TW201925513A - 增強選擇性沉積製程 - Google Patents

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Abstract

提供多種方法，該等方法藉由使用針對半導體應用的選擇性沉積製程，而以期望材料在基板之某些位置上沉積所形成之期望材料。一個實施例中，一種以期望材料在基板上形成結構的方法包括：將包括含羥基封端碳氫化合物之材料的第一氣體供應至基板的表面，在該基板之第一材料上選擇性形成鈍化層，在該基板之第二材料上選擇性形成多個自組裝單層，以及在該鈍化層上選擇性形成材料層。

Description

增強選擇性沉積製程
多個實施例大致上關於用於在半導體基板之某些位置上選擇性形成期望材料的方法。更特定而言，多個實施例關於此種方法：藉由利用局部化鈍化沉積的選擇性沉積製程，在基板的不同位置處以不同材料在基板上選擇性形成期望材料。
可靠地生產次半微米和更小的特徵是半導體元件的下一代超大規模積體（VLSI）和極大規模積體（ULSI）的關鍵技術挑戰之一。然而，隨著電路技術之極限受到推動，VLSI和ULSI技術的縮小尺寸對於處理能力有額外需求。對於VLSI和ULSI的成功以及持續致力於增加個別基板和晶粒的電路密度和質量而言，在基板上可靠地形成閘極結構是至關重要的。
隨著用於形成半導體元件的結構之幾何極限被推抵技術極限，在製造有小臨界尺寸及高深寬比的結構以及有不同材料的結構時以期望材料進行精準形成程序的需求已逐漸變得難以獲得滿足。可執行用於選擇性沉積的習知方法，以僅在基板上之平面表面之某些位置上局部地形成材料層（該材料層由有別於基板材料的材料所製成）。然而，隨著結構的幾何限制繼續推動，選擇性沉積製程可能無法有效地受侷限且在基板上以指定的小尺寸形成，從而在基板的非期望位置上形成非期望的材料。因此，該等材料將在此種基板的整個表面上全面地形成（而欠缺選擇性），從而使得選擇性材料沉積難以達成。
因此，需要用於適合於尖端生成半導體晶片或其他半導體元件的選擇性沉積製程的改良方法。
提供多種方法，該等方法藉由使用針對半導體應用的選擇性沉積製程，而以期望材料在基板之某些位置上沉積所形成之期望材料。一個實施例中，一種在基板上以期望材料形成結構的方法包括：將包括含羥基封端碳氫化合物之材料的第一氣體供應至基板的表面，在該基板之第一材料上選擇性形成鈍化層，在該基板的第二材料上選擇性形成自組裝單層，以及在該鈍化層上選擇性形成材料層。
另一實施例中，一種在用於半導體應用的基板上以期望材料形成結構的方法包括：在基板的第一材料上選擇性形成鈍化層，其中該鈍化層包括金屬材料，該金屬材料具有與該金屬材料附接的氫基團（-H）或-OCH3 基團；在該基板之第二材料上選擇性形成多個自組裝單層；以及使用原子層沉積製程在該鈍化層上選擇性形成材料層。
另外一實施例中，一種結構包括：鈍化層，該鈍化層形成於基板之第一材料上，該鈍化層包括金屬材料，該金屬材料具有與該金屬材料附接的氫基團（-H）或-OCH3 基團，其中該基板包括在該第一材料之間形成的第二材料，其中該第一材料是金屬材料，且該第二材料是絕緣材料；以及形成於該鈍化層上的材料層，其中該材料層是含金屬之介電層。
提供用於在基板上所形成的結構上於某些位置選擇性沉積某些材料的方法。該結構可包括後端結構、前端結構、互連結構、鈍化結構、鰭片結構、閘極結構、接觸結構、或半導體元件中的任何適合的結構。在一個實例中，可利用選擇性沉積製程，以藉由利用在基板的某些位置上選擇性地形成的鈍化層而在不同表面（例如，在基板上所形成的結構的不同部分）上形成不同的材料。在一個實例中，鈍化層形成在基板的第一材料上。隨後，可以執行自組裝單層（SAM）沉積製程，以在基板的第二材料上形成自組裝單層。因為基板的第一材料經鈍化而鈍化，因此有助於自組裝單層選擇性地形成在基板的第二材料上，而不會伸出到基板的第一材料。之後，可以執行原子層沉積（ALD），以在鈍化層上選擇性形成含金屬層。在形成含金屬層之後，隨後可將自組裝單層從基板移除，而形成此種含金屬層：選擇性形成於基板的第一材料上，而不在基板的第二材料上。
圖1是原子層沉積（ALD）處理腔室100的一個實施例的示意剖面視圖。該ALD處理腔室100包括適於循環沉積的氣體遞送裝置130，該循環沉積例如為ALD或化學氣相沉積（CVD）。本文使用的術語ALD和CVD是指，依序引入反應物以在基板結構上沉積薄層。可重複依序引入反應物，而沉積複數個薄層，以將正形層形成至期望的厚度。該腔室100也可適於其他沉積技術以及光微影製程。
腔室100包括具有底部132的腔室主體129。穿過腔室主體129形成的狹縫閥隧道133提供機器人（圖中未示）之進出通路，以自腔室100遞送和收回基板101，該基板諸如為200mm、300mm、或450mm半導體基板或是玻璃基板。
