TWI826858B - 用於處理沉積反應器之系統 - Google Patents

用於處理沉積反應器之系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI826858B
TWI826858B TW110140762A TW110140762A TWI826858B TW I826858 B TWI826858 B TW I826858B TW 110140762 A TW110140762 A TW 110140762A TW 110140762 A TW110140762 A TW 110140762A TW I826858 B TWI826858 B TW I826858B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
source
reaction chamber
metal
reactant
reactor
Prior art date
Application number
TW110140762A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202208668A (zh
Inventor
蘇維 浩克
艾瑞克 詹姆士 席羅
佛瑞德 阿羅寇薩伊
東 李
傑瑞德 李 威克勒
陳希翀
Original Assignee
荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/262,990 external-priority patent/US20160376700A1/en
Application filed by 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 filed Critical 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
Publication of TW202208668A publication Critical patent/TW202208668A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI826858B publication Critical patent/TWI826858B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4404—Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

揭示一種用於處理沉積反應器的系統及方法。該系統及方法移除氣相反應器中的殘餘物，或減輕該殘餘物的形成，該氣相反應器用於沉積經摻雜金屬膜，諸如摻鋁碳化鈦膜或摻鋁碳化鉭膜。該方法包括將反應室曝露於處理反應物的步驟，該處理反應物減輕導致殘餘物形成之物質的形成。

