TWI577824B - 使用二氮丁二烯基前驅物沉積含錳膜之方法 - Google Patents
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Description
本發明大體上是關於沉積含錳薄膜的方法及可用於此等方法中的金屬配位錯合物。尤其,本發明是關於使用含有二氮丁二烯基配位基之配位錯合物沉積含錳膜的方法。
在包括半導體處理、擴散阻障塗層及用於磁性讀/寫頭的介電質在內的各種工業中,於基板表面上沉積薄膜是一種重要製程。特別是在半導體工業中,微型化需要對薄膜沉積製程進行原子級的控制以在高深寬比的結構上製造出保角性塗層。其中一種以原子層控制及保角性沉積方式來沉積薄膜的方法是原子層沉積法(ALD),原子層沉積法採用依序進行的表面反應來形成厚度精確控制到Å等級或單層級的膜層。大多數的ALD製程是基於二階段式反應順序(binary reaction sequence),該二階段式反應順序可沉積出二元化合物膜。該兩個表面反應各自先後依序進行,而可在相對高程度的控制下沉積薄膜。由於該等表面反應是先後依序進行,因此,該兩種氣相反應物不會接觸,並使可能形成並沉積顆粒的氣相反應受到限制。
ALD是用來在基板表面上沉積金屬及金屬化合物。Al2O3沉積製程是可說明ALD依序且自我限制反應特性的其中一個典型ALD製程實例。Al2O3的ALD製程通常使用三甲基鋁(TMA,常被稱為「A」反應物或「A」前驅物)及H2O(通常稱為「B」反應物或「B」前驅物)。在二階段式反應的步驟A中,羥基表面物種與汽相的TMA反應而生成與表面鍵結的AlOAl(CH3)2及氣相中的CH4。此反應會因該表面上的反應性位置數量而自我限制反應。在該二階段式反應的步驟B中,該表面鍵結化合物中的AlCH3與氣相H2O進行反應而生成鍵結在表面上的AlOH及氣相中的CH4。此反應會因該表面所鍵結之AlOAl(CH3)2上有限數量的可用反應性位置而自我限制反應。隨後循環步驟A與步驟B,並在每次反應之間及在每次反應循環之間清除氣相反應產物及未反應的汽相前驅物,可使Al2O3以實質線性方式成長而得到所期望的膜厚度。
雖然已開發出少數幾種可有效用來沉積釕元素及其他後過渡金屬的製程,但一般而言,用來沉積純金屬的ALD製程尚未能十分成功地用於商業上。故,特別是在元素金屬膜的領域中,需要新的、具有商業可行性的沉積化學物質。本發明藉由提供經過特別設計且最佳化以利於進行原子層沉積製程的新穎化學物質來解決此問題。因此需要一種用於生成實質上由錳所組成之薄膜的方法。現有數種已知方法可在生產線後段製程中利用物理沉積法來沉積錳金屬薄膜。然而,已證實此種方式所沉積而成的金屬薄膜會遷移至SiO2界面。此遷移作用會形成氧化錳,而氧化錳可作為阻障層並防
止銅擴散。
亦需要可用來沉積包含氮化錳之膜的化學物質。膜厚度大於10Å且連續的氮化鉭(TaN)膜可為銅阻障層。然而,由於鉭原子的直徑約4Å,因此厚度約5Å的TaN膜是不連續的。當技術節點的尺寸越小,所需要的TaN越薄時,TaN本身可能會是不連續的膜,從而限制了TaN膜的銅阻障性質。目前的方法包括是在TaN層上覆蓋一層Ta層,該Ta層可作為銅的潤濕層並為阻障層提供連續性。然而,對於較小的技術節點而言(小於32奈米),此方法會導致較大的線路電阻,因此並非是合適的解決方案。原子層沉積(ALD)氮化鉭(TaN)是具有較佳保角性的先進技術,然而ALD TaN膜的品質仍需大幅改進。氮化錳(MnN)可能是適合用來替代TaN的替代品,故期望能有可用來沉積MnN的新方法。
本發明之一態樣是關於一種沉積含錳膜的方法,該方法包括使基板表面接觸(exposing)具有以下所示結構的錳前驅物:
其中R1~R4各自獨立為支鏈狀或無支鏈(unbranched)的C1~C6之烷基、烯丙基(allyl)或芳基,且L為一個或更多個的中
性路易斯鹼或π電子接受體配位基(pi acceptor ligand);及使該基板表面接觸三級胺。在一個或更多個實施例中,每個L各自為脒基(amidinate)、腈基、羰基或π-鍵結的烯/炔配位基。在某些實施例中,每個L都是相同的。在一個或更多個實施例中,該基板表面同時或實質同時地接觸該三級胺及該錳前驅物。在某些實施例中,該基板表面依序地或實質依序地接觸該三級胺及該錳前驅物。
在一個或更多個實施例中,該三級胺包括三甲胺(trimethylamine)、三乙胺(triethyleamine)、N,N-二甲基乙胺(N,N-ethyldimethylamine)及N,N-二乙基甲胺(N,N-methyldiethylamine)。在某些實施例中,該前驅物具有以下所示結構:
其中R5~7各自獨立代表H或C1~6之直鏈狀、支鏈狀或環狀的烷基或烯丙基基團。
在一個或更多個實施例中,該方法導致沉積含錳膜。在某些實施例中,該含氮化錳的膜具有通式MnNx,其中x具有約0.1至約4之值。在一個或更多個實施例中,該方法
進一步包括重複進行使該基板表面接觸該錳前驅物及接觸該三級胺的步驟。
本發明的另一態樣是關於一種沉積含錳膜的方法,該方法包括:使基板表面接觸具有以下所示結構的錳前驅物:
其中R1~R8各自獨立為支鏈狀或無支鏈的C1~C6之烷基、烯丙基或芳基;及使該基板表面接觸三級胺。在一個或更多個實施例中,該錳前驅物為同配位基錯合物(homoleptic)。在某些實施例中,該基板表面同時或實質同時地接觸該三級胺及該錳前驅物。在一個或更多個實施例中,該基板表面依序地(sequentially)或實質依序地接觸該三級胺及該錳前驅物。在某些實施例中,該三級胺包括三甲胺、三乙胺、N,N-二甲基乙胺及N,N-二乙基甲胺。
在一個或更多個實施例中所沉積的是含錳膜。在某些實施例中,該含氮化錳的膜具有通式MnNx,其中x之值為約0.1至約4。在一個或更多個實施例中,該方法進一步包括重複進行使該基板表面接觸該錳前驅物及接觸該三級胺的步驟。
本發明的另一態樣是關於一種沉積含錳膜的方法,該方法包括:使基板表面接觸具有以下所示結構的錳前驅物:
其中R1~R8各自獨立為支鏈狀或無支鏈的C1~C6之烷基、烯丙基或芳基,及L為選自以下群組中的一個或更多個配位基:脒基、腈基、羰基及π-鍵結的烯/炔配位基。
第1圖為概要圖,該圖圖示根據本發明一個或更多個實施例沉積實質上由錳所組成之膜的可能機制。
在敘述本發明的數個示例性實施例之前,應明白本發明不限於以下敘述中所舉出之結構或製程步驟的細節內容。本發明能做出其他實施例,且能夠以各種方式實施或進行本發明。亦應了解,在本文中,可能使用具有特定立體化學的結構式來圖示說明本發明之錯合物及配位基。此等圖示說明僅欲作為示範之用,不應解釋成欲將所揭示之結構侷限於任何特定幾何化學。反之,該等圖示結構意欲涵蓋所有具有所示化學式的此種錯合物及配位基。
本發明實施例是關於使用有機金屬前驅物來生成錳(Mn)或氮化錳(MnNx)。該等沉積方法可為原子層沉積法(ALD)
或化學氣相沉積法(CVD)。該有機金屬前驅物包含至少一個二氮丁二烯基(diazabutadiene-based)配位基。由高品質且高純度之MnNx或錳所形成的CVD/ALD膜有數個實例。某些前驅物具有含氧配位基,而可用來形成MnOx。形成在銅表面上的氧化錳不易分離且將會提高介層窗的電阻。某些前驅物具有極低的蒸汽壓及反應速率,這會給腔室設計帶來難題且在ALD沉積期間的膜形態不佳。某些實施例的前驅物可利用CVD法生成高純度的錳膜及利用ALD法生成高純度的氮化錳膜,且該等膜具有光滑的形態。
