为FC)膜厚度与时间的函数关系的示例的曲线图；
图2A至图2D是根据本公开的在使用FC阻止层进行的选择性ALD期间的衬底的示例的侧视截面图；
图3A和图3B是根据本公开的在使用FC阻止层和缺陷去除或修复进行的选择性ALD期间的衬底的示例的侧视截面图；
图4A至图4C是根据本公开的在使用FC阻止层进行的选择性ALD期间的并且在ALD沉积期间防止蘑菇状生长的衬底的侧面剖视图；
图5A至图5C是根据本公开的在FC阻止层在侧壁上沉积期间的衬底的示例的侧视截面图；
图6A至图6E是根据本公开的示例的在FC阻止层的沉积期间的衬底的侧视截面图；
图7是根据本公开示出在氧闪蒸步骤之间使用较少的沉积和激活步骤的，平坦的SiN、平坦的SiO2和侧壁表面上的FC膜厚度与时间的函数关系的示例的曲线图；
图8A和图8B是根据本公开的在使用位于平坦表面上的FC阻止层在侧壁上进行的选择性ALD期间的衬底的示例的侧视截面图；
图9A和图9B是根据本公开的在使用位于平坦区域上的FC阻止层在侧壁上进行的选择性ALD期间的衬底的示例的侧视截面图；
图10是根据本公开示出具有较少的氧闪蒸步骤的工艺的侧壁、平坦的SiN、平坦的SiO2表面上的FC膜厚度与时间的函数关系的示例的曲线图；
图11A和图11B是根据本公开的在侧壁上使用FC阻止层而在平坦区域上进行的选择性ALD期间的衬底的侧视截面图；
图12A至图12B是根据本公开的在侧壁上使用FC阻止层而在平坦区域上进行的选择性ALD期间的衬底的侧视截面图；
图13A至图13C是根据本公开的示例的在使用FC阻止层并且使用离子轰击平坦区域进行的ALD期间的衬底的侧视截面图；
图14至图16是根据本公开示出的示例性方法的流程图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
根据本公开的系统和方法用于使用碳氟化合物(CFx，称为FC)聚合物阻止层选择性地沉积介电膜或金属膜。本文描述的系统和方法相对于基于主要氮化硅的表面(SixNy，其中x和y是定义元素或SiN的化学比的数字)或硅(Si)表面，对在基于主要氧化硅的(SiOx)表面上的介电膜或金属膜执行选择性ALD。主要SiOx和SixNy是指膜中也可能分别存在少量的H或C或H、C或O的事实。相对于SiN或Si，在SiOx上选择性沉积介电膜或金属膜具有挑战性，因为这些材料之间的表面化学性质相似。
在沉积FC阻止层之后，执行金属膜或介电膜的ALD。在一些示例中，FC阻止层减慢或基本上阻止了SiN和/或Si表面上的ALD成核，而SiOx表面上的生长相对不受抑制。如本文所使用的，基本上阻止可以指阻止发生在未被FC阻止层阻止的其他位置的沉积的超过90％、95％或99％。在ALD之后，可以立即或在进一步的衬底处理之后去除FC阻止层。
本文所述的系统和方法还可以支持形貌上选择性的生长，其中生长发生在平坦(或水平)表面上而不发生在竖直侧壁上，反之亦然。例如，可以将FC阻止层沉积在平坦表面和竖直表面上，然后使用主要撞击在平坦表面上的离子轰击相对于侧壁从平坦表面选择性地去除FC阻止层。FC阻止层保留在侧壁上，从而使得能在衬底的平坦区域上进行膜的选择性ALD。
替代地，可以将FC阻止层选择性地沉积在Si或SiN的平坦区域上。可以调整该工艺，以使平坦表面上的FC沉积速率相对于侧壁更大。较薄的侧壁FC堆积物可通过闪蒸等离子体来完全去除，闪蒸等离子体意指使用含氧物质激励等离子体持续非常短的脉冲时间，所述含氧物质例如：分子氧(O2)或氧(O2)和氢(H2)的混合物，或氧气(O2)和诸如氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)和氪气(Kr)之类的惰性气体的混合物，FC阻止层保留在较厚的平坦表面处，从而使得能在侧壁上优先进行ALD。在一些示例中，将闪蒸氧等离子体维持在0.5秒至30秒范围内的预定时间段内。在一些示例中，含氧物质选自由分子氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和一氧化二氮(NO)组成的组。
在一些示例中，通过提供包含碳氟化合物物质和氢物质的气体混合物来沉积FC阻止层。在一些示例中，气体混合物包括进入处理室的碳氟化合物气体(CxFy)、碳氢化合物气体(HxCy)、氢氟碳化合物气体(CxFyHz)、分子氢气体(H2)和/或它们的组合。在一些示例中，还将诸如氩、氦、分子氮(N2)、氙气(Xe)和氪气(Kr)之类的惰性气体添加到气体混合物中。在一些示例中，在感应耦合等离子体(ICP)衬底处理系统中执行沉积。在一些示例中，在变压器耦合等离子体(TCP)衬底处理系统中执行沉积。在一些示例中，衬底处理系统还包含静电卡盘(ESC)，该静电卡盘(ESC)可以施加RF偏置以增强离子轰击。激励等离子体持续预定的沉积时间段。FC阻止层沉积在SiOx、SiN和/或Si表面的组合上。