Description

用於處理沉積反應器之系統
本發明大體上係關於用於處理沉積反應器的方法及系統。更特定言之，本發明的例示性具體實例係關於用於減輕或移除氣相沉積反應器中之積聚的方法及系統。 〔相關申請案之交叉參考〕
本申請案為2016年1月4日所申請且標題為「METHOD AND SYSTEM FOR TREATMENT OF DEPOSITION REACTOR」的美國專利申請案第14/987,420號的部分接續申請案；'420申請案為2014年1月28日所申請且標題為「METHOD FOR TREATMENT OF DEPOSITION REACTOR」的美國專利申請案第14/166,462號（現美國專利第9,228,259號）的分案申請；'462申請案主張2013年2月1日所申請且標題為「METHOD AND SYSTEM FOR TREATMENT OF DEPOSITION REACTOR」的美國臨時申請案第61/759,990號的權利。前述申請案的揭示內容特此以引用之方式併入至本文中。
經摻雜金屬膜（例如經摻雜的金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硼化物及金屬矽化物，諸如摻鋁金屬碳化物）可用於多種應用。舉例而言，摻鋁碳化鈦及類似材料可用於金屬氧化物場效電晶體（metal oxide field effect transistor；MOSFET）或絕緣閘場效電晶體（insulated gated field effect transistor；IGFET）（諸如互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor；CMOS）裝置）中的閘電極作為半導體或類似電子裝置的障壁層或填充材料，或作為其他應用中的塗層。
當經摻雜金屬膜用作電子裝置之層或用作塗層時，其典型地使用諸如包括原子層沉積之化學氣相沉積技術的氣相沉積技術得以沉積。用於氣相沉積的前驅體常包括有機金屬化合物（例如，包括鋁）及金屬鹵化物化合物（例如，包括鈦或鉭）。不幸的是，有機金屬化合物的分解溫度可大大低於所要之經摻雜金屬膜之形成的溫度（例如，低超過200℃）。因此，在沉積程序期間前驅體分解產物或殘餘物可形成於沉積反應室中。殘餘物隨後可形成顆粒，其導致使用反應器所沉積之層中產生缺陷。另外，在存在金屬鹵化物化合物的情況下，一些分解產物可經歷聚合，且聚合產物可導致經沉積層中的額外缺陷。經沉積層中的多個缺陷大體上與反應器中所沉積之一定量的材料相關；層中缺陷的數量大體上隨多個沉積運行或所沉積材料之量增加而增加。
為減輕經沉積層中之缺陷的數量，在一定量的材料經沉積或多個基板已經加工之後，可在一段延長的時間（約數小時）內利用惰性氣體淨化反應器。此延長的淨化程序顯著降低沉積反應器的產出率且增加反應器的操作成本。
因此，需要用於處理沉積反應器以減少或減輕顆粒形成（諸如由用於沉積經摻雜金屬膜之材料之前驅體分解產物的積聚所產生的顆粒）之改良的方法及系統。
本發明的各種具體實例提供用於移除沉積反應器中的殘餘物或減輕該殘餘物的形成或另外轉化該殘餘物以使其產生較少顆粒的改良的方法及系統。更特定言之，例示性系統及方法減輕氣相沉積反應器中由用於經摻雜金屬膜（諸如包括碳、硼、矽、氮、鋁或其任何組合的金屬膜）的沉積中之一或多個前驅體的使用所產生的殘餘物的形成，轉化或移除該殘餘物。雖然下文更詳細論述了先前技術之各種缺點，但大體而言，方法及系統使用氣相反應物以減輕反應室中不合需要之殘餘物的形成，轉化或移除該殘餘物。藉由減輕不合需要之殘餘物的形成，轉化或移除該殘餘物，較少顆粒形成於反應器內且因此較少缺陷形成於經沉積的膜內。另外，反應器的基板產出率得以提高且操作反應器的成本得以減少。
根據本發明的各種具體實例，處理反應器的方法包括以下步驟：將金屬鹵化物化學物質提供至沉積反應器的反應室，將選自由有機金屬化合物化學物質及鋁CVD化合物化學物質組成之群的金屬CVD前驅體提供至反應室，形成經摻雜金屬膜，將處理反應物化學物質提供至反應室，將反應室曝露於處理反應物化學物質以減輕包含金屬CVD前驅體之分解產物的顆粒的顆粒形成（例如，藉由減輕殘餘物積聚或藉由將殘餘物轉化為較不可能在反應器內形成顆粒的材料），及淨化反應室。該方法的沉積步驟可經重複以沉積所要量的經摻雜金屬膜或在利用處理反應物處理反應器之前加工所要數量的基板。根據此等具體實例的例示性態樣，處理反應物源包含選自由包含一或多個氫原子的化合物及包含鹵素（例如，氯、HCl）的化合物組成之群的化合物。根據各種態樣，處理反應物源包含選自由以下組成之群的化合物：氨、氫、矽烷（例如，矽烷、二矽烷或高階矽烷）、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴（例如，乙烯）、炔烴及肼及其衍生物（諸如烷基肼）等。且根據其他態樣，處理反應物源包含與金屬CVD源之分解產物具有相同化學式的化合物。可將處理反應物曝露於遠端或直接熱活化或電漿活化以形成活化物質。
