CN114698381A - 在金属表面上选择性沉积杂环钝化膜 - Google Patents
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Abstract
描述了选择性沉积方法。钝化膜在沉积介电材料之前沉积在金属表面上。所述方法包括在处理腔室中，将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；并且选择性地将杂环反应物沉积在金属表面上以形成钝化层，其中杂环头基选择性地与金属表面反应并结合。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式涉及用于选择性沉积钝化膜的方法。具体地，本公开内容的实施方式涉及在金属表面上选择性地沉积钝化膜的方法。
背景技术
半导体行业在追求涉及纳米级特征快速缩放的装置小型化方面面临许多挑战。这些问题包括引入复杂的制造步骤，诸如多个光刻步骤和高性能材料的集成。为了保持装置小型化的节奏，选择性沉积已显示出有效前景，因为它有可能通过简化集成方案来消除高成本的光刻步骤。
材料的选择性沉积可以多种方式实现。相对于另一个表面(例如，金属和电介质)，化学前驱物可以选择性地与一个表面反应。可调节诸如压力、基板温度、前驱物分压和/或气流之类的工艺参数以调节特定表面反应的化学动力学。另一种可能的方案涉及表面预处理，所述表面预处理可用于活化或去活化对引入的膜沉积前驱物感兴趣的表面。
为了实现下一代半导体装置的复杂图案化架构，由多个光刻和蚀刻步骤组成的传统自顶向下(top-down)方法导致成本高昂，并且面临技术节点缩放的挑战。在本领域中持续需要用于提高沉积选择性的方法。
发明内容
一种在基板上选择性沉积膜的方法包括：在处理腔室中，将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基(head group)和尾基(tailgroup)的杂环反应物；并且选择性地将杂环反应物沉积在金属表面上以形成钝化层，其中杂环头基选择性地与金属表面反应并结合。
在另一个实施方式中，一种在基板上选择性沉积膜的方法包括：在处理腔室中，将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；并且选择性地将杂环反应物沉积在金属表面上以形成钝化层，其中杂环头基选择性地与金属表面反应并结合，并且其中杂环头基包括N、O、S、Se和P原子中的一个或多个，以及其中尾基包括苯基和碳链中的一个或多个，并且碳链的长度在1至50个碳原子的范围内。
在另一方面中，本公开内容涉及一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由基板处理腔室的控制器执行时，使基板处理腔室在处理腔室中将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；并且选择性地将杂环反应物沉积在金属表面上以形成钝化层，其中杂环头基选择性地与金属表面反应并结合。
附图说明
因此以其中可详细理解本公开内容的上述特征的方式，上文简要概述的本公开内容的更具体描述可参考实施方式获得，所述实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开内容的典型实施方式并且因此不视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1是根据本公开内容的实施方式的用于在金属表面上选择性沉积钝化膜的方法的示意图；和
图2是根据本公开内容的一个或多个实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在描述本发明的若干示例性实施方式之前，应将理解，本发明不限于在以下描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式被实践或执行。
如本文中所使用的“基板”或“基板表面”是指在其上进行膜处理的基板的任何部分或者在基板上形成的材料表面的一部分。例如，取决于应用，在其上可进行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料，和诸如金属、金属氮化物、金属合金之类的任何其他材料，和其他导电材料。基板包括但不限于半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、紫外线固化、电子束固化和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上进行的膜处理之外，在本公开内容中，所披露的任何膜处理步骤也可以在如下文更详细披露的基板上形成的底层(underlayer)上进行，并且术语“基板表面”旨在包括如上下文所示的此底层。因此，例如，当膜/层或部分膜/层已经沉积到基板表面上时，新沉积的膜/层的暴露表面成为基板表面。基板可具有各种尺寸，诸如直径为200mm或300mm的晶片，以及矩形或方形窗格(pane)。在一些实施方式中，基板包括刚性非连续(discrete)材料。
