TWI708858B - 含鋁與氮之物質的選擇性沈積 - Google Patents
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Abstract
提供的方法選擇性沉積含鋁與氮之物質於基底的第一導電表面上,其是相對於同一基底的第二介電表面。在一些方面也提供用在積體電路製程中形成含鋁與氮保護層或蝕刻終止層的方法。
Description
本發明是有關於一種含鋁與氮物質的選擇性沉積法,例如含鋁與氮的薄膜在基底相對於第二表面的第一表面上。
積體電路現今是由複雜的製程所製造,其中多種物質層在預定的安排下,會依序建構在半導體基底上。
於半導體基底上對物質的預定安排通常是將物質沉積於整個基底表面上,接著移除基底上預定區域的物質來完成,例如沉積遮罩層以及接續的選擇性蝕刻製程。
在某些情況下,在基底上製造積體表面所包含的多個步驟,可以利用選擇性沉積製程來簡化。其中,將物質選擇性沉積於相對於第二表面的第一表面上,而不需要或減少後續的作業。於此所揭露的方法,用於選擇性沉積在基底的第一表面,是相對於基底的第二而不同的表面。
就一些方面來說,提供含鋁與氮物質的選擇性沉積製程。在一些實施例中,含鋁與氮物質被沉積於基底的第一表面,其相對於相同基底的第二介電表面與不同表面的第一表面上,在有一個或多個沉積週期的製程中,其方法包括將基底與含鋁第一氣相前驅物接觸,以及將基底與含氮第二氣相前驅物接觸。在一些實施例中,含鋁與氮物質在一次或多次沉積週期中,被沉積於基底的第一表面上,其相對於相同基底的第二矽-氧表面,其方法包括將基底與含鋁第一氣相前驅物接觸,以及將基底與含氮第二氣相前驅物接觸。在一些實施例中,含鋁與氮物質在一次或多次沉積週期中,被沉積於基底的第一表面上,其相對於同一基底的第二非導電表面,其方法包括將基底與含鋁第一氣相前驅物接觸,以及將基底與含氮第二氣相前驅物接觸。在一些實施例中,含鋁與氮物質在一次或多次沉積週期中,被沉積於基底的第一表面上,其相對於同一基底的第二介電表面,其選擇性大於約50%。在一些實施例中,第一表面包括銅、氮化鈦、鎢及氮化矽的至少其一。在一些實施例中,含鋁與氮物質為氮化鋁薄膜。在一些實施例中,氮化鋁薄膜包括氧。
在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物為有機金屬鋁化合物。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物不包括鋁以外的任何金屬。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物有化學式R3Al,其中每一R可為獨立選自C1~C4烷基。在一些實施例中,含鋁第
一氣相前驅物不包括鹵化物。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物包括一個氯配位體與至少兩個烷基配位體。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物包括至少一氫配位體與至少一烷基配位體。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物不包括氮、矽或氧。在一些實施例中,含鋁第一氣相前驅物包括三乙基鋁(triethylaluminum,TEA),三甲基鋁(trimethylaluminum,TMA)或三叔丁基鋁(tritertbutylaluminum,TTBA),含氮第二氣相前驅物含有氨。
在一些實施例中,第二介電表面含有矽-氧鍵。在一些實施例中沉積製程包括熱原子層沉積(ALD)製程。在一些實施例中沉積製程在至少2連續沉積週期中不包括電漿。在一些實施例中,沉積製程更包括在第一次沉積週期前將基底曝露於前處理反應物。在一些實施例中前處理反應物包括電漿。在一些實施例中,將基底曝露於前處理反應物在第一次沉積週期前可增強選擇性大於約2倍。在一些實施例中,沉積製程更包括在至少一次沉積週期後將基底曝露於電漿中。在一些實施例中,基底於曝露於電漿中在大於10次沉積週期後。
在一些實施例中含鋁與氮物質包括稀釋氫氟酸蝕刻選擇性,相對於二氧化矽。在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於同一基底的第二介電表面的比率大於約10:1,其中含鋁與氮物質沉積在基底上的第一表面上的厚度大於約5奈米。在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,
其相對於相同基底的第二介電表面的比率大於約10:1,其中含鋁與氮物質沉積在基底上的第一表面上的厚度大於約1奈米。在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於相同基底的第二介電表面的比率大於約10:1,其中沉積製程包括約1至25次之間的沉積週期。在一些實施例中,在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於相同基底的第二介電表面的比率大於約10:1,其中沉積製程包括約在1至150次之間的沉積週期。在一些實施例中,約在1至25次間的沉積週期之後,約少於0.1奈米的含鋁與氮物質沉積於基底的第二介電表面。在一些實施例中,含鋁與氮物質與二氧化矽的濕式蝕刻速率的比例少於約1:5。
在一些實施例中,基底的第二介電表面覆蓋在源極/汲極區域上,沉積製程更包括移除基底的第二介電表面,將源極/汲極區域曝露並形成接觸窗於裸露的源極/汲極區域上。
就一些方面,提供製程將氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對相同基底的第二介電表面。在一些實施例中製程可能包括一次或更多的沉積週期,包括交替地和依序將基底接觸氣相三叔丁基鋁與氣相氨。在一些實施例中氮化鋁是以大於約50%的選擇性,沉積於基底的第一表面上,其相對於同一基底的第二介電表面。在一些實施例中第二介電表面包括矽-氧鍵。在一些實施例中,沉積製程包括熱原子層沉積製程。在一些實施例中沉積製程在至少2連續沉積週期中不包括電漿。在一些實施例中,
沉積製程更包括將基底曝露於前處理反應物在第一次沉積週期前。在一些實施例中前處理反應物包括電漿。在一些實施例中,沉積製程可能包括一部份或所有前述之實施例。
就一些方面,提供製程使在自我對準接觸窗形成中以形成蝕刻終止層。在一些實施例中,製程可能包括提供半導體基底,其基底包括第一表面和第二介電表面覆蓋在源極/汲極區域上,去除基底的第一表面的一部分以形成一凹陷於其中,選擇性沉積一含鋁與氮物質於相對於第二介電表面的第一表面上,去除基底的第二介電表面使基底的源極/汲極區域裸露,接著形成接觸窗於裸露的源極/汲極區域上。在一些實施例中,第一表面包括銅、氮化鈦、鎢及氮化矽的至少其一。在一些實施例中,含鋁與氮物質為氮化鋁薄膜。在一些實施例中,氮化鋁薄膜含有氧。在一些實施例中,形成製程可能包括一部份或所有前述之實施例。
本發明更能被了解藉由實施方式與附圖,其中這些附圖意在說明,並不限制於此。
100、200:原子層沉積製程
110、120、130、140、150、160、170:步驟
210、220、230、240、250、260、270:步驟
300:自我對準接觸窗形成製程
301、302、303、304:步驟
400:自我對準接觸窗形成製程
401、402、403、404:步驟
圖1繪示選擇性沉積含鋁與氮物質於基底的第一表面上,其相對於同一基底的第二不同表面之沉積製程流程。
圖2繪示選擇性沉積鋁化氮於基底的第一表面上,其相對於同一基底的第二不同表面之沉積製程流程。
圖3繪示形成自我對準接觸窗結構之製程流程。
圖4繪示形成自我對準接觸窗結構之另一製程流程。
圖5繪示沉積物質厚度與沉積週期關係圖,含鋁與氮物質選擇性沉積於第一氮化鈦表面上,其相對於第二二氧化矽表面。
圖6繪示沉積物質厚度與沉積週期關係圖,含鋁與氮物質選擇性沉積於第一氮化鈦表面上,其相對於二氧化矽與自然氧化層第二表面。