根據本發明的其他例示性具體實例，用於處理沉積反應器的系統包括：包含反應室的反應器；流體地耦接至反應器的金屬鹵化物源；選自由流體地耦接至反應器的有機金屬化合物及鋁CVD化合物中之一或多者組成之群的金屬CVD源；耦接至反應器的處理反應物源；經組態以在將金屬CVD前驅體引入至反應室之前或此期間使用來自處理反應物源的處理反應物執行反應室處理的控制器；及耦接至反應器的真空泵。該系統可包括直接或遠端電漿及/或熱激發裝置以將活化反應物物質提供至反應室。根據此等具體實例的例示性態樣，處理反應物源包含選自由包含一或多個氫原子的化合物及包含鹵素（例如，氯、HCl）的化合物組成之群的化合物。根據各種態樣，處理反應物源包含選自由以下組成之群的化合物：氨、氫、一或多種矽烷、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴（例如，乙烯）、炔烴及肼及其衍生物（諸如烷基肼）及類似者。且根據其他態樣，處理反應物源包含與金屬CVD源之分解產物（例如，金屬CVD源的β氫化物消除產物）具有相同化學式的材料。
根據本發明的其他具體實例，處理沉積反應器的方法包括以下步驟：將金屬鹵化物化學物質提供至反應室一段時間；在將金屬鹵化物化學物質提供至反應室一段時間的步驟之後，將處理反應物化學物質提供至反應室一段時間；且在將處理反應物化學物質提供至反應室一段時間期間或此之後，將金屬CVD前驅體化學物質提供至反應室以形成經摻雜金屬之層。在此情況下，在沉積步驟期間顆粒形成得以減輕（例如，經由殘餘物形成的減輕或經由殘餘物的稠密化）且可在沉積程序期間且視情況在沉積程序之後移除所形成的任何殘餘物。可與金屬CVD前驅體化學物質一起或在引入金屬CVD前驅體之前引入處理反應物。根據此等具體實例的例示性態樣，處理反應物化學物質包含以下各者中之一或多者：包括一或多個氫原子之氫化合物（例如，氫、HCl、一或多種矽烷、甲烷、乙烯及類似者）及包括鹵素之化合物（例如，氯、HCl）。可將處理反應物曝露於遠端或直接熱活化或電漿活化以形成活化物質。根據此等具體實例的額外態樣，將處理反應物化學物質提供至反應室的步驟包括提供與有機金屬化合物或鋁CVD化合物的分解產物具有相同化學成分的化合物之源。
根據其他例示性具體實例，系統包括控制器以執行本文中所揭示之方法中的步驟。
前述發明內容及以下實施方式均僅為例示性及解釋性的，且不限制本發明或所主張之發明。
下文所提供之方法及系統之例示性具體實例的描述僅為例示性的且僅欲用於說明的目的；以下描述不意欲限制本發明或申請專利範圍的範疇。此外，對具有所陳述之特徵的多個具體實例的敍述不意欲排除具有額外特徵的其他具體實例或併有所陳述特徵之不同組合的其他具體實例。
本文中所描述的方法及系統可用於減輕用於沉積經摻雜金屬膜（例如包括碳、硼、矽及/或氮的膜）之反應器中之殘餘物的形成，移除及/或轉化該殘餘物，若不進行此等操作，則在沉積程序期間該殘餘物積聚及/或產生顆粒。相比於僅在類似沉積程序之後淨化的反應器，使用本文中所描述的方法及系統導致自殘餘物之顆粒形成的減少且因此導致更高的產出率及沉積反應器之操作成本的降低。
現轉向圖1，其說明如本文中所描述之用於減輕沉積殘餘物積聚的系統100。系統100包括：反應器102，其包括反應室104（包括反應空間105、基板固持器106及氣體分佈系統108）；金屬鹵化物源110；金屬化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）源112；處理反應物源114；將源110至源114連接至反應器102的線116、118、120；插入於源110至源114與反應器102之間的閥門122、124及126；控制器138；真空泵128；視情況經由線132及閥門134耦接至反應器102的載氣及/或淨化氣體源130；視情況遠端電漿源140；及視情況熱激發源142。
反應器102可為獨立反應器或叢集性工具的一部分。另外，反應器102可專用於如本文中所描述的經摻雜金屬沉積及處理程序，或反應器102可用於其他程序，例如用於其他層沉積及/或蝕刻加工。舉例而言，反應器102可包括典型地用於物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）、化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）及/或原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）加工的反應器，且可包括遠端或直接熱激發、直接電漿及/或遠端電漿設備（例如，遠端電漿源140及/或遠端熱激發源142）。在沉積或處理程序期間使用熱或電漿活化設備自源110至源114中之一或多者產生激發分子或激發物質以提昇來自源110至源114之反應物的反應性。雖然利用送至視情況選用之遠端電漿源140的所有反應物說明，但情況不必如此。舉例而言，來自具有載氣或不具有載氣之處理反應物源的氣體可被送至遠端電漿源140。藉助於一實例，反應器102包括適用於ALD沉積的反應器。適用於系統100的例示性ALD反應器描述於美國專利第8,152,922號中，其內容特此以引用之方式併入至本文中，且在內容上與本發明不衝突。
基板固持器106經設計以在加工期間將基板或工件136固持於合適的位置。根據各種例示性具體實例，固持器106可形成直接電漿電路的一部分。另外或替代地，固持器106可在加工期間經加熱、冷卻或處於環境加工溫度下。
雖然以區塊形式說明氣體分佈系統108，但氣體分佈系統108可為相對複雜的且經設計以混合來自源110及/或源112之蒸氣或氣體及來自諸如氣體源130之一或多個源的載氣/淨化氣體，隨後將氣體混合物分佈至反應器102的剩餘部分。另外，系統108可經組態以向室104提供垂直（如所說明）或水平的氣體流。例示性氣體分佈系統描述於美國專利第8,152,922號中。藉助於實例，分佈系統108可包括簇射頭。氣體分佈系統可形成直接電漿源的一部分。