如本文使用的“原子层沉积”或“循环沉积”代表连续暴露两种或两种以上反应化合物以在基板表面上沉积一材料层的工艺。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“反应化合物”、“反应气体”、“反应物种”、“前驱物”、“工艺气体”和类似术语可互换使用以意指具有一物种的物质，所述物种能够在表面反应(例如，化学吸附、氧化、还原、环加成)中与基板表面或基板表面上的材料反应。基板或基板的一部分依次暴露于引入处理腔室的反应区域的两种或更多种反应化合物。
如本文中所使用的，“金属”是指金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物或上述材料的组合，例如包括铜、钴、镍、钨、钒、钌、铬、铁、铂、金、银、钼、镓、铟、氧化铟锡、掺氟氧化锡和掺铝氧化锌。
如本文中所使用的，“金属表面”是指由金属形成的基板的任何部分或材料表面的部分。金属表面可暴露于预处理工艺以抛光、涂覆、掺杂、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、紫外线固化、电子束固化和/或烘烤基板表面。除了直接在金属表面本身进行预处理之外，在本公开内容中，所披露的任何金属表面处理也可以在下文更详细披露的底层金属表面上进行，术语“金属表面”旨在包括如上下文所示的此底层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积到金属表面上的情况下，新沉积的膜/层的暴露表面变成金属表面。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，短语“选择性覆盖”或类似术语意指主体材料沉积在所述表面上的程度大于在另一表面上的沉积程度。在一些实施方式中，“选择性地”意指主体材料以一速率在选择性表面上形成，所述速率大于或等于在非选择性表面上的形成速率的约10x、15x、20x、25x、30x、35x、40x、45x或50x。
本公开内容的实施方式有利地提供了用于在包括介电表面和金属表面的基板表面上选择性地沉积膜的方法。一个或多个实施方式可包括预处理，诸如选择性地封闭(blocking)金属表面。对于封闭，基板用杂环反应物进行预处理。杂环反应物包括头基和尾基。头基选择性地与金属表面反应并结合，形成钝化层。在一些实施方式中，基板暴露于处理腔室中的杂环反应物以形成钝化膜。所述方法允许在介电表面上而不是在金属表面上选择性沉积介电膜。本公开内容的实施方式有利地提供了使用区域选择性原子层沉积(Area-selective atomic layer deposition；AS-ALD)的自下而上(bottom up)的方法以实现下一代半导体装置的复杂图案化架构。使用AS-ALD的自下而上的方法提供了低成本和纳米级控制的优点。本文描述的实施方式为电介质上电介质(dielectric-on-dielectric)基板表面(例如，低介电常数上高介电常数)，而不是在金属基板表面上的AS-ALD提供可行的解决方案。
一个或多个实施方式提供了利用杂环(例如，含N、O、S、P)分子在Cu/Co表面(而不是在介电表面)上选择性形成自组装单层(self-assembled monolayer；SAM)的方法，所述方法即使在高温(例如，用于随后介电沉积的250℃)下也具有强结合亲和力和高稳定性。在一些实施方式中，配体结构的微调允许控制疏水性，防止随后的介电沉积和在使用气相SAM的ALD工具中利用合适蒸气压的配体沉积。本公开内容的实施方式在相同ALD工具中提供气相SAM沉积和随后的介电沉积，这样显著降低了处理时间和成本。配体修饰的灵活性为气相输送提供了合适的蒸气压。
因此，由于在处理过程中分子的原子级控制，区域选择性沉积根据自下而上的策略为复杂架构上的沉积提供了合理的解决方案。本文描述的实施方式提供了一种克服过去挑战的选择性功能化方法。在一个或多个实施方式中，首先利用自组装单层(SAM)技术在目标表面(例如，金属)上产生选择性掩模涂层。然后，期望的材料(例如，电介质，例如诸如HfO2之类的金属氧化物)在未被掩模覆盖的另一表面(例如电介质)上成核。在实施方式中，所述钝化层在升高的温度下通过ALD工艺保持至少
的选择性沉积。此外，SAM或后续材料沉积(例如，电介质)都可在相同ALD工具中进行，而无需使用任何溶剂或辅助设备。这种环保方法将极大节省时间和设备成本。