基板支撐件192配置在腔室100中並且在處理期間支撐基板101。基板支撐件192安裝至升舉件114，以抬升及降低基板支撐件192與配置在該基板支撐件192上的基板101。升舉板116連接升舉板致動器118，該升舉板致動器118控制該升舉板116的高度。升舉板116可抬升和降低，以將銷120抬升和降低，該等銷120可移動式配置成穿過基板支撐件192。該等銷120用於在基板支撐件192之表面上方抬升和降低基板101。基板支撐件192可包括真空吸盤、靜電吸盤、或夾環，以在處理期間將基板101固定於基板支撐件192的表面。
可加熱基板支撐192，以加熱配置在該基板支撐件192上的基板101。例如，可使用嵌入式加熱元件（例如電阻加熱器）加熱基板支撐件192，或者可以使用輻射熱加熱，諸如配置在基板支撐件192上方的加熱燈。淨化環122可配置於基板支撐件192上，以界定淨化通道124，該淨化通道124向基板101之周邊部分提供淨化氣體，以防止在該周邊部分上有沉積。
氣體遞送設備130配置在腔室主體129的上部上，以將諸如製程氣體和/或淨化氣體之類的氣體提供至腔室100。泵送系統178與泵送通道179連通，以將任何期望的氣體從腔室100抽空，且助於在腔室100的泵送區域166內維持期望的壓力或期望的壓力範圍。
一個實施例中，氣體遞送設備130包括腔室蓋132。該腔室蓋132包括從腔室蓋132之中心部分延伸的擴張通道137和從擴張通道137延伸至腔室蓋132之周邊部分的底表面160。該底表面160之尺寸和形狀設計成實質上覆蓋基板支撐件192上所配置的基板101。該腔室蓋132可在該腔室蓋132的周邊部分（鄰近基板101之周邊）處具有扼流件162。帽蓋部分172包括擴張通道137之一部分及氣體入口136A、136B。擴張通道137具有氣體入口136A、136B，以提供來自兩個類似閥142A、142B的氣流。可以一起及/或分開提供來自閥142A、142B的氣流。
在一個組裝型態中，閥142A和閥142B耦接各別的反應氣體源，然而耦接至相同的淨化氣體源。例如，閥142A耦接反應氣體源138，及閥142B耦接反應氣體源139，而該兩個閥142A、142B皆耦接淨化氣源140。各個閥142A、142B包括遞送線路143A、143B，該等遞送線路143A、143B具有閥座組件144A、144B，並且各個閥142A、142B包括淨化線路145A、145B，該等淨化線路145A、145B具有閥座組件146A、146B。遞送線路143A、143B與反應氣體源138、139連通並且與擴張通道190的氣體入口137A、137B連通。遞送線路143A、143B的閥座組件144A、144B控制反應氣體從反應氣體源138、139至擴張通道190的流量。該淨化線路145A、145B與淨化氣體源140連通並且與在遞送線路143A、143B之閥座組件144A、144B的下游與遞送線路143A、143B相交。該淨化線路145A、145B之閥座組件146A、146B控制淨化氣體從淨化氣體源140到遞送線路143A、143B的流量。若使用載氣從反應氣體源138、139遞送反應氣體，則可以將相同的氣體用作載氣和淨化氣體（即，氬氣可以用作為載氣和淨化氣體）。
每個閥142A、142B可以是零死體積閥，以在閥之閥座組件144A、144B關閉時，能夠從遞送線路143A、143B注滿反應氣體。例如，淨化線路145A、145B可定位在遞送線路143A、143B的閥座組件144A、144B附近。當閥座組件144A、144B關閉時，淨化線路145A、145B可提供淨化氣體以注滿遞送線路143A、143B。在所示的實施例中，淨化線路145A、145B定位成與遞送線路143A、143B的閥座組件144A、144B稍微間隔開，使得在打開時淨化氣體不會直接遞送至閥座組件144A、144B中。如本文所用的零死體積閥定義為具有可忽略之死體積（即，不必要的零死體積）的閥。每一閥142A、142B可適於提供來自源138、139之反應氣體及來自源140之淨化氣體的組合氣體流量及/或分別的氣體流量。淨化氣體之脈衝可以透過開啟和關閉淨化線路145A的閥座組件146A的隔膜來提供。可藉由開啟和關閉遞送線路143A的閥座組件144A，而提供來自反應氣體源138的反應氣體的脈衝。
