TW202129058A - 使用原位蒸氣產生技術(issg)的金屬氧化物的熱原子層沉積 - Google Patents

使用原位蒸氣產生技術(issg)的金屬氧化物的熱原子層沉積 Download PDF

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Abstract

本案揭露一種形成金屬氧化物的方法。在不使用電漿的情況下藉由原子層沉積來施行該方法。該方法利用暴露於H2 和O2 的共伴流中的加熱的基板來形成自由基物質，該自由基物質與金屬前驅物反應形成金屬氧化物。

Description

使用原位蒸氣產生技術(ISSG)的金屬氧化物的熱原子層沉積
本揭示案的實施例一般係關於使用原位蒸氣產生（in-situ steam generation; ISSG）來形成金屬氧化物的方法。更具體地，本揭示案的一些實施例係關於使用在基板表面處產生的自由基來形成金屬氧化物的方法。
金屬氧化物膜用於整個半導體工業。一個實例是將ALO膜用作3DNAND元件中的阻擋層。鑑於在許多3DNAND元件中發現的大表面積和深元件特徵，在這些應用中，經常採用熱原子層沉積來沉積金屬氧化物膜。
用於金屬氧化物的熱原子層沉積（ALD）製程通常利用H2 O、H2 O2 、O3 或醇（alcohol）作為氧化劑。在這些氧化劑中，H2 O2 、O3 和許多醇類不適合在較高溫度下使用。在更高的溫度下，這些物質由於分解和重組而失去氧化電位。
水（特別是當作為水蒸氣或蒸氣引入處理腔室時）很難從處理腔室中淨化。因此，當水用於ALD製程中時，當引入隨後的反應物時，腔室中常仍然存在水，從而導致寄生CVD反應。
因此，需要用於沉積金屬氧化物的熱ALD的新方法。
本揭示案的一個或多個實施例係針對一種形成半導體元件的方法。該方法包括施行一個或多個循環的原子層沉積（ALD）循環。ALD循環包括以下步驟：將基板表面暴露於金屬前驅物以在該基板表面上形成金屬物質，以及在該基板表面處產生自由基物質以將該金屬物質轉換為金屬氧化物。
本揭示案的另外的實施例係關於形成金屬氧化物的方法。該方法包括施行複數個循環的原子層沉積（ALD）循環。每個ALD循環包括以下步驟：將基板表面暴露於金屬前驅物以在該基板表面上形成金屬物質，以及在該基板表面的5nm內產生自由基物質以將該金屬物質轉換為金屬氧化物。該基板表面維持在大於或等於約500℃的溫度下。
本揭示案的其他實施例係關於一種包括指令的非暫態電腦可讀取媒體，當處理腔室的控制器執行該等指令時，使該處理腔室施行以下操作：使金屬前驅物流動；使H2與氧化劑流動；及維持基板的升高的溫度。
在描述本揭示案的幾個示例性實施例之前，應當理解，本揭示案不限於以下說明書中闡述的構造或製程步驟的細節。本揭示案能夠具有其他實施例並且能夠以各種方式來實踐或執行。
如在本說明書和所附專利申請範圍中所使用的，術語「基板」係指製程作用所在的表面或表面的部分。本發明所屬領域中具有通常知識者還將理解到，除非上下文另有明確說明，否則提及基板也可僅指基板的一部分。另外，所提在基板上的沉積可以表示裸基板和具有在其上沉積或形成的一個或多個膜或特徵的基板。
本說明書所使用的「基板」是指任何基板或者在製造製程期間所施行膜處理的基板上形成的材料表面。例如，可以在其上施行處理的基板表面包括諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜的矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料和任何其他材料（如金屬、金屬氮化物、金屬合金和其他導電材料），其取決於應用。基板包括但不限於半導體晶圓。可將基板暴露於預處理製程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、UV固化、電子束固化和/或烘焙基板表面。除了直接在基板本身的表面上作膜處理之外，在本揭示案中，所揭露的任何膜處理步驟還可在如下面更詳細揭露的基板上形成的底層（underlayer）上施行，術語「基板表面」旨在包括上下文所指的底層。因此，例如，在已經將膜/層或部分膜/層沉積到基板表面上的情況下，新沉積的膜/層所暴露的表面變為基板表面。
