TWM548356U - 低蒸汽壓氣溶膠輔助的化學氣相沉積 - Google Patents

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奈爾許奇曼羅 巴古
皮耶納桑薩利亞 葛拉迪亞
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Description

低蒸汽壓氣溶膠輔助的化學氣相沉積
本文所述的實施方式涉及使用低蒸汽壓前驅物來進行的化學氣相沉積。
藉由氣體的化學反應在基板上形成薄膜是現代半導體元件製造過程中的主要步驟之一。這些沉積製程包括化學氣相沉積（CVD）以及電漿增強化學氣相沉積（PECVD），PECVD結合傳統CVD技術使用電漿。CVD和PECVD介電層可以用作在半導體元件中的不同層。例如，介電層可以用作在元件中的導電線路或互連件之間的金屬間的介電層。或者，介電層可以用作阻擋層、蝕刻停止層或間隔件，以及其它的層。
化學前驅物已引入到基板處理腔室的基板處理區域中。基板定位在基板處理區域內，並且一或多種前驅物可被引入到基板處理區域中，以沉積薄膜。液體前驅物可藉由以下方式來使用：使載氣以「起泡」的方式穿過液體，以將蒸汽載送到基板處理區域中。這種技術的有效性取決於該液體的蒸汽壓。該液體的溫度可增大以提高蒸汽壓。也已使用超聲發生器來生成液滴以增加前驅物到基板處理區域的遞送，然而，液滴大小可不利地影響沉積均勻性和間隙填充能力。
需要用於在氣溶膠輔助的（aerosol-assisted）CVD中減小液滴大小以拓寬可利用低蒸汽壓前驅物的可用應用的方法。
描述用於處理在基板表面上的薄膜的系統和方法。所述系統具有氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器從一或多種前驅物的冷凝物質（液體或固體）來形成液滴。載氣流過所述冷凝物質，並將液滴推向放在基板處理區域中的基板。與氣溶膠發生器連接的直列機械泵（inline mechanical pump）也可以用於將液滴推向基板。直流（DC）電場被施加在兩個導電板材之間，這兩個導電板材經配置為使所述液滴在這兩個導電板材之間經過。所述液滴的大小藉由所述DC電場的施加而按需要地減小。在穿過所述DC電場後，所述液滴進入所述基板處理區域，並且與所述基板進行化學反應來沉積或蝕刻薄膜。
本文所述的實施方式包括用於在基板上形成自組（self-assembled）單層的裝置。所述裝置包括加熱的載氣源。所述裝置進一步包括氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器經配置為從所述加熱的載氣源接收加熱的載氣，並且經配置為從冷凝物質前驅物來產生氣溶膠液滴。所述裝置進一步包括前驅物導管，所述前驅物導管經配置為接收所述氣溶膠液滴。所述裝置進一步包括DC電源。所述裝置進一步包括頂部電極和底部電極。所述頂部電極和所述底部電極是平行的，並且形成電氣間隙，所述電氣間隙經配置為接收所述氣溶膠液滴。借助真空電饋通(vacuum electrical feedthrough)，用來自所述DC電源的差分電壓對所述頂部電極和所述底部電極進行偏置。所述差分電壓被施加在所述頂部電極和所述底部電極之間，用以減小所述氣溶膠液滴的大小。所述裝置進一步包括基板基座，所述基板基座設置在所述腔室內的基板處理區域內。所述基板基座經配置為在所述自組單層的形成過程中支撐所述基板。
所述差分電壓可被選擇為形成具有在500 V/cm與20000 V/cm之間的幅值的電場。所述差分電壓可以在100伏與2千伏之間。所述氣溶膠液滴可以具有在3 nm與75 nm之間的直徑。
本文所公開的實施方式包括基板處理裝置。所述基板處理裝置包括基板基座，所述基板基座設置在所述基板處理裝置內的基板處理區域內。所述基板基座經配置為在所述薄膜的處理過程中支撐基板。所述基板處理裝置進一步包括載氣源。所述基板處理裝置進一步包括氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器經配置為從所述載氣源接收載氣，並且經配置為從液體前驅物來產生氣溶膠液滴。所述基板處理裝置進一步包括加熱器，所述加熱器用於加熱所述載氣源與所述氣溶膠發生器之間的所述載氣。所述基板處理裝置進一步包括壓電式換能器（piezoelectric transducer），所述壓電式換能器被附連到所述氣溶膠發生器，用以促成所述氣溶膠液滴的產生。所述基板處理裝置進一步包括前驅物導管，所述前驅物導管經配置為接收所述氣溶膠液滴。所述基板處理裝置進一步包括DC電源。所述基板處理裝置進一步包括第一電極和第二電極。所述第一電極和所述第二電極彼此平行，並由間隙分開。所述間隙經配置為接收所述氣溶膠液滴並且借助真空電饋通從所述DC電源接收電壓。所述電壓被施加在所述第一電極和所述第二電極之間，用以將所述氣溶膠液滴的大小減小到3 nm與75 nm之間的氣溶膠液滴大小並且將所述氣溶膠液滴的大小維持在3 nm與75 nm之間，直至所述氣溶膠液滴到達所述基板。
所述液體前驅物可以包括辛基磷酸(CH 3(CH 2) 6CH 2-P(O)(OH) 2)、全氟化辛基磷酸(CF 3(CF 2) 5CH 2-CH 2-P(O)(OH) 2)、十八烷基膦酸(CH 3(CH 2) 16CH 2-P(O)(OH) 2)、癸基膦酸、三甲苯基膦酸、環己基膦酸、己基膦酸或丁基膦酸中的一或多種。所述第一電極和所述第二電極可以是水準的。所述基板可平行於所述第一電極和所述第二電極兩者。所述基板可設置在所述第一電極和所述第二電極之間。所述壓電式換能器可與所述液體前驅物直接接觸。可藉由將固體前驅物溶解於溶劑中來形成所述液體前驅物。所述基板可垂直於所述第一電極和所述第二電極兩者。所述基板基座可為電絕緣體。