金屬鹵化物源110包括一或多種氣體或變為氣態的材料（其包括金屬及鹵化物）。例示性金屬包括鈦、鉭及鈮。例示性鹵化物包括氯及溴。舉例而言，源110可包括鈦氯化物（例如，TiCl4 ）、鉭氯化物（例如，TaCl5 ）及鈮氯化物（例如，NbCl5）中之一或多者。來自源110的氣體可曝露於熱及/或遠端電漿及/或直接電漿源以形成活化物質或激發物質，諸如包括氯、鈦、鉭及鈮中之一或多者的離子及/或自由基。術語「活化物質」包括前驅體及可在將前驅體曝露於任何熱及/或電漿程序期間形成的任何離子及/或自由基。另外，當結合化合物使用術語「化學物質」時，無論該化合物（例如，反應物）是否已曝露於熱或電漿活化，該術語包括該化合物及任何活化物質。
金屬CVD源112包括與反應性物質反應或形成反應性物質的一或多種氣體或變為氣態的物質，該等反應性物質與來自金屬鹵化物源110的化合物或物質反應以形成摻雜金屬之膜的經沉積層，諸如摻鋁碳化鈦或摻鋁碳化鉭、其他碳炔、氮化物、矽化物或硼化物的層。舉例而言，金屬CVD源112可包括有機金屬化合物及/或鋁CVD化合物，諸如氫化鋁化合物。例示性合適的有機金屬化合物包括三甲基鋁（trimethylaluminum；TMA）、三乙基鋁（triethylaluminum；TEA）、三異丁基鋁（triisobutylaluminum；TIBA）、二乙基氯化鋁（diethylaluminum chloride；DEACL）、二乙基氫化鋁（diethylaluminum hydride；DMAH）及三叔丁基鋁（tritertiarybutylaluminum；TTBA）。例示性鋁CVD氫化鋁化合物包括三甲胺氫化鋁（trimethylamine alane；TMAA）、三乙胺氫化鋁（triethylamine alane；TEAA）、二甲基乙胺氫化鋁（dimethyl ethylamine alane；DMEAA）、三甲胺氫化鋁硼烷（trimethylaminealane borane；TMAAB）及甲基吡咯啶氫化鋁（methylpyrrolidine alane；MPA）。
有機金屬化合物及氫化鋁化合物的使用可為有利的，因為該等化合物允許原子層沉積，該原子層沉積允許所要材料之層的精確、保形、自限的沉積。然而，有機前驅體在膜沉積溫度下或低於此溫度下易分解。實際上，一些前驅體在低於膜形成之溫度200℃（或更多）的溫度下分解。因此，化合物可在到達基板136之前分解為不合需要的產物，導致室104內（例如，在反應空間105內）形成殘餘物，例如在諸如簇射頭的氣體分佈系統108處或附近。如上所述，殘餘物形成可在之後引起使經沉積金屬膜中產生缺陷的顆粒形成。
舉例而言，許多有機金屬化合物可經歷β氫化物消除反應，其中鍵結至金屬中心的烷基被轉換成相對應的金屬氫化物及烯烴化合物。烯烴化合物的形成（尤其在氣體分佈系統108處或附近）可導致包括有機材料及無機材料的殘餘物積聚。另外，分解產物可聚合（例如，在存在來自金屬鹵化物源110之物質的情況下），其可引起額外或替代殘餘物形成。
來自源112的氣體可曝露於直接及/或遠端熱激發源（例如，遠端激發源142）及/或直接電漿源（例如，使用氣體分佈系統108及基板固持器106的部分作為電極）及/或遠端電漿源140以形成活化物質，諸如離子及/或自由基。
處理反應物源114包括一或多種氣體或變為氣態的材料，該等氣體和材料包括減輕反應器中之殘餘物的形成及/或以產生更少顆粒的方式（例如藉由使殘餘物稠密化）轉換殘餘物的化合物或物質。例示性化合物及物質可與鹵素（例如，Cl）端基分子上的鹵素（例如，在經沉積的膜上）反應以減輕不合需要之分解產物的形成。舉例而言，處理反應物源114可包括選自由包含一或多個氫原子的化合物及包含鹵素（例如，氯、HCl）的化合物組成之群的化合物。根據各種態樣，處理反應物源包含選自由以下組成之群的化合物：氨、氫、一或多種矽烷（例如，矽烷）、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴（例如，乙烯）、炔烴及肼及其衍生物（諸如烷基肼）等。且根據其他態樣，處理反應物源包含與金屬CVD源的分解產物具有相同化學式（例如與金屬CVD源之β氫化物消除產物的化學式相同的化學式）的材料。
來自源114的氣體可曝露於熱及/或遠端電漿及/或直接電漿源以形成活化或激發物質，諸如包括氫及/或氯及/或其他活化物質中之一或多者的離子及/或自由基。
載氣或惰性源130包括在反應器102中相對不起反應的一或多種氣體或變為氣態的材料。例示性載氣及惰性氣體包含氮氣、氬氣、氦氣及其任何組合。
遠端電漿源140可包括任何合適的遠端電漿單元。類似地，遠端熱激發源142及直接熱激發源可包括任何合適的熱激發設備，諸如燈、加熱器、雷射、其他光源及類似者。
如圖1中所說明，控制器138可耦接至閥門122、124、126及134中之一或多者；真空源128；遠端電漿源140；及/或遠端熱激發源142。根據本發明的各種實例，控制器138經組態以使用來自處理反應物源的處理反應物執行反應室處理的一或多個操作。處理可發生在將金屬CVD前驅體引入至反應室之前或此期間。藉助於說明性實例，控制器138經組態以將金屬鹵化物化學物質自金屬鹵化物源110提供至反應空間105，將選自由有機金屬化合物化學物質及鋁CVD化合物化學物質組成之群的金屬CVD前驅體自金屬CVD源112提供至反應空間105，形成包含B、C、Si、N上覆基板136中之一或多者的經沉積的經摻雜金屬膜，視情況移除基板，將處理反應物化學物質自處理反應物源114提供至反應空間105，將反應空間105曝露於處理反應物化學物質以減輕包含金屬CVD前驅體之分解產物的顆粒的形成，且淨化反應室104。