如本說明書所用的「原子層沉積」或「週期性沉積」是指兩種或更多種反應性化合物的順序暴露以在基板表面上沉積材料層。如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，術語「反應性化合物」、「反應性氣體」、「反應性物質」、「前驅物」、「處理氣體」等可互換使用，是指具有能夠在表面反應（如化學吸附、氧化、還原）中與基板表面或基板表面上的材料反應的物質（species）之東西（substance）。基板或基板的部分分別暴露於兩種或更多種反應性化合物，該等反應性化合物被引入到處理腔室的反應區中。
在時域（time-domain）ALD製程中，對每種反應性化合物暴露有一時間延遲分隔開，以使每種化合物能夠黏附在基板表面上和/或在基板表面上反應，然後從處理腔室中淨化。據說這些反應性化合物順序地暴露於基板。
在空間（spatial）ALD製程中，基板表面的不同部分或基板表面上的材料同時暴露於兩種或更多種反應性化合物，使得基板上的任何給定點實質上不會同時暴露於多於一種的反應性化合物。如本說明書和所附專利申請範圍中所使用的，在這態樣中，術語「實質上（substantially）」是指，如本發明所屬領域中具有通常知識者將理解的那樣，由於擴散而存在基板的一小部分可能同時暴露於多個反應性氣體的可能性以及非計劃的同時暴露之可能性。
在時域ALD製程的一個態樣中，將第一反應性氣體（即，第一前驅物或化合物A）脈衝進入（pulsed into）反應區，隨後接著一第一時間延遲。接下來，將第二前驅物或化合物B脈衝進入反應區，隨後接著一第二延遲。在每個時間延遲期間，將淨化氣體（如氬）引入處理腔室中以淨化反應區或以其他方式從反應區去除任何殘留的反應性化合物或反應副產物。或者，淨化氣體可在整個沉積製程中連續流動，使得在反應化合物脈衝之間的時間延遲期間僅有淨化氣體流動。或者將反應性化合物脈衝（pulse），直到在基板表面上形成所需的膜或膜厚度。在任何一種情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B和淨化氣體的ALD製程是一循環。一循環可以從化合物A或化合物B之一開始，然後繼續循環的各個順序，直到獲得具有預定厚度的膜為止。
在空間ALD製程的一個實施例中，第一反應性氣體和第二反應性氣體（如金屬前驅物氣體）被同時輸送至反應區，但是被惰性氣體幕和/或真空幕分開。基板相對於氣體輸送設備移動，使得基板上的任何給定點都暴露於第一反應氣體和第二反應氣體。
如本說明書和所附申請專利範圍中所用，術語「前驅物」、「反應劑」、「反應氣體」等可互換使用，表示可以與基板表面反應的任何氣態物質。
本揭示案的一些實施例係關於使用具有多個氣體端口的反應腔室的製程，該等氣體端口可以用於引入不同的化學物質或電漿氣體。在空間上，這些氣體端口（也稱為通道）被惰性淨化氣體和/或真空泵孔分隔開，以形成一氣幕，該氣幕最小化或消除來自不同氣體端口的氣體混合，以避免不必要的氣相反應。通過這些空間上不同的端口移動的晶圓依序且多表面暴露在不同的化學或電漿環境，使得在空間ALD模式或表面蝕刻製程中發生逐層（layer by layer）膜生長。在一些實施例中，處理腔室具有在氣體分配部件上的模組化架構，且每個模組化部件具有獨立的參數控制（如RF或氣體流量）以提供彈性來控制例如氣體流量和/或RF暴露。
本揭示案的實施例係關於用於沉積或形成金屬氧化物的方法。本揭示案的實施例藉由原子層沉積（ALD）來施行。本揭示案的實施例藉由熱ALD來施行。