本文所公開的實施方式包括用於在基板上形成薄膜的基板處理腔室。所述基板處理腔室包括載氣源。所述基板處理腔室進一步包括氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器經配置為從加熱的載氣源接收加熱的載氣，並且經配置為從冷凝物質前驅物來產生氣溶膠液滴。所述基板處理腔室進一步包括前驅物導管，所述前驅物導管經配置為接收所述氣溶膠液滴。所述基板處理腔室進一步包括DC電源。所述基板處理腔室進一步包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極經配置為從DC電源接收DC電壓。所述第一電極和所述第二電極是平行的，並且在所述第一電極與所述第二電極之間形成間隙。所述DC電壓被施加在所述第一電極和所述第二電極之間，用以減小所述氣溶膠液滴的大小。施加在所述第一電極與所述第二電極之間的所述DC電壓形成電場，所述電場從所述第一電極直接指向所述基板並直接指向所述第二電極。所述基板處理腔室進一步包括基板基座，所述基板基座設置在所述腔室內的基板處理區域內。所述基板基座經配置為在所述薄膜的處理過程中支撐所述基板。
所述間隙可經配置為直接從所述前驅物導管接收所述氣溶膠液滴，而不使得所述氣溶膠液滴穿過所述第一電極或所述第二電極。所述間隙可經配置為透過所述第一電極或所述第二電極中的一或多個孔隙接收所述氣溶膠液滴。所述基板基座可以包括碳塊（carbon block）。
本發明的實施方式包括在基板上形成層的方法。所述方法包括將所述基板放入基板處理腔室的基板處理區域中。所述方法進一步包括將液體前驅物放入氣溶膠發生器中。所述方法進一步包括使載氣流入所述氣溶膠發生器中，用以產生氣溶膠液滴。所述方法進一步包括將電場施加至所述氣溶膠液滴。所述方法進一步包括使所述氣溶膠液滴流入所述基板處理區域中。所述方法進一步包括在所述基板上從所述氣溶膠液滴來形成所述層。
所述層可為II-VI族或III-V族半導體之一。所述層可為氮化硼、氮化鋁、砷化鎵、磷化鎵、砷化銦或銻化銦之一。所述層可為金屬氧化物，或者可由氧和金屬元素組成。所述電場可為具有指向所述基板的電場的DC電場。所述方法可進一步包括使第二前驅物流入所述基板處理區域中，用以在所述層上形成單層。在形成所述層的過程中基板處理區域中的電子溫度可低於0.5 eV。
本發明的實施方式包括處理基板上的層的方法。所述方法包括將所述基板放入基板處理腔室的基板處理區域中。所述方法進一步包括將固體前驅物溶解於溶劑中，用以在氣溶膠發生器內形成前驅物溶液。所述方法進一步包括使載氣流入所述氣溶膠發生器中，用以產生氣溶膠液滴。所述方法進一步包括將電場施加至所述氣溶膠液滴。所述方法進一步包括使所述氣溶膠液滴流入所述基板處理區域中。所述方法進一步包括藉由與所述氣溶膠液滴的化學反應來蝕刻所述基板上的層。
所述層可以僅由兩種元素組成。所述層可由III族元素和V族元素組成。所述層可由II族元素和VI族元素組成。所述方法可進一步包括使第二前驅物流入所述基板處理區域中，用以將一個單層從所述層移除。所述電場可為具有指向所述基板的電場的DC電場。所述電場可以具有在500 V/cm與20000 V/cm之間的幅值。所述氣溶膠液滴可以具有在3 nm與75 nm之間的直徑。在蝕刻所述層的過程中基板處理區域中的電子溫度可低於0.5 eV。
另外的實施方式以及特徵在以下描述中部分闡明，並且部分在查閱本說明書後將變得對本領域技術人員顯而易見，或者可藉由實踐所公開的實施方式來瞭解。所公開的實施方式的特徵和優點可借助於本說明書中描述的手段、組合和方法來實現和達成。
描述用於處理在基板表面上的薄膜的系統和方法。所述系統具有氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器從一或多種前驅物的冷凝物質（液體或固體）來形成液滴。載氣流過所述冷凝物質，並將液滴推向放在基板處理區域中的基板。與氣溶膠發生器連接的直列機械泵也可以用於將液滴推向基板。直流（DC）電場被施加在兩個導電板材之間，這兩個導電板材經配置為使所述液滴在這兩個導電板材之間經過。所述液滴的大小藉由所述DC電場的施加而按需要地減小。在穿過所述DC電場後，所述液滴進入所述基板處理區域，並且與所述基板進行化學反應來沉積或蝕刻薄膜。
期望拓寬可用於例如CVD、原子層蝕刻（ALEt）和原子層沉積（ALD）腔室中的一套可用化學前驅物。低蒸汽壓固體前驅物和高沸點液體前驅物已經難以在蒸汽相遞送到CVD、ALEt或ALD腔室中。這限制了前驅物在薄膜材料沉積中的使用。改進固體和低蒸汽壓液體至處理腔室中的遞送可尤其改進含有多於一種元素的薄膜的沉積。自組單層（SAM）可尤其受益於低蒸汽壓前驅物的使用。比起液體沉積製程，半導體薄膜形成應用更受益於幹法沉積製程（蒸汽相）。
本文所述的實施方式可涉及具有低蒸汽壓的固體前驅物和/或液體前驅物。液體和固體（或它們的組合）通常可描述為冷凝物質。冷凝物質由一直受相鄰原子/分子施加的力影響的原子/分子組成，並且根據實施方式可定義為基本沒有或沒有平均自由行程（mean free path）的物質。在實施方式中，具有低蒸汽壓的固體前驅物可溶解於單一溶劑或相容溶劑的混合物中，並且這種組合可被稱為冷凝物質。氣溶膠由冷凝物質形成，並且可使用超聲加濕器來形成。超聲加濕器可以具有壓電式換能器，所述壓電式換能器可以在一或多個頻率操作。超聲加濕器可以生成氣溶膠液滴，使用載氣（諸如氮（N 2）或氬（Ar））將所述氣溶膠液滴載送到反應腔室（基板處理區域）中。載氣可為惰性，並且既不與冷凝物質形成共價化學鍵也不與基板形成共價化學鍵。與氣溶膠發生器連接的直列機械泵也可以用於將液滴推向基板。