控制單元180可耦接腔室100以控制處理條件。控制單元180包括中央處理單元（CPU）182、支援電路184、和含有相關控制軟體183的記憶體186。控制單元180可為能夠在工業設施中使用以控制各種腔室及次處理器的任何形式的通用電腦處理器之一。該CPU 182可使用任何合適的記憶體186，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、光碟機、硬碟、或本地或遠端的任何其他形式的數位儲存器。各種支援電路可耦接CPU 182，以支援腔室100。控制單元180可耦接另一控制器，該控制器位於個別腔室部件附近，例如閥142A、142B的可程式化邏輯控制器148A、148B。控制單元180和腔室100之各種其他部件之間的雙向通訊是透過多條訊號電纜處理，該等訊號電纜合稱訊號匯流排188，其中一些於圖1中說明。除了控制來自氣體源138、139、140的處理氣體和淨化氣體之外和來自閥142A、142B的可程式化邏輯控制器148A、148B的控制之外，控制單元180可設置成負責基板處理中所用的其他活動的自動控制，尤其是諸如基板傳輸、溫度控制、腔室抽空等，其中一些活動在本文其他地方描述。
圖2描繪可實踐本文所述之方法的半導體處理系統200的平面圖。可適於受益於本案揭露內容的一種處理系統是300mm或450mm的PRODUCER®處理系統，該處理系統可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。該處理系統200一般包括：前平台202，在該處，容納在FOUP 214中的基板盒218受到支撐，且基板被裝載到裝載閘腔室209中及從該裝載閘腔室209卸載；移送腔室211，容納基板搬運器（substrate handler）213；及一系列串聯的處理腔室206，該等處理腔室安裝在移送腔室211上。
串聯的處理腔室206之各者包括用於處理基板的兩個處理區域。兩個處理區域共用共同的氣體供應、共同的壓力控制、和共同的處理氣體排放/泵送系統。系統之模組化設計實現了從一種組裝型態到任何其他組裝型態的快速轉換。為了執行特定的處理步驟，可改變腔室的排列及組合。串聯的處理腔室206之任何一者能夠包括根據如下所述的本案揭露內容之態樣的蓋，包括參照圖1中所描繪的處理腔室100、上文所述的一或多個腔室組裝型態。應注意，該處理系統200可組裝成根據需要執行沉積製程、蝕刻製程、固化製程、或加熱/退火製程。在一個實施例中，處理腔室100（顯示如圖1中設計的單一腔室）可併入半導體處理系統200中。
在一個實施型態中，處理系統200能夠適應串聯處理腔室中之一或多者，該等串聯處理腔室具有已知的適應各種其他已知製程的支援腔室硬體，該等已知製程諸如化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、原子層沉積（ALD）、旋轉塗佈、蝕刻、固化、或加熱/退火等。例如，該系統200能夠組裝有圖1中描繪的處理腔室100中的其中一者以作為原子層沉積處理腔室，該原子層沉積處理腔室用於形成鈍化層或在基板上所形成的含金屬介電層、金屬層、或絕緣材料。這樣的組裝型態能夠增強研究和開發製造利用，且基本上消除剛蝕刻的膜對氣氛的暴露（若這是所期望的）。
控制器240包括中央處理單元（CPU）244、記憶體242及支援電路246，該控制器240耦接半導體處理系統200的各種部件，以助於控制本案揭露內容之製程。記憶體242可以是任何電腦可讀媒體，例如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、軟碟、硬碟、或對半導體處理系統200而言本地或遠端的任何其他形式的數位儲存器。支援電路246耦接CPU 244，以用習知方式支援CPU。該等電路包括高速緩衝儲存器、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、及子系統等。儲存在記憶體242中的軟體排程或一系列程式指令在由CPU 344執行時，執行串聯處理腔室206。
圖3是可執行以在基板上形成的結構之某些位置上形成某些材料的選擇性沉積製程300的一個實例的流程圖。該結構可以是在半導體基板上形成的任何合適的結構，諸如有導電和非導電區域的互連結構、鰭片結構、閘極結構、接觸結構、前端結構、後端結構、或任何半導體應用中所用的其他適合結構。圖4A-4E是對應製程300之各階段的基板101之一部分的示意剖面視圖。製程300可用於在基板上形成的導電和非導電區域的後端互連結構，以在後端互連結構之不同位置上形成期望材料。作為替代方案，製程300可有利地用於在具有多於一種材料的基板之不同位置上選擇性形成不同的材料。
製程300開始於操作302，該操作302為，提供基板（例如圖1中所示的基板101），如圖4A所示。在一個實施例中，基板101可具有形成在基板101上的互連結構502。一個實例中，該互連結構502可以用在後端結構中以形成半導體元件。在圖4A所示的實例中，互連結構502可包括在絕緣材料506中所形成的金屬材料504。應注意，互連結構502可為任何結構，包括用於形成半導體元件的前端結構或閘極結構。