圖7繪示沉積物質厚度與沉積週期關係圖,含鋁與氮物質選擇性沉積於第一氮化鈦表面上,其相對於第二自然氧化層表面。
圖8繪示沉積物質厚度與沉積週期關係圖,含鋁與氮物質選擇性沉積於第一氮化鈦或鎢表面上,其相對於第二二氧化矽層表面。
在一些情況下,期望含鋁與氮物質如氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於相同基底的第二不同表面。例如,含鋁與氮物質的選擇性沉積可形成覆蓋層、阻擋層或是蝕刻終止層,如接觸窗蝕刻終止層。例如,含鋁與氮物質在基底的第一表面的沉積選擇性優於第二不同表面,如相同基底的介電表面。
在一些實施例中,提供基底包括第一表面與第二不同表面,與含鋁與氮物質選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於第二表面,其利用複數沉積週期的原子層沉積製程,採用交替性
與依序性地將基底接觸於含鋁第一氣相前驅物與含氮第二氣相前驅物。在一些實施例中,選擇性沉積之含鋁與氮物質是氮化鋁。
在一些實施例中,含鋁與氮物質如氮化鋁,選擇性沉積於基底的金屬表面上,其基底包括導電表面與介電表面。在一些實施例中,氮化鋁選擇性沉積於基底的第一導電表面如銅、鎢或氮化鈦表面,其相對於相同基底的第二介電表面如二氧化矽或低介電常數表面。在一些實施例中,氮化鋁選擇性沉積於第一表面不是導電表面如氮化矽表面,其相對於相同基底的第二介電表面如氧化矽或低介電常數表面。在一些實施例中氮化鋁選擇性沉積於銅表面上,其相對於第二不同表面。在一些實施例中氮化鋁選擇性沉積於鎢表面上,其相對於第二不同表面。在一些實施例中氮化鋁選擇性沉積於氮化鈦表面上,其相對於第二不同表面。在一些實施例中氮化鋁選擇性沉積於氮化矽表面上,其相對於第二不同表面。
原子層沉積製程是基於化學前驅物的控制與自我侷限表面反應。藉由基底交替式與依序式控制與前驅物接觸以避免氣相間的反應。氣相反應物在基底表面上彼此被區隔,舉例說明,藉由移除反應腔體與反應脈衝間的過量反應物與/或反應副產物。在一些實施例中,一個或更多的基底表面被交替式與依序式地與兩種或更多氣相前驅物或反應物接觸。基底表面與兩種或更多氣相
前驅物或反應物接觸。基底表面與氣相反應物接觸意味著反應物氣體在受限的短時間內接觸於基底表面,換句話說,可以理解的是,基底表面在受限的時間內曝露於每一氣相反應物。
簡要地,基底包括第一表面與第二不同表面的至少其一,在較低氣壓環境下,被加熱至適當的沉積溫度以提供基底表面上反應所需的活化能,沉積溫度一般被控制在低於反應物的分解溫度且高於反應物的凝結溫度。當然,任一原子層沉積反應其適當的溫度範圍取決於參與反應的表面端與反應物。在這裡,沉積溫度的變動依據前驅物的種類,一般低於約500℃,較佳者為約250℃至約500℃,更佳者為約275℃至約450℃,進而更佳者為約300℃至約425℃,最佳者為約325℃至約400℃。
基底的表面接觸於氣相第一反應物。在一些實施例中,一個脈衝的氣相第一反應物被提供至含有基底的反應空間中。在一些實施例中,基底被移動至含有氣相第一反應物的反應空間中。操作條件優先設定為,不超過約一個單層的第一反應物採自我侷限方式被吸附在基底表面上。適當的接觸時間可由熟練的技術人員根據特定狀況而迅速設定。過量的第一反應物與反應副產物如果有的話,從基底表面移除,如利用惰性氣體清潔或是在第一反應物存在下移除基底。
清潔意謂著將基底表面上的氣相前驅物與/或反應副產物移除,例如使用幫浦抽氣方式將腔體清空與/或通入如氬氣或氮氣之惰性氣體取代腔體內部的氣體。清潔時間一般為從約0.05至20
秒,較佳者為從約1至10秒,更佳者為從約1至2秒。然而如有需要其他清潔時間可能被運用,如階梯覆蓋於非常高深寬比之結構或其他複雜表面形貌結構的需求。
基底的表面接觸於氣相第二氣態反應物。在一些實施例中,一個脈衝第二氣相反應物被提供至含有基底的反應空間中。在一些實施例中,基底被移動至含有氣相第二反應物的反應空間中。表面反應的過量第二反應物與氣態副產物如果有的話,從基底表面移除。接觸步驟與移除步驟一直重複,直到指定厚度的薄膜厚度在基底第一表面上選擇性形成為止,其每一週期會留下不到約一層的分子單層。附加階段包括以交替與依序將基底表面接觸反應物,可包括形成更複雜的物質,如三元物質。
如先前所述,每一製程的每一階段皆有自我侷限機制。過量的反應前驅物產生於每一階段飽和受影響的結構表面。表面飽和確保反應物填滿了所有的反應位置,(主題,例如,如物理尺寸或立體位阻限制)並確保完美的階梯覆蓋性。物質的不到一個分子層被沉積於每一沉積週期,然而,在一些實施例中多於一個的分子層沉積於沉積週期中。
移除過量反應物可包含將反應空間清空與/或使用如氦氣、氮氣等其他惰性氣體清潔反應空間。在一些實施例中,清潔可包括關閉反應氣體流動與使惰性載流氣體持續流入反應空間中。
基底包括多種材質。基底一般包含了多種不同化學與物
理特性的薄膜。例如,但並不限制於此,基底可能包含一介電層與金屬層。在一些實施例中基底可包括金屬碳化物。在一些實施例中基底包括導電氧化物。
較佳的基底包括導電表面的第一表面如金屬或金屬表面。在一些實施例中第一表面包含一或多個過渡金屬。過渡金屬可選擇自:鈦、釩、鉻、錳、銣、鉬、釕、銠、鈀、銀、金、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥與鉑。在其他實施例中過度金屬可選擇自:鐵、鈷、鎳。在一些實施例中較佳的第一表面包含銅。在一些實施例中第一表面包含貴金屬。貴金屬可選擇自:金、鉑、銥、鈀、鋨、銀、錸、銠、與釕。在一些較佳的實施例中第一表面包括銅、鎢、氮化鈦或氮化矽的至少其一。
在一些實施例中第一表面可能包括一種以上的物質如氮化鈦與氮化矽。
在一些實施例中第一表面包括金屬矽化物如過渡金屬矽化物。在一些實施例中,第一表面包括金屬化薄膜如過渡金屬碳化物或含碳過渡金屬材料。在一些實施例中第一表面可能包括鋁。在一些實施例中第一表面包括金屬或金屬化材料合金。
第二表面較佳者為介電表面,如氧化矽、氧化鍺或低介電常數表面。在一些實施例中介電物質包括二氧化矽。在一些實施例中介電物質是多孔材料。在一些實施例中多孔介電物質包括彼此連接的微孔結構,而在其他實施例中微孔結構沒有彼此連接。在一些實施例中介電物質包括低介電常數絕緣材料,其介電
常數低於約4.0。在一些實施例中,低介電常數物質的介電常數低於約3.5、低於約3.0、低於約2.5和低於約2.3。在一些實施例中第二表面包括矽-氧鍵。在一些實施例中第二表面被去活化,如受到電漿處理。在一些實施例中第二表面是非導體表面。在一些實施例中第二表面的電阻係數大於約1ohm.m。在一些實施例中第二表面包含矽-氧鍵且電阻係數低於約1ohm.m。介電物質這術語在此,與第一表面、金屬表面或金屬化表面作簡單區別。除非相對於特定的實施方式說明,否則介電物質在本發明應用是被知悉為泛指所有具有非常高電阻係數之平面。
用於原子層沉積的前驅物在標準條件下(室溫與一大氣壓)可能為固體、液體或氣體物質,在前驅物接觸基底表面前須先將前驅物態相轉為氣態。將基底表面接觸氣態化前驅物意味著前驅物氣體在受限制的時間內與基底表面接觸。通常,接觸時間約0.05至10秒。然而根據基底類型與其表面面積,接觸時間可能大於10秒。接觸時間在一些情況下可為數分鐘。最佳接觸時間可由熟練的技術人員根據特定狀況而判斷。
前驅物的質量流量控制,可由熟練的技術人員控制。在一些實施例中,但並不限制於此,金屬前驅物的流量較佳者為約1至1000sccm之間,更佳者為約100至500sccm之間。
反應腔氣壓為從約0.01至約20mbar,更佳者為從約1至約10mbar。然而在一些情況中氣壓將會高於或是低於此範圍,可由熟練的技術人員根據特定狀況而判斷。
開始沉積薄膜前,基底通常被加熱至適當成長溫度。成長溫度會根據薄膜形成之種類、前驅物之物理特性等因素而變化。成長溫度會在下面更詳細地參照薄膜形成的每一類型討論。成長溫度可低於被沉積物質的結晶溫度則形成非晶相薄膜,成長溫度若可高於被沉積材料的成核溫度則形成晶相化薄膜。較佳的沉積溫度可能根據以下因素變化,但並不限制於此,如反應前驅物、氣壓、流量、反應器的安排、沉積薄膜的結晶溫度與基底的成分與其材料性質。特定成長溫度可由熟練的技術人員選擇。