氣溶膠液滴可以穿過導管，所述導管被加熱來阻止冷凝，或者促成在氣溶膠液滴進入基板處理區域後與基板的反應。基板處理區域在基板處理腔室內，並且是在將前驅物遞送到基板處理區域中之前抽空大氣氣體的真空腔室。在實施方式中，基板處理區域被密封以隔絕外部大氣，並且可在比大氣壓低得多壓力下操作，從而抽空大氣氣體。冷凝物質前驅物不需要是揮發性的以生成氣溶膠液滴。冷凝物質前驅物可溶解於溶劑或溶劑的混合物中，氣溶膠液滴從中產生。由於本文所述的實施方式，現可使用更廣範圍的前驅物，因為揮發性不再是必要的。基板處理腔室還可配置有可產生電場的兩個電極。已經發現，電場可按期望減小氣溶膠液滴的大小或維持氣溶膠液滴的較小大小。
為了更好地理解和瞭解本文所述的實施方式，現參考圖1和圖2，圖1和圖2是根據實施方式的成薄膜製程（101和201）的流程圖。同時將會參考圖5A，圖5A包括根據實施方式的基板處理腔室1001的橫截面示意圖。圖5A、圖5B、圖5C的基板處理腔室的任一者或它們元件的組合可以用來執行本文所述的製程（例如，101或102）。在製程101中，在操作110中，將基板1013遞送到基板處理腔室1001的基板處理區域中。基板1013被基板基座1014支撐，所述基板基座1014可由使熱控制的液體穿過基板基座1014而被電阻式地加熱和/或冷卻。基板基座的一部分和整個基板1013示為在基板處理區域內。基板處理區域另外由石英擋板1012和石英外殼1016界定，石英擋板1012和石英外殼1016可被包括以在成薄膜過程中以有益的方式降低腔室主體1006的溫度。
在操作120中，將固體前驅物溶解於溶劑中，並且放入具有壓電式換能器1004-1的氣溶膠發生器1003-1中。在操作130中，在加熱的載氣源1002中加熱載氣，並且使載氣流入氣溶膠發生器1003-1中。藉由向換能器的頂部和底部施加振盪電壓來振動壓電式換能器1004-1，並且在氣溶膠發生器1003-1中從前驅物溶液產生氣溶膠液滴（操作140）。另外，在操作140中，氣溶膠液滴流過前驅物導管1015-1並且透過頂蓋1005進入基板處理腔室1001。在進入容納有基板1013的基板處理區域前，氣溶膠液滴還流過頂部電極1009，並且接著流過底部電極1010。DC電場被施加在頂部電極1009與底部電極1010之間，同時氣溶膠液滴在兩個電極之間經過（操作150）。電場被施加在電場區域1011中，並且從頂部電極1009指向底部電極1010。絕緣體1008經配置為維持頂部電極1009與底部電極1010之間的電氣分離。在實施方式中，腔室主體1006和頂蓋1005還可與頂部電極1009和底部電極1010之一或兩者電氣絕緣。DC電壓差在DC電源1007內產生，並且借助真空相容電饋通來傳入基板處理區域。在實施方式中，藉由施加垂直於基板1013的主平面的DC電場來減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。頂部電極1009和底部電極1010具有允許氣溶膠液滴穿過這兩者的穿孔，但是這兩者還是平面的，並且每者均平行於基板1013的主平面。基板還可在沉積過程中被電氣偏置。在操作160中，從氣溶膠液滴沉積薄膜在基板1013上，並且在操作170中，將基板從基板處理區域移除。
氣溶膠發生器1003可定位成靠近基板處理腔室1001，以進一步維持較小的氣溶膠液滴大小。氣溶膠發生器1003內的容積可大致與將處理的基板的面積成比例。例如，對於300 mm基板，可使用一升氣溶膠發生器1003來產生氣溶膠液滴。可使用品質流量控制器來控制前驅物導管1015-1內的氣溶膠液滴向基板處理腔室1001流動的流量。前驅物導管1015-1可含有受熱的活性炭，用以維持氣溶膠液滴的高溫（高於室溫），這還幫助維持較小的氣溶膠液滴大小。
對於成薄膜製程101，已經使用固體前驅物。在實施方式中，可能已經使用固體或液體前驅物，並且固體前驅物示例性地表現出在容納低蒸汽壓前驅物上的技術有效性。在接下來的實例中，使用液體前驅物，但是在實施方式中，固體前驅物可以替代液體前驅物。在操作210中，將基板放入基板處理區域內。
將液體前驅物放入有嵌入式換能器1004-2的氣溶膠發生器1003-2中。在加熱的載氣源1002中加熱載氣，並且使載氣流入氣溶膠發生器1003-2。藉由向換能器的頂部和底部施加振盪電壓來振動換能器1004-2，並且在氣溶膠發生器1003-2中從前驅物溶液產生氣溶膠液滴（操作220）。根據實施方式，液體前驅物還可溶解於一種溶劑或相容溶劑的組合中，正如第一實例的固體前驅物的情況那樣。接著，氣溶膠液滴流過前驅物導管1015-2並且透過頂蓋1005進入基板處理腔室1001。在操作230中，在進入容納有基板1013的基板處理區域前，氣溶膠液滴接著流過頂部電極1009，並且流過底部電極1010。在進入基板處理區域前，DC電場被施加在頂部電極1009與底部電極1010之間，同時氣溶膠液滴在兩個電極之間經過。電場被施加在電場區域1011中，並且從頂部電極1009指向底部電極1010。絕緣體1008經配置為維持頂部電極1009與底部電極1010之間的電氣分離。DC電壓差在DC電源1007內產生，並且借助真空相容電饋通來傳入基板處理區域。在實施方式中，藉由施加垂直於基板1013的主平面的DC電場來減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。頂部電極1009和底部電極1010具有允許氣溶膠液滴穿過這兩者的一或多個穿孔，但是這兩者還是平面的，並且每者均平行於基板1013的主平面。在實施方式中，基座可相對於腔室主體1006、頂部電極1009和/或底部電極1010被電氣偏置。