圖6示意性地說明根據本發明之至少一具體實例的控制器600，其適合用作控制器138。控制器600可經組態以執行本文中所描述之方法的一或多個或所有方法步驟。控制器600包括互連處理器604、一記憶體606、視情況選用的通信介面608、輸入裝置610及輸出裝置612的匯流排602。匯流排602允許控制器600之組件之間進行通信。處理器604可包括解譯且執行編碼指令的一或多個處理單元或微處理器。在其他實施中，處理器604可藉由一或多個特殊應用積體電路（application-specific integrated circuit；ASIC）、場可程式化閘陣列（field programmable gate array；FPGA）或類似者得以實施或包括這些裝置。
記憶體606可包括隨機存取記憶體（random access memory；RAM）或另一類型的儲存用於由處理器604執行之資訊及指令的動態儲存裝置。記憶體606亦可包括唯讀記憶體（read-only memory；ROM）或另一類型的儲存用於處理器604之靜態資訊及指令的靜態儲存裝置。記憶體606可另外或替代地包括其他類型的磁或光學記錄媒體及其相對應的用於儲存資訊及/或指令的驅動。如本文中所使用，術語「記憶體」概括地包括暫存器、緩衝器及經組態以保存資料的其他資料建構。
通信介面608可包括用於處理經由現已知或待發展之資料協定傳輸的資料的協定堆疊。通信介面608可包括收發器類的裝置及允許控制器600經由射頻與其他裝置及/或系統通信的天線。通信介面608可另外或替代地包括至其他裝置的介面、埠或連接器。
輸入610可包括准許操作員鍵入資訊至控制器600的一或多個裝置，諸如鍵盤、小鍵盤、滑鼠、筆、觸摸感應墊或觸摸感應屏、麥克風、一或多個生物測定機構及類似者。輸出612可包括輸出資訊至操作員的一或多個裝置，諸如顯示器、印表機埠、揚聲器或類似者。
如本文中所描述，控制器600可回應於執行含於諸如記憶體606之電腦可讀媒體中之軟體指令的處理器604而執行某些操作。電腦可讀媒體可被定義為物理記憶體裝置或邏輯記憶體裝置。邏輯記憶體裝置可包括單一物理記憶體裝置內或散佈於多個物理記憶體裝置的記憶體空間。可自另一電腦可讀媒體或經由通信介面608自另一裝置將軟體指令讀取入記憶體606中。含於記憶體606中的軟體指令可使處理器604執行本文中所描述的處理程序/方法。或者，固線式電路可用於代替軟體指令或與軟體指令組合以實施本文中所描述的處理程序。因此，本文中所描述的實施不限於硬體電路及軟體的任何特定組合。
圖2說明根據本發明之例示性具體實例的處理反應器的方法200。方法200包括以下步驟：提供金屬鹵化物化學物質（步驟202），提供金屬CVD前驅體化學物質（步驟204），形成經摻雜金屬膜（步驟206），提供處理反應物化學物質（步驟208），將反應室曝露於處理反應物化學物質（步驟210），視情況淨化反應器（步驟212）且若所要量之材料尚未經沉積（步驟214），則重複步驟202至步驟212，且若所要量之材料已經沉積（步驟214），則程序完成（步驟216）。儘管未單獨說明，但在處理步驟210之前可自反應室移除基板或工件，使得工件上的膜不曝露於處理反應物化學物質。或者，基板可曝露於處理反應物化學物質。
步驟202包括將金屬鹵化物化學物質提供至反應室，且步驟204包括將金屬CVD前驅體化學物質提供至反應室。步驟202及步驟204可按任何次序執行或同時執行。另外，儘管僅用兩個反應物源說明，但例示性方法可包括使用超過兩種反應物。
金屬鹵化物化學物質可包括上文所描述之與金屬鹵化物源110有關的化合物中之任一者。在步驟202期間，金屬鹵化物源可曝露於熱活化程序及/或遠端及/或直接電漿源以產生包括活化物質的金屬鹵化物化學物質。類似地，金屬CVD前驅體可包括上文所述之與金屬CVD源112有關的任何化合物。且在步驟204期間，金屬CVD前驅體可曝露於熱活化程序及/或遠端及/或直接電漿源以產生包括活化物質的金屬CVD前驅體化學物質。
在步驟206期間，形成金屬膜。舉例而言，金屬膜可包括摻鋁、摻矽及/或摻硼的碳化鈦、摻鋁、摻矽及/或摻硼的碳化鉭及/或摻鋁、摻矽及/或摻硼的碳化鈮或包括C、Si、B或N中之一或多者的其他金屬膜。
在步驟208期間，為減輕殘餘物的形成及/或使殘餘物稠密化及/或轉化殘餘物以在反應室中形成較少顆粒，將處理反應物化學物質引入至反應室中。反應物化學物質可包括上文所述之與處理反應物源114有關的化合物中之任一者，且來自源之反應物可曝露於如本文中所描述的熱及/或電漿活化以形成包括活化物質的處理反應物化學物質。
藉助於實例，處理反應物化學物質可包括氫氣，且可經由氣體分佈系統（例如，系統108）將氫氣引入至反應室（例如，反應室104）或反應空間（例如，反應空間105）中。另外或替代地，氫氣可曝露於遠端電漿以形成包括活化物質（諸如氫自由基）的處理反應物化學物質。根據例示性態樣，遠端電漿經組態以使得活化物質可到達氣體分佈系統（例如噴頭）之表面及靠近表面之系統的孔內，且與其中的材料反應。另外或作為替代例，步驟208可包括將諸如氯的鹵素或諸如氯自由基的鹵素活化物質提供至反應室/反應空間以減輕反應室/反應空間內殘餘物的形成。