在本發明一實施例中,該前驅物包括含有二氮丁二烯基配位基的金屬配位錯合物。在一個或更多個實施例中,該金屬配位錯合物具有式(I)所示之結構:
其中R1~R4各自獨立為支鏈狀或無支鏈的C1~C6之烷基、烯丙基或芳基,及L為一個或更多個的中性路易斯鹼或π電子接受體配位基。
在一個或更多個實施例中,L可為三個不同的配位基。在其他實施例中,除了二氮丁二烯基配位基之外,還可有一個或兩個配位基,且該等配位基藉由一個以上的配位鍵
而與該金屬中心進行配位鍵結。該等配位基的配位情形將取決於所選擇的特定配位基而定。例如可能具有三個配位基,在此種情況下,結構將如下所示:
在一個或更多個實施例中,每個L各自為腈基、羰基或π-鍵結的烯/炔配位基。在某些實施例中,每個L皆相同。
在某些實施例中,該配位錯合物包含脒配位基,且該配位錯合物具有以下所示結構:
其中R5~7各自獨立代表H或C1~6之直鏈狀、支鏈狀或環狀的烷基或烯丙基基團。在進一步實施例中,R5~7各自獨立代表H或甲基、乙基、丙基(異丙基或正丙基)或環己基。
當用於本文中時,「金屬配位錯合物」一詞可與「金屬錯合物」及「配位錯合物」互換使用,且包含由一中心金
屬原子與一個或更多個配位基鍵結所組成的結構。如以下更詳細地討論般,根據本發明一個或更多個實施例所做之金屬錯合物的特徵是具有二氮丁二烯配位基(亦稱為「二氮丁二烯基」、「DAD」及「DAD-基」配位基)。
藉著使DAD配位基與鈉進行反應以生成Na(DAD)錯合物可合成出本文中所描述的金屬配位錯合物。此錯合物可進一步與金屬鹵化物進行反應以生成金屬(DAD)配位錯合物。
因此,本發明之一態樣是關於一種沉積含錳膜的方法。該方法包括使基板表面接觸具有以下式(I)所示結構的錳前驅物:
其中R1~R4各自獨立為支鏈狀或無支鏈的C1~C6之烷基、烯丙基或芳基,且L為一個或更多個的中性路易斯鹼或π電子接受體配位基;及使該基板表面接觸三級胺。
當用於本文中時,「基板表面」意指任何形成在基板上的基板或材料表面,且在製造製程期間可於該表面上進行膜處理。例如,可在表面上進行處理的基板表面依據應用用途可包括諸多種材料,例如矽、氧化矽、應變矽(strained silicon)、絕緣層上覆矽(SOI)、摻雜碳的氧化矽、氮化矽、經
摻雜的矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石及任何其他材料,例如金屬、金屬氮化物、金屬合金及其他導電材料。基板表面上的阻障層、金屬或金屬氮化物包括鈦、氮化鈦、氮化鎢、鉭及氮化鉭、鋁、銅或任何可用於元件製造的其他導體或是導電性或非導電性阻障層。基板可具有各種尺寸,例如直徑為200毫米(mm)或300毫米的晶圓以及矩形板或方形板。可在基板上施用本發明實施例的基板包括,但不限於,半導體晶圓(例如結晶矽,例如Si<100>或Si<111>)、氧化矽、應變矽、矽鍺、經摻雜或未經摻雜的多晶矽、經摻雜或未經摻雜的矽晶圓、III-V族材料(例如,GaAs、GaN、InP,等等)及已圖案化或未經圖案化的晶圓。基板可進行前置處理(pretreatment)製程以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤該基板表面。
上述方法中之其中一個或更多個方法可為原子層沉積(ALD)製程。在此等實施例中,該基板表面依序或實質依序地接觸該三級胺及該錳前驅物。當用於本案說明書各處中時,「實質依序地(substantially sequentially)」意指該前驅物接觸步驟的大部分時間與該三級胺接觸步驟並不重疊,儘管該兩步驟間可能有些許重疊。