在一些实施方式中，SAM经由表面化学在目标表面上提供致密、均匀和功能化的膜。SAM配体通常由带有或不带有官能团的头基和尾基组成。通过仔细控制分子相互作用，头基选择性地结合至目标表面。在本文所描述的实施方式中，杂环化合物(含N、O、S、Se和P原子)已用于SAM形成，随后是其他材料(例如，电介质)的区域选择性ALD。这些杂环(含N、O、S、Se和P原子)优先与金属原子(例如Cu、Co)强结合，但不与Si原子结合。因此，这些SAM在Cu和Co基板上提供了选择性和精确的表面涂层。SAM的结合亲和特性和疏水性可通过调整典型头基的任何取代位点上尾端的取代R基团的位置、长度、大小和数量之一来调整。
根据一个或多个实施方式，通过为每种类型的头基合成和选择合适的尾端长度和尺寸，我们可以确定具有适合ALD处理的蒸气压力的SAM。SAM配体可通过气相沉积在金属表面(诸如Cu或Co)上形成具有高稳定性、密度和均匀性的SAM膜。此外，这些尾部可以提供足够的疏水性，以防止前驱物(例如，电介质)的后续成核和沉积吸附在目标表面(例如，金属)上。然而，这种后续材料(例如，电介质)可以通过ALD沉积，而无需在复杂图案化结构的另一个表面上进行任何溶液处理。SAM层可以可选地在较高温度下分解以恢复半导体架构。这种完整的气相SAM和ALD工艺为电介质上电介质(例如，低介电常数上高介电常数)而不是在金属上的AS-ALD提供可行的解决方案。
图1示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于在金属表面101(金属，例如铜、钴、镍、钨、钒、钌、铬、铁、铂、金、银、钼、镓和铟等)上选择性沉积杂环反应物的钝化膜106的方法100的反应示意图。方法在110处包括在金属表面101上沉积杂环反应物。杂环反应物包括头基104和尾基105，其中头基104(例如，吡咯、吡咯烷、吡唑、咪唑、呋喃、联咪唑、噻吩、噻唑、噻二唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、喹喔啉、吲唑、噻嗪、膦(phosphinine)、磷啉(phosphinoline)或磷酰衍生物)选择性地与金属表面101反应并结合。方法在120处包括在介电表面102(例如，SiOx、SixNy、Si、SiON、AlOx、Al2O3、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、AlN、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2O5、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3或上述各项的组合)上沉积介电膜103(例如，SiOx、SixNv、Si、SiON、AlOx、Al2O3、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、AlN、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2O5、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3或上述各项的组合)。最后，在一些实施方式中，方法在130处可选地包括从金属表面101去除钝化膜106。
图2是方法200的实施方式的流程图。方法200包括在210处使杂环反应物在基板处理区域中流动，并且在220处选择性地在金属基板表面上沉积钝化层。在230处，方法200包括从基板处理区域去除杂环反应物，并且在240处，将介电材料沉积在介电基板表面上。在250处，钝化层被任选地分解。
根据本公开内容的实施方式，钝化膜可通过任何合适的方法沉积。在一些实施方式中，钝化膜是通过化学气相沉积(CVD)工艺、循环层沉积(CLD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺沉积。
在一些实施方式中，杂环反应物在溶液相和气相中的一种或多种中选择性地与金属表面反应并且结合。在一些实施方式中，杂环反应物在气相中选择性地与金属表面反应并且结合至金属表面。在一些实施方式中，钝化膜的密度在以下范围内：1×1010至1×1016、1×1011至1×1016、1×1012至1×1016、1×1013至1×1016、1×1010至1×1015、1×1011至1×1015、1×1012至1×1015、1×1013至1×1015、1×1010至1×1014、1×1011至1×1014、1×1012至1×1014或1×1013至1×1014分子/平方厘米。在一些实施方式中，钝化膜的厚度在以下范围内：
至
至
至
至
至
至
或
至
