CN112458428B - 一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体加工技术领域，公开了一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，以材料LiPON作为抑制剂为例，但并不限于LiPON，LiPON只是可通过原子层沉积得到的抑制剂其中之一。通过原子层沉积的方法生长抑制剂薄膜，抑制剂薄膜能够抑制后续的氧化物的原子层沉积的生长，有抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制，无抑制剂覆盖的部分原子层沉积可正常进行，实现选区原子层沉积。本发明能够在原位情况下很好的抑制后续氧化物的原子层沉积，具有很强的抑制后续氧化物的原子层沉积的生长的效果，从而达到提高选择率的目的。本发明解决了仅在非沉积区吸附一层抑制剂分子，抑制效果难以调节的问题。

Description

一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，尤其涉及一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法。
背景技术
目前，随着半导体器件尺寸的缩小，对纳米技术的需求大大增加，特别是对于纳米级器件，每一层都应该尽可能的薄。因此，相对于其他薄膜沉积技术，原子层沉积(ALD)应用于纳米制造策略和新兴纳米器件引起了广泛的兴趣。由选区原子层沉积(AS-ALD)实现的自下而上纳米制造是目前半导体加工领域的一个发展趋势，因为越来越需要消除自顶向下处理的边缘放置误差。
抑制剂是选区原子层沉积的关键一环。选区原子层沉积将衬底表面分为沉积区和非沉积区，非沉积区正是需要抑制剂进行覆盖从而抑制后续薄膜沉积的区域。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
现有的选区原子层沉积面临的最主要问题有两方面，其一为在选区原子层沉积的后续过程中会在非沉积区产生缺陷和杂质；其二则是在后续选择性沉积的过程中非生长区变得可沉积。这两个问题导致了选择率的降低。
选择率是选区原子层沉积后沉积区和非沉积区存在的物质量的差值与和值之比，越高越好。
解决以上问题及缺陷的难度为：
提升选择率是选区ALD一直的目标其中最直接的方法就是提高抑制剂的抑制效果，目前文献中报道的抑制剂多为只在非生长区吸附单层的一种抑制剂分子，这使其抑制效果局限于此，难以进一步提升，因此需要引入修正步骤，主要分为两种：第一种，在后续薄膜的ALD生长中将抑制剂分子作为其中的一环通入，但是抑制剂分子与后续ALD的前驱体同时通入其是否会有意想不到的反应仍未可知；第二种，在选区ALD沉积后在进行选择性刻蚀，通常会引入液体溶剂，例如醋酸，这是半导体工艺所不希望引入的。
解决以上问题及缺陷的意义为：
ALD生长的薄膜，其厚度可控，这使抑制效果有了通过抑制剂厚度进行调控的机会，从而可以通过调节抑制剂薄膜厚度来避免后续的修正步骤，使整个操作流程更加契合半导体工艺的需求，也更加简便。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法。
本发明是这样实现的，一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，所述可用于选区原子层沉积的微纳加工方法包括：
通过原子层沉积进行生长，交替通入所需前驱体得到抑制剂薄膜，利用所述抑制剂薄膜抑制后续原子层沉积的氧化物薄膜的生长，所述选区原子层沉积的抑制剂包括但不限于LiPON，此处以LiPON为例。
本发明的另一目提供一种所述选区原子层沉积的抑制剂在氧化物原子层沉积抑制上的应用，所述选区原子层沉积的抑制剂可抑制后续的氧化物的原子层的生长，有选区原子层沉积的抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制，无抑制剂薄膜覆盖的部分氧化物原子层沉积正常进行，从而实现选区原子层沉积。
本发明的另一目提供一种抑制剂的制备方法，以LiPON为例进行说明，所述制备方法包括：
步骤一、准备需要沉积的衬底，进行清洗；
步骤二、原子层沉积生长抑制剂薄膜；
步骤三、刻蚀抑制剂薄膜从而得到相应的图案；
步骤四、有抑制剂覆盖的区域为非生长区，无抑制剂覆盖的区域为生长区，再进行后续的氧化物的原子层沉积，实现选区原子层沉积；
步骤五、除去多余抑制剂。
进一步，所述步骤二中，使用LiHMDS和DEPA作为前驱体，装于钢瓶中；Ar气作为载气和吹扫气体，流量为30sccm，反应腔体的汽压为～10Pa。
进一步，所述步骤二中，生长圈数根据抑制效果进行调整。
进一步，所述步骤二中，LiPON生长后作为抑制剂再进行后续的氧化物的ALD的生长，有LiPON薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制。
进一步，所述步骤二中，LiPON在生长过程中反应腔体的温度为300℃到330℃，LiHMDS加热至130℃，DEPA加热到135℃，气路加热至150℃。