在一個實例中，基板101可包括由下述材料組成之群組選出的材料：結晶矽（例如，Si ＜100＞或Si ＜111＞）、氧化矽、應變矽、矽鍺、摻雜或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽晶圓、和圖案化或非圖案化的晶圓、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜的氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石。基板101可具有各種尺寸，諸如200mm、300mm、450mm或其他直徑，以及，為矩形或方形平板（panel）。除非另有註記，否則本文所述的實施例和實例是在具有200mm直徑、300mm直徑、或450mm直徑之基板的基板上進行。在其中SOI結構用於基板101的實施例中，該基板101可包括配置在矽結晶基板上的包埋介電層。在本文描繪的實施例中，基板101可以是結晶矽基板。再者，基板101不限於任何特定的尺寸或形狀。該基板101可以是圓形基板，具有200mm直徑、300mm直徑或其他直徑，尤其是例如450mm等。該基板101也可以是任何多邊形、正方形、矩形、彎曲或其他非圓形工件，諸如用於製造平板顯示器的多邊形玻璃基板。
儘管圖5A中描繪的實例顯示，互連結構502形成在基板101上，但應注意，依需求，可在互連結構502和基板101之間形成有進一步的結構。在一個實例中，可以在互連結構502和基板101之間形成諸如閘極結構及/或接觸結構的前端結構，以實現半導體元件的功能。
在一個實例中，包括在互連結構502中的絕緣材料506可以是介電材料，諸如氧化矽材料、含矽材料、摻雜矽材料、低k材料，諸如含碳材料。適合的含碳材料包括：非晶碳、SiC、SiOC、摻雜碳材料或任何適合的材料。該低k絕緣介電材料的適合實例包括：含SiO材料、含SiN材料、含SiOC材料、含SiC材料、基於碳之材料、或其他適合的材料。
可依需求藉由電漿增強化學氣相沉積（CVD）、可流動化學氣相沉積（CVD）、高密度電漿（HDP）化學氣相沉積（CVD）製程、原子層沉積（ALD）、循環層沉積（CLD）、物理氣相沉積（PVD）等形成絕緣材料。
在絕緣材料506中形成的金屬材料504暴露，準備接收在該金屬材料504上形成的另一材料。類似地，絕緣材料506也暴露，以在需要時接收第二類型的材料以用於製程整合。用於金屬材料504的材料的適合實例包括：鎢（W）、鉭（Ta）、鈦（Ti）、銅（Cu）、釕（Ru）、鎳（Ni）、鈷（Co）、鉻（Cr）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋁（Al）、鉿（Hf）、釩（V）、鉬（Mo）、鈀（Pd）、金（Au）、銀（Au）、鉑（Pt）、上述金屬之合金、及上述金屬之組合等。在一個特定實例中，該金屬材料504是釕（Ru）、鈷（Co）、或鎢（W）層。
在操作304，執行鈍化層沉積製程，以選擇性在金屬材料504上形成鈍化層530，如圖4B所示。鈍化層530可以由沉積腔室形成，該沉積腔室例如圖1中所描繪的原子層沉積（ALD）腔室。在金屬材料504上形成的鈍化層530提供與其他表面（例如，絕緣材料506或是後續在上面形成的自組裝層）不同的表面性質，從而有助於自組裝單層選擇性形成在不同材料（例如，基板101上的絕緣材料506）上，而不會伸出到金屬材料504。
可以透過將處理氣體供應至基板101，而形成鈍化層530。該處理氣體包括有機氣體，該有機氣體包括以OH（羥基）封端的官能基的碳氫化合物。適合形成鈍化層530的有機氣體包括具有或不具有苯環的含OH（羥基）封端碳氫化合物之材料。 含OH封端碳氫化合物之材料的適合實例包括：甲醇、乙醇、及丙醇等。在一個實例中，OH封端碳氫化合物具有化學式(Cx Hy )(OH)z ，其中x、y和z是整數。在一個特定實例中，含OH封端碳氫化合物之材料是甲醇（CH3 OH）或乙醇（C2 H5 OH）。
應注意，此處使用的有機氣體不僅能助於形成鈍化層530，而且還助於在形成鈍化層530之前移除表面污染物。有機氣體可移除表面污染物，例如來自周圍環境的碳殘餘物，從而增強了鈍化層530與基板的結合。
在一些實例中，經常在金屬材料504的表面507上發現自然氧化物，形成金屬氧化物（例如，金屬-O）。當處理氣體（例如，在此實例中的有機氣體）供應到基板表面上時，來自有機氣體的OH（羥基）的氫元素（-H）從金屬材料504中還原表面天然金屬氧化物，而形成與金屬表面（金屬-H）附接的氫基（-H）或-OCH3 基團。適合的反應方程式可見下文。