上述方法中之其中一個或更多個方法可為化學氣相沉積(CVD)製程。在此等實施例中,該基板表面同時或實質同時地接觸該三級胺及該錳前驅物。當用於本案說明書各處中時,「實質同時地(substantially sequentially)」意指該前驅物接觸步驟的大部分時間與該三級胺接觸步驟重疊,儘管該兩
步驟可能不是完全共存(co-extensive)。
在一個或更多個實施例中,所沉積的膜包含錳。特別是,由於碳、氮及鹵化物的存在量相對較低,故所沉積的膜可視為「富含錳」。故例如在某些實施例中,該錳膜包括氮化錳,亦可寫為「MnNx」。某些實施例之x的範圍約0.1至約4,或範圍約0.2至約2,或範圍約0.25至約1。由於氮的含量特別低,該沉積膜可視為實質上由錳所組成的膜。當用於本文中時,「實質上由錳所組成的膜」一詞可與「元素錳」膜及「純錳」膜互換使用。
雖不欲受任何特定理論的約制,但認為二氮丁二烯基配位基可作為中性配位基。當該錳前驅物與NH3反應時,NH3將藉由置換反應(metashesis)進行鍵結而得到質子化的二氮丁二烯以及含氮化錳之膜。反之,當二氮丁二烯基配位基與三級胺反應時,該三級胺的電子密度聚集在氮上,並將電子推回至配位基上。這會導致沉積富含錳的膜。用來取代NH3上之氫原子的該些烷基基團具有較低的反應性。
該三級胺可以改變且通常包括任何大小的三級胺,該等三級胺具有適當的揮發性而可用於膜沉積製程中。在某些實施例中,該三級胺包括三甲胺、三乙胺、N,N-二甲基乙胺及N,N-二乙基甲胺。
該等前驅物及/或反應物可處於氣體、電漿、蒸汽之狀態或其他可用於進行氣相沉積製程的物質狀態。該等方法可選用性地進行淨化製程。在淨化製程期間,通常將惰性氣體引入處理腔室中以淨化反應區域或去除該反應區域中的任
何殘餘反應性化合物或副產物。或者,在整個沉積製程期間可持續流動該淨化氣體,使得在介於前驅物脈衝與共反應物脈衝之間的延時(time delay)期間內僅有該淨化氣體流動。
該圖圖示根據文中所述一或更多個實施例所做的實例。如圖所示,使雜配金屬配位錯合物汽化,且視需要可使該錯合物與惰性載氣形成混合物,及使該蒸汽態的錯合物流向沉積腔室內(圖中未示出)的基板。該基板具有適合用於吸附金屬配位錯合物的表面,當該等配位基脫離該錯合物時,會露出可與該表面鍵結的活性位置,使得該金屬配位錯合物藉由該金屬離子而吸附於該表面上。在一實施例中,所使用的基板是半導體晶圓。由於非丁二烯的配位基(non-butadiene ligand)與錳金屬中心之間的相互作用力相對較弱,故造成該等非丁二烯的配位基解離,而二氮丁二烯配位基則需要三級胺以使該二氮丁二烯配位基脫離該金屬中心。在此實例中,用來進行吸附的表面可為裸金屬。使該表面與該金屬配位錯合物接觸足夠長的時間以允許在該表面上吸附一層錯合物。隨後使三級胺流入該沉積腔室中以打斷該配位基的鍵,而使該二氮丁二烯基配位基脫離該金屬中心,並在該基板上留下元素金屬原子層。在某些實施例中,該製程亦包括在加入該三級胺之前,先使用惰性氣體來清除過量的未反應之汽相金屬錯合物。在一個或更多個實施例中,該汽相金屬錯合物與惰性氣體形成混合物。
在某些實施例中,該前驅物可具有兩個二氮丁二烯基配位基。此種前驅物具有以下式(II)所示之結構:
其中R1~R8各自獨立為支鏈狀或無支鏈的C1~C6之烷基、烯丙基或芳基。
因此,本發明之另一態樣是關於一種沉積含錳膜的方法,該方法包括使基板表面接觸具有式(II)所示之結構的錳前驅物;及使該基板表面接觸三級胺。在某些實施例中,該錳前驅物可為同配位基錯合物。在此等實施例中,該兩個配位基上的R取代基彼此是相同的。