從較小氣溶膠液滴沉積薄膜在基板1013上。基板處理區域可被抽空以移除未反應氣溶膠液滴和反應副產物。有不同化學特性的第二前驅物接著流入基板處理區域（操作240），用以在操作250中，完成「原子」層沉積薄膜（ALD）的形成。如果尚未達到目標厚度，那麼製程可以重複（操作260）。一旦達到目標厚度，在操作270中，將基板從基板處理區域移除。一般來說，前驅物可以按一種相繼、交替的方式被遞送到基板處理區域，如實例中那樣，或者根據實施方式，它們可以同時進入反應器。在實施方式中，前驅物在進入基板處理區域前，可與彼此組合。
本文所述的製程和設備的益處可涉及處理時間的減少。已經發現，使用低蒸汽前驅物來進行的成薄膜經常需要數個小時並且甚至是數十小時，才能得到有益的薄膜厚度。根據實施方式，本文所述的技術和硬體可用來使薄膜蝕刻/成薄膜時間減少超過100至超過1000倍。在實施方案中，蝕刻/沉積時間可以在5秒與5分鐘之間，或者在15秒與2分鐘之間。本文所述的蒸汽蝕刻或氣相沉積技術是「幹法」製程，其中反應是由氣體表面化學反應主導。一些現有技術製程涉及將圖案化基板浸入含低蒸汽壓力前驅物的液體溶液中，用以獲得期望的蝕刻或沉積速率。在本文中，前驅物以氣相被遞送到基板，並且製程可因此描述為幹法製程。本文所述的幹法製程避免可能因液體處理的表面張力對小線寬的圖案化基板造成的損壞。幹法製程和設備的益處包括實現高蝕刻/沉積速率，同時避免圖案毀壞。
在所有本文所述的實施方式中，前驅物呈冷凝物質相，這可包括溶解在溶劑中。在實施方式中，該冷凝物質前驅物的蒸汽壓力在溶解前（或者如果完全未使用到溶劑）可以為零、低至不可測量、低於10 Torr、低於20 Torr或低於30 Torr。根據實施方式，在溶解後，含冷凝物質前驅物和合適溶劑的溶液的蒸汽壓可為10 Torr、低於30 Torr或低於50 Torr。示例性冷凝物質前驅物將會在引入激發性的沉積應用（motivating deposition application）後呈現。
可受益於本文所述的技術和硬體的示例性的沉積應用是形成自組單層，這可涉及使用低蒸汽壓液體前驅物。本文所述的沉積製程的益處是精細且複雜地圖案化基板上的極度共形沉積速率。較深的間隙、溝槽或過孔相對溝槽內的較深部分來說經常在它們的開口附近呈現更高的沉積速率，尤其是在液滴大小相較特徵大小或線寬來說較大的時候。根據實施方式，本文所述的方法可以用來沉積具有在0.5 nm與20 nm之間、在1 nm與10 nm之間或在2 nm與5 nm之間的均勻或相對均勻的厚度的共形薄膜（conformal film）。所述方法可替代地用於以均勻蝕刻速率來蝕刻，無論圖案化基板上的圖案化多複雜都是如此。在實施方式中，過孔或溝槽（特徵）的寬度和深度可以在3 nm與20 nm之間或在5 nm與10 nm之間。所有本文所述的參數可適用於蝕刻和沉積兩者，但是例示性的實例描述的是沉積製程。在實施方式中，過孔或溝槽的寬度（在更窄的維度上）可以小於30 nm、小於20 nm或小於10 nm。深度在本文中是從溝槽的頂部至底部來測量的。「頂部」、「上方」和「向上」在本文中將用來描述垂直地遠離於基板平面並且在垂直方向上更遠離基板的主平面的部分/方向。「豎直」將用來描述朝向「頂部」在「向上」方向上對準的對象。其它類似術語也可使用，它們含義現將清楚。
示例性的低蒸汽壓前驅物包括可用於形成自組單層（SAM）的前驅物。本文所述的技術可以用於除了以下所呈現的那些外的許多地方，不過例示性的實例可有助於理解本文所公開的實施方式。用於沉積自組單層的前驅物可以具有在化學上與頭部部分（head moiety,HM）區分開來的尾部部分（tail moiety,TM），HM已被發現對於自組單層的形成來說是有益的。前驅物可為磷酸，所述磷酸包括具有化學式PO(OH)2的HM。根據實施方式，低蒸汽壓冷凝物質前驅物可以包括辛基磷酸(CH 3(CH 2) 6CH 2-P(O)(OH) 2)、全氟化辛基磷酸(CF 3(CF 2) 5CH 2-CH 2-P(O)(OH) 2)、十八烷基膦酸(CH 3(CH 2) 16CH 2-P(O)(OH) 2)、癸基膦酸、三甲苯基膦酸、環己基膦酸、己基膦酸或丁基膦酸中的一或多種。
尾部部分（TM）可阻止或阻礙在後續暴露於第二沉積前驅物的過程中在圖案化的層上成薄膜。根據實施方式，磷酸前驅物的尾部部分可以包括具有在鏈中共價鍵合到彼此的多於5個碳原子、多於6個碳原子或多於7個碳原子的全氟化烷基團。對於更小的碳鏈，存在更大的氟原子作為對小得多氫原子的替代似乎阻礙了圖案化層成核。在實施方式中，磷酸前驅物的尾部部分可以包括具有在鏈中共價鍵合的多於12個碳原子、多於14個碳原子或多於16個碳原子的烷基團。根據實施方式，TM可以包含線型或芳族烴，諸如-CH 2、C 6H 5、C 6H 4、C 2H 5或-CH 2CH 2CH 3。