金屬-O + Cx Hy OH→金屬-H +副產物；或者是
金屬-O + Cx Hy OH→金屬-OCH3 +副產物
因此，來自金屬材料504的表面507的自然氧化物被來自處理氣體的有機氣體還原，而形成金屬-H或金屬-OCH3 封端，作為鈍化金屬材料504的鈍化層530。剛形成的鈍化層530是在金屬材料504的表面507（例如，界面）上吸收的一些分子，在該界面處金屬材料504的性質極少交替。
一個實施例中，在鈍化層沉積製程期間，可將基板溫度控制在室溫至約攝氏300度。在一個實例中，該鈍化層530可具有介於約2埃至約30埃之間的厚度，諸如約3埃至約20埃之間。
在沉積鈍化層530期間，基板溫度可以維持在約攝氏100度至約攝氏300度之間。可將製程壓力控制在約100托至約300托之間。在鈍化層530的沉積期間可使用或可不使用RF源和偏置功率。在一個特定實例中，不施加RF源或偏置功率而形成鈍化層530。
在操作306，執行自組裝單層沉積製程以在絕緣材料506的表面505上選擇性形成自組裝單層532，如圖4C所示。自組裝單層（SAM）是藉由在基板表面上吸附分子而形成的有序的分子組裝體。自組裝單層（SAM）是薄的有機（或在極少數情況下是無機的）膜，該膜在固體表面上自發形成。藉由適當選擇前驅物，具有期望膜性質的自組裝單層532可主要吸附並形成在某些位置上（而非全面地遍及基板101形成），例如基板101的絕緣材料506的表面505，該等位置主要吸收自組裝單層。另外，由於鈍化層530形成在基板101上而鈍化金屬材料504，所以自組裝單層532被限制在基板101的絕緣材料506的表面505中，而沒有伸出到金屬材料504，從而提供選擇性沉積製程。
在一個實施例中，該自組裝單層532可用於修飾表面性質，包括潤濕、黏著、磨擦、化學感測、超細尺度微影、及保護。藉由修飾表面性質，可以發生表面化學反應，增強在自組裝單層532形成期間所提供的分子的吸收。該自組裝單層532具有稱為「頭基團」的第一部分，該第一部分吸收於基板表面上；且該自組裝單層532具有稱為「端基團」的第二部分，該第二部分暴露，而之後與來自沉積製程中稍後存在的新前驅物所供應的後續分子反應並黏著。頭基團和端基團可以透過烷基鏈連接。在本文描繪的實施例中，頭基團與絕緣材料506的表面505進行化學相互作用，在表面位置處吸收，產生緊密堆積的單層。來自自組裝單層532的端基團可以修飾表面性質，範圍從反應性、高能量到惰性、低能量，以用於化學感測、鈍化、疏水性、黏著促進、和腐蝕保護，以增強或消除來自後續製程之前驅物的分子的附著。
在一個實施例中，自組裝單層（SAM）沉積製程可以藉由以基於溶液（例如，基於液體）的前驅物浸漬（dip）、浸沒（immerse）、噴塗、浸泡（soak）、淹沒（flood）、或潤洗（rinse）基板來進行。在一些實施例中，可使用氣相製程將基板暴露於氣相中的前驅物。在本文描繪的實施例中，可以進行氣相製程，因為該氣相製程可消除在結構之不同位置處發生凝聚的可能性，此可能是液相製程中的問題。在執行操作306的自組裝單層（SAM）沉積製程之前，可在真空系統中執行氣相沉積，該真空系統可與用於執行鈍化層沉積製程（如上文於操作304所述）的ALD處理腔室100整合。
在一個實施例中，用於執行自組裝單層（SAM）沉積製程的自組裝單層前驅物的適合實例包括如下所述的前驅物：具有頭基團，如烷硫醇，[X-(CH2 )n -SH]，其中X任何適合的化合物，該前驅物是在金屬表面上形成，金屬表面諸如為Ag、Au、Cu或Al；或是烷基三氯矽烷[X-(CH2 -n-SiCl3 )]，在介電表面上形成，該介電表面諸如為SiO2 、Al2 O3 、TiO、TaO、Si、或其他氧化物。在自組裝單層（SAM）沉積製程期間使用的前驅物可修飾它們所附接的表面的疏水性。
在圖5C所描繪的實例中，選擇自組裝單層532，以具有設置成附接到介電表面的頭基團，該介電表面諸如為SiO2 、Al2 O3 、TiO、TaO、Si、或其他氧化物，諸如在絕緣材料506的表面505上。
應注意，在操作304處的鈍化層沉積製程和在操作306處的自組裝單層（SAM）沉積製程可為單一步驟（one-step）的製程，以形成鈍化層530和自組裝單層532，直到形成每層的期望厚度為止。在一些實施例中，作為替代方案，可如圖3中的迴圈305所指示般形成鈍化層530和自組裝單層532，而形成第一單層的鈍化層530，隨後是另一單層的自組裝單層 532（例如，切換來自操作304的處理氣體及操作306的自組裝單層的不同脈衝）。因此，可二擇一地形成鈍化層530和自組裝單層532的多個單層。在一些實例中，在來自操作306的自組裝單層前驅物與來自操作304的處理氣體的脈衝之間，也可在來自操作306之自組裝單層與來自操作304的處理氣體之各脈衝之間供應水之濕氣或蒸汽（H2 O）之淨化（例如，也為脈衝），以觸發鈍化層530和自組裝單層532的沉積。在其中鈍化層530和自組裝單層532是在不同處理腔室中形成的實施例中，於基板在不同腔室（該不同腔室分別執行操作304的鈍化層沉積製程及操作306的自組裝單層（SAM）沉積製程）之間移送期間，可獲得水之濕氣或蒸汽（H2 O）。