本揭示案的一些實施例有利地提供具有改善的（如減少的）成核（nucleation）延遲的金屬氧化物。本揭示案的一些實施例有利地提供具有改善的膜性質的金屬氧化物。在一些實施例中，這些膜性質選自以下各者中的一個或多個：較高的膜密度、較低的洩漏、較高的Vbd、較高的k值和/或結晶後的較小收縮。本揭示案的一些實施例有利地提供具有低膜雜質（如-H、-OH鍵）的金屬氧化物。本揭示案的一些實施例有利地提供了具有減少的寄生CVD反應和/或更好的腔室生產率/穩定性的方法。本揭示案的一些實施例有利地提供了改良的膜階部（step）覆蓋率。本揭示案的一些實施例有利地提供了用於在金屬氧化物沉積之前原位SiN到SiO的氧化/轉換（conversion）的方法。
該圖描繪了根據本揭示案的一個或多個實施例的用於在基板上形成金屬膜的通用方法。方法100通常在110開始，在110，提供待在其上形成金屬氧化物膜的基板並將其放置在處理腔室中。如本文所用，「基板表面」是指可在其上形成層的任何基板表面。基板表面可具有在其中形成的一個或多個特徵、在其上形成的一個或多個層以及它們的組合。可在沉積金屬氧化物膜之前預處理基板（或基板表面），例如藉由拋光、蝕刻、還原、氧化、鹵化、羥基化、退火、烘焙等。
在120，在基板表面上形成金屬氧化物膜。可由週期性沉積製程（如原子層沉積（ALD）等）來形成金屬膜。在一些實施例中，經由週期性沉積製程形成金屬氧化物膜可大致包括分別將基板暴露於兩種或更多種處理氣體中。在時域ALD實施例中，對每種處理氣體暴露有一時間延遲/暫停間隔開，以允許處理氣體的成份黏附在基板表面上和/或在基板表面上反應。
或者或甚者，在一些實施例中，可在將基板暴露於處理氣體之前和/或之後施行淨化，其中使用惰性氣體來施行淨化。例如，可將第一處理氣體提供到製程腔室，然後用惰性氣體淨化。接下來，可將第二處理氣體提供到製程腔室，然後用惰性氣體淨化。在一些實施例中，可將惰性氣體連續地提供到製程腔室，且可將第一處理氣體按量配給（dose）或脈衝入製程腔室中，隨後將第二處理氣體作按量配給或脈衝入製程腔室中。在這樣的實施例中，在第一處理氣體和第二處理氣體的按量配給之間可能發生延遲或暫停，從而在處理氣體的按量配給之間允許惰性氣體的連續流動以淨化製程腔室。
在空間ALD實施例中，對每種製程氣體的暴露同時發生在基板的不同部分，使得基板的一部分暴露於第一反應氣體，而基板的不同部分暴露於第二反應氣體（如果僅使用兩種反應性氣體的話）。使基板相對於氣體輸送系統移動，使得基板上的每個點依序暴露於第一和第二反應氣體。在時域ALD或空間ALD製程的任何實施例中，可重複該程序直到在基板表面上形成預定的層厚度。
如本文所用，「脈衝（pulse）」或「按量配給（dose）」是指間歇地或不連續地引入製程腔室中的一定量的源氣體。每個脈衝內特定化合物的量可能會隨時間變化，其取決於脈衝的持續時間。特定的處理氣體可包括單一化合物或兩種或更多種化合物的混合物/組合，例如以下所述之處理氣體。
每個脈衝/按量配給的持續時間是可變的，且可經調整以容納例如處理腔室的容積以及與其耦接的真空系統的容量。另外，處理氣體的按量配給時間可根據以下各者而改變：處理氣體的流量、處理氣體的溫度、控制閥的類型、所用製程腔室的類型以及處理氣體的成份的能力（ability），以吸附到基板表面上。按量配給時間還可根據形成的層的類型和形成的裝置的幾何形狀而變化。按量配給時間應足夠長，以提供足夠容積的化合物，以在基板的實質整個表面上吸附/化學吸附並在其上形成一層處理氣體成份。
在120，形成金屬氧化物膜的製程可藉由將基板暴露於第一反應氣體而開始。第一反應氣體包括金屬前驅物，並暴露於基板達一第一週期時間，如130所示。
金屬前驅物可以是在基板表面上形成金屬物質的任何合適的前驅物。在一些實施例中，金屬前驅物包括金屬中心和一個或多個配體（ligand）。在一些實施例中，金屬中心包括一個或多個金屬原子。換句話說，在一些實施例中，金屬前驅物是以下各者中的一個或多個：二聚體、三聚體或四聚體。