在另一實施例中,在基板表面上形成錳金屬的方法包括:在原子層沉積製程期間,使基板接觸具有式(I)或式(II)的汽相金屬配位錯合物,使得該金屬配位錯合物藉由錳鍵結於該表面上,而在該表面上形成含有該金屬配位錯合物之層;在原子層沉積製程期間,使具有已鍵結之金屬錯合物的基板與三級胺接觸,使得該已鍵結之金屬配位錯合物與該還原氣體之間發生置換反應,從而使該已鍵結之金屬錯合物解離並在該基板的表面上生成第一元素錳層;及依序地重複進行該原子層沉積製程及該處理製程。
反應時間、溫度及壓力可經選擇以建立金屬與表面
之間的交互作用並在基板的表面上生成膜層。可根據該金屬配位錯合物的性質來選擇ALD反應的反應條件。可在大氣壓下進行該沉積製程,但更常在減壓下進行該沉積製程。該金屬配位錯合物的蒸汽壓應夠低而可實際用於此等應用中。該基板溫度需夠高以維持該表面處之金屬原子間的鍵結完整並防止氣態反應物進行熱分解。然而,該基板溫度亦需夠高以使該來源材料(即,反應物)保持氣態並提供充足的活化能以供進行表面反應。合適的溫度是取決於所使用的特定金屬配位錯合物及壓力而定。可使用所屬技術領域中已知的方法來評估用於本發明ALD沉積方法中之特定金屬配位錯合物的性質,以允許選擇用於該反應的適當溫度與壓力。一般而言,較低的分子量及存在有可提高該配位基範圍圈(ligand sphere)之轉動熵的官能基會得到在一般輸送溫度下便會成為液體的熔點並提高蒸汽壓。
經最佳化而可用於本發明沉積方法中的金屬配位錯合物在所選定的基板溫度下具備可達到足夠蒸汽壓、足夠的熱安定性及具有足夠反應性的條件而可在基板表面上進行反應又不會在薄膜中產生不想要的雜質。足夠的蒸氣壓是確保在基板表面處存在足夠濃度的來源化合物分子而能進行完全自我飽和反應。足夠的熱安定性是確保該來源化合物不會因發生熱分解而在薄膜中產生雜質。
用於沉積元素薄層膜的基板可為任何適用於在ALD或CVD製程中進行保角性膜層塗佈的基板。此種基板包括矽、氧化矽或具有塗層的矽、金屬、金屬氧化物及金屬氮化
物。在本發明之一態樣中,該基板為半導體基板。
在文中所述方法的其中一個或更多個方法中,可額外重複進行該沉積循環以建立期望厚度的元素金屬層。也就是,視情況需要可藉著重複進行該反應循環的過程而在該第一原子層上附加形成由元素金屬所組成的第二原子層。使用惰性氣體清除該沉積腔室中前一次還原反應所殘留下來的三級胺,並再次使汽相的金屬配位錯合物流入該腔室中與基板表面上的該金屬膜接觸。在該第一原子層的金屬上,該汽相的金屬配位錯合物與三級胺之間發生置換反應。此反應置換掉該汽相金屬配位錯合物的其中一個配位基,並剩下該金屬配位錯合物的金屬原子鍵結在該第一原子層之金屬原子上。反應時間、溫度及壓力經過選擇以建立金屬與表面之間的交互作用並在基板的表面上形成膜層。使用惰性氣體清除該沉積腔室中未反應的汽相金屬配位錯合物及所釋出的配位基。使三級胺流入該沉積腔室中以打斷該金屬與任何殘留配位基之間的鍵結,使殘留的配位基脫離該金屬中心並在該含錳膜的第一原子層上生成元素金屬所形成的第二原子層。
在一實施例中,可藉由下述方式增添第二錳層:使基板表面上的第一元素錳層與汽相的金屬配位錯合物接觸,使得該金屬錯合物與該第一元素金屬層之間發生置換反應,進而使該金屬錯合物部分解離並在該表面上形成第二層(該第二層含有藉由錳與該第一元素錳層鍵結的部分解離金屬錯合物),及使該第二層之已鍵結的金屬錯合物與三級胺接觸,使得該已鍵結的金屬錯合物與該還原氣體之間發生置換反應,
從而使該已鍵結的金屬錯合物解離並在該基板的表面上生成第二層含錳膜。