在操作308，於形成自組裝單層532之後，隨後執行選擇性沉積製程以在鈍化層530上形成材料層550，如圖4D所示。執行選擇性沉積製程而主要地形成材料層550，該材料層550具有與來自金屬材料504的材料相容的膜品質和特性，但不與絕緣材料506上的自組裝單層532相容。於是，該材料層550選擇性形成在鈍化層530上，而非於自組裝單層532上或全面地形成遍及基板101上（包括在其他位置處的絕緣材料506的表面505）。
在其中選擇材料層550以在鈍化層530上形成的實施例中，該材料層516是含金屬之層，諸如含金屬之介電材料。用於材料層550的含金屬之介電材料的適合實例包括金屬介電材料，AlN、WSiO2 、WSi、AlON、TiN、TaN、TiON、TaON、含鉿氧化物（HfOx ）、氧化鋯（ZrOx ）、氧化鈦（TiOx ）、氧化鉭（TaOx ）、氧化鈮（NbOx ）、氧化鐵（FeOx ）、氧化釔（YOx ）、及氧化鋁（AlOx ）等。在一個特定實例中，該材料層是含鉿氧化物（HfOx ）或Al2 O3 。
在一個實例中，選擇性沉積製程可以是ALD製程、CVD製程或任何合適的沉積製程。在本文描繪的一個實例中，該選擇性沉積製程是利用圖1中描繪的處理腔室100的原子層沉積製程。因此，可整合操作304、306、308以在相同的處理腔室中執行而不破真空。作為替代方案，可以依需求在不同的處理腔室個別地執行操作304、306、308。
在其中選擇性沉積製程是ALD製程的實例中，原子層沉積（ALD）製程是具有自終止/限制生長的化學氣相沉積（CVD）製程。 ALD製程產生的厚度僅為幾埃或單層之等級。藉由將化學反應分配到兩個分別的半反應（以多個循環重複），而控制ALD製程。由ALD製程形成的材料層550的厚度取決於反應循環的數量。
第一反應提供吸收於基板上的分子層之第一原子層，第二反應提供吸收於第一原子層上的分子層的第二原子層。由於ALD製程對基板條件非常敏感，所以在鈍化層530上形成的材料層550可能無法黏著或形成在自組裝單層532上，此是由於膜材料性質差異所致。因此，藉由利用在與基板不同位置處的材料特性的差異，可以實現選擇性ALD沉積製程，而允許來自ALD沉積製程的前驅物在從鈍化層530提供的成核位點上成核及生長，同時對自組裝單層532的表面呈惰性。
儘管圖4A-4E中描繪的實例顯示材料層550和鈍化層530形成在金屬材料504的表面507上，但應注意材料層550和鈍化層530的材料可依需求選擇而形成在絕緣材料506的表面505上或是自組裝單層532上，而容許材料層550得以依需求選擇性形成在金屬材料504上，反之亦然。因此，選擇性ALD沉積製程僅在指定位置上生長絕緣材料506，而不會在來自金屬材料504的導電材料上形成該絕緣材料506，反之亦然。
在ALD沉積製程期間，將第一反應氣體混合物的脈衝供應到處理腔室（例如圖1中描繪的處理腔室100），以形成材料層550的第一單層。相信第一單層藉由化學反應被吸收到金屬材料504上（或相反地，在絕緣材料506上），該化學反應容許來自第一單層的原子牢固地黏著於來自金屬材料504的原子上。由於來自金屬材料504上之鈍化層530的含金屬之分子可具有與來自絕緣材料506的非導電材料自組裝單層532不同的化學性質，所以來自自組裝單層532的分子可能無法成功地黏著來自材料層550之第一單層的原子，從而僅容許來自第一單層的原子黏著在鈍化層530及/或金屬材料504之原子上。以此方式，隨後形成的第二單層僅選擇性地沉積在第一單層上，從而實現ALD製程之選擇性沉積。
在其中材料層550形成在金屬材料504上的實例中，該材料層550是含鉿氧化物（HfOx ）、氧化鋯（ZrOx ）、氧化鈦（TiOx ）、氧化鉭（TaOx ）、氧化鈮（NbOx ）、氧化鐵（FeOx ）、氧化釔（YOx ）、及氧化鋁（AlOx ）等。在其中材料層550是含金屬材料的另一實例中，該材料之適合的實例包括Ni、Ru、TaN、TiN、Pt、Ir、Cu、Co、Al、W、上述材料之合金或依需求任何適合的材料。