根據其他具體實例，處理反應物化學物質包括氨，其可經受或可不經受如本文中所描述的直接及/或遠端熱及/或直接及/或遠端電漿活化。氨被認為與經沉積材料的鹵素（例如，氯）端基表面反應，且減輕反應室/反應空間內分解產物的形成。
銨殘餘物反應物處理程序的例示性條件包括沉積約1250 Å碳化物，隨後曝露於NH3 10分鐘，隨後淨化（移除殘餘物NH3 ）20分鐘，隨後沉積約1250 Å碳化物，隨後曝露於NH3 約l0分鐘，隨後淨化（移除殘餘物NH3 ）約20分鐘。舉例而言，1250 Å碳化物可按各50 Å沉積於25個晶圓（一批晶圓）上。
據認為此程序轉化反應器中的殘餘物以提供較好黏著力，降低應力或甚至使其不易氧化以防止此殘餘膜自反應器表面脫落且落在晶圓上，因此降低晶圓缺陷位準。
儘管方法200被說明為包括決策或判定步驟214，但其可經組態以自動運行預定數量之步驟202至步驟212的循環。舉例而言，方法200可經組態以運行1、2、3、4、5或50次步驟202至步驟212的循環且當最後一次循環的步驟208結束時完成（步驟216）。或者，可基於直至預定量之經摻雜金屬膜得到沉積重複步驟202至步驟212。舉例而言，可運行步驟202至步驟212直至達到約20 Å至約1250 Å或約5 Å至約5000 Å的累積膜厚度。
圖4及圖5說明當反應器未經處理時（圖4）且當根據方法200利用氨作為處理反應物化學物質在上述條件下對反應器進行處理時（圖5）由基板之表面上的粒度儀計數的多個缺陷。
圖3說明根據本發明之額外例示性具體實例的另一方法300。方法300包括以下步驟：提供金屬鹵化物化學物質（步驟302），提供金屬CVD前驅體化學物質（步驟304），提供處理反應物化學物質（步驟306），形成經摻雜金屬膜（步驟308），判定所要量之材料是否已經沉積（步驟310），且若所要量之材料已經沉積，則完成程序（步驟312），且若所要量之材料尚未沉積，則重複步驟302至步驟310。儘管方法300未經說明，但其可在步驟312之前包括淨化步驟（例如，類似於步驟212）。
步驟302及步驟304可與步驟202及步驟204相同，除了根據此等具體實例的例示性態樣，在步驟304之前執行步驟302。且根據其他態樣，在步驟302之後且在步驟304之前或與其同時執行步驟306。藉助於實例，可在步驟302期間將金屬鹵化物化學物質自金屬鹵化物源引入至反應室一段時間（例如，約800 ms的脈衝）。接著在步驟306期間，將諸如氫、活化氫、一或多種矽烷、活化矽烷、乙烯及/或活化乙烯的處理反應物引入至反應室一段時間。在步驟306之後或在此期間，將金屬CVD反應物化學物質引入至反應室（例如，曝露約3.5秒）以形成經摻雜金屬膜。在步驟304之前或在此期間使用在步驟306期間的處理反應物化學物質之脈衝被認為減少經沉積材料之表面上的多個鹵化物端基物質且因此減少或消除殘餘物形成。
儘管本文中闡述本發明的例示性具體實例，但應瞭解本發明不限於此。舉例而言，雖然結合各種特定化學物質描述系統及方法，但本發明未必限於此等化學物質。可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下對本文中所闡述的系統及方法進行各種修改、變化及改進。
100:系統 102:反應器 104:反應室 105:反應空間 106:基板固持器 108:氣體分佈系統 110:金屬鹵化物源 112:金屬化學氣相沉積（CVD）源 114:處理反應物源 116:線 118:線 120:線 122:閥門 124:閥門 126:閥門 128:真空泵 130:載氣及/或淨化氣體源 132:線 134:閥門 136:基板或工件 138:控制器 140:遠端電漿源 142:熱激發源 200:方法 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 214:步驟 216:步驟 300:方法 302:步驟 304:步驟 306:步驟 308:步驟 310:步驟 312:步驟 600:控制器 602:匯流排 604:處理器 606:記憶體 608:視情況選用的通信介面 610:輸入裝置 612:輸出裝置
參考實施方式及申請專利範圍且與以下說明性圖式結合而考慮時，可得出對本發明之具體實例的更加完整的理解。
[圖1]說明根據本發明之各種例示性具體實例的系統。
[圖2]說明根據本發明之例示性具體實例的方法。
[圖3]說明根據本發明之例示性具體實例的另一方法。
[圖4]說明基於未經處理而加工之多個基板的基板上的多個缺陷。
[圖5]說明基於使用本文中所描述的處理進行加工之多個基板的基板上的多個缺陷。
[圖6]示意性地說明根據本發明之例示性具體實例的控制器。
應瞭解為簡單及清楚起見而說明圖式中的元件，且該等元件不必按比例繪製。舉例而言，可相對於其他元件誇示圖式中一些元件的尺寸以幫助提高對所說明的本發明之具體實例的理解。
100:系統
102:反應器
104:反應室
105:反應空間
106:基板固持器
108:氣體分佈系統
110:金屬鹵化物源
112:金屬化學氣相沉積(CVD)源
114:處理反應物源
116:線
118:線
120:線
122:閥門
124:閥門
126:閥門
128:真空泵
130:載氣及/或淨化氣體源
132:線
134:閥門
136:基板或工件
138:控制器
140:遠端電漿源
142:熱激發源