进一步，所述步骤二中，LiHMDS脉冲时长为50ms，吹扫时长为20s；DEPA脉冲时长为50ms，吹扫时长为20s。
本发明的另一目提供一种所述选区原子层沉积的抑制剂在纳米级器件生产上的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明合成了一种通过原子层沉积的厚度可调的抑制剂薄膜，能够在原位情况下很好的抑制后续氧化物的原子层沉积，具有很强的抑制后续ALD生长的效果，从而达到提高选择率的目的，并且抑制剂薄膜的厚度可调，从而可以通过调节抑制层的厚度来调节抑制效果，且制备所需时间短。
对比的技术效果或者实验效果。
目前最为广泛研究的抑制剂是SAMs，要得到其无缺陷的薄膜往往需要几十个小时，且仅在非沉积区吸附一层抑制剂分子，抑制效果难以调节，且要制备较为完美的SAMs需要花费很长时间，多为几十个小时。
本发明提供一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，并且以其中一种材料LiPON作为抑制剂为例进行说明，但并不限于LiPON，LiPON只是可通过原子层得到的抑制剂其中之一。通过原子层沉积的方法生长抑制剂薄膜，抑制剂薄膜能够抑制后续的氧化物的原子层沉积的生长，有抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制，无抑制剂覆盖的部分原子层沉积可正常进行，实现选区原子层沉积。制备方法以LiPON作为抑制剂为例进行说明，包括：准备需要沉积的衬底，进行清洗；ALD沉积抑制剂LiPON；刻蚀LiPON从而得到相应的图案；进行后续ALD沉积，有LiPON覆盖的区域为非生长区，无LiPON覆盖的区域为生长区，实现选区ALD；除去多余LiPON。本发明能够在原位情况下很好的抑制后续氧化铝的原子层沉积，具有很强的抑制后续ALD生长的效果，从而达到提高选择率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的非原位条件下在LiPON和Si陪片沉积Al2O3的XPS结果图；
其中：a、用TMA和DIW在LiPON和Si表面沉积Al2O3的Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱；b、用TMA和O3在LiPON和Si表面沉积Al2O3的Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱。
图2是本发明实施例提供的将LiPON暴露空气0，10min，1h，12h后在LiPON表面用TMA和DIW沉积Al2O3的XPS结果图；
其中：a、Li 1s和P 2p的细谱；b、N 1s和O1s的细谱；c、C 1s和Al 2p的细谱。
图3是本发明实施例提供的原位条件下在LiPON表面分别用TMA+DIW和TMA+O3沉积Al2O3的XPS结果图，包括Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱。
图4是本发明实施例提供的LiPON作为选区原子层沉积的抑制剂的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明提供一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，所述可用于选区原子层沉积的微纳加工方法包括：
通过原子层沉积进行生长，交替通入所需前驱体得到抑制剂薄膜，利用所述抑制剂薄膜抑制后续原子层沉积的氧化物薄膜的生长，所述选区原子层沉积的抑制剂包括但不限于LiPON，此处以LiPON为例。
本发明还提供一种所述选区原子层沉积的抑制剂在氧化物原子层沉积抑制上的应用，所述选区原子层沉积的抑制剂进行后续的氧化物的原子层的生长，有选区原子层沉积的抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制。
在本发明中，图1是本发明实施例提供的非原位条件下在LiPON和Si陪片沉积Al2O3的XPS结果图；
其中：a、用TMA和DIW在LiPON和Si表面沉积Al2O3的Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱；b、用TMA和O3在LiPON和Si表面沉积Al2O3的Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱
图2是本发明实施例提供的将LiPON暴露空气0，10min，1h，12h后在LiPON表面用TMA和DIW沉积Al2O3的XPS结果图；
其中：a、Li 1s和P 2p的细谱；b、N 1s和O1s的细谱；c、C 1s和Al 2p的细谱。
图3是本发明实施例提供的原位条件下在LiPON表面分别用TMA+DIW和TMA+O3沉积Al2O3的XPS结果图，包括Li 1s,P 2p,N 1s,O 1s,Al 2p的细谱。
如图4所示，该LiPON作为选区原子层沉积的抑制剂的制备方法的方法包括：
S101、准备需要沉积的衬底，进行清洗。