在执行沉积之后，可以使用激活步骤来相对于SiN和/或Si表面从SiOx表面选择性地或优先地去除FC阻止层。在一些示例中，激活步骤包括使用包含氩气(Ar)或氦气(He)的等离子体。FC沉积步骤、激活步骤和/或氧闪蒸步骤及其相应的处理周期的重复循环确定在ALD步骤之前在衬底上保留FC阻止层的位置。
如果在侧壁上需要ALD，则使用氧闪蒸(使用含氧物质的等离子体)。在一些示例中，使用RF脉冲调制对氧等离子体进行脉冲化和/或使用RF连续波(CW)来去除更薄的FC侧壁堆积物。氧闪蒸步骤从所有表面(包括平坦表面和侧壁表面)除去FC。如果从侧壁上的FC层较薄开始，则将除去侧壁表面，而一些FC保留在平面上。
如将在下面进一步描述的，通过改变例如FC沉积和激活步骤的相对数量、沉积或激活周期的持续时间、氧闪蒸的持续时间和频率之类的工艺参数，例如在沉积、激活氧闪蒸步骤等过程中的RF功率或ESC偏压或工艺压力的大小之类的工艺参数可以实现不同的效果。
在"Surface Phenomena During Plasma-Assisted Atomic Layer Etching ofSiO2",Ryan J.Gasvoda,Alex W.van der Steeg,Ranadeep Bhowmick,Eric A.Hudson,andSumit Agarwal,Applied Materials and Interfaces,9,pp.31067-31075(2017)中显示并描述了FC阻止层的沉积和Ar激活的使用的示例。如其中所述，在SiO2层上沉积碳氟化合物(CFx)膜层。CFx膜中的F原子与SiO2膜中的Si结合以形成挥发性SiF4。CFx膜中的C原子与氧(O)结合以形成挥发性一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。在低轰击能量(<25eV)下，CFx膜沉积速率大于离子辅助去除速率，并且在表面上沉积厚度大于预定厚度的CFx膜。当膜厚度大于预定厚度时，CFx膜通过防止挥发性蚀刻产物扩散到表面并防止离子到达CFx/SiO2界面来抑制对下面的SiO2层的蚀刻。在一些示例中，取决于等离子体条件，预定厚度在0.7-10nm的范围内。
该工艺也可用于形貌选择性ALD。该技术可用于相对于侧壁在平坦表面上执行ALD，反之亦然，而与它们的化学组成无关，如下所述。由于相对于FC膜厚度的定向控制，该技术可能特别适合于相对于SiOx的平面区域，甚至SiN和/或Si的平坦区域阻止SiN和Si膜在侧壁上沉积。
例如，在特定的半导体制造应用中可能期望相对于侧壁在平坦表面上具有选择性的ALD生长。由于离子介导的激活步骤的各向异性(其中离子优先撞击平坦表面的程度要大于撞击侧壁的程度)，因此可以调整FC沉积工艺，以便相比于从垂直表面去除FC阻止层，更有效地从平坦表面上去除FC阻止层，与其组成无关。此效应可用于相对于侧壁实现在平坦的SiOx上选择性沉积ALD膜。可以调整该工艺，使得用FC阻止层阻止SiN和/或Si的竖直表面，以在SiOx平坦表面上实现ALD生长。
另一方面，如果平坦表面包括SiN和/或Si，并且期望侧壁ALD生长，则可以周期性地使用一个或多个含氧的等离子体闪蒸步骤来减少FC阻挡层的侧壁堆积物。除非在激活步骤中使用了明显的离子撞击或离子轰击，否则FC膜的厚度在平坦表面上通常比侧壁要厚。含氧闪蒸步骤将首先去除较薄的FC层，从而减少侧壁堆积物。该效应可以用于相对于侧壁选择性地在SiN和/或Si平坦表面上沉积FC阻止层。结果，如下面将进一步描述的，该技术具有通过工艺调整来实现各种形貌选择性的ALD配置的灵活性。
根据ALD膜的化学性质，在ALD工艺期间FC阻止层的周期性重新沉积可能是有益的。在一示例中，可以在每x个ALD循环之后沉积FC阻止层，其中，根据ALD前体和反应物化学性质，将x限定为1至100个循环之间。该工艺还可包括去除在FC阻止层上形成的ALD成核物的步骤。该缺陷去除步骤可以包括化学蚀刻工艺、等离子体增强蚀刻工艺或FC层的顶表面的去除。可通过在生长层的侧壁上沉积FC，或者通过FC阻止层随同ALD层的高度一起连续生长防止ALD膜在沉积期间的蘑菇样生长或“蘑菇状生长”，其中ALD膜从ALD/FC膜的界面开始在FC阻止层表面上方横向生长。