金屬前驅物的金屬將成為金屬氧化物膜的金屬。在一些實施例中，金屬前驅物包括鋁。在這些實施例中，金屬氧化物包括氧化鋁。在一些實施例中，金屬前驅物包括三甲基鋁（TMA）。在一些實施例中，金屬前驅物包括氯化鋁（AlCl3 ）或實質上由氯化鋁（AlCl3 ）組成。
金屬前驅物作為含有金屬前驅物的氣體被輸送到處理腔室。含有金屬前驅物的氣體可進一步包括載氣，以有效地將金屬前驅物輸送到處理腔室。含有金屬前驅物的氣體可以以一個或多個脈衝的方式提供或連續地提供。含有金屬前驅物的氣體的流速可以是任何合適的流速，包括但不限於，流速在約1至約5000 sccm的範圍內、或在約2至約4000 sccm的範圍內、或在約3至約3000 sccm的範圍內或在約5至約2000 sccm的範圍內。可以在任何合適的壓力下提供含有金屬前驅物的氣體，包括但不限於，在約5 mTorr至約25 Torr的範圍內、或在約100 mTorr至約20 Torr的範圍內、或在約5 Torr至約20 Torr的範圍內、或在約50 mTorr至約2000 mTorr的範圍內、或在約100 mTorr至約1000 mTorr的範圍內、或在約200 mTorr至約500 mTorr的範圍內。
基板暴露於含有金屬前驅物的氣體的週期時間可以是允許金屬前驅物在基板表面的頂部上形成足夠的吸附層所需的任何合適的時間量。例如，處理氣體可流入製程腔室達約0.1秒至約90秒的時間。在某些時域ALD製程中，使含有金屬前驅物的氣體暴露於基板表面達以下各者的時間：在約0.1秒至約90秒的範圍內、或在約0.5秒至約60秒的範圍內、或在約1秒至約30秒的範圍內、或在約2秒至約25秒的範圍內、或在約3秒至約20秒的範圍內、或在約4秒至約15秒的範圍內、或在約5秒至約10秒的範圍內。
在一些實施例中，惰性氣體可以與含有金屬前驅物的氣體同時額外地提供給製程腔室。在一些實施例中，惰性氣體可以與提供給製程腔室具有含有金屬前驅物的氣體的載氣相同或是不同。惰性氣體可以與含有金屬前驅體的氣體（如作為稀釋氣體）混合，或者可以單獨地提供，且可以被脈衝或者可以為恆定的流。在一些實施例中，惰性氣體以約1至約10000 sccm的恆定流量流入處理腔室中。惰性氣體可以是任何惰性氣體，例如氮、氬、氦、氖或其組合。
除上述內容外，可在將基板暴露於含有金屬前驅物的氣體時調節其他製程參數。例如，在一些實施例中，可將製程腔室維持在約0.2至約100 Torr的壓力下，或在約0.3至約90 Torr的範圍內、或在約0.5至約80 Torr的範圍內、或在約為1至50 Torr的範圍內。
接下來，在140，可使用惰性氣體淨化製程腔室（特別是在時域ALD中）。（由於存在分隔反應氣體的氣幕，因此在空間ALD製程中可能不需要這樣做。）惰性氣體可以是任何惰性氣體，如氮、氬、氦、氖等。在一些實施例中，在130將基板暴露於含有金屬前驅物的氣體期間，惰性氣體可以與提供給製程腔室惰性氣體/載氣相同或是不同。在惰性氣體相同的實施例中，可藉由以下步驟來施行淨化：將來自製程腔室的第一處理氣體轉向（divert），允許惰性氣體流過製程腔室，淨化製程腔室中任何多餘的第一處理氣體成份或反應副產物。在一些實施例中，可以以如上所述與第一處理氣體結合使用的相同的流速來提供惰性氣體，或者在一些實施例中，可增加或減小流速。例如，在一些實施例中，可以以約0至約10000 sccm的流速將惰性氣體提供至製程腔室以淨化製程腔室。在空間ALD中，淨化氣幕維持在反應氣體流之間，而淨化製程腔室可能不是必需的。在空間ALD製程的一些實施例中，可以用惰性氣體淨化製程腔室或製程腔室的區域。
惰性氣體的流動可有助於從製程腔室去除任何過量的第一處理氣體成份和/或過量的反應副產物，以防止第一處理氣體和第二處理氣體的不必要的氣相反應。