在一些实施方式中，杂环尾基包括苯基和碳链中的一个或多个。在一些实施方式中，碳链可以是直链或支链的。在一些实施方式中，碳链可具有一个或多个碳-碳单键、双键和三键。在一些实施方式中，碳链的长度在以下范围内：1至50、1至40、1至30、1至20或1至10个碳原子。在一些实施方式中，尾基的长度在以下范围内：
至
在一些实施方式中，尾基具有一个或多个取代的R基团。在一些实施方式中，尾基具有以下范围内的取代：1至50、1至40、1至30、1至20或1至10个。在一个或多个实施方式中，碳链长度和尾基取代基的总和不大于50。在一些实施方式中，取代基R包括烷基、环烷基和芳基中的一种或多种。在一些实施方式中，取代的R基团包括直链或支链碳链。在一些实施方式中，取代R基团包括一个或多个碳-碳单键、双键和三键。
在一些实施方式中，杂环头基包括N、O、S、Se和P原子中的一个或多个。在一些实施方式中，头基可包括吡咯基团、吡咯烷基团、吡唑基团、咪唑基团、呋喃基团、联咪唑基团、噻吩基团、噻唑基团、噻二唑基团、吡啶基团、哒嗪基团、嘧啶基团、喹喔啉基团、吲唑基团、噻嗪基团、膦基团、磷啉基团和磷酰基团中的一种或多种。
在一些实施方式中，杂环头基是根据以下化学式(I)至化学式(XXXIV)中的一个或多个：
其中R、R1、R2和R3基团中的每一个包括烷基、环烷基和芳基中的一个或多个。在一些实施方式中，R、R1、R2和R3基团中的每一个包括直链或支链碳链。在一些实施方式中，R、R1、R2和R3基团中的每一个包括碳-碳单键、双键和三键中的一个或多个。
在一些实施方式中，杂环头基选择性地与金属表面反应并结合。金属表面包括但不限于金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、其他导电材料或其组合。金属包括但不限于铜、钴、镍、钨、钒、钌、铬、铁、铂、金、银、钼、镓、铟或其组合。在一些实施方式中，杂环头基在溶液相和气相中的一种或多种中选择性地与金属表面反应并结合。在一些实施方式中，杂环头基在气相中选择性地与金属表面反应并结合。在一些实施方式中，基板在暴露于杂环反应物之前暴露于清洁、抛光、涂覆、掺杂、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、紫外线固化、电子束固化和/或烘烤的预处理工艺。在一些实施方式中，基板在暴露于杂环反应物之前被清洁。
在一些实施方式中，杂环反应物在较高温度下保持与金属表面结合，其中较高温度在以下范围内：50℃至100℃、50℃至150℃、50℃至200℃、50℃至250℃、50℃至300℃、50℃至350℃、50℃至400℃或50℃至500℃。
本公开内容的实施方式提供了在具有钝化膜的介电表面上选择性沉积介电膜的方法。基板的介电表面可包括任何合适的介电材料。合适的介电材料包括但不限于SiOx、SixNy、Si、SiON、Al2O3、AlOx、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、AlN、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2Os、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3或上述材料的组合。在一些实施方式中，介电表面由氧化硅组成。
在一些实施方式中，介电膜通过将具有钝化膜的基板暴露于介电反应物来沉积。介电反应物包括SiOx、SixNy、Si、SiON、AlOx、Al2O3、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、AlN、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2O5、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3或上述各项的组合。
在一些实施方式中，介电反应物是硅烷。暴露于基板的硅烷可包括任何合适的三氢化硅烷。在一些实施方式中，硅烷包括至少一种具有通式SiH3R的化合物，其中R选自C4-C20烷基、全氟烷基、烯基或炔基。在一些实施方式中，C4-C20烷基基本上由一个Si-C键、C-C单键和C-H键组成。在一些实施方式中，C4-C20全氟烷基基本上由一个Si-C键、C-C单键和C-F键组成。在一些实施方式中，C4-C20烯基基本上由一个Si-C键、C-C单键、至少一个C-C双键和C-H键组成。在一些实施方式中，C4-C20炔基基本上由一个Si-C键、C-C单键、至少一个C-C三键和C-H键组成。在一些实施方式中，C4-C20基团包括一个或多个卤素原子和/或疏水部分。在一些实施方式中，硅烷包括C4-C20烷基。非限制性具体实例包括双(二乙氨基)硅烷BDEAS、原硅酸四乙酯TEOS、SiBr4、双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、四甲基硅烷(TMS)、三(三甲基甲硅烷基)硅烷(TTMSS)和三乙氧基(氟)硅烷。在一些实施方式中，硅烷基团在沉积之后彼此交联。在一些实施方式中，对接层(docking layer)实质上不含硅烷基团之间的交联。以这种方式使用时，术语“实质上没有交联”是指以表面积为基础的小于或等于约5％、2％或1％的交联。