Claims (17)

  1. 一種用於處理反應室之系統，該系統包含：包含反應室的反應器；流體地耦接到該反應器的金屬鹵化物源；選自由有機金屬化合物及鋁CVD化合物中的一或多者組成的群的金屬CVD源，其流體地耦接到該反應器；耦接到該反應器的處理反應物源；及控制器，其經組態以進行以下操作：將來自該金屬鹵化物源的金屬鹵化物化學物質提供到該反應室一段時間期間；在將該金屬鹵化物化學物質提供到該反應室一段時間期間的該步驟之後，將處理反應物化學物質提供到該反應室一段時間期間；在將該處理反應物化學物質提供到該反應室一段時間期間或在此之後，將金屬CVD前驅體提供到該反應室；及在將該金屬CVD前驅體引入到該反應室之前或此期間使用來自該處理反應物源的該處理反應物化學物質執行反應室處理，其中該處理反應物源包含與該金屬CVD源的分解產物具有相同化學式的材料，其中該材料包含與該金屬CVD源的β氫化物消除產物具有相同化學式的材料。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包含電漿源，其中來自該處理反應物源的該處理反應物化學物質曝露於該電漿源以形成一或多個激發處理反應物物質。
  3. 如請求項1之系統，其進一步包含熱激發源，其中來自該處理反應物源的該處理反應物化學物質曝露於該熱激發源以形成一或多個激發處理反應物物質。
  4. 如請求項1至3中任一項之系統，其中該處理反應物源包含選自由包含一或多個氫原子的化合物及包含鹵素的化合物的群的一或多種化合物。
  5. 如請求項1至3中任一項之系統，其中該處理反應物源包含包含氨、氫、一或多種矽烷、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴、炔烴及肼及其衍生物中的一或多者。
  6. 如請求項1至3中任一項之系統，其進一步包含遠端電漿源。
  7. 如請求項1至3中任一項之系統，其進一步包含遠端熱激發源。
  8. 一種用於處理反應室之系統，該系統包含：包含具有反應空間的反應室的反應器；流體地耦接到該反應器的金屬鹵化物源；耦接到該反應器的金屬CVD源；耦接到該反應器的處理反應物源，其中該處理反應物源包含與該金屬CVD源的分解產物具有相同化學式的材料；及控制器，其經組態以進行以下操作：將金屬鹵化物化學物質自該金屬鹵化物源提供到該反應空間；將金屬CVD前驅體自該金屬CVD源提供到該反應空間；形成上覆於基板的經沉積的經摻雜金屬膜；在將該金屬CVD前驅體引入到該反應室之前或此期間，將處理反應物化學物質自該處理反應物源提供到該反應空間；及將該反應空間曝露於該處理反應物化學物質以減輕包含該金屬CVD前驅體的分解產物的顆粒的形成。
  9. 如請求項8之系統，其中該金屬CVD前驅體選自由有機金屬化合物及鋁CVD化合物中的一或多者組成的群，且其中該控制器經組態以自金屬CVD前驅體提供該金屬CVD前驅體，該金屬CVD前驅體選自由有機金屬化合物 化學物質及鋁CVD化合物化學物質組成的群。
  10. 如請求項8或9之系統，其進一步包含熱激發源，其中該處理反應物化學物質曝露於該熱激發源。
  11. 如請求項10之系統，其中該處理反應物源包含選自包含一或多個氫原子的化合物及包含鹵素的化合物的群的一或多種化合物。
  12. 如請求項10之系統，其中該處理反應物源包含氨、氫、一或多種矽烷、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴、炔烴及肼及其衍生物中的一或多者。
  13. 如請求項10之系統，其中該處理反應物化學物質在該將該金屬CVD前驅體引入之前提供。
  14. 如請求項13之系統，其中該材料包含與該金屬CVD源的β氫化物消除產物具有相同化學式的材料。
  15. 一種用於處理反應室之系統，該系統包含：包含反應室的反應器；流體地耦接到該反應器的金屬鹵化物源；選自由有機金屬化合物及鋁CVD化合物中的一或多者組成的群的金屬CVD源，其流體地耦接到該反應器；及耦接到該反應器的處理反應物源，該處理反應物源包含處理氣體，該處理氣體經組態以執行減輕該反應室內的殘餘物的形成及轉化形成於該反應室內的殘餘物中的一或多者，使得該殘餘物在該反應室內加工的基板上形成較少顆粒；其中該系統經組態以在將該金屬CVD前驅體引入到該反應室之前使用該處理氣體執行反應室處理，及其中該處理氣體包含氨、氫、矽烷、甲烷、矽氫化物、硼氫化物、鹵代矽烷、鹵代硼烷、烯烴、炔烴及肼及其衍生物中的一或多者。
  16. 如請求項15之系統，其中該系統進一步經組態以進行以下操作：將金屬鹵化物化學物質自該金屬鹵化物源提供到該反應室一段時間期間；在將該金屬鹵化物化學物質提供到該反應室一段時間期間的該步驟之後，將該處理氣體提供到該反應室一段時間期間；及在將該處理反應物化學物質提供到該反應室一段時間期間之後，將該金屬CVD前驅體提供到該反應室。
  17. 如請求項15或16之系統，其中該處理反應物源包含與該金屬CVD源的分解產物具有相同化學式的材料。
TW110140762A 2016-09-12 2017-09-01 用於處理沉積反應器之系統 TWI826858B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/262,990 2016-09-12
US15/262,990 US20160376700A1 (en) 2013-02-01 2016-09-12 System for treatment of deposition reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202208668A TW202208668A (zh) 2022-03-01
TWI826858B true TWI826858B (zh) 2023-12-21