接下來，在150，將基板暴露於第二處理氣體達第二時間週期。第二處理氣體用於在基板表面處產生自由基物質。自由基物質將金屬物質轉換為金屬氧化物。第二反應氣體也可以稱為氧化劑氣體。
氧化劑氣體可以是任何合適的氣體，以在基板表面處產生自由基物質並將金屬物質轉換為金屬氧化物。在一些實施例中，氧化劑氣體包括H2 和氧化劑的共伴流。在一些實施例中，氧化劑包含O2 或N2 O。在一些實施例中，氧化劑基本上由O2 組成。就此而言，「基本上由」O2 組成的氧化劑是指氧化劑氣體佔總氧化物質的百分比（以莫耳計）大於9​​5％、98％、99％或99.5％（如，不包括H2 和任何惰性氣體）。在一些實施例中，產生的自由基物質包括O*和OH*中的一者或多者。
在一些實施例中，氧化劑實質上不包含水。不受理論的束縛，據信由於在腔室中存在水，即使在腔室淨化之後，在ALD氧化反應中使用水作為氧化劑也常常導致寄生CVD反應。這些CVD反應減少可用於反應的金屬前驅物的量，並且污染製程中的腔室或基板。在一些實施例中，觀察到實質上沒有金屬氧化物的寄生CVD。
在一些實施例中，氧化劑氣體可以以其組成部分供應。例如，在一些實施例中，H2 氣體流入腔室，隨後是氧化劑氣流。在一些實施例中，這些氣流重疊，而產生共伴流（co-flow）。在一些實施例中，用H2 氣體淨化腔室，並且在H2 淨化之後將氧化劑氣體或氧化劑脈衝入（pulsed into）腔室中。
在一些實施例中，可控制共伴流中H2 和氧化劑的比例。在一些實施例中，H2 :氧化劑的流量比小於或等於約1:2、小於或等於約1:5、小於或等於約1:10、小於或等於約1: 20、小於或等於約1:50、或小於或等於約1:100。在一些實施例中，H2的流量百分比小於或等於約50％、小於或等於約25％、小於或等於約10％、小於或等於約5％、小於或等於約1％、小於或等於約0.5％、或小於或等於約0.1％。
在將基板暴露於氧化劑氣體時，可調節其他製程參數。例如，在一些實施例中，可將製程腔室維持在約0.2至約100 Torr的壓力下，或在約0.3至約90 Torr的範圍內、或在約0.5至約80 Torr的範圍內、或在約為1至50 Torr的範圍內。
氧化劑氣體可以以一個或多個脈衝的方式提供或連續地提供。氧化劑氣體的流速可以是任何合適的流速，包括但不限於，流速在約1至約5000 sccm的範圍內、或在約2至約4000 sccm的範圍內、或在約3至約3000 sccm的範圍內或在約5至約2000 sccm的範圍內。可以以任何合適的壓力提供氧化劑氣體，該壓力包括但不限於在約5 mTorr至約25 Torr的範圍內、或在約100 mTorr至約20 Torr的範圍內、或在約5 Torr至約20 Torr的範圍內、或在約50 mTorr至約2000 mTorr的範圍內、或在約100 mTorr至約1000 mTorr的範圍內、或在約200 mTorr至約500 mTorr的範圍內。
基板暴露於氧化劑氣體的時間週期可以是產生足夠的自由基物質以與基板表面上吸附的金屬物質反應所需的任何合適的時間量。例如，處理氣體可流入製程腔室達約0.1秒至約90秒的時間。在某些時域ALD製程中，使金屬前驅物氣體暴露於基板表面達以下各者的時間：在約0.1秒至約90秒的範圍內、或在約0.5秒至約60秒的範圍內、或在約1秒至約30秒的範圍內、或在約2秒至約25秒的範圍內、或在約3秒至約20秒的範圍內、或在約4秒至約15秒的範圍內、或在約5秒至約10秒的範圍內。
在一些實施例中，惰性氣體可與氧化劑氣體同時被額外地提供給製程腔室。惰性氣體可以與氧化劑氣體（如作為稀釋氣體）混合，或者可以單獨地提供，且可以被脈衝或者可以為恆定的流。在一些實施例中，惰性氣體以約1至約10000sccm的恆定流量流入處理腔室中。惰性氣體可以是任何惰性氣體，例如氬、氦、氖或其組合。