在一些实施方式中，介电膜的厚度等于、大于或小于钝化膜的厚度。在一些实施方式中，重复将基板暴露于介电反应物一次或多次以增加介电膜的厚度，以使得所得介电膜的厚度保持小于或等于钝化膜的厚度。在一些实施方式中，反应物是硅烷并且介电膜是氮化硅膜。在一些实施方式中，将基板暴露于硅烷多于一次，直到氮化硅膜达到小于或等于钝化膜厚度的厚度。
在一些实施方式中，在沉积介电膜之后从基板去除钝化膜。钝化膜可以通过任何合适的选择性蚀刻工艺去除。合适的选择性蚀刻工艺包括但不限于使用氧等离子体和氟等离子体。在一些实施方式中，当使用氧等离子体去除钝化膜时，金属氧化物层形成在金属表面上。在一些实施方式中，形成在金属表面上的金属氧化物层通过使用还原工艺去除。合适的还原工艺包括但不限于使用包括氢或氨的等离子体和包括氢或氨的热退火。在一些实施方式中，氧等离子体、氟等离子体、氢等离子体和氨等离子体可以独立地远程或内部产生，并且导电地耦合或感应地耦合。在一些实施方式中，钝化膜通过将基板顺序暴露于氧等离子体和氢等离子体而去除。
本公开内容的实施方式提供可通过任何合适的方法沉积介电膜。在一些实施方式中，介电膜是通过化学气相沉积(CVD)工艺、循环层沉积(CLD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺沉积的。在一些实施方式中，介电膜通过化学气相沉积(CVD)工艺来沉积。在一些实施方式中，介电膜通过原子层沉积(ALD)工艺来沉积。
在一些实施方式中，反应区域是在包括多个腔室的模块化系统中，这些腔室执行各种功能，包括基板中心定位和定向、脱气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式，模块化系统至少包括第一处理腔室和中央传送腔室。中央传送腔室可以容纳机械手，所述机械手可以在处理腔室和负载锁定腔室之间来回传送基板。传送腔室通常保持在真空条件下并提供用于将基板从一个腔室来回传送到另一个腔室和/或来回传送到位于群集工具前端的负载锁定腔室的中间平台。可适用于本公开内容的两个众所周知的模块化系统是
和
两者均可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(AppliedMaterials，Inc.)获得。然而，腔室的确切布置和组合可为了执行如本文所描述的工艺的具体步骤而改变。可以使用的其他处理腔室包括但不限于循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、诸如快速热处理(rapid thermal processing；RTP)之类的热处理、等离子体氮化、脱气、取向、羟基化和其他基板工艺。通过在模块化系统的处理腔室中进行处理，在沉积后续膜之前，可在无氧化的情况下避免大气杂质对基板的表面污染。
根据一个或多个实施方式，基板连续处于真空或“负载锁定”条件下，并且在从一个腔室移动到下一个腔室时不暴露于环境空气。传送腔室因此处于真空下并且在真空压力下被“抽空”。惰性气体可存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中，真空用于去除一些或所有反应物(例如，反应物)。在一些实施方式中，惰性气体被用于净化或去除一些或所有反应物(例如，反应物)。在一些实施方式中，使用真空去除一些或所有反应物，然后用惰性气体(例如，反应物)净化。根据一个或多个实施方式，惰性气体在处理腔室的出口处注入以防止反应物(例如，反应物)从处理腔室移动到传送腔室和/或附加处理腔室。因此，惰性气体流在腔室的出口处形成气幕。
基板可在单个基板沉积腔室中处理，其中在处理另一个基板之前装载、处理和卸载单个基板。基板也可以类似于传送系统的连续方式进行处理，其中多个基板被单独装载到腔室的第一部分中，移动穿过腔室并从腔室的第二部分卸载。腔室的形状和相关的传送系统可以形成直线路径或弯曲路径。此外，处理腔室可以是旋转式传送带(carousel)，其中多个基板围绕中心轴移动并且在旋转式传送带路径中暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等工艺。