用於沉積自組單層（SAM）的前驅物可以提供共價鍵合到基板的頭部部分，以及從共價鍵遠離基板延伸的尾部部分。尾部部分包括稱為鏈的相對長的共價鍵序列。在實施方式中，SAM可穩定為（阻止分解（resist decomposition））高達300℃或350℃基板溫度。化學前驅物分子的HM可以包含含硫基團，諸如硫醇基團。根據實施方式，前驅物可為甲硫醇(CH 3SH)、乙硫醇(C 2H 5SH)或丁硫醇(C 4H 9SH)、N-烷基硫醇{CH 3(CH 2) n-1SH，其中n為8、12、16、18、20、22或29}。在實施方式中，前驅物可為CF 3和CF 2封端的硫醇（terminated thiols）中的一或多種，諸如CF 3(CF 2)n(CH 2) 11)SH和CF 3(CF 2) 9(CH 2) nSH（其中n為2、11或17），以及n為9-15 的(CF 3(CH 2) nSH)。根據實施方式，頭部基團可以包含含氮基團。在實施方式中，前驅物可為3-氨基丙基三乙氧基矽烷（APTES）、(3-氨丙基)三甲氧基矽烷（(3-Aminopropyl)trimethoxysilane，APTMS）、1,3二氨基丙烷、乙二胺、乙二胺四乙酸、二乙胺和甲胺中的一或多種。
薄膜沉積到圖案化的層上在SAM上的速率可遠低於薄膜沉積到未被自組單層覆蓋的部分上的速率。薄膜沉積在SAM上的速率可以因SAM存在而降低，並且這個沉積速率可遠低於SAM不存在的情況。在實施方式中，在無SAM的部分上沉積的速率可為大於在SAM部分上生長的速率的100倍、大於150倍或大於200倍。SAM層的存在或缺乏可由低蒸汽壓前驅物與圖案化基板上的不同暴露部分在親合性（affinity）上的差異確定。例如，SAM的沉積速率可以在暴露的金屬部分上容易進行，但是在圖案化基板的暴露的介電部分上並非如此。金屬部分可以是導電的，並且可以包含形成處於冷凝物質狀態的導電材料的元素或由這種元素組成（如果並不存在其它元素的話）。在實施方式中，SAM層的在暴露的金屬部分上的沉積速率可以是超過在暴露的介電部分上的沉積速率的10、15、20或25倍。
在實施方式中，前驅物可沉積在圖案化的層的兩個或兩個以上化學上不同的部分上，但是可以在這兩個部分的僅一者上形成共價鍵。在另一部分上，前驅物可藉由物理吸附（physisorption）來鍵合，這意味著在前驅物與第二暴露表面部分之間並未形成共價鍵。在這種情景下，物理吸附的前驅物可被容易地移除，同時允許化學吸附（chemisorb）（共價鍵合）的前驅物留下。這是一種用於產生選擇性地沉積的SAM層的替代方法。
如此處生長的自組單層（SAM）可以被選擇性地沉積在圖案化基板的一些部分上，但不沉積在其它部分上。接著，後續沉積可以在無SAM塗層的區域上進行。本文所述的方法相較於涉及到平版印刷式圖案化的傳統方法來說，可節省成本並且提高覆蓋的準確性（overlay accuracy）。在SAM選擇性沉積後，後續沉積也可稱為選擇性沉積，但是所述後續沉積是選擇性地沉積的SAM層的倒像（reverse image）。後續沉積的薄膜可以在完成的積體電路的運行中或在另外處理中具有更大的實用性（相較SAM來說）。圖3A、圖3B和圖3C是自組單層310和選擇性地沉積的介電質315-1的選擇性沉積期間或之後的某些點處的圖案化基板的側視圖。在圖3A中，自組單層310被沉積在位於圖案化基板301內的間隙中的暴露的銅305上，但不沉積在其它的暴露部分上。暴露的銅305可以是裸露的，即，在銅305的頂部與自組單層310之間可不具有襯墊層或阻擋層。
圖3B示出選擇性地沉積的介電質315-1，所述介電質315-1形成在無自組單層的位置，在實例中，即非銅的任何地方。每處自組單層310可被移除以留下選擇性地沉積的介電質315-1，例外的是圖案化基板301的間隙中的嵌入的銅305，如圖3C所示。圖3D是在本文中未公開實施方式的在選擇性地沉積自組單層後的圖案化基板的側視圖。形成自組單層的現有技術方法已利用圖3A-3C的製程流程來得到測試，並趨向於產生選擇性地沉積的介電質315-2，這種選擇性地沉積的介電質315-2覆蓋在嵌入的銅305的各部分上，並且增加在完成元件內的電阻率或造成完成元件故障。
圖4示出根據實施方式的沒有和具有被吸附的自組單層的材料的接觸角（contact angle）的圖。藉由用去離子水潤濕表面並且觀察由水作用於各種材料形成的角度來在每個表面上測量接觸角。氧化矽、低介電常數介電質、銅和氮化鈦被表徵來測量接觸角，並且從左至右示出四種材料。圖4中的每個虛線矩形表示四種材料中的一種材料，並且包含兩次測量：一次測量是從裸露表面，並且一次測量是在暴露於十八烷基膦酸（被稱為ODPA）之後。僅銅顯示在裸露表面與暴露於十八烷基膦酸的表面之間的統計學顯著差異。在裸露表面和暴露表面之間缺乏差異證明十八烷基膦酸未化學吸附到氧化矽、低介電常數介電質和氮化鈦中的每者上。在實施方式中，自組單層可被形成在圖案化基板的一些部分（例如，銅）上，而不形成在另一部分上。根據實施方式，接著，後續沉積可以僅在無SAM塗層的區域上進行。
根據實施方式，可用於溶解低蒸汽壓冷凝物質前驅物的示例性的溶劑可以包括異丙醇（IPA）、1-丁醇、甲苯、二甲苯、苯、己烷、環己烷、四氫□喃、二甲亞□、二甲基甲醯胺、乙□、二氯甲烷、乙酸乙酯和三氯甲烷中的一或多種。在實施方式中，溶劑可以包含芳族烴，可以包含碳和氫或由碳和氫組成，或者可以包括碳、氫和氧或由碳、氫和氧組成。
圖5A示出根據實施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖，所述基板處理腔室可以用於執行前述方法。基板溫度在沉積過程中可升高至高於室溫，這取決於生長的薄膜類型。本文中介紹的幹法製程使得製程能夠在比現有技術液體製程更高的溫度下執行。較小的氣溶膠液滴可以離開石英擋板1012的孔，接著會接近並且接觸基板1013，同時基板被維持處於在100℃與800℃之間、在200℃與700℃之間、在300℃與600℃之間或在400℃與500℃之間的溫度。這些基板溫度可存在於所有本文所述的沉積操作。腔室主體1006和/或頂蓋1005可為不銹鋼（例如，SST 304或優選地SST 316）材料，這種材料能夠承受相對高的溫度（可能高達400℃），同時維持石英擋板1012/石英外殼1016內的基板處理區域與腔室主體1006和頂蓋1005外的大氣之間的真空完整性（vacuum integrity）。腔室主體1006、頂蓋1005和任何其它部件可用O形環密封，所述O形環可與特定製程環境相容，用以確保基板處理區域與基板處理腔室1001外的大氣之間的氣體隔離。