接下來，在160，可使用惰性氣體淨化製程腔室。惰性氣體可以是任何惰性氣體，如氮、氬、氦、氖等。在一些實施例中，惰性氣體可以與先前製程程序期間提供給製程腔室的惰性氣體相同或不同。在惰性氣體相同的實施例中，可藉由以下步驟來施行淨化：將來自製程腔室的第二處理氣體轉向，允許惰性氣體流過製程腔室，淨化製程腔室中任何多餘的第二處理氣體成份或反應副產物。在一些實施例中，可以以如上所述與第二處理氣體結合使用的相同的流速來提供惰性氣體，或者在一些實施例中，可增加或減小流速。例如，在一些實施例中，可以以大於0至約10000 sccm的流速將惰性氣體提供到製程腔室以淨化製程腔室。
雖然圖中所示的處理方法的一般實施例僅包括兩個脈衝的反應氣體，但是應該理解，這僅僅是示例性的，且可以使用額外脈衝的反應氣體。
120的子製程包括一循環。只要藉由處理腔室的淨化將反應氣體分離，就可以以任何順序施行循環。在一些實施例中，施行一個或多個循環。在一些實施例中，施行複數個循環（如多於一個）。
沉積/形成製程是在不使用電漿反應物的情況下作為熱處理施行。換句話說，在一些實施例中，在沒有電漿的情況下施行該方法。換句話說，在一些實施例中，沒有產生電漿。
接下來，在170，確定金屬氧化物膜是否已經達到預定厚度。如果尚未達到預定厚度，則方法100回到120以繼續形成金屬氧化物，直到達到預定厚度。一旦達到預定厚度，方法100可以結束或進行到180以作可選的進一步處理（如另一膜的主體沉積（bulk deposition））。
可以例如藉由設定基板支撐件或基座的溫度來控制沉積期間的基板溫度。在一些實施例中，基板表面維持在大於或等於約500℃、大於或等於約550℃、大於或等於約600℃、大於或等於約650℃、或大於或等於約700℃。在一些實施例中，基板表面維持在約500℃至約1000℃、約500℃至約800℃、約500℃至約750℃、約500℃至約700℃、約500°C至約650°C、或約500°C至約600°C。
在沉積期間，基板表面的溫度升高以形成自由基物質。換句話說，在一些實施例中，由於基板表面的升高的表面溫度而產生自由基物質。在沉積溫度下，H2 和氧化劑形成自由基物質。
在一些實施例中，自由基物質「在基板表面處（at）」產生。就此而言，在基板表面處產生的自由基在基板表面的30 nm內、20 nm內、10 nm內、5 nm內、2 nm內、1 nm以內產生。在一些實施例中，「在基板表面處」產生的自由基在基板表面上（on）產生。
在一些實施例中，金屬氧化物具有低雜質程度（level）。在一些實施例中，金屬氧化物具有低位準（level）的H和OH配體。在一些實施例中，金屬氧化物具有低位準（level）的-H和-OH鍵。在一些實施例中，相對於形成金屬氧化物的其他方法（如，電漿製程、水基製程、CVD製程），來評估低位準的–H和–OH鍵。在一些實施例中，-H和-OH鍵的位準小於或等於金屬氧化物內總鍵數的約5％、小於或等於約2％、小於或等於約1％、小於或等於約0.5％、小於或等於約0.1％。
上面參照圖示描述的方法100通常可以描述為AB循環，其中A對應於金屬前驅物，B對應於用於產生自由基物質的氧化劑氣體。在一些實施例中，該方法可在循環開始之前進一步包括B型脈衝。換句話說，在一些實施例中，方法100包括以下步驟：在施行一個或多個循環的原子層沉積（ALD）循環之前，在基板表面處產生自由基物質以氧化基板表面。
如在115所示，在一些實施例中，基板暴露於氧化劑氣體以產生自由基物質。此製程步驟可在沉積/形成金屬氧化物之前改變基板表面。在一些實施例中，氮化矽表面被氧化以形成氧化矽表面。在一些實施例中，矽表面被氧化以形成氧化矽表面。
可控制氧化的深度。在一些實施例中，表面被氧化至大於或等於約5 Å、大於或等於約10 Å、大於或等於約15 Å、大於或等於約20 Å、大於或等於約25 Å、或大於或等於約30 Å。