鑒於本發明實施例提供用於沉積或形成含錳膜的方法,故處理腔室配置成可在氣相沉積製程期間使該基板接觸一連串的氣體及/或電漿。該處理腔室可包含反應物(可附帶供應載氣)、淨化及惰性氣體(例如,氬氣及氮氣)的各別供應器,且該等供應氣與用來供應每種反應物及氣體的氣體入口流體連通。可利用合適的流量控制器(例如,質量流量控制器或體積流量控制器)控制每個入口,該等流量控制器可與中央處理單元(CPU)通訊而允許每種反應物流向基板以進行文中所述的沉積製程。該中央處理單元可為能用於工業環境中以控制各種腔室和子處理器的任何形式之電腦處理器。該CPU可連接至記憶體,且記憶體可為一個或更多個現成可取得的記憶體,例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、光碟、軟碟、硬碟或任何其他形式的內建或遠端數位儲存器。支援電路可連接至該CPU並以習知方式支援該CPU。這些電路包括快取記憶體、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統及諸如此類者。
在某些實施例中,在電漿增強原子層沉積(PEALD)製程中可形成一層或更多層。在某些製程中,使用電漿可提供充足的能量以促進物種進入激發狀態,在激發狀態下更有利且更可能發生表面反應。可以連續或脈衝方式將電漿引進該製程中。在某些實施例中,利用依序脈衝(sequential pulse)前驅物(或反應性氣體)及電漿來處理膜層。在某些實施例中,
可在原地(即,在該處理區域內)或遠端(即,在該處理區域以外之處)使該等試劑離子化。在某些實施例中,遠端離子化反應可在該沉積腔室的上游處發生,使得離子或其他活潑物種或發光物種不會直接接觸該正在沉積的膜。在某些PEALD製程中是在該處理腔室的外部生成電漿,例如利用遠端電漿產生系統產生該電漿。可藉由所屬技術領域中熟悉該項技藝者已知任何合適的電漿產生製程或技術來產生該電漿。例如,可利用微波(MW)頻率產生器或射頻(RF)產生器其中一者或更多者來產生電漿。可依據欲使用的特定反應性物種來調節電漿的頻率。合適的頻率包括,但不限於,2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz及100MHz。儘管在文中所揭示之沉積製程期間可使用電漿,但應注意的是,也可能無需用到電漿。
在某些實施例中,該含錳膜在厚度小於約2奈米時,該含錳膜是連續的。當用於本案說明書及後附請求項中,「連續」一詞意指在該膜內沒有比約10%之該膜總面積要大的縫隙。在某些實施例中,該膜在小於3奈米、2.5奈米、1.5奈米、1奈米或0.5奈米的厚度下是連續的。
所沉積的錳膜或MnNx膜可用於作為該後段製程之銅內連線中的替代用擴散阻障層,藉以取代目前所使用的PVD TaN或ALD TaN。該沉積方法可與ALD TaN沉積法整合在一起以用來生成摻雜錳的TaN或摻有MnNx的鉭。錳或MnNx是預計用於這些應用上的新材料。錳能與下方的介電層反應而形成可作為阻障層的矽酸錳。不受任何特定操作理論約束下,認為MnNx不僅是作為擴散阻障層,還可增進銅與介
電質之間的黏著力。因此,在某些實施例中,該等方法進一步包括在該含錳膜上沉積銅。
根據一個或更多個實施例,可在形成該層之前及/或之後對該基板進行處理。可在同一個腔室中或在一個或更多個不同處理腔室中進行此處理。在某些實施例中,可將該基板從第一腔室中移送至不同的第二腔室中以進行進一步處理。該基板可從第一腔室直接移送至該不同的處理腔室,或該基板可從第一腔室移送到一個或更多個移送室中,且隨後再移送至所欲的不同處理腔室。因此,該處理設備可包含多個腔室,且該等腔室與移送站連通。此種設備可稱為「群集工具」或「群集系統」及諸如此類者。