S102、ALD沉积抑制剂LiPON。
在本发明中，使用LiHMDS和DEPA作为前驱体，装于钢瓶中。LiPON在生长过程中反应腔体的温度为300到330℃，LiHMDS加热至130℃，DEPA加热到135℃，气路加热至150℃。
Ar气作为载气和吹扫气体，流量为30sccm，反应腔体的汽压为～10Pa。
LiHMDS脉冲时长为50ms，吹扫时长为20s，；DEPA脉冲时长为50ms，吹扫时长为20s。
生长圈数可根据所需抑制效果进行调整。
LiPON生长后作为抑制剂再进行后续的氧化物的ALD的生长，有LiPON薄膜覆盖的位置可以实现后续氧化物原子层沉积的抑制。
S103、刻蚀LiPON从而得到相应的图案。
S104、进行后续ALD沉积，有LiPON覆盖的区域为非生长区，无LiPON覆盖的区域为生长区，实现选区ALD。
S105、除去多余LiPON。
图1中，Si片作为衬底，非沉积区由300圈LiPON覆盖，沉积区为Si，同时作为对照组，非原位进行Al2O3的ALD沉积，包括两种Al2O3 ALD方案：TMA+DIW和TMA+O3。XPS的结果显示，LiPON表面(非生长区)的Al信号的强度明显弱于Si片表面(生长区)，从而体现了LiPON的抑制效果。
图2中，在硅片上生长672圈LiPON，将样品分成4组，然后分别原位，在空气中暴露10分钟，1小时和12小时后进行20圈Al2O3的沉积，XPS结果如图2，暴露10分钟和1小时的样品上均无Al 2p的XPS信号，LiPON抑制氧化物生长的特性得到证明；在空气中暴露12小时的样品上能探测到Al信号，所以LiPON暴露在空气中长时间后会逐渐失去抑制效果，XPS结果中所有样品都无法看到N和P的信号也是因为在进行XPS测试之前LiPON在空气中已被碳化，N和P以NH3,NO2,PH3等气体的形式飞走了，之后留下了Li2CO3在表面，XPS结果中的C1s中CO3 2-的峰也正好证实了这一点。
图3中，在Pt衬底上沉积300圈LiPON，原位沉积Al2O3，包括两种Al2O3ALD方案：TMA+DIW和TMA+O3.XPS结果显示进行Al2O3沉积的样品没有Al 2p信号被探测到，与对照样品(只沉积了LiPON)的Al 2p结果相同，LiPON的抑制效果再次得到证明。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法，其特征在于，所述可用于选区原子层沉积的微纳加工方法包括：
通过原子层沉积进行生长，交替通入所需前驱体得到抑制剂薄膜，利用所述抑制剂薄膜抑制后续原子层沉积的氧化物薄膜的生长，所述选区原子层沉积的抑制剂为LiPON，所述氧化物为Al2O3；
抑制剂薄膜的制备方法如下：
步骤一、准备需要沉积的衬底，进行清洗；
步骤二、原子层沉积生长抑制剂薄膜；使用前驱体LiHMDS和DEPA，交替通入反应腔室，用原子层沉积的方法在衬底表面生长抑制剂薄膜；惰性气体作为载气和吹扫气体；抑制剂薄膜生长后作为抑制剂再进行后续的原子层沉积氧化物的生长，有抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制；
步骤三、刻蚀抑制剂薄膜从而得到相应的图案；
步骤四、有抑制剂覆盖的区域为非生长区，无抑制剂覆盖的区域为生长区，再进行后续的氧化物的原子层沉积，实现选区原子层沉积；
步骤五、除去多余抑制剂。
2.一种如权利要求1所述可用于选区原子层沉积的微纳加工方法中抑制剂薄膜在氧化物原子层沉积抑制上的应用，其特征在于，所述选区原子层沉积的抑制剂抑制后续的氧化物的原子层的生长，有选区原子层沉积的抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制。
3.一种如权利要求1所述可用于选区原子层沉积的微纳加工方法中抑制剂薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤一、准备需要沉积的衬底，进行清洗；
步骤二、原子层沉积生长抑制剂薄膜；
步骤三、刻蚀抑制剂薄膜从而得到相应的图案；
步骤四、有抑制剂覆盖的区域为非生长区，无抑制剂覆盖的区域为生长区，再进行后续的氧化物的原子层沉积，实现选区原子层沉积；
步骤五、除去多余抑制剂。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，使用前驱体LiHMDS和DEPA，交替通入反应腔室，用原子层沉积的方法在衬底表面生长抑制剂薄膜；惰性气体作为载气和吹扫气体。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，生长圈数根据所需抑制效果进行调整。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，抑制剂薄膜生长后作为抑制剂再进行后续的原子层沉积氧化物的生长，有抑制剂薄膜覆盖的位置实现后续氧化物原子层沉积的抑制。
7.一种如权利要求1所述选区原子层沉积的抑制剂在纳米级器件生产上的应用。
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