反應器能夠利用於沉積法成長薄膜。反應器能提供前驅物包括原子層沉積反應器,以及配有相當設備的化學氣相沉積反應器。根據一些實施例,具有噴氣頭部件之反應器有可能被使用。
適當的市售反應器可能被使用,包括F-120®反應器、F-450®反應器、Pulsar®系列如Pulsar® 2000與Pulsar® 3000、EmerALD®反應器與Advance® 400系列反應器,其供應商為位於美國亞利桑那州,鳳凰城的ASM America,Inc.與荷蘭,阿爾梅勒的ASM Europe B.V.。其他適當反應器的供應商為位於日本,東京的ASM Japan K.K,其商品名為Eagle® XP and XP8。
在一些實施例中,可能使用批量反應器。適當的批量反應器可由美國亞利桑那州,鳳凰城的ASM America,Inc.與荷蘭,阿爾梅勒的ASM Europe B.V.所提供的ALDA400TM與A412TM沉積系統,而並不限制於此。在一些實施例中,垂直式批量反應器被利用,其中的承載舟在製程中旋轉,如A412TM。在一些實施例中,
晶片在製程中旋轉。在一些實施例中批量反應器的晶片與晶片之間的均勻性小於3%(一個標準差),小於2%,小於1%或更低。
成長法可被選擇將反應器或反應空間連結於一群集式工具。群集式工具中,由於每一反應空間專屬用於一種製程,每一模組的反應空間的溫度可以被維持固定,可以改善單一反應器每一次製程前需要加熱基底的缺點,增加產能。
獨立反應器配有加載互鎖機制,在這機制下每一次運作間不需要另外冷卻其反應空間。
較佳者,形成含氮與鋁之物質,每一原子層沉積週期包含至少二個不同階段。將基底接觸於第一前驅物而接著移除基底表面上的過量前驅物與反應副產物,製程可能被討論為階段,可能簡稱第一階段、第一前驅物階段、鋁階段、鋁前驅物階段、第一鋁階段與/或第一鋁前驅物階段。第一階段中含鋁第一前驅物接觸基底,在基底表面上形成不到一層以上之單層材料。在第二階段中,將基底接觸含氮第二前驅物,可能轉換被吸附的含鋁第一前驅物為含氮與鋁物質。基底接觸含氮第二前驅物,接著移除基底的表面上的過量前驅物與反應副產物,製程可能被討論為階段,可能簡稱二階段、第二前驅物階段、氮階段、氮前驅物階段、第二氮階段與/或第二氮前驅物階段。提供一種或更多前驅物可能需要載流氣體的輔助如氮氣、氬氣或氦氣。附加階段的可能增加與階段的可能減少根據最終薄膜的組成而調整。
參照圖一與根據較佳實施例,含鋁與氮物質被選擇性沉
積於基底的第一表面上,其基底包括第一表面與第二不同表面,採用原子層沉積製程100且包含至少一次沉積週期。
將基底與含鋁第一氣相前驅物接觸如步驟120。
移除基底上的過量前驅物與反應副產物,如果有的話,如步驟130。
將基底與第含氮二氣相前驅物接觸如步驟140。
移除基底上的過量前驅物或任何氣態反應副產物如步驟150。
可選擇重複執行接觸與移除步驟直到期望厚度的含氮與鋁物質形成如步驟160。
在一些實施例中,一個或更多基底的表面可能被執行前處理製程在開始沉積製程100前。在一些實施例中,前處理製程可能增強製程100的選擇性。在一些實施例中,在執行沉積步驟100之前,執行前處理製程可能增強含鋁與氮物質在一平面上的沉積,相對於單一或更多不同平面。在一些實施例中,在執行沉積步驟100之前,執行前處理製程可能抑制含鋁與氮物質在一平面上的沉積,相對於單一或更多不同平面。在圖1中,這是由步驟110標示,於沉積含鋁與氮物質前基底可曝露於前處理反應物,如電漿。
在一些實施例中,前處理製程可能包括將基底曝露於前處理物質。在一些實施例中,前處理物質可能包括氧。在一些實施例中,前處理物質包括氧原子團、氧原子、氧電漿或其以上之
組合物。在一些實施例中,前處理物質可能包括氮。在一些實施例中,前處理物質包括氮原子團、氮原子、氮電漿或其以上之組合物。在一些實施例中,前處理物質可能包括氫。在一些實施例中,前處理物質包括氫原子團、氫原子、氫電漿或其以上之組合物。
在一些實施例中,利用前處理製程,其中將基底曝露於含氧電漿之前處理反應物,例如,提供氧氣流量可能為從約1至約2000sccm,較佳者為約5至約1000sccm,更佳者為從約50至約500sccm。在一些實施例中,提供氧氣流量可能為從約300sccm。在一些實施例中,利用前處理製程,其中將基底曝露於含氮電漿之前處理反應物,例如,提供氮氣流量可能為從約1至約5000sccm,較佳者為從約5至約2000sccm,更佳者為從約50至約500sccm。在一些實施例中,提供氮氣流量可能為從約300sccm。在一些實施例中,利用前處理製程,其中將基底曝露於含氫電漿之前處理反應物,例如,提供氫氣流量可能為從約1至約2000sccm,較佳者為約5至約1000sccm,更佳者為從約10至約100sccm。在一些實施例中,提供氫氣流量可能為約50sccm。相似的條件能夠用於其他類型的電漿。
在一些實施例中,前處理製程可能包括在前處理溫度下,將基底曝露於前處理反應物。在一些實施例中前處理溫度可能大於約20℃。在一些實施例中前處理溫度可能為約20℃至約500℃之間,較佳者為約50℃至約450℃之間,較佳者為約150℃至約
400℃之間。在一些實施例中前處理溫度可能與沉積溫度相似。在一些實施例中前處理溫度可能與沉積溫度不同。在一些實施例中電漿可能在低於2500瓦的功率下產生,例如約1至約1000瓦,約1至約500瓦,約1至約200瓦或更低。在一些實施例中電漿可能在50瓦的功率產生。在一些實施例中電漿可能在100瓦的功率產生。
在一些實施例中,電漿的提供時間低於約200秒,例如約為180秒或更低,約60秒或更低,約30秒或更低,約10秒或更低,或約3秒或更低。
在一些實施例中電漿由反應器形成。在一些實施例中電漿可能原位形成在基底上方或緊臨於基底。在一些實施例中電漿由遠程電漿產生器中的反應腔源頭產生,電漿被引導至反應腔以接觸基底。如熟練的技術人員可將理解,關於遠程電漿,到達基底的路徑被優化為以最大量之中性粒子與最少量的離子存活,於到達基底之前。
在一些實施例中,在選擇性沉積前,經前處理製程後的基底不被曝露於外在環境。在一些實施例中,在選擇性沉積製程前,經前處理製程後的基底不被曝露於空氣中。
在一些實施例中,前處理製程可能用於增強,後續進行之選擇性沉積製程的選擇性。在一些實施例中,前處理製程可能增強含鋁與氮物質在第一平面上的選擇性沉積,其相對於第二不同平面。在一些實施例中,前處理製程可能增強後續選擇性沉積
製程的選擇性,其大於2倍,約大於5倍,或約大於10倍。
在一些實施例中,前處理製程可能與後續沉積製程100在同一反應腔體或反應器中執行。在一些實施例中,前處理製程可能與後續沉積製程100在不同反應腔體或反應器中執行。
再一次提到圖1,在步驟120中,基底接觸含鋁第一氣相前驅物。在一些實施例中,第一前驅物被以氣相脈衝方式,引導進入反應腔接觸基底的表面。條件被優選使得形成不超過一層單層膜的前驅物以自我侷限方式被吸附於基底表面。然而在一些實施例中,條件可能被選擇為形成約多於一層前驅物單層膜。
第一前驅物較佳者以氣態形式被提供。如果物質表現出在製程條件下將足夠的蒸氣壓力傳送物質到工件在足夠的濃度飽和曝露表面,其第一前驅物氣體被討論為本發明的目的「揮發物」。
在一些實施例中,第一前驅物接觸基底約0.01秒至約60秒,約0.02秒至約30秒,約0.025秒至約20秒,約0.05秒至約5.0秒,約0.05秒至約2.0秒或約0.1秒至約1.0秒。
原子層沉積製程中的第一前驅物在標準條件下(室溫與一大氣壓)可能為固體、液體或氣體,在第一前驅物接觸基底表面之前是以氣態提供。
在步驟130中過量第一前驅物與反應副產物,如果有,自基底表面上被移除,例如利用脈衝惰性氣體清潔如氮氣或氬氣等。清潔反應腔體意謂著將反應腔體內的氣相前驅物與/或氣相副產物移除,方法如使用幫浦抽氣方式將腔體清空與/或將反應器內
部的氣體取代為惰性氣體如氬氣或氮氣。通常清潔時間從約0.05至約20秒,較佳者為約1至約10秒之間,更佳者為約1至約2秒之間。然而,其他清潔時間也會被運用,如階梯覆蓋於非常高深寬比之結構或其他複雜的表面形貌被需要。最佳清潔時間可由熟練的技術人員根據特定狀況而迅速判斷。