在操作310，於形成材料層550後，隨後執行移除製程。移除製程選擇性移除留在絕緣材料506之頂表面505上的自組裝單層532，如圖4E所示。移除製程可為利用液體溶液的濕式製程或是利用電漿的乾式製程。
在一個實例中，該移除製程是透過下述方式執行的濕式製程：以自組裝單層移除溶液（或在自組裝單層移除溶液中）浸沒或浸泡基板101。在另一實例中，諸如氣相或電漿製程之乾式製程用於與自組裝單層532反應，而不歷經熱處理製程。藉由在濕槽中用自組裝單層溶液（或於自組裝單層溶液中）浸漬、浸沒、或浸泡基板，而執行濕式製程。自組裝單層移除溶液可以是pH值在預定範圍內的醇、鹼、中性或酸性溶液。自組裝單層移除溶液的選擇是根據留在基板101上的自組裝單層532的材料類型。在另一特定實例中，移除製程可以是乾式製程，例如蝕刻、灰化、或剝除（strip），此是藉由將基板定位在處理腔室中並使用電漿處理基板的表面而執行。電漿由移除氣體混合物形成。在一個實例中，該移除氣體混合物包括至少一種含鹵素氣體、含氫氣體、或含氧氣體等。該含鹵素氣體的適合實例包括H2 、O2 、HBr、CF4 、CHF3 、HCl、Cl2 、CH2 F2 、C2 F6 、C2 F8 、C4 F6 、SF6 、NF3 、CO2 、及CO等。
因此，提供了選擇性沉積製程，以在某些表面（例如，在基板上形成的結構的不同部分）上形成某些材料，此是藉由利用鈍化結構和自組裝單層而達成。該方法利用鈍化層來實現選擇性ALD製程或選擇性自組裝單層沉積製程，以在基板之結構的某些位置上形成材料層。因此，可以獲得在結構中的不同位置上形成的有期望的不同類型材料的結構。
儘管前文針對本案揭露內容之實施例，然而可在不偏離本案揭露內容的基本範疇的情況下設計本案揭露內容的其他和進一步的實施例，且本案揭露內容的範疇由所附的申請專利範圍所決定。
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧基板
114‧‧‧升舉件
116‧‧‧升舉板
118‧‧‧升舉板致動器
120‧‧‧銷
122‧‧‧淨化環
124‧‧‧淨化通道
129‧‧‧腔室主體
130‧‧‧氣體遞送設備
132‧‧‧腔室蓋
133‧‧‧狹縫閥隧道
136A、136B‧‧‧氣體入口
137‧‧‧擴張通道
137A、137B‧‧‧氣體入口
138、139‧‧‧反應氣體源
140‧‧‧氣體源
142A、142B‧‧‧閥
143A、143B‧‧‧遞送線路
144A、144B‧‧‧閥座組件
145A、145B‧‧‧淨化線路
146A、146B‧‧‧閥座組件
148A、148B‧‧‧可程式化邏輯控制器
160‧‧‧底表面
162‧‧‧扼流件
166‧‧‧泵送區域
172‧‧‧帽蓋部分
178‧‧‧泵送系統
179‧‧‧泵送通道
180‧‧‧控制單元
182‧‧‧CPU
173‧‧‧控制軟體
184‧‧‧支援電路
186‧‧‧記憶體
188‧‧‧訊號匯流排
190‧‧‧擴張通道
192‧‧‧基板支撐件
200‧‧‧半導體處理系統
202‧‧‧前平台
206‧‧‧處理腔室
209‧‧‧裝載閘腔室
211‧‧‧移送腔室
213‧‧‧基板搬運器
214‧‧‧FOUP
218‧‧‧基板盒
240‧‧‧控制器
242‧‧‧記憶體
244‧‧‧CPU
246‧‧‧支援電路
300‧‧‧選擇性沉積製程
302、304、306、308、310‧‧‧操作
305‧‧‧迴圈
502‧‧‧互連結構
504‧‧‧金屬材料
505‧‧‧表面
506‧‧‧絕緣材料
507‧‧‧表面
516‧‧‧材料層
530‧‧‧鈍化層
532‧‧‧自組裝單層
550‧‧‧材料層
可透過參考實施例（其中一些於附圖說明），而得到上文簡要總結的本案揭露內容之更特定的敘述，如此詳細瞭解本案揭露內容之上述特徵。然而，應注意，附圖僅說明本案揭露內容之典型實施例，因此不應視為限制本案揭露內容之範疇，因為本案揭露內容可容許其他等效實施例。
圖1描繪可用於執行原子層沉積（ALD）製程的設備；
圖2描繪包括圖1之設備的群集處理系統的示意圖；
圖3描繪用於在基板上的某些位置上選擇性形成材料的方法之實例的流程圖；
圖4A-4E描繪根據圖4所描繪的製程在製造製程期間於基板上的某些位置上選擇性形成材料的順序的一個實施例；
為助於理解，只要可能則使用相同的元件符號來表示附圖中共通的相同元件。考量一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
然而，應注意，附圖僅說明本案揭露內容的示例性實施例，因此不應視為限制本案揭露內容之範疇，因為本案揭露內容可容許其他等效實施例。
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無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無