本揭示案的一些實施例係關於用於施行所揭露的方法的通用處理腔室。在一些實施例中，處理腔室包括耦接以下各者中的一者或多者的至少一個控制器：處理腔室、基板支撐件、恆溫器、流量控制器、壓力計、泵、反饋迴路、反應空間壓力計或氣體分配組件。在一些實施例中，有多於一個控制器連接到個別部件，且主控制處理器耦接到每個單獨的控制器或處理器中的各者以控制系統。控制器可以是可以在工業裝置中用於控制各式腔室與副處理器的任意形式之通用電腦處理器、微控制器、微處理器等。
該至少一個控制器可以具有處理器、耦接處理器的記憶體、耦接處理器的輸入/輸出裝置以及用於不同電子部件之間通訊的支援電路。記憶體可以包括過渡記憶體（如隨機存取記憶體）和非過渡記憶體（如儲存裝置）中的一個或多個。
處理器的記憶體或電腦可讀取媒體可係一個或多個容易取得之記憶體，如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、軟碟、硬碟或任何其他的數位儲存格式，本端的或是遠端的。記憶體可以保留指令集，該指令集可由處理器操作以控制處理腔室的參數和部件。支援電路與處理器耦接而用傳統方式支援處理器。電路可包括例如快取、電源供應、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統以及類似物。
製程一般可作為軟體子程式儲存在記憶體中，當處理器執行該軟體子程式時，使得製程腔室施行本揭示案的製程。軟體子程式亦可由第二處理器（未圖示）儲存及（或）執行，第二CPU位於處理器正控制的硬體之遠端。本揭示案的方法中的部份或全部也可在硬體中施行。如此一來，本揭示案可以以軟體實現且使用電腦系統在硬體中作為如應用專用積體電路或其他類型的硬體實施或者作為軟體與硬體的組合來執行。當處理器執行軟體子程式時，軟體子程式將通用電腦轉換為控制腔室操作的專用電腦（控制器），以施行製程。
在一些實施例中，控制器具有一種或多種配置以執行個別製程或子製程以施行該方法。控制器可以連接到中間部件以及經配置操作中間部件以施行方法的功能。例如，控制器可以連接到以下各者中的一個或多個以及經配置控制以下各者中的一個或多個：氣閥、致動器、馬達、加熱器、真空控制等。
一些實施例的控制器或非暫態電腦可讀取媒體具有選自以下各者中的一個或多個配置：在複數個處理腔室和計量站之間移動機器人上的基板的配置；將基板裝載到系統/從系統卸載基板的配置；使金屬前驅物流入處理腔室的配置；淨化處理腔室的配置；使氧化劑氣體流入處理腔室的配置；和/或維持基板溫度的配置。
在整個說明書中對「一個實施例」、「某些實施例」、「一個或多個實施例」或「一實施例」的引用意味著結合本揭示案的至少一個實施例中所包含的該實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性。因此，整個說明書中各處出現的如「在一個或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」用語不一定指本揭示案的相同實施例。此外，特定的特徵、結構、材料或特性可以以任何合適的方式在一個或多個實施例中組合。
儘管已經參考特定實施例描述本案的揭露內容，但是本發明所屬領域中具有通常知識者應該理解，所描述的實施例僅僅是對本揭示案的原理和應用的說明。對於本發明所屬領域中具有通常知識者來說顯而易見的是，在不背離本發明的精神和範圍下，可以對本揭示案的方法和設備作作各種修改和變化。因此，本揭示案可以包括在所附申請專利範圍及其等效物的範圍內的修改和變化。
100:方法 110:步驟 115:步驟 120:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟 160:步驟 170:步驟 180:步驟
本揭示案之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可藉由參考實施例以作瞭解，部分的實施例繪示於所附圖式中。然而，應注意的是，所附圖式僅繪示本揭示案的典型實施例，且因此不應認為是對其範圍的限制，因為本揭示案可允許其他同等有效的實施例。