现在参照图1，示出了用于形成FC阻止层的工艺的第一示例。在一些示例中，该工艺包括高级混合模式脉冲调制(AMMPTM)。在第一阶段期间，由于化学键合和反应性的差异，执行交替的沉积(D)和激活(A)步骤以相对于SiOx表面优先在Si或SiN表面上沉积FC膜。在预定次数的迭代之后，可以执行氧闪蒸步骤以去除FC膜中的一些。在FC膜最薄的地方，可以将其完全去除，同时仍在FC膜较厚的区域保留FC膜。该工艺可以重复一次或多次，以在SiN和Si表面而不是在SiOx表面上增加FC层的厚度。
现在参考图2A至图2D，示出了在如上所述的使用FC阻止层进行的选择性ALD期间的衬底10。在图2A中，衬底10包括一个或多个下伏层12、主要由SiN或硅(Si)构成的第一膜14、主要由SiOx构成的第二膜16和优先沉积在SiN或Si上的FC阻止层18。在图2B中，由于FC阻止层18，相对于第一膜14选择性地在第二膜16上选择性地沉积了ALD层22。
在一些示例中，ALD层22包括单层。在其他示例中，ALD层22小于单层，例如0.4个单层，或者大于单层，例如大于1个的单层到4个单层。由于化学和/或物理抑制，FC层显著减少了ALD成核或防止ALD膜沉积。在图2C中，沉积另外的ALD层24以形成图2D所示的ALD膜30。
现在参考图3A和3B，示出了在使用FC阻止层和缺陷去除或修复的选择性ALD期间的衬底10。在图3A中，成核缺陷34可以在ALD期间形成在FC层18的顶部上或在该层内。当使用交替的FC沉积和激活步骤沉积ALD膜30时，可以在FC阻止层18的沉积期间去除缺陷34。在图3B中，示出了在去除成核缺陷之后的FC阻止层18。在一些示例中，调整诸如激活周期的数量、激活周期的持续时间之类的工艺参数和/或在激活周期期间的诸如RF功率或ESC偏置或工艺压强之类的工艺参数以去除缺陷。
现在参考图4A至图4C，示出了在使用FC阻止层进行的选择性ALD期间的衬底。在图4A中，ALD膜30的蘑菇样部分33可能在处理期间出现。如本文所使用的，蘑菇形生长是指除了沿期望的竖直方向生长之外，ALD膜还沿水平或横向方向(从ALD膜侧壁的表面水平向外)生长。根据本公开，存在两种用于去除或补偿ALD膜30的蘑菇形生长的机制。在图4B，循环FC沉积和激活步骤以随着ALD膜30的厚度增加，继续FC阻止层的沉积。换句话说，该工艺从ALD循环切换到FC沉积/激活循环，然后返回一次或多次。
在图4C中，可以将FC沉积和激活调节为高度定向的。少量的FC膜沉积在ALD膜30的侧壁上，以减慢ALD膜30的横向生长。
现在参考图5A至图5C，示出了在主要Si或SiN侧壁(相对于主要SiOx侧壁)上选择性地沉积FC以在随后的沉积步骤期间基本上阻止ALD的衬底100。在图5A中，衬底100包括SiOx层112、沉积在SiOx层112上的SiN层114和沉积在SiN层114上的SiOx层118。在图5B中，FC阻止层120沉积在SiN层114的暴露的侧壁表面上。在图5C中，在存在FC阻止层120的区域中基本上阻止了ALD层121的沉积。
现在参考图6A至图6E，示出了在FC阻止层的选择性沉积期间的衬底130。在图6A中，衬底130包括SiN层142、沉积在SiN层142上的SiOx层144和沉积在SiOx层144上的SiN层148。FC阻止层相对于SiOx表面优先沉积在平坦和侧壁的SiN表面上。然后，由于激活步骤的离子介导的方向性，FC阻止层从平坦表面去除比侧壁去除快。因此，改变激活步骤(诸如持续时间、频率或工艺参数)以将FC阻止层留在SiN侧壁150上和在152处的SiN平坦表面上，如图6B所示。在ALD之后，如图6C所示，在不存在FC阻止层的区域中的153处沉积SiO2。
在图6D中，改变激活步骤以仅在SiN的侧壁150上留下FC阻止层。在ALD之后，在不存在FC阻止层的区域中的155处沉积SiO2，如图6E所示。
现在参照图7，沉积、激活和/或氧闪蒸步骤的数量和持续时间可以变化以实现不同的效果。在图7中，使用较短的激活步骤来执行FC阻止层的沉积，并以较长的沉积步骤结束。换句话说，激活步骤和沉积步骤的相对时间段和数量可以改变。在图7中，只有一个激活步骤，并且D>>A，对于图1并非如此，在图1中的持续时间D＝A。FC阻止层以比在侧壁沉积的速率更大的速率沉积在SiO2或SiN的平坦区域上。然后，使用氧闪蒸步骤从侧壁去除FC层。随后，在未阻止的侧壁上执行选择性ALD。激活步骤可用于解决成核缺陷的形成或FC阻止层的调整。该工艺允许平坦区域更大的FC堆积物，从而使得能相对于平坦区域在侧壁上执行选择性ALD。