在其他實施例中,然而,移除過量第一前驅物與反應副產物,如果有,可能包括移動基底使得第一前驅物不再接觸基底。在一些實施例中,沒有前驅物被移除自腔體的各部份。在一些實施例中,基底從含有第一前驅物的腔體,移至含有第二前驅物或沒有前驅物的腔體。在一些實施例中,基底從第一反應腔體移至第二不同的反應腔體。
在步驟140,將基底接觸於含氮第二氣相前驅物。在一些實施例中,含氮第二氣相前驅物被脈衝導入腔體,並與基底的第一表面上的第一前驅物結合。反應通常形成至約單層的含鋁與氮物質在基底上。而在一些實施例中,多於一分子層以上的含鋁與氮物質會形成於基底上。
在一些實施例中,第二前驅物可能包含氮電漿或氮原子團。在一些實施例中,氮氣被反應腔或源頭的反應腔提升能量。電漿是被期望的,未提升能量的第二前驅物可能包括有一種類型的清潔氣體,使得基底曝露於氮電漿的所需時間後,電漿產生器可能被關閉並自行通入氮前驅物以用於清潔反應腔體,其含有過量氮電漿與未被反應的副產物。
而熟練的技術人員可辨識第二前驅物的任何數量,適當的第二前驅物包括含氮化合物,能夠與先前與後續的第一前驅物配位體結合。適當的第二前驅物的選擇可取決於所使用的特定第一前驅物,和第一前驅物的配位體性質。
在一些實施例中,第二前驅物接觸基底約0.01秒至約60秒,約0.02秒至約30秒,約0.025秒至約20秒,約0.05秒至約5.0秒,或約0.1秒至約1.0秒。而根據反應器種類、基底種類與表面面積,第二前驅物的接觸時間可能甚至超過10秒。在一些實施例中,接觸時間可能達到數分鐘。最佳接觸時間可由技術人員根據特定狀況而迅速判斷。
第二前驅物在反應腔內的濃度體積比為約0.01%至約99.0%。且第二前驅物流經反應腔的流量為約1sccm與約4000sccm之間。
步驟150中基底上的過量第二前驅物與表面反應的氣相副產物,如果有,會被移除,如前述之步驟130。在一些實施例中,過量第二前驅物與反應副產物,較佳者藉由惰性氣體的幫助移除。
接觸與移除步驟可選擇重複如步驟160直到期望厚度的含鋁與氮物質形成於基底的第一表面上,每一沉積週期留下不多於一層的分子單層。在某些情況下,至少一種前驅物的至少部份分解是可能被期望。在一些實施例中,製程條件可能被選擇,使得在每一週期可形成大於一個分子層的含鋁與氮物質於基底上。
本發明的含鋁與氮物質的原子層沉積製程可包括一次或
更多的沉積週期。在一些實施例包含重覆至少約5次沉積週期,至少約10次沉積週期,至少約50次沉積週期。在一些實施例中,不超過100次沉積週期以完成期望厚度的薄膜。
在一些實施例中,基底表面與/或含鋁與氮物質可能會受到電漿處理製程。如圖1之步驟170所示。在一些實施例中,電漿處理製程可能在執行一次以上的沉積週期之後進行。在一些實施例中,電漿處理製程可能在沉積含鋁與氮物質前持續執行或結束。在一些實施例中,電漿處理製程可能在每約10次沉積週期後執行,每約20次沉積週期後執行,或每約50次沉積週期後執行。在一些實施例中,至少2次連續沉積週期沒有電漿處理製程。在一些實施例中,至少5或10次沉積沒有電漿處理製程。在一些實施例中,在任一沉積製程已經執行之前可進行電漿處理製程,即在任一沉積週期前執行。
在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能相同於沉積製程步驟100所使用之反應腔或反應器。在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能不同於沉積製程步驟100所使用之反應腔或反應器。
在一些實施例中,電漿在反應器中形成。在一些實施例中,電漿可能原位形成在基底上方或緊臨於基底。在一些實施例中電漿由遠程電漿產生器中的反應腔源頭產生,電漿被引導至反應腔以接觸基底。如熟練的技術人員可將理解,關於遠程電漿,到達基底的路徑被優化為以最大量之中性粒子與最少量的離子存
活,於到達基底之前。
在一些實施例中,含鋁與氮物質可藉由複數次沉積週期進行沉積,及電漿處理可於一次或多次進行,例如,沉積前、每一次沉積週期之後、在預先確定的間隔沉積之間,或到期望厚度的含鋁與氮物質形成之後。
在一些實施例中,電漿處理製程包括將基底曝露於直接電漿。在一些實施例中,電漿處理製程包括將基底曝露於遠程電漿。在一些實施例中,電漿處理製程包括將基底曝露於電漿放電中的受激發物質或原子化物質,但不包括大量離子。在一些實施例中,電漿包括氧。在一些實施例中,電漿包括氮。雖然是電漿處理製程,但在一些實施例中,反應氧物質不被包括在被使用的電漿中,如臭氧。在一些實施例中,電漿包括氫。
在一些實施例中,執行前處理製程或電漿處理製程,將基底曝露於包含氧電漿的反應物。氧氣可能被提供作為來源氣體,例如,約1至約2000sccm,較佳者為約5至約1000sccm,更佳者為約50至約500sccm。在一些實施例中,氧氣供應流量可能為約300sccm。
在一些實施例中,執行前處理製程或電漿處理製程,將基底曝露於包含氮電漿反應物。氮氣可能被提供作為來源氣體,例如,約1至約5000sccm,較佳者為約5至約2000sccm,更佳者為約50至約500sccm。在一些實施例中,氮氣供應流量可能為約300sccm。
在一些實施例中,執行前處理製程或電漿處理製程,將基底曝露於包含氫電漿反應物。在一些實施例中,氫氣可能被提供作為來源氣體,例如,約1至約2000sccm,較佳者為約5至約1000sccm,更佳者為約10至約100sccm。在一些實施例中,氫氣供應流量可能為約50sccm。相同條件可用於其他種類的電漿。
在一些實施例中,電漿處理製程可能包括將基底接觸於反應物,在處理溫度下。在一些實施例中,處理溫度可能高於約20℃。在一些實施例中,處理溫度可能為約20℃至約500℃之間,較佳者為約50℃至約450℃之間,較佳者為約150℃至約400℃之間。在一些實施例中,電漿處理製程可能約與前處理溫度相似。在一些實施例中,電漿處理製程可能與前處理溫度不同。
在一些實施例中電漿可能在低於2500瓦的功率下產生,例如約1至約1000瓦,約1至約500瓦,約1至約200瓦或更低。在一些實施例中電漿可能在50瓦的功率產生。在一些實施例中電漿可能在100瓦的功率下產生。
在一些實施例中,電漿提供為低約200秒,例如約180秒或更低,約600秒或更低,約30秒或更低,約10秒或更低,或約3秒或更低。
在一些實施例中,電漿處理製程170可能與前處理製程110大致相同。
雖然圖示中的含鋁與氮物質沉積週期,開始於基底表面含鋁接觸第一氣相前驅物,而其他實施例中沉積週期開始於基底
表面接觸含氮第二氣相前驅物。熟練的技術人員可了解在沉積週期中,將基底接觸於含鋁第一氣相前驅物與含氮第二氣相前驅物是可以互換的。
在一些實施例中,移動基底,使得不同的反應物可在預定安排與指定時間控制下,交替或依序接觸基底表面。在一些實施例中,不執行移除步驟130與150。在一些實施例中,沒有反應物可能從腔體的各個部份中被移除。在一些實施例中,基底從含有第一反應物的腔體部件,被移動至含有另一反應物的腔體部件。在一些實施例中,基底從第一反應腔體被移動至第二不同反應腔體。
熟練的技術人員可依照選定的前驅物判斷最佳反應物氣化溫度。熟練的技術人員可依照選定的前驅物性質與含鋁與氮物質的沉積特性,經由常規實驗決定最佳反應物接觸時間。
含鋁與氮物質的成長速率取決於反應條件而變化,如下所述,初期實驗中成長速率的變化在約0.01至約2.0Å/沉積週期之間。在一些實施例中,成長速率可能從約0.01至約2.0Å/沉積週期,較佳者從約0.1至約2.5Å/沉積週期,更佳者為約0.3至約2.0Å/沉積週期。
在一些實施例中,含鋁與氮物質包括薄膜。在一些實施例中,含鋁與氮物質包括氮化鋁。在一些實施例中,含鋁與氮物質為氮化鋁。在一些實施例中,含鋁與氮物質為鋁與氮所組成。在一些實施例中,附加反應物可用於合併,或貢獻其他物質至薄