腔室主體1006和/或頂蓋1005可借助使冷卻劑流過藉由例如不銹鋼加工或形成的冷卻劑通道來冷卻。冷卻劑通道可設置在O形環連接件附近，以防O形環暴露於高溫下。為了安全或降低石英擋板1012和石英外殼1016（基板處理區域）內的基礎壓力（base pressure），頂蓋1005和/或腔室主體1006的溫度可在成薄膜期間維持低於70℃。石英擋板1012和石英外殼1016的存在可進一步促成頂蓋1005和/或腔室主體1006的操作溫度的降低。石英擋板1012（例如，帶孔隙的石英部分）、頂部電極1009和/或底部電極1010可在成薄膜期間保持低於100℃。基板基座1014可被加熱至基板1013的先前給出的期望溫度，並且將基板1013的溫度維持處於有助於製程的水準。基板基座1014是可豎直地調整的，用以在將基板1013相對於石英擋板1012的底部定位過程中提供靈活性。熱電偶可附接到頂蓋1005和/或腔室主體1006或嵌入在頂蓋1005和/或腔室主體1006內，用以提供對溫度和/或冷卻劑流量的回饋控制。熱電偶還可用於在超過安全溫度上限設定點情況下，停止前驅物流量，並且還停止給基板基座1014加熱。
在實施方式中，在本文所述的沉積製程過程中基板處理區域中的壓力可為在10 Torr與750 Torr之間、在20 Torr與700 Torr之間或在100 Torr與600 Torr之間。根據實施方式，反應可熱進行（proceed thermally），僅由基板本身的溫度激發。在依賴於基板溫度實現沉積反應的實施方式中，術語「不含電漿」在本文中可以用來描述在不使用或實質上不使用電漿功率的應用期間的基板處理區域。在基板處理區域中缺乏電漿將以可分開或組合地使用的若干互補方式量化。電漿功率還可保持低於小閾值量，以使適當反應能夠進行。在實施方式中，施加到基板處理區域的電漿功率可以小於100瓦、小於50瓦、小於30瓦、小於10瓦，並且可為0瓦。
任何局部電漿的缺乏（或量值減小）在使沉積製程更共形並且更不可能使特徵變形上是令人滿意的。術語「不含電漿」在本文中將會用來描述在不將或實質上不將電漿功率施加到基板處理區域期間的基板處理區域。另一方面，根據實施方式，基板處理區域中的電子溫度可以小於0.5 eV、小於0.45 eV、小於0.4 eV或小於0.35 eV。在實施方式中，低蒸汽壓前驅物在進入基板處理區域前不會在任何遠端電漿中受到激發。例如，在遠端電漿區域或單獨的腔室區域存在並且用於將氣溶膠液滴引導向基板處理區域以及任何遠端區域可為如本文定義的不含電漿的情況下。
間隙（在圖5A中示為電場區域1011）存在於頂部電極1009與底部電極1010之間。形成電場區域1011的間隙在底部電極1010的頂表面與頂部電極1009的底表面之間受到測量。根據實施方式，電場區域1011的高度可為在0.5 mm與10 mm之間或在1 mm與3 mm之間。在實施方式中，施加在頂部電極1009與底部電極1010之間以維持或實現較小氣溶膠液滴大小的電壓可以是將頂部電極1009相對於底部電極1010置於正電位的DC電壓，或是將底部電極1010相對於頂部電極1009置於負電位的DC電壓。根據實施方式，DC電壓差的幅值可為在100伏與2千伏之間、在200伏與1000伏之間或在500伏與800伏之間。在實施方式中，頂部電極1009與底部電極1010之間的DC電場可以具有在500 V/cm與20000 V/cm之間、在1000 V/cm與10000 V/cm之間或在2000 V/cm與7000 V/cm之間的幅值。根據實施方式，已經發現，藉由施加DC電場將減小較小直徑的液滴，或維持它們的大小，甚至在氣溶膠液滴不帶電荷且無極性的情況下也是如此。
現將描述本文所述的硬體和製程的另外益處。現有技術氣溶膠液滴已經具有在約0.5μm與幾μm之間的直徑。由於將前驅物遞送到基板的較大直徑液滴的存在，產生若干問題。根據實施方式，此處形成的氣溶膠液滴可以具有在3 nm與75 nm之間、在5 nm與50 nm之間或在10 nm與25 nm之間的直徑。較小氣溶膠液滴尺寸促成前驅物源穿透到圖案化基板上的更小特徵中。更小的大小可以導致增強的材料間隙填充和間隙內更少的留出孔洞（trapped void）。更小的大小由於穿透狹窄間隙的能力而還可實現更共形的沉積。氣溶膠液滴具有更小的大小還增加了表面/體積比（surface to volume ratio），這使低蒸汽壓前驅物（以及如果使用溶劑時的溶劑）中存在的元素能夠更快速地釋放。一些元素是沉積的薄膜中不期望的。本文所述的更小的液滴大小使得不期望的元素（例如，碳或氫）形成在沉積反應過程中容易從表面脫離的揮發性物質。另外的益處包括使用本文所述的技術來實現的減小的表面粗糙度以及晶界（grain boundary）數量和大小的減小。