现在参考图8A，衬底160包括SiOx层172、沉积在SiOx层172上的SiN层174和沉积在SiN层174上的SiOx层178。使用在图7所示的方法将FC阻止层180、182沉积在SiOx平坦表面上。在图8B中，示出了在侧壁上选择性沉积ALD膜190并且去除了在平坦表面上的FC阻止层180、182之后的衬底160。
现在参考图9A和9B，示出了使用FC阻止层进行的选择性ALD期间的衬底200。在图9A中，衬底200包括SiN层212、沉积在SiN层212上的SiOx层214和沉积在SiOx层214上的SiN层218。使用如图7所示的方法将FC阻止层220、222沉积在SiN平坦平面上。在图9B中，示出了在侧壁上选择性沉积ALD膜230并且去除了在平坦表面上的FC阻止层220、222之后的衬底160。
现在参考图10，显示了FC膜厚度与时间的函数关系。显示了在具有多个沉积(D)和激活(A)循环以及较少或没有中间氧闪蒸步骤的过程中的FC堆积物。沉积和激活循环可以在整个AMMP时间段内持续进行。在一些示例中，如果激活时间段的持续时间足够长，则可以从SiN和SiOx表面(未显示)去除FC阻止层。由于激活步骤的离子介导和定向性质，因此与侧壁表面相比，从平坦表面除去了更多的材料。该工艺使得更多的侧壁堆积物能用于相对于被阻止的侧壁在平坦区域上执行选择性ALD。
在图11A至图11B中，衬底260包括SiOx层272、沉积在SiOx层272上的SiN层274和沉积在SiN层274上的SiOx层278。使用如图10所示的工艺，将FC阻止层280沉积在SiN层274和SiOx层272的侧壁表面上，如图11A所示。将ALD膜292和290分别选择性地沉积在SiOx层272和SiOx层278的平坦表面上，并且FC阻止层280被去除，如图11B所示。
在图12A和12B中，衬底300包括SiN层312、沉积在SiN层312上的SiOx层314和沉积在SiOx层314上的SiN层318。使用如图10所示的工艺，将FC阻止层320沉积在SiOx层314和SiN层312的侧壁表面上，如图12A所示。使ALD膜330和332分别选择性地沉积在SiOx层312和SiOx层318的平坦表面上，并且去除FC阻止层320，如图12B所示。
在图13A中，衬底400包括SiN层412、沉积在SiN层412上的SiOx层414和沉积在SiOx层414上的SiN层418。FC阻止层420沉积在SiN层412、SiOx层414和SiN层418上。进行离子轰击以去除衬底的平面区域中的FC层420。在图13B所示的离子轰击之后，将FC阻止层420保留在衬底400的侧壁上。随后，ALD膜430和432选择性地沉积在SiN层412和418的平坦表面上。去除FC阻止层420，如图13C所示。
现在参考图14，示出了用于在衬底上选择性地沉积ALD介电层或金属层的方法600。在610处，将衬底布置在处理室中的衬底支撑件上。在614处，设置处理室参数，例如温度、RF等离子体功率、ESC偏置功率、压力和/或气体流量。在618处，将FC阻止层沉积在衬底的选择部分上。如本文中所述，可以使用如上所述的沉积、激活和/或氧闪蒸步骤的组合来沉积FC阻止层。或者，如上所述，可使用沉积步骤和使用额外的离子轰击处理来沉积FC阻止层。在激活步骤中也会发生离子轰击。
在624处，将ALD介电层或金属层选择性地沉积在衬底的暴露部分上，而不是沉积在衬底上保留有FC阻止层的区域上。在630处，FC阻止层被去除。
现在参考图15，示出了用于选择性地沉积FC阻止层的方法650。在660，将等离子体气体混合物供应到处理室。在一些示例中，等离子体气体混合物包括碳氟化合物物质、碳氢化合物物质、惰性气体物质和氢物质中的一种或多种的组合。在664，在室中激励等离子体。在668处，等离子体持续预定时间段，并且FC阻止层被沉积到衬底上。在670处，等离子体熄灭并且清扫处理室。
在671处，任选地将激活气体混合物供应至处理室。在672处，任选地将等离子体激励预定时间段以执行激活等离子体处理。在674处，在预定的激活时间段之后，熄灭等离子体并且清扫室。在676处，可以通过返回到660来将沉积和激活步骤重复一次或多次。