通常,群集工具是一種模組系統,該模組系統包含多個可執行各種不同功能的腔室,該些功能包括基板中心找尋及定向、除氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一個或更多個實施例,群集工具包含至少一個第一腔室及中心移送室。該中心移送室可容納機器人,機器人能在處理腔室與裝載鎖定腔室之間或之中運送基板。該移送室通常保持處於真空狀態並提供用於將基板從一腔室運送至另一腔室及/或運送至位在群集工具前端處之裝載鎖定腔室的中途階段(intermediate stage)。經調整而供本發明使用的兩種已知群集工具是Centura®及Endura®,兩者皆可購自位在美國加州聖塔克拉拉市的應用材料公司。在發明人為Tepman等人、於1993年2月16日獲准專利且發明名稱為「分段式真空晶圓處理設備及方法(Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and
Method)」的美國專利第5,186,718號中揭示一此種分段式真空基板處理設備的細節。然而,可針對執行本文中所述製程之特定步驟的目的來改變腔室確切的配置與組合方式。其他可使用的處理腔室包括,但不限於,用於循環層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清洗、化學清洗、熱處理(例如,RTP)、電漿氮化製程、除氣、定位、羥化製程及其他基板製程的腔室。藉著在群集工具上的腔室中進行製程,可避免基板表面受到大氣中的雜質污染,不會在沉積後續膜層之前發生氧化作用。
根據一個或更多個實施例,該基板持續處於真空或「裝載鎖定(load lock)」的狀態下,且當將該基板從一腔室移送到下個腔室時,該基板不會接觸到周遭環境空氣。因此該等移送室處於真空且在真空壓力下進行「抽氣(pumped down)」。該等處理腔室或移送室中可存在有惰性氣體。在某些實施例中,可在該基板的表面上形成該層之後,使用惰性氣體作為淨化氣體來去除一部分或所有的反應物。根據一個或更多個實施例,於該沉積腔室的出口處注入淨化氣體,藉以防止反應物從該沉積腔室移動至該移送室及/或附加的處理腔室。因此,該惰性氣體的氣流在該腔室的出口處形成氣幕。
該基板可在單基板沉積腔室中進行處理,先將單個基板裝載至該沉積腔室中、處理該基板及卸載該基板之後,再處理另一個基板。亦可採用連續式方法(例如,輸送帶系統)處理該基板,在該連續式方法中,將多個基板各別裝載至該腔室的第一部分中,使該等基板移動而通過該腔室,及從該
腔室的第二部分處卸載該等基板。該腔室的形狀及所配備的輸送帶系統可形成直線路徑或彎曲路徑。此外,該處理腔室可為旋轉料架(carousel),在該旋轉料架中,多個基板繞著中心軸旋轉,且該等基板沿著整條旋轉路徑經歷沉積、蝕刻、退火、清洗等製程。
在處理期間可能加熱或冷卻該等基板。可利用任何適當方式完成這類加熱或冷卻步驟,該適當方式包括,但不限於,改變該基板支座的溫度及使已加熱或冷卻的氣體流至該基板表面。在某些實施例中,該基板支座包含加熱器/冷卻器,並可控制該加熱器/冷卻器而藉由傳導方式改變基板溫度。在一個或更多個實施例中,藉著加熱或冷卻所欲採用的氣體(可為反應性氣體或惰性氣體)以在當地(locally)改變該基板溫度。在某些實施例中,在該腔室中於鄰近該基板表面處設置加熱器/冷卻器而藉由對流方式改變該基板溫度。
該基板在處理期間亦可靜止或旋轉,旋轉中的基板可連續地旋轉或分段式地旋轉。例如,基板在整個製程中都在旋轉,或者在該基板接觸不同反應性氣體或淨化氣體之間,可使該基板旋轉一小段時間。在處理期間(連續或分段式地)旋轉該基板可例如使氣流幾何分佈(gas flow geometries)中之局部變異性的影響減至最小,而有助於產生更均勻一致的沉積或蝕刻作用。