可使用超聲攪拌（ultrasonic agitation）在氣溶膠發生器1003中產生較小的氣溶膠液滴。如上所述，氣溶膠液滴的大小可藉由在氣溶膠液滴進入基板處理區域前在電場區域1011中施加DC電場來減小（或它們的生長被阻止）。顆粒篩檢程式1019可安裝在氣溶膠發生器1003下游，以進一步減小被允許穿過前驅物導管1015、穿過電場區域1011並且進入基板處理區域的氣溶膠液滴的大小。根據實施方式，顆粒篩檢程式1019可以允許具有小於0.3μm、小於0.25μm或小於0.2μm的直徑的氣溶膠液滴穿過，同時抑制或阻止具有大於這些大小閾值的直徑的液滴流動。篩檢程式可放置在沿前驅物導管1015的任何位置處，包括在頂部電極1009正上方的位置處。在實施方式中，篩檢程式可位於頂部電極1009中、可位於電場區域1011中、可位於底部電極1010中，或甚至在底部電極1010下游。氣溶膠液滴的大小可使用原位顆粒大小分析器（諸如冷凝顆粒計數器或檢測器）來測量。
在所有本文所述的沉積操作過程中，在將氣溶膠液滴引入基板處理區域中前，可使用真空泵1017來抽空基板處理腔室1001內的基板處理區域。在釋放到大氣中前，一些化學物質可能需要在穿過真空泵1017後進一步地處理。洗滌器1018可放置在真空泵1017下游，用以在釋放製程流出物前修改或移除製程流出物的化學成分。閉環排放回饋系統可以用來維持基板處理區域內的期望壓力。如果基板處理區域內的壓力被測量為高於設定值的壓力（或過壓情況），那麼自動閥（未示出）可釋放基板處理腔室1001內的壓力，使基板處理區域向真空泵1017和洗滌器1018開放。
本文所述的設備和技術可用於蝕刻或形成多種層，包括金屬、半導體和絕緣體。根據實施方式，這些層可以是共形的，並且可以是由有機或無機分子或原子層沉積（ALD）來形成的自組單層（SAM）。僅僅作為例示性的實例，可使用這些技術蝕刻或沉積的薄膜包括砷化銦鎵、磷化銦鎵、砷化鎵和氧化鈦。在實施方式中，薄膜可為金屬氧化物、III-V半導體或II-VI半導體。
圖5A示出用於將低蒸汽壓前驅物遞送到基板處理區域中的兩個氣溶膠發生器（1003-1和1003-2）。可以存在多於兩個氣溶膠發生器，並且它們可以被非氣溶膠生成源來增強，為增加可讀性，所述非氣溶膠生成源在附圖中未示出。在氣溶膠發生器中的一或多個中的換能器可替代地剔除（leave off），用以為非氣溶膠生成源配備圖示的硬體。在薄膜生長過程中，氣溶膠生成源中的一或多個可以用來將摻雜物遞送到薄膜，正如可用於生長摻雜有電子受體或供體的半導體的情況那樣。以此方式，n型或p型半導體（例如，矽）可使用本文所述的技術和硬體來形成。
圖5B示出根據實施方式的另一基板處理腔室1101的橫截面示意圖，所述基板處理腔室也可用於執行前述方法。每個實施方式的特徵和要素可添加至另一實施方式的一些或所有特徵和要素，以得到另外的實施方式。基板1113被放入基板處理腔室1101的基板處理區域中，用於沉積。基板1113被支撐在底部電極1114上。載氣從載氣源1102穿過載氣供應閥1104流入氣溶膠發生器1110中。RF功率源1106經配置為將交流電信號（例如，超聲）供應到設置成與氣溶膠發生器1110物理接觸的壓電式換能器1108。壓電式換能器1108蒸發冷凝物質前驅物源（例如，固體或液體），並且源自於載氣源1102的載氣流過氣溶膠發生器1110，並且將蒸發的前驅物透過腔室入口閥1111載送到基板處理腔室1101的基板處理區域中。載氣可以在如前所述穿過載氣供應閥1104並且進入氣溶膠發生器1110之前受到加熱。
底部電極1114平行於頂部電極1112，並且蒸發的前驅物或氣溶膠液滴從這些電極之間遞送到基板處理區域中。圖5A示出透過這些電極中的一個電極被遞送的氣溶膠液滴，並且圖5B示出不需要流過電極的配置。DC電源（在此時未示出）經配置為在頂部電極1112與底部電極1114之間施加DC電壓，以實現或維持基板處理區域中蒸發的前驅物中的較小液滴大小。電場從頂部電極1112指向底部電極1114。電絕緣體設置在頂部電極1112與底部電極1114之間，用以確保可獨立可控的電壓電平。在實施方式中，DC電壓差在DC電源內生成，可使用真空饋通施加至頂部電極1112和底部電極1114，或直接施加至這些電極，而不需要首先穿過真空。在實施方式中，藉由施加垂直於基板1113的DC電場來減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。在實施方式中，頂部電極1112和底部電極1114是平面的，並且各自平行於基板1113的主平面。基板可在沉積過程中受到電氣偏置。從氣溶膠液滴沉積薄膜在基板1113上。未反應的前驅物或其它製程流出物可使用真空泵1118泵送出，並且洗滌器1120可用來使製程流出物在化學上發生更改，用以提高環境的相容性。
加熱器線圈1116可設置在頂部電極1112和/或底部電極1114上。加熱頂部電極1112和/或底部電極1114阻礙了蒸發的前驅物冷凝並且進一步減小液滴大小。基板溫度在沉積過程中可升高至高於室溫，這取決於生長的薄膜類型。本文中介紹的幹法製程使得製程能夠在比現有技術液體製程更高的溫度下執行。根據實施方式，蒸發的前驅物與基板1113接觸的同時，基板維持在100℃與800℃之間、在200℃與700℃之間、在300℃與600℃之間或在400℃與500℃之間的溫度。製程壓力也在之前給出，並且為了簡潔起見，這裡將不在此重複。根據實施方式，反應可熱進行，僅由基板本身的溫度激發。基板處理區域可描述為不含電漿，它的定義先前已呈現出。根據實施方式，頂部電極1112與底部電極1114之間的間隙可為在1.0 mm與10 mm之間或在1.5 mm與3 mm之間。電壓、電場強度、液滴大小和製程益處先前已呈現出。