在处理期间，可加热或冷却基板。这种加热或冷却可以通过任何合适的方式来完成，包括但不限于改变基板支撑件的温度和使加热或冷却的气体流到基板表面。在一些实施方式中，基板支撑件包括加热器/冷却器，其可被控制以传导地改变基板温度。在一个或多个实施方式中，所用的气体(反应气体或惰性气体)被加热或冷却以局部改变基板温度。在一些实施方式中，加热器/冷却器位于腔室内邻近基板表面处以对流地改变基板温度。
基板在处理期间也可以是静止的或旋转的。旋转的基板可连续地或以离散的步骤旋转(围绕基板轴)。例如，基板可在整个过程中旋转，或者基板可以在暴露于不同反应气体或净化气体之间少量旋转。在处理期间(连续地或分步地)旋转基板可以通过最小化例如气流几何形状的局部变化的影响来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
在根据一些实施方式的空间ALD工艺中，反应气体流入处理腔室内的不同处理区域。不同的处理区域与相邻的处理区域分开，以使得反应气体不会混合。基板可在处理区域之间移动以将基板单独地暴露于反应气体。在基板移动期间，基板表面，或基板表面上的材料的不同部分暴露于两种或更多种反应气体，以便基板上的任何给定点实质上不会同时暴露于多于一种反应气体。如本领域技术人员将理解的，由于处理腔室内的气体扩散，有可能基板的一小部分可能同时暴露于多种反应气体，并且此同时暴露是无意的，除非另有规定。
在空间ALD工艺的另一方面中，反应气体同时输送到反应区域，但被惰性气体幕和/或真空幕分隔开。气幕可以是流入处理腔室的惰性气体和流出处理腔室的真空流的组合。基板相对于气体输送设备移动，以便基板上的任何给定点仅暴露于一种反应气体。
如本文中所用的“脉冲”或“剂量”是指间歇地或非连续地引入处理腔室中的源气体的量。取决于脉冲的持续时间，每个脉冲内特定化合物的量可随时间变化。特定工艺气体可包括单一化合物或两种或更多种化合物的混合物/组合。
在根据一个或多个实施方式的时域ALD工艺中，暴露于每种反应气体(其包括但不限于杂环反应物和将用于介电膜的介电反应物)被时间延迟分隔以允许每种化合物在基板表面上反应和/或结合，且然后从处理腔室中清除。通过在后续暴露之间净化处理腔室来防止反应气体混合。
在根据一些实施方式的时域ALD工艺的另一方面中，反应气体脉冲之间存在时间延迟。在每一时间延迟期间，诸如氩气之类的净化气体被引入处理腔室中以净化反应区域或以其他方式从反应区域去除任何剩余反应气体或反应产物。或者，净化气体可在整个沉积工艺期间连续流动，以便仅净化气体在反应气体的脉冲之间的时间延迟期间流动。反应气体交替地在其间用净化气体脉冲脉冲化，直到形成等于钝化膜厚度的介电膜厚度。
每个脉冲/剂量的持续时间是可变的，并且可被调整以适应例如处理腔室的容积容量以及与其耦接的真空系统的能力。此外，工艺气体的剂量时间可能会根据工艺气体的流速、工艺气体的温度、控制阀的类型、所使用的处理腔室的类型以及吸附到基板表面上的反应气体组分的能力而变化。剂量时间也可以根据正在形成的层的类型和正在形成的装置的几何形状而变化。剂量时间应足够长以提供足以吸附/化学吸附到基板的实质整个表面上并在其上形成反应气体组分层的化合物体积。
一旦沉积钝化膜，所述方法可以任选地包括进一步处理(例如，介电膜的块体(bulk)沉积)。在一些实施方式中，进一步处理可以是ALD工艺。例如，在一些实施方式中，可以执行ALD工艺以将氮化硅层块体沉积到目标厚度。
在一个或多个实施方式中，工艺通常可作为软件程序存储在存储器中，当由控制器或处理器执行时，所述软件程序使基板处理腔室执行本公开内容的工艺中的一个或多个。软件程序还可以由远离由控制器或处理器控制的硬件的第二控制器或处理器(未示出)存储和/或执行。本公开内容的一些或全部方法也可以在硬件中执行。因此，此工艺可在软件中实现并使用计算机系统在硬件中执行，例如专用集成电路或其他类型的硬件实现，或者作为软件和硬件的组合。软件程序在由处理器执行时，将通用计算机转换为控制基板处理腔室操作的专用计算机(控制器)，以使得本公开内容的一个或多个方法被执行。
Claims (20)
1.一种在基板上选择性沉积膜的方法，所述方法包括：
在处理腔室中，将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；和
选择性地将所述杂环反应物沉积在所述金属表面上以形成钝化层，其中所述杂环头基选择性地与所述金属表面反应并结合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述杂环头基包括N、O、S、Se和P原子中的一个或多个。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述杂环头基包括吡咯、吡咯烷、吡唑、咪唑、呋喃、联咪唑、噻吩、噻唑、噻二唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、喹喔啉、吲唑、噻嗪、膦、磷啉和磷酰中的一个或多个。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述尾基包括苯基和碳链中的一个或多个。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述碳链的长度在1至50个碳原子的范围内。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述尾基的长度在