在677，将氧闪蒸气体混合物任选地供应至处理室。在678处，任选地激励等离子体持续预定时间段以执行含氧闪蒸处理。在680处，在氧闪蒸处理时间段之后熄灭等离子体，并且清扫室。在682处，可通过返回到660来重复该工艺一次或多次。之后，可在684处任选地进行掩模修复。可将掩模修复步骤应用于FC层以去除用于ALD的成核部位。例如，可以执行等离子体处理步骤。等离子体处理步骤可以包括将H2等离子体施加到FC膜。然后，可以执行ALD。
现在参考图16，示出了用于沉积FC阻止层的另一种方法700。在660，将等离子体气体混合物供应到处理室。在一些示例中，等离子体气体混合物包括碳氟化合物物质。在664，在室中激励等离子体。在668处，等离子体持续预定时间段，并且FC阻止层被沉积到衬底上。在670处，熄灭等离子体并且清扫处理室。在719处，将蚀刻气体混合物供应到室。在720处，激励等离子体并且将离子轰击用于比侧壁上的FC阻止层更快地蚀刻FC阻止层的平坦区域。之后，可以执行ALD。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方式在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方式描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方式的特征中实现和/或与任何其它实施方式的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
Claims (36)
1.一种用于选择性沉积膜的方法，其包括：
a)将衬底布置在处理室中，其中，所述衬底包括第一材料和第二材料，所述第一材料被暴露并且包含氧化硅(SiOz)，所述第二材料被暴露并且选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字；
b)供应包含碳氟化合物物质和氢物质的第一气体混合物；
c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底上沉积碳氟化合物层；
d)从所述处理室中去除所述第一气体混合物；
e)供应第二气体混合物并激励等离子体持续第二预定时间段以执行激活步骤；以及
f)从所述处理室中去除所述第二气体混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，相比于在所述第二材料上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述第一材料上的所述碳氟化合物层。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：
g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及
h)在所述第一材料上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止膜在所述第二材料上沉积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，相比于在所述衬底的平坦表面上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述衬底的侧壁上的所述碳氟化合物层。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：
g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及
h)在所述侧壁上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述平坦表面上沉积。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，相比于在所述衬底的侧壁上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述衬底的平坦表面上的所述碳氟化合物层。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：
g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及
h)在所述平坦的表面上沉积膜并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述侧壁上沉积。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