Family

ID=61900741

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106129971A TWI747943B (zh) 2016-09-12 2017-09-01 用於處理沉積反應器之系統
TW110140762A TWI826858B (zh) 2016-09-12 2017-09-01 用於處理沉積反應器之系統

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106129971A TWI747943B (zh) 2016-09-12 2017-09-01 用於處理沉積反應器之系統

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20180029921A (zh)
TW (2) TWI747943B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534133B1 (en) * 1996-06-14 2003-03-18 Research Foundation Of State University Of New York Methodology for in-situ doping of aluminum coatings

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8894870B2 (en) * 2013-02-01 2014-11-25 Asm Ip Holding B.V. Multi-step method and apparatus for etching compounds containing a metal

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534133B1 (en) * 1996-06-14 2003-03-18 Research Foundation Of State University Of New York Methodology for in-situ doping of aluminum coatings

Also Published As

Publication number Publication date
TWI747943B (zh) 2021-12-01
TW201812859A (zh) 2018-04-01
KR20180029921A (ko) 2018-03-21
TW202208668A (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11967488B2 (en) Method for treatment of deposition reactor
KR20230119083A (ko) 증착 반응기의 처리를 위한 방법 및 시스템
KR102694640B1 (ko) 저온 ald 막들을 위한 챔버 언더코팅 준비 방법
US11417515B2 (en) Methods for depositing blocking layers on metal surfaces
TWI519667B (zh) 使用鋁烷為基礎的前驅物的金屬薄膜沉積
US6305314B1 (en) Apparatus and concept for minimizing parasitic chemical vapor deposition during atomic layer deposition
JP5209198B2 (ja) 熱およびプラズマ増強蒸着のための装置および操作方法
KR20180014661A (ko) 질화막의 형성 방법 및 형성 장치
JP2007162131A (ja) 熱およびプラズマ増強蒸着のための装置および操作方法
KR20080050510A (ko) 배치 ａｌｄ 반응기에 대한 처리 공정
JP2007138295A (ja) シングルチャンバ内で異なる堆積プロセスを実行する方法およびシステム
US20050250325A1 (en) Methods of forming metal-containing structures
WO2005104207A1 (en) Method for extending time between chamber cleaning processes
JP2020161722A (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
US20140273526A1 (en) Atomic Layer Deposition Of Films Comprising Si(C)N Using Hydrazine, Azide And/Or Silyl Amine Derivatives
JP2021106216A (ja) 膜形成方法及びシステム
TWI826858B (zh) 用於處理沉積反應器之系統
JP2022049682A (ja) 酸化シリコンの堆積方法
US20110206862A1 (en) Titanium Nitride Film Deposition by Vapor Deposition Using Cyclopentadienyl Alkylamino Titanium Precursors
US11658014B2 (en) Apparatuses and methods of protecting nickel and nickel containing components with thin films