膜中,例如氧的加入成為鋁氮氧化物。在一些實施例中,除了氮以外,附加非金屬元素是被期望的,用於形成含鋁與氮物質的原子層沉積製程可能包括除了初期鋁階段與氮階段以外的其他階段,例如當鋁氮氧化物是被需要的,就可能包括氧化階段。氧化階段中,氧或含氧前驅物被提供至反應腔中並被允許接觸基底表面。氧化階段可能是一次或多次沉積週期中的一部份。在一些實施例中,第二金屬階段可能被提供在一次或多次沉積週期中。氧化階段或其他被需要的製程階段可跟隨鋁階段或氮階段。但在另一情況,在一些實施例中,在下一個階段前移除反應空間中的過量氧(或其他反應物)與任何反應副產物,是需要的。在一些實施例中,附加階段,例如氧或附加金屬階段可能被提供在最後沉積週期之後,或是閒歇性提供在沉積製程中。
在一些實施例中,沉積含鋁與氮物質於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面至少為約90%的選擇性,至少為約95%的選擇性,至少為約96%、97%、98%、99%或更高的選擇性。在一些實施例中,含鋁與氮物質的沉積僅發生於第一表面上而不發生於第二表面上。在一些實施例中,沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇性至少約80%,其選擇性已足夠可用於其他應用。在一些實施例中,沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇性至少約50%,其選擇性已足夠可用於其他應用。
在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,
其相對於基底的第二表面的選擇比例可能大於等於約10:1,大於等於約20:1,或大於等於約40:1。在一些實施例中,當沉積於基底的第一表面的含鋁與氮物質厚度大於約5nm,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇比例可能大於等於約10:1,大於等於約20:1,或大於等於約40:1。在一些實施例中,當沉積於基底的第一表面的含鋁與氮物質厚度大於約2.5nm,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇比例可能大於等於約10:1,大於等於約20:1,或大於等於約40:1。在一些實施例中,當沉積於基底的第一表面的含鋁與氮物質厚度大於約1nm,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇比例可能大於等於約10:1,大於等於約20:1,或大於等於約40:1。
在一些實施例中,含鋁與氮物質沉積於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面的選擇比例可能大於等於約10:1,大於等於約20:1,或大於等於約40:1,當含鋁與氮物質沉積包括約0至約25次沉積週期之間,約0至約50次沉積週期之間,約0至約100次沉積週期之間,或約0至約150次沉積週期之間。在一些實施例中,小於約0.1nm含鋁與氮物質沉積於基底的第二表面上,當含鋁與氮物質沉積製程包括約0至約25次沉積週期之間,約0至約50次沉積週期之間,約0至約100次沉積週期之間,或約0至約150次沉積週期之間。
在一些實施例中,含鋁與氮物質具有相對於二氧化矽的
蝕刻選擇性,含鋁與氮物質的蝕刻速率低於二氧化矽,例如使用稀釋的氫氟酸。在一些實施例中,使用稀釋氫氟酸(0.5%),含鋁與氮物質具有濕式蝕刻速率(wet etch rate,WER)不到熱氧化移除速率的1/5,其熱氧化濕式蝕刻速率約2-3nm/min。在一些實施例中,含鋁與氮物質的濕式蝕刻速率相對於熱氧化矽(SiO2,TOX),小於約0.2,其經過0.5%稀釋氫氟酸蝕刻。在一些實施例中,含鋁與氮物質的濕式蝕刻速率相對於熱氧化矽(SiO2,TOX),小於約0.1,其經過0.5%稀釋氫氟酸蝕刻。
如圖2,在一些實施例中,提供基底包括第一表面與第二介電表面,與氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,藉由週期式沉積製程200包括至少一個沉積週期。
將基底接觸於氣相三甲基鋁如步驟220。
移除表面上的過量三甲基鋁與反應副產物如步驟230。
將基底接觸於氣相氨如步驟240。
移除表面上的過量氨與反應副產物如步驟230,以及可選擇重複執行接觸與移除步驟直到達到期望厚度的氮化鋁薄膜形成。
雖然圖示中的氮化鋁沉積週期,開始於三甲基鋁接觸基底表面,而其他實施例中沉積週期開始於氨接觸基底表面。熟練的技術人員可了解在沉積週期中,將基底接觸於三甲基鋁與氨是可以互換的。
在一些實施例中,基底的一個或多個表面可能在開始沉
積製程前,執行前處理製程。在一些實施例中,前處理製程可能提高選擇性沉積製程200的選擇性。在一些實施例中,在開始沉積製程前,前處理製程可能增強氮化鋁在單一平面上的沉積性,其相對於一或多個不同平面。在開始沉積製程前,前處理製程可能抑制氮化鋁在單一平面上的沉積性,其相對於一或多個不同平面。在圖2中的步驟210,基底可於沉積含鋁與氮物質前,曝露於前處理反應物中,例如電漿。
在一些實施例中,基底表面與/或氮化鋁薄膜可選擇執行電漿處理製程,如圖2步驟270中。在一些實施例中,電漿處理製程可能大致與圖1中電漿處理製程170相似。在一些實施例中,電漿處理製程270可能大致與前處理製程210相似。在一些實施例中,電漿處理製程可能在大於一次沉積週期執行後執行。在一些實施例中,電漿處理製程可能在沉積氮化鋁膜前持續執行或結束。在一些實施例中,電漿處理製程可能在大於約10次沉積週期後執行,大於約20次沉積週期後執行,或大於約50次沉積週期後執行。在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能相似於沉積製程步驟200。在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能不同於沉積製程步驟200。
在一些實施例中,提供基底包括第一表面與第二介電表面,與含鋁與氮物質選擇性沉積於基底的第一表面上,藉由週期式沉積製程包括至少一個沉積週期,包括交替式與依序式將基底接觸於氣相第一前驅物與氣相第二前驅物。在一些實施例中,第
一前驅物可能包括鋁,與第二前驅物可能包括氮。在一些實施例中,第一前驅物可能包括三叔丁基鋁,與第二前驅物可能包括氨。
在一些實施例中,提供基底包括第一表面與第二介電表面,與氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,藉由週期式沉積製程包括至少一個沉積週期,包括交替式與依序式將基底接觸於氣相第一前驅物與氣相第二前驅物。在一些實施例中,第一前驅物可能包括鋁,與第二前驅物可能包括氮。在一些實施例中,第一前驅物可能包括三叔丁基鋁,與第二前驅物可能包括氨。
在一些實施例中,提供基底,與氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,藉由週期式沉積製程包括至少一個沉積週期,包括交替式與依序式將基底接觸於氣相第一前驅物與氣相第二前驅物,其第一前驅物可能包括三叔丁基鋁,與第二前驅物可能包括氨。
在一些實施例中,在沉積前基底可能被執行前處理製程。在一些實施例中,前處理製程可能增強選擇性沉積的選擇性。在一些實施例中,在開始沉積製程前,前處理製程可能增強氮化鋁沉積於單一表面上的效果,其相對於一個或更多不同表面。在一些實施例中,在開始沉積製程前,前處理製程可能抑制氮化鋁沉積於單一表面上的效果,其相對於一個或更多不同表面。在一些實施例中,在沉積氮化鋁前,前處理製程可能包括將基底曝露於前處理反應物,例如電漿。
在一些實施例中,基底表面與/或氮化鋁薄膜可選擇被執
行電漿處理製程。在一些實施例中,電漿處理製程可能大致與電漿處理製程170與270相似,如圖1與圖2。在一些實施例中,電漿處理製程可能大致與前處理製程相似。在一些實施例中,電漿處理製程可能在大於一次沉積週期完成後執行。在一些實施例中,電漿處理製程可能在沉積氮化鋁前持續執行或結束。在一些實施例中,電漿處理製程可能在少於約10次沉積週期後執行,少於約20次沉積週期後執行,或少於約50次沉積週期後執行。在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能相同於沉積製程。在一些實施例中,執行電漿處理製程的反應腔或反應器可能不同於沉積製程。