g)重复b)至f)N次，其中N为整数；以及
h)选择性地在所述衬底的所述第一材料和所述第二材料的暴露部分上沉积膜，并且使用碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述衬底上沉积。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二气体混合物包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
12.根据权利要求8所述的方法，其中h)包括执行原子层沉积(ALD)。
13.根据权利要求8所述的方法，其还包括在g)之后并且在h)之前：
g1)供应包括氧气物质的第三气体混合物；以及
g2)激励等离子体持续预定时间段。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：
g3)重复a)至g2)一次或多次。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第三气体混合物包含选自由分子氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和一氧化二氮气(NO)组成的组中的一种或多种气体。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预定时间段是在从0.5秒到30秒的范围内。
17.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述衬底包括第一二氧化硅层，布置在所述第一二氧化硅层上方的氮化硅层和布置在所述氮化硅层上方的第二二氧化硅层，
所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的侧壁上，
所述膜被选择性地沉积在所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的平坦区域上，并且基本上被所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的所述侧壁上的所述碳氟化合物层阻止。
18.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述衬底包括第一氮化硅层，布置在所述第一氮化硅层上方的二氧化硅层和布置在所述二氧化硅层上方的第二氮化硅层；
所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的侧壁上，以及
所述膜沉积在所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦区域上，并且基本上被所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的所述侧壁上的所述碳氟化合物层阻止。
19.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述衬底包括第一二氧化硅层，布置在所述第一二氧化硅层上方的氮化硅层和布置在所述氮化硅层上方的第二二氧化硅层，
所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的平坦表面上，并且
所述膜沉积在所述氮化硅层和所述第二二氧化硅层的侧壁上，并且基本上被所述第一二氧化硅层和所述第二二氧化硅层的所述平坦表面上的碳氟化合物层阻止。
20.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述衬底包括第一氮化硅层、布置在所述第一氮化硅层上方的二氧化硅层和布置在所述二氧化硅层上方的第二氮化硅层；
所述碳氟化合物层选择性地沉积在所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦表面上，并且
所述膜沉积在所述二氧化硅层和所述第二氮化硅层的所述侧壁上，并且基本上被所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的平坦表面上的所述碳氟化合物层阻止。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，所述膜包括ALD介电层。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，所述膜包括ALD金属层。