Claims (20)

  1. 一種在基板上以期望材料形成結構的方法，包括： 將包括一含羥基封端碳氫化合物之材料的一第一氣體供應至一基板的一表面；在該基板之一第一材料上選擇性形成一鈍化層；在該基板之一第二材料上選擇性形成多個自組裝單層；以及在該鈍化層上選擇性形成一材料層。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該含羥基封端碳氫化合物之材料具有(Cx Hy )(OH)z 之化學式，其中x、y、及z是整數。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該含羥基封端碳氫化合物之材料是甲醇（CH3 OH）或乙醇（C2 H5 OH）。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該第一材料是一金屬材料。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該鈍化層包括一金屬材料，該金屬材料具有與該金屬材料附接的氫基團（-H）或-OCH3 基團。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該鈍化層之厚度介於約2埃至約30埃之間。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該材料層是一含金屬層或一含金屬介電層。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該材料層是下述之至少一者：AlN、WSiO2 、WSi、AlON、TiN、TaN、TiON、TaON、HfOx 、ZrOx 、TiOx 、TaOx 、NbOx 、FeOx 、YOx 、及AlOx 。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該材料層為HfOx 或AlOx 之至少一者。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該第二材料是一絕緣材料。
  11. 如請求項1所述之方法，其中透過一原子層沉積製程選擇性形成該材料層。
  12. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 在形成該等自組裝單層之前，供應水蒸汽之脈衝至該基板上。
  13. 如請求項1所述之方法，其中供應包括該含羥基封端碳氫化合物之材料的該第一氣體進一步包括： 供應包括水蒸汽之脈衝至該基板的表面。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該鈍化層、該自組裝單層及該材料層是在一單一處理腔室中形成。
  15. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 將基板溫度維持在介於攝氏100度至約攝氏300度之間。
  16. 一種在用於半導體應用的一基板上以期望材料形成結構的方法，包括： 在一基板的一第一材料上選擇性形成一鈍化層，其中該鈍化層包括一金屬材料，該金屬材料具有與該金屬材料附接的氫基團（-H）或-OCH3 基團；在該基板之一第二材料上選擇性形成多個自組裝單層；以及使用一原子層沉積製程在該鈍化層上選擇性形成一材料層。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該鈍化層是藉由將一處理氣體供應至該基材之一表面而形成，該處理氣體包括含羥基封端碳氫化合物之材料。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該含羥基封端碳氫化合物之材料具有(Cx Hy )(OH)z 之一化學式，其中x、y、及z是整數。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該含羥基封端碳氫化合物之材料是甲醇（CH3 OH）或乙醇（C2 H5 OH）。
  20. 一種結構，包括： 一鈍化層，該鈍化層形成於一基板之一第一材料上，該鈍化層包括一金屬材料，該金屬材料具有與該金屬材料附接的氫基團（-H）或-OCH3 基團，其中該基板包括在該第一材料之間形成的一第二材料，其中該第一材料是一金屬材料，且該第二材料是一絕緣材料；以及形成於該鈍化層上的一材料層，其中該材料層是一含金屬之介電層。
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