至
的范围内。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述尾基具有在1至50个范围内的一个或多个取代R基团。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述取代R基团包括烷基、环烷基、芳基中的一个或多个，所述基团可以是直链或支链的并且含有以下键：碳碳单键/双键/三键。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述金属表面包括铜、钴、镍、钨、钒、钌、铬、铁、铂、金、银、钼、镓、铟、氧化铟锡、掺氟氧化锡和掺铝氧化锌中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述杂环反应物在较高温度下保持与所述金属表面结合，其中所述较高温度在50℃至350℃的范围内。
11.如权利要求4所述的方法，其中所述碳链具有长度并且所述尾基具有取代，以使得碳链长度和尾基取代的总和不大于50个碳原子。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述钝化膜的密度在1x1013至1x1014分子/平方厘米的范围内。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述钝化膜的厚度在自
至
的范围内。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述介电表面包括SiOx、SixNy、Si、SiON、AlOx、Al2O3、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、A1N、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2O5、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3和KNbO3中的一个或多个。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述介电表面上沉积介电材料，其中所述介电材料包括SiOx、SixNy、Si、SiON、AlOx、Al2O3、HfOx、ZrO2、TiOx、TiN、TaxO5、Ta2O5、Y2O3、La2O3、AlN、MgO、CaF2、LiF、SrO、SiC、BaO、HfSiO4、LaAlO3、Nb2O5、BaTiO3、SrTiO3、Bi4Ti3O12、Pb(Zr，Ti)O3、CaCu3Ti4O12、LiNbO3、BaTiO3、LiNbO3和KNbO3中的一个或多个。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述钝化层和所述介电材料的一个或多个是通过气相沉积来沉积的。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述杂环化合物的蒸气压在25℃的温度下在0.00001mmHg至150mmHg范围内。
18.如权利要求14所述的方法，进一步包括在分解温度下分解所述钝化层，其中所述分解温度高于稳定温度。
19.一种在基板上选择性沉积膜的方法，所述方法包括：
在处理腔室中，将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；和
选择性地将所述杂环反应物沉积在所述金属表面上以形成钝化层，其中所述杂环头基选择性地与所述金属表面反应并结合，并且其中所述杂环头基包括N、O、S、Se和P原子中的一个或多个，以及其中所述尾基包括苯基和碳链中的一个或多个，并且所述碳链的长度在1至50个碳原子的范围内。
20.一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由基板处理腔室的控制器执行时，使所述基板处理腔室在处理腔室中将包括金属表面和介电表面的基板表面暴露于包括头基和尾基的杂环反应物；并且选择性地将所述杂环反应物沉积在所述金属表面上以形成钝化层，其中所述杂环头基选择性地与所述金属表面反应并结合。
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