23.一种用于选择性沉积膜的方法，其包括：
a)将衬底布置在处理室中，其中，所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字；
b)供应气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；
c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底上沉积碳氟化合物层；
d)从所述处理室中去除所述气体混合物；
e)进行离子轰击以从所述衬底的平坦部分去除所述碳氟化合物层的部分；以及
f)在所述衬底的所述平坦表面部分上选择性地沉积膜，并且使用所述碳氟化合物层基本上阻止所述膜在所述衬底的侧壁上沉积。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，f)包括执行原子层沉积(ALD)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述膜包括ALD介电层。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述膜包括ALD金属层。
29.一种用于选择性沉积膜的方法，其包括：
a)将衬底布置在处理室中，其中，所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字；
b)供应气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；
c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底的所述第二暴露材料上沉积碳氟化合物层；
d)从所述处理室中去除所述气体混合物；
e)使用原子层沉积在所述第一暴露材料上沉积膜；
f)从所述处理室中去除反应物；
g)将在b)至e)中的沉积所述碳氟化合物层以及在e)和f)中的沉积所述膜重复一次或多次，以将所述膜沉积在所述第一暴露材料上而不使所述膜蘑菇状生长。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述气体混合物包含选自由碳氟化合物气体(CaFb)、碳氢化合物气体(HcCd)、氢氟碳化合物气体(CeFfHg)、分子氢气体(H2)和其组合组成的组中的一种或多种气体，其中，a、b、c、d、e、f和g是定义元素的化学比的数字。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述气体混合物还包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
32.一种用于选择性沉积膜的方法，其包括：
a)将衬底布置在处理室中，其中，所述衬底包括包含氧化硅(SiOz)的第一暴露材料和选自由硅(Si)和氮化硅(SixNy)组成的组中的第二暴露材料，其中z、x和y是定义元素的化学比的数字；
b)供应气体混合物，其包含碳氟化合物物质和氢物质；
c)激励等离子体持续第一预定时间段以在所述衬底的所述第二暴露材料上沉积碳氟化合物层；
d)从所述处理室中去除所述气体混合物；
e)使用原子层沉积在所述第一暴露材料上沉积膜；
f)从所述处理室中去除反应物；
g)供应第二气体混合物并激励等离子体持续第二预定时间段内以执行激活步骤；以及
h)从所述处理室中去除所述第二气体混合物。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，相比于在所述第二材料上的所述碳氟化合物层，所述激活步骤更优先去除在所述第一材料上的所述碳氟化合物层。
34.根据权利要求32所述的方法，其还包括重复以下项中的至少一项：
在b)至d)中的沉积所述碳氟化合物层；
在e)和f)中的沉积所述膜；以及
在g)和h)中的所述激活步骤。
35.根据权利要求32所述的方法，其中，在g)和h)中的所述激活步骤用于去除所述碳氟化合物层中的成核缺陷。
36.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第二气体混合物包含选自由氦气(He)、氮气(N2)、氙气(Xe)、氪气(Kr)和氩气(Ar)组成的组中的一种或多种气体。
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