許多不同的前驅物可用於選擇性沉積製程,所述如下。在一些實施例中,第一前驅物為含鋁有機金屬化合物。在一些實施例中,第一前驅物為烷基鋁化合物。在一些實施例中,第一前驅物不包括鋁以外的任何其他金屬。
在一些實施例中,第一前驅物為具有化學式R3Al之化合物,其中R可從甲基,乙基,丙基,異丙基,正丁基,異丁基和叔丁基之中單獨選擇。較佳者R可從甲基,乙基和叔丁基之中單獨選擇。在一些實施例中,R可為獨立選自C1~C4烷基。
在一些實施例中,第一前驅物包括Me3Al、Et3Al、或tBu3Al。在一些實施例中,第一前驅物為前述之三叔丁基鋁。如前
所述,在一些實施例中,第一前驅物為前述之三甲基鋁。
在一些實施例中,第一前驅物不是鹵化物。在一些實施例中,第一前驅物可能包括鹵素中的至少一個配位體,但並不是所有配位體。在一些實施例中,第一前驅物包括有一個氯配位體與在二個烷基配位體。在一些實施例中,第一前驅物為三氯化鋁(AlCl3)。
在一些實施例中,第一前驅物可能包括氫的至少一個配位體,但並不是所有配位體。在一些實施例中,第一前驅物可能包括至少一個氫配位體與至少一個烷基配位體。
在一些實施例中,第一前驅物不包括氮。在一些實施例中,第一前驅物不包括矽。在一些實施例中,第一前驅物不包括氧。在一些實施例中,第一前驅物不包括氮、矽或氧。
在一些實施例中,第二前驅物包括氮-氫鍵。在一些實施例中,第二前驅物為氨(NH3)。在一些實施例中,第二前驅物為分子氮。在一些實施例中,第二前驅物為含氮電漿。在一些實施例中,第二前驅物為含氮電漿如含氮與氫電漿。在一些實施例中,第二前驅物包括被活化或被激發的氮物質,在一些實施例中,第二前驅物可能是含氮氣體的脈衝,其可由氮反應物與惰性氣體混合而成,例如氬氣。
本發明的含鋁與氮物質可用於各種半導體應用。例如,含鋁與氮物質作為蝕刻終止層特別有用,如自我對準接觸窗形成製程中的接觸窗蝕刻終止層。自我對準源極/汲極接觸窗可提供一接觸窗黃光製程必須之錯位容許量。然而,標準的自我對準接觸窗形成製程需要多個金屬凹陷步驟、氮化矽填充步驟與一氮化矽之化學機械拋光步驟等附加製程步驟。
此外,在標準自我對準接觸窗製程中,氮化矽側壁間隙壁與蝕刻終止層未來尺寸的需求,由於增加元件的微型化可能產生接觸窗與金屬閘極間短路的風險,其因為間隙壁與蝕刻終止層的過渡蝕刻.
在一些實施例中,本發明的含鋁與氮物質可用於自我對準接觸窗形成製程中蝕刻終止層,其不包含金屬凹陷。在一些實施例中,本發明的含鋁與氮物質是蝕刻阻抗。圖3繪示了自我對準接觸窗形成製程,根據一些實施例,其含有含鋁與氮物質保護層,覆蓋層,或蝕刻停止層。在一些實施例中,自我對準接觸窗形成製程300如下。
提供半導體基底包括第一表面與第二不同表面覆蓋於源極/汲極區域如步驟301。
含鋁與氮保護層或蝕刻終止層如氮化鋁,被選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於第二表面,如步驟302。
第二表面被移除,例如使用濕式蝕刻製程如步驟303,以
及形成一接觸窗取代被移除之覆蓋於基底源極/汲極區域上之第二表面,如步驟304。
如步驟301,根據一些實施例,提供基底包括半導體。半導體基底包括第一表面與第二不同表面。在一些實施例中,第一表面包括導電表面。在一些實施例中,第一表面包括一或多種氮化金屬。在一些實施例中,第一表面可能包括導體閘極表面與/或間隙壁表面。例如在一些實施例中,第一表面可能包括氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁。第二表面較佳者為介電表面。在一些實施例中,介電物質包括二氧化矽。在一些實施例中,第二表面為假性接觸窗覆蓋於源極/汲極區域上。在一些實施例中,二氧化矽假性接觸窗直接覆蓋於源極/汲極區域上。
在一些實施例中半導體基底進行標準閘極拋光製程。一半導體基底可能進行習知的標準金屬閘極取代製程流程,以形成源極、閘極與汲極。在一些實施例中,半導體基底可能會執行化學機械拋光製程。
含鋁與氮保護層或蝕刻終止層選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於第二表面,如步驟302。在一些實施例中,含鋁與氮保護物質形成於氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁之上。在一些實施例中,含鋁與氮保護物質直接形成於氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁之上。
在一些實施例中,利用所述之原子層沉積製程,沉積含
鋁與氮保護層。在一些實施例中,基底交替與依序接觸含鋁第一前驅物與含氮第二前驅物。在一些實施例中,含鋁與氮保護層包括氮化鋁。在一些實施例中,含鋁與氮保護層包括氮化鋁薄膜。
在一些實施例中,沉積含鋁與氮保護層於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面至少為約90%的選擇性,至少為約95%的選擇性,至少為約96%、97%、98%、99%或更高的選擇性。。在一些實施例中,含鋁與氮物質的沉積僅發生於第一表面上而不發生於第二表面上。在一些實施例中,基底的第一表面的沉積選擇性至少約80%,或至少約50%,其是相對於基底的第二表面。
在一些實施例中,含鋁與氮保護層或蝕刻終止層沉積於基底的第一表面以達到特定厚度。適當的厚度可能大於或等於約0.1nm,並且低於或等於10nm。在一些實施例中,厚度為約0.1nm至約5nm之間。在一些實施例中,厚度為約1nm至約5nm之間。在一些實施例中,厚度為約1nm至約3nm之間。在一些實施例中,厚度為約2nm至約3nm之間。適當的厚度可能大於或等於約0.1nm,並且低於或等於10nm。在一些實施例中,合適的厚度將是一個實現在基底表面上形成一個完整的膜層(即沒有留下間隙)。因此,實際的厚度達到一個完整層可取決於形成含鋁與氮物質之前驅物種類。
步驟303中,基底的第二表面被移除,例如使用濕式蝕刻製程。在一些實施例中,基底的第二表面被稀釋氫氟酸蝕刻移除。例如在一些實施例中,基底的第一與第二表面曝露於稀釋氫
氟酸,基底的第二表面被移除,而含鋁與氮保護層保護了其下方的閘極與間隙壁。含鋁與氮保護層的功能為蝕刻終止層,因為所述之具有的濕式蝕刻速率低於第二介電表面。
圖3的步驟304中,接觸窗可能取代被移除的第二表面,形成覆蓋於源極/汲極區域上。在一些實施例中,接觸窗可能直接形成覆蓋於源極/汲極區域上。在一些實施例中,接觸窗矽化物質或含鈦物質,例如鈦或氮化鈦。根據一些實施例,接觸窗可能藉由習知方式或未來的開發形成,如鈦接觸窗可藉由物理氣相沉積(PVD)形成,或氮化鈦接觸窗可藉由原子層沉積(ALD)製程形成。
在一些實施例中,形成一個或複數個接觸窗後,基底可選擇是否執行下一步製程或處理步驟。
在一些實施例中,本發明中,含鋁與氮物質可能應用於自我對準接觸窗形成製程中的蝕刻終止層,其製程不含金屬凹陷。根據一些實施例中,圖4繪示了自我對準接觸窗形成製程流程,包含含鋁與氮物質保護層或蝕刻終止層。根據一些實施例,自我對準接觸窗形成製程400流程如下:提供半導體基底包括第一表面與第二不同表面覆蓋於源極/汲極區域上,如步驟401;移除第一表面的一部分以產生凹陷,如步驟402;含鋁與氮保護層或蝕刻終止層如氮化鋁,被選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於第二表面,如步驟403;以及移除第二表面如使用濕式蝕刻製程,並於基底源極/汲極
區域上形成接觸窗,取代被移除之覆蓋於基底源極/汲極區域上之第二表面,如步驟404。