所附圖示根據本揭示案的一個或多個實施例繪示用於形成金屬氧化物的示例性製程順序。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:方法
110:步驟
115:步驟
120:步驟
130:步驟
140:步驟
150:步驟
160:步驟
170:步驟
180:步驟

Claims (20)

  1. 一種形成一半導體元件的方法，該方法包括以下步驟： 施行一個或多個循環的一原子層沉積（ALD）循環，該ALD循環包含以下步驟：將一基板表面暴露於一金屬前驅物以在該基板表面上形成一金屬物質，以及在該基板表面處產生一自由基物質以將該金屬物質轉換為一金屬氧化物。
  2. 如請求項1所述之方法，其中將該基板表面維持在大於或等於約500℃的一溫度下。
  3. 如請求項1所述之方法，其中由該氧化劑氣體所產生的該自由基物質包括H2 和氧化劑的一共伴流。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該氧化劑包括O2 或N2 O。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該氧化劑基本上由O2 組成。
  6. 如請求項3所述之方法，其中該共伴流包括具有氧化劑脈衝的一連續的氫氣（H2 ）流。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該自由基物質在該基板表面的5 nm內產生。
  8. 如請求項1所述之方法，其中觀察到實質上沒有金屬氧化物的寄生CVD。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該金屬前驅物包括鋁。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該金屬前驅物包括氯化鋁（AlCl3 ）。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該金屬氧化物具有低位準的（low level）-H和OH鍵。
  12. 如請求項1所述之方法，其中施行多於一個的循環。
  13. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：在施行一個或多個循環的一原子層沉積（ALD）循環之前，在該基板表面處產生一自由基物質以氧化該基板表面。
  14. 如請求項1所述之方法，其中由於該基板表面的一升高的表面溫度而產生該自由基物質。
  15. 如請求項1所述之方法，其中沒有產生電漿。
  16. 一種形成一金屬氧化物的方法，該方法包括以下步驟： 施行複數個循環的一原子層沉積（ALD）循環，每個ALD循環包含以下步驟： 將一基板表面暴露於一金屬前驅物以在該基板表面上形成一金屬物質；及 在該基板表面的5nm內產生一自由基物質以將該金屬物質轉換為一金屬氧化物，該基板表面維持在大於或等於約500°C的一溫度下。
  17. 如請求項16所述之方法，其中在該基板表面處產生該自由基物質的步驟包括以下步驟：使H2 和O2 共伴流動（co-flow）。
  18. 如請求項16所述之方法，其中該金屬前驅物包括氯化鋁（AlCl3 ）。
  19. 如請求項16所述之方法，進一步包括以下步驟：在施行複數個循環的一原子層沉積（ALD）循環之前，在該基板表面處產生一自由基物質以氧化該基板表面。
  20. 一種包括指令的非暫態電腦可讀取媒體，當一處理腔室的一控制器執行該等指令時，使該處理腔室施行以下操作： 使一金屬前驅物流動； 使H2 流動; 使氧化劑流動；及 維持一基板的一升高的溫度。
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