在原子層沉積型的腔室中,藉由空間隔離式或短暫時間隔離式的製程可使該基板接觸該第一前驅物及第二前驅物。瞬時式原子層沉積法(temporal ALD)是一種傳統製程,在
該製程中,第一前驅物流入該腔室中以與該表面進行反應。在流入該第二前驅物之前,先清除該腔室中的該第一前驅物。在空間式原子層沉積法(spatial ALD)中,該第一前驅物及該第二前驅物兩者同時流入該腔室,但該第一前區物及第二前驅物在空間上是隔開的,使得該兩前驅物氣流之間具有一個區域以防止該等前驅物混合在一起。在空間式原子層沉積法中,必須相對於該氣體分配板來移動該基板,或相對於該基板而移動該氣體分配板。
本案說明書各處所提及的「一實施例」、「某些實施例」、「一個或更多個實施例」或「實施例」意指本發明有至少一個實施例中包含了結合該實施例所描述的特定特徵、結構、材料或特性。因此,當在本案說明書全文各處中出現諸如「在一個或更多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一實施例中」或「在實施例中」等用語時,並不一定是指本發明的同一個實施例。更甚者,在一個或更多個實施例中,該等特定特徵、結構、材料或特性可採任意適當方式加以組合。
儘管文中已參照數個特定實施例來說明本發明,但應了解,這些實施例僅是用來說明本發明之原理與應用。所屬技術領域中熟悉該項技藝者將明白在不偏離本發明精神及範圍的情況下,當可對本發明方法及設備做出各種修飾和變化。因此,本發明包括該些落入後附請求項範圍內的修飾及變化及其等效物。
Claims (19)
- 一種沉積一含錳膜的方法,該方法包括:使一基板表面接觸一具有一以下所示結構的錳前驅物:
- 如請求項1所述之方法,其中L代表三個分別的配位基,該三個分別的配位基是相同的。
- 如請求項1所述之方法,其中該基板表面同時或實質同時地接觸該三級胺及該錳前驅物。
- 如請求項1所述之方法,其中該基板表面依序地或實質依序地接觸該三級胺及該錳前驅物。
- 如請求項1所述之方法,其中該三級胺包括三甲胺、三乙胺、N,N-二甲基乙胺及N,N-二乙基甲胺。
- 如請求項1所述之方法,其中該前驅物具有一以下所示結構:
- 如請求項1所述之方法,其中該方法導致沉積一含氮化錳的膜。
- 如請求項7所述之方法,其中該含氮化錳的膜具有一通式MnNx,其中x具有一約0.1至約4之值。
- 如請求項1所述之方法,進一步包括重複進行使該基板表面接觸該錳前驅物及接觸該三級胺的步驟。
- 如請求項1所述之方法,其中該錳前驅物為同配位基錯合物。
- 一種沉積一含錳膜的方法,該方法包括:使一基板表面接觸一具有一以下所示結構的錳前驅物:
- 如請求項11所述之方法,其中該錳前驅物為同配位基錯合物。
- 如請求項11所述之方法,其中該基板表面同時或實質同時地接觸該三級胺及該錳前驅物。
- 如請求項11所述之方法,其中該基板表面依序地或實質依序地接觸該三級胺及該錳前驅物。
- 如請求項11所述之方法,其中該三級胺包括三甲胺、三 乙胺、N,N-二甲基乙胺及N,N-二乙基甲胺。
- 如請求項11所述之方法,其中所沉積的是一含氮化錳的膜。
- 如請求項16所述之方法,其中該含氮化錳的膜具有一通式MnNx,其中x具有一約0.1至約4之值。
- 如請求項11所述之方法,進一步包括重複進行使該基板表面接觸該錳前驅物及接觸該三級胺的步驟。
- 一種沉積一含錳膜的方法,該方法包括:使一基板表面接觸一具有一以下所示結構的錳前驅物:
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