根據一些實施例,於步驟401,提供基底包括半導體。半導體基底包括第一表面與第二不同表面。在一些實施例中,第一表面包括導電表面。在一些實施例中,第一表面包括一或更多氮化金屬。在一些實施例中,第一表面可能包括導體閘極表面與/或間隙壁表面。例如在一些實施例中,第一表面可能包括氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁。第二表面較佳者為介電表面。在一些實施例中,介電物質包括二氧化矽。在一些實施例中,第二表面為假性接觸窗覆蓋於源極/汲極區域上。在一些實施例中,二氧化矽假性接觸窗直接覆蓋於源極/汲極區域上。
在一些實施例中半導體基底進行標準閘及拋光製程。一半導體基底可能進行習知的標準金屬閘極取代製程流程,以形成源極、閘極與汲極。在一些實施例中,一半導體基底可能化學機械拋光製程。
根據一些實施例,如步驟402,移除第一表面的一部分的區域以產生凹陷。在一些實施例中,被移除之第一表面的一部分為氮化金屬。在一些實施例中,被移除之部分第一表面為氮化矽。在一些實施例中,被移除之第一表面的一部分可能包括間隙壁,如氮化矽間隙壁。在一些實施例中,約0.1nm至約30nm之部份第一表面區域被移除,以產生深度約0.1nm至約30nm的凹陷。在一些實施例中,約0.1nm至約20nm之第一表面的一部份被移
除,以產生深度約0.1nm至約20nm的凹陷。在一些實施例中,約1nm至約10nm之第一表面的一部份被移除,以產生深度約1nm至約10nm的凹陷。
含鋁與氮保護層或蝕刻終止層選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對於第二表面,如步驟403。在一些實施例中,含鋁與氮保護物質形成於氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁之上。在一些實施例中,含鋁與氮保護物質形成於氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁之上。在一些實施例中,含鋁與氮保護物質直接形成於氮化鈦閘極與氮化矽間隙壁之上。
在一些實施例中,沉積含鋁與氮保護層,其利用所述之原子層沉積製程。在一些實施例中,基底交替與依序接觸含鋁第一前驅物與含氮第二前驅物。在一些實施例中,含鋁與氮保護層包括氮化鋁。在一些實施例中,含鋁與氮保護層包括氮化鋁薄膜。
在一些實施例中,沉積含鋁與氮保護層於基底的第一表面,其相對於基底的第二表面至少為約90%的選擇性,至少為約95%的選擇性,至少為約96%、97%、98%、99%或更高的選擇性。在一些實施例中,含鋁與氮物質的沉積僅發生於第一表面上而不發生於第二表面上。在一些實施例中,基底的第一表面的沉積選擇性至少約80%,或至少約50%,其相對於基底的第二表面。
在一些實施例中,含鋁與氮保護層或蝕刻終止層沉積於基底的第一表面以達到特定厚度。適當的厚度可能大於或等於約0.1nm,並且低於或等於10nm。在一些實施例中,厚度為約0.1nm
至約5nm之間。在一些實施例中,厚度為約1nm至約5nm之間。在一些實施例中,厚度為約1nm至約3nm之間。在一些實施例中,厚度為約2nm至約3nm之間。適當的厚度可能大於或等於約0.1nm,並且低於或等於10nm。在一些實施例中,合適的厚度將是一個實現在基底表面上形成一個完整的膜層(即沒有留下間隙)。因此,實際的厚度達到一個完整層可取決於形成含鋁與氮物質之前驅物種類。
步驟404中,基底的第二表面被移除,例如使用濕式蝕刻製程。在一些實施例中,基底的第二表面被稀釋氫氟酸蝕刻移除。例如在一些實施例中,基底的第一與第二表面曝露於稀釋氫氟酸,基底的第二表面被移除,而含鋁與氮保護層保護了其下方的閘極與間隙壁。含鋁與氮保護層的功能為蝕刻終止層,因為所述之具有的濕式蝕刻速率低於第二介電表面。形成一接觸窗於基底源極/汲極區域上,取代現在被移除之第二表面。在一些實施例中,接觸窗可能直接形成覆蓋於源極/汲極區域上。在一些實施例中,接觸窗矽化物質或含鈦物質,例如鈦或氮化鈦。根據一些實施例,接觸窗可能藉由習知方式或未來的開發形成,如鈦接觸窗可由物理氣相沉積(PVD)形成,或氮化鈦接觸窗可由原子層沉積(ALD)製程形成。
在一些實施例中,形成一個或複數個接觸窗後,基底可選擇是否執行下一步製程或處理步驟。
在此實施範例中,氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對基底的第二不同表面。在此實施範例中,基底的第一表面包括利用原子層沉積製程沉積之氮化鈦,與利用電漿輔助原子層沉積(PEALD)製程沉積之二氧化矽第二表面。原子層沉積製程沉積之氮化鋁薄膜樣本,使用三甲基鋁作為第一前驅物與使用氨為第二前驅物。每一沉積週期溫度為375℃,與反應腔壓力2torr。每一沉積週期第一前驅物脈衝為0.5秒,與第二前驅物脈衝為2秒。每一次三甲基鋁脈衝後清潔反應腔3秒,及每一次氨脈衝後清潔反應腔2秒。
樣本利用原子層沉積製程,沉積週期30至70次形成。如圖5,測量沉積於第一氮化鈦表面上之物質厚度,並比較第二二氧化矽表面上之物質厚度。第一氮化鈦表面上相對於第二二氧化矽表面上的物質厚度比值定義了沉積製程之選擇性。圖5顯示原子層沉積製程經過70次沉積週期後,氮化鋁沉積於第一表面與第二表面的選擇性比例約為8.5:1,即表示選擇性約89%。
在此實施範例中,氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對基底的第二不同表面。在此實施範例中,基底的第一表面包括利用原子層沉積製程沉積之氮化鈦,與利用電漿輔助原子層沉積(PEALD)製程沉積之第二二氧化矽表面。更進一步,樣本
為氮化鋁選擇性沉積於第一含氮化鈦表面上,其相對於第二表面包括自然氧化矽層,其中氮化鈦則採用原子層沉積製程。原子層沉積法形成之氮化鋁薄膜樣本,使用三甲基鋁作為第一前驅物與使用氨為第二前驅物。每一沉積週期溫度為375℃,與反應腔壓力2torr。每一沉積週期第一前驅物脈衝為0.5秒,與第二前驅物脈衝為1秒。每一次三甲基鋁脈衝後清潔反應腔3秒,及每一次氨脈衝後清潔反應腔2秒。
樣本利用原子層沉積製程,沉積週期70至150次形成。如圖6,測量沉積於第一氮化鈦表面上之物質厚度,並比較第二氧化矽與自然氧化層表面上之物質厚度。圖6顯示經過130次原子層沉積週期後,氮化鋁沉積於第一表面與第二PEALD氧化矽表面的選擇性比例約為43:1,即選擇性約98%。而經過110次原子層沉積週期後,氮化鋁沉積於第一表面與第二自然矽氧化層表面的選擇性比例約為3:1,即選擇性約75%。
在此實施範例中,氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上,其相對基底的第二不同表面。基底的第一表面包括利用原子層沉積製程沉積之氮化鈦,與基底的第二表面包括自然氧化矽。於沉積氮化鋁之前,基底進行電漿處理製程。基底曝露於直接電漿,電漿產生功率為50瓦,處理為10秒,電漿由氧氣產生。
氮化鋁薄膜樣本由原子層沉積製程形成,使用三甲基鋁
作為第一前驅物與使用氨為第二前驅物。每一沉積週期溫度為375℃,與反應腔壓力為2torr。每一沉積週期第一前驅物脈衝為0.5秒,與第二前驅物脈衝為1秒。每一次三甲基鋁脈衝後清潔反應腔3秒,及每一次氨脈衝後清潔反應腔2秒。樣本為利用原子層沉積製程,經過110次沉積週期作成。
如圖7,測量沉積於第一經電漿處理氮化鈦表面上之物質厚度,並比較沉積於第二經電漿處理之自然氧化層表面上之物質厚度。圖7也顯示了如範例2的樣本數據。當進行110次沉積週期後,比較氮化鋁沉積於第一氮化鈦表面與第一經電漿處理之氮化鈦表面的厚度,沒有明顯變化。然而,當進行110次沉積週期後,比較氮化鋁沉積於第二自然氧化表面與第二經電漿處理之自然氧化表面的厚度,氮化鋁厚度有明顯下降。經電漿處理後,沉積在第二表面大致上不明顯,其相對於第一表面。當進行110次沉積週期後,氮化鋁沉積於第一經電漿處理之氮化鈦表面,與於第二經電漿處理之自然矽氧化層表面的選擇性比例約為33:1,相較於沒有執行電漿處理製程,選擇性沉積之選擇性改善超過10倍。
更進一步,樣本為第一含氮化鈦表面其相對於第二自然矽氧化層表面,其中氮化鈦則採用原子層沉積製程。沉積氮化鋁之前基底會執行電漿處理製程。基底曝露於直接電漿,電漿產生功率為50瓦至300瓦,處理時間為3秒至10秒之間,電漿由氧氣產生。氮化鋁沉積於每一基底的第一表面上的物質厚度與沉積於第二表面上的物質厚度進行比較,並計算每一樣本的選擇性。
結果如表1所示。
從這些結果,直接電漿前處理的功率降低,觀察到的氮化鋁沉積的選擇性增加,而觀察到的選擇性隨著直接電漿曝露時間增加而增加。
在此實施範例中,氮化鋁選擇性沉積於基底的第一表面上其相對於基底的第二不同表面。在此實施範例中,基底的第一表面包括利用原子層沉積製程沉積之氮化鈦,與基底的第二表面包括利用電漿輔助原子層沉積製程沉積之氧化矽。更進一步,樣本為氮化鋁選擇性沉積於第一含氮化鈦表面上,其相對於第二二氧化矽表面,其中氮化鈦則採用原子層沉積製程沉積,二氧化矽則採用電漿輔助原子層沉積製程沉積。原子層沉積製程形成之氮化鋁薄膜樣本,使用三甲基鋁作為第一前驅物與使用氨為第二前驅物。每一沉積週期溫度為390℃,與反應腔壓力為2torr。每一
沉積週期第一前驅物脈衝時間為0.5秒,與第二前驅物脈衝時間為1秒。每一次三甲基鋁脈衝後清潔反應腔時間為5秒,及每一次氨脈衝後清潔反應腔同樣為5秒。
利用原子層沉積製程,沉積週期70至100次形成範例樣本。如圖8所示,計算沉積於第一氮化鈦與鎢表面的物質厚度,與比較沉積於第二氧化矽表面的厚度結果。圖8顯示了氮化鋁沉積於第一表面,包括鎢或氮化鈦其中之一,相對於氧化矽表面具有非常高的沉積選擇性。
100:沉積製程
110、120、130、140、150、160、170:步驟
Claims (30)
- 一種沉積製程,用於選擇性沉積含鋁與氮之物質,於一基底的一第一表面上,其相對於相同的該基底包含矽-氧鍵的一第二矽-氧表面,該沉積製程包括一個或多個沉積週期,包括:將該基底的該第一表面及該第二矽-氧表面與一含鋁第一氣相前驅物接觸;將該基底的該第一表面及該第二矽-氧表面與一含氮第二氣相前驅物接觸;以及其中該物質包含鋁與氮物質是以大於50%的選擇性,沉積於該基底的該第一表面,相對於相同的該基底的該第二矽-氧表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該第一表面包括銅、氮化鈦、鎢與氮化矽的至少其一。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁與氮物質為氮化鋁薄膜。
- 如申請專利範圍第3項所述之沉積製程,其中包含該氮化鋁薄膜的該物質包括氧。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物為有機金屬鋁化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物不包括鋁以外之金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物有化學式R3Al,其中每一R可為獨立選自C1~C4烷基。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物不包括鹵化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物包括一個氯配位體與至少兩個烷基配位體。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物包括至少一氫配位體與至少一烷基配位體。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物不包括氮、矽或氧。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁第一氣相前驅物包括三乙基鋁,三甲基鋁或三叔丁基鋁,該含氮第二氣相前驅物含有氨。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該第二矽-氧表面為介電物質。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該第二矽-氧表面的電阻係數大於1ohm.m。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該沉積製程包括熱原子層沉積製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該沉積製程在至少連續兩次沉積週期中不包括電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,更包括於第一次沉積週期前,將該基底曝露於前處理反應物。
- 如申請專利範圍第17項所述之沉積製程,其中該前處理反應物包括電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,更包括於至少一次沉積週期後,將該基底曝露於電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中在稀釋氫氟酸下,該含鋁與氮物質具有相對於氧化矽的蝕刻選擇性。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁與氮物質沉積於該基底的該第一表面相對於相同該基底的該第二矽-氧表面的沉積比大於10:1,以及其中該含鋁與氮物質沉積於該基底的該第一表面的厚度大於5奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中於同基底上,當該含鋁與氮物質第一表面上的厚度大於1奈米,該含鋁與氮物質沉積於該第一表面相對於該第二矽-氧表面之沉積比大於10:1。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁與氮物質沉積於該第一表面相對於相同該基底的該第二矽-氧表面之沉積比大於10:1,該沉積製程包括1至25次之間的沉積週期。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該含鋁與氮物質沉積於該第一表面相對於相同該基底的該第二矽-氧表面之沉積比大於10:1,該沉積製程包括1至150次之間的沉積週期。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中1至25次之間的沉積週期後,該含鋁與氮物質沉積於該基底的該第二矽-氧表面的厚度少於0.1奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中沉積的該含鋁與氮物質的濕式蝕刻速率與氧化矽的濕式蝕刻速率的比率少於1:5。
- 如申請專利範圍第1項所述之沉積製程,其中該基底的該第二矽-氧表面覆蓋於該源極/汲極區域上,更包括:移除該基底的該第二矽-氧表面,使該基底之該源極/汲極區域裸露;以及形成接觸窗於裸露的該基底的該源極/汲極區域上方。
- 一種沉積製程,用以選擇性沉積,含鋁與氮物質於基底的第一表面,其相對於相同該基底的第二介電表面,該沉積製程包括一次或多次沉積週期,包括:將該基底的該第一表面及該第二介電表面與含鋁第一氣相前驅物接觸;將該基底的該第一表面及該第二介電表面與含氮第二氣相前驅物接觸;以及其中該含鋁與氮物質是以大於50%的選擇性,沉積於該基底的該第一表面,其相對於相同的該基底的該第二介電表面。
- 一種沉積製程,用以沉積氮化鋁於一基底上,該沉積製程包括至少一個沉積週期,包括: 將該基底交替式與依序式接觸於氣相三叔丁基鋁與氣相氨。
- 一種沉積製程,用以形成自我對準接觸窗形成製程中的蝕刻終止層,包括:提供一半導體基底,該基底更包括一第一表面與一第二介電表面覆蓋於一源極/汲極區域上;移除該基底的該第一表面的一部份並形成一凹陷於其中;選擇性沉積含鋁與氮物質於該第一表面上,其相對於該第二介電表面;移除該基底的該第二介電表面並裸露該源極/汲極區域;以及形成接觸窗於裸露的該基底的該源極/汲極區域上方。
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