圖5C示出根據實施方式的另一基板處理腔室1201的橫截面示意圖，所述基板處理腔室也可用於執行前述方法。每個實施方式的特徵和要素可添加至另一實施方式的一些或所有特徵和要素，以得到另外的實施方式。基板1215在沉積前被放入基板處理腔室1201的基板處理區域中。基板1215被支撐在基板基座1216上。基板基座1216可為真空相容材料，在實施方式中為電絕緣體。基板基座1216可進一步經配置為是在本文所述的基板溫度下可真空相容的。在實施方式中，基板基座1216可為碳塊，並且可以包含碳或由碳組成。載氣從載氣源1202流入氣溶膠發生器1210中，並且以起泡的方式透過液體前驅物1206。RF功率源（未示出）經配置為將交流電信號（例如，超聲）供應到設置在氣溶膠發生器1210內部的壓電式換能器1204。壓電式換能器1204可振動以有益地促成液體前驅物1206的氣溶膠液滴朝基板處理腔室1201的基板處理區域的載送。
在這個特定實施方式中，電極豎直對準。第一電極1214也平行於第二電極1218，並且蒸發的前驅物或氣溶膠液滴透過第一電極1214遞送到在兩個電極之間的基板處理區域中。圖5A示出透過這些電極中的一個電極被遞送的氣溶膠液滴，並且圖5C示出有這種共有性質的配置。DC電源（在此時未示出）經配置為在第一電極1214與第二電極1218之間施加DC電壓，以實現或維持基板處理區域中蒸發的前驅物中的較小液滴大小。電場從第一電極1214指向第二電極1218。第一電極1214與第二電極1218之間的所有直接連接是電氣絕緣的。在實施方式中，入口板材1212也可藉由在第一電極1214與入口板材1212之間插入入口絕緣體1213來與第一電極1214電氣隔離。類似地，出口板材1220可藉由在第二電極1218與出口板材1220之間插入出口絕緣體1219來與第二電極1218電氣隔離。在實施方式中，DC電壓差在DC電源內生成，可使用真空饋通施加至第一電極1214和第二電極1218，或直接施加至這些電極，而不需要首先穿過真空。相較圖5A和圖5B中描繪的每個實施方式來說，在實施方式中，藉由施加平行於基板1215的DC電場來減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。在實施方式中，第一電極1214和第二電極1218是平面的，並且各自垂直於基板1215的主平面。從氣溶膠液滴沉積薄膜在基板1215上。根據實施方式，未反應的前驅物或其它製程流出物可經過第二電極1218、出口絕緣體1219和出口板材1220泵送出。製程流出物可藉由真空泵1222泵送出。基板溫度、製程壓力、電場強度、液滴大小和製程益處先前已呈現出。
圖6示出包括根據實施方式的方法的沉積技術的示意性對照圖。濕法噴塗熱解、幹法噴塗熱解、氣溶膠輔助的CVD（本文中的方法）和粉末噴塗熱解各自在圖6中呈現，並且進行比較。濕法噴塗熱解和幹法噴塗熱解、氣溶膠輔助的CVD（AACVD）和粉末噴塗熱解各自可以具有形成較大液滴1511的能力。在幹法噴塗熱解、AACVD和粉末噴塗熱解的情況下，較大液滴1511可與載體流體1521分離。使用本文所述器械和方法的各個方面來減小液滴的大小，並且維持較小的大小以蒸發前驅物1531。薄膜1541的期望的均勻性藉由使前驅物混合物(precursor amalgamation)的大小減至並包括單獨分子組分來實現。均勻的薄膜1541形成在基板1551上，同時在濕法噴塗熱解、幹法噴塗熱解和粉末噴塗熱解中的每者中仍觀察到成團。
到目前為止論述的實例使用低蒸汽壓前驅物藉由交替暴露或連續暴露來將薄膜沉積在基板上。本文所述的技術還可用於藉由暴露於具有低蒸汽壓的蝕刻前驅物(蝕刻劑)以交替暴露或連續暴露的方式來執行蝕刻。在實施方式中，低蒸汽壓蝕刻劑可為含鹵素前驅物、含氟前驅物、含氯前驅物或含溴前驅物。根據實施方式，低蒸汽壓蝕刻劑可為含金屬和鹵素的前驅物，其中鹵素可為氟、氯或溴。類似地，在實施方式中，低蒸汽壓蝕刻劑可為鹵化物(例如，鹵代烷)。低蒸汽壓蝕刻劑可以具有長烷基鏈，如本文中其它地方所述，所述長烷基鏈與藉由本文所呈現的技術補救的低蒸汽壓相關聯。
在實施方式中，本文所述的製程可以涉及在每次交替暴露於第一前驅物和第二前驅物時，移除單層。根據實施方式，本文所述的製程可以涉及在每次交替暴露於第一前驅物和第二前驅物時，進行單層材料沉積。第一前驅物和第二前驅物兩者可為用氣溶膠產生技術製備的低蒸汽壓前驅物。或者，前驅物中的一者可為可用氣溶膠產生技術來製備的低蒸汽壓前驅物，而另一者可能具有相對高的蒸汽壓並且藉由更簡單的傳統手段遞送到基板處理區域。
在所有本文所述的實施方式中，低蒸汽壓冷凝物質前驅物（例如，固體前驅物或液體前驅物）可以在5 mgm（毫克/分鐘）與500 mgm之間、在10 mgm與300 mgm之間或在25 mgm與200 mgm之間的流量供應。可以使用兩種或更多種低蒸汽壓冷凝物質前驅物，在這種情況下，每一種前驅物可以具有在以上所給出的範圍之間的流量。其它類型的前驅物也可使用，正如原子層沉積可出現的情況那樣。在本文所述的實施方式的任一者中，其它前驅物可以在5sccm與2000sccm之間、在10sccm與1000 sccm之間或在25sccm與700sccm之間的流量供應。在實施方式中，相較現有技術氣溶膠輔助的化學氣相沉積的緩慢沉積速率來說，使用本文所述的氣溶膠液滴生成方法和硬體的薄膜生長速率可以超過300 □/min，可以超過500 □ /min，或者可以超過1000 □ /min。
在原子層沉積製程過程中，所述實施方式中的每者可在按順序交替暴露之間具有抽空操作。一般來說，在交替暴露沉積序列過程中，所有本文所述製程的沉積操作和蝕刻操作可簡單地代之以在前驅物流入基板處理區域過程中有中止（stoppage）。或者，可使用一種氣體來主動地淨化（actively purge）基板處理區域，所述氣體基本不顯現對圖案化基板上的暴露材料的化學反應性。在前驅物中止或主動淨化後，下一種前驅物可以流入基板處理區域，以繼續圖案化基板的蝕刻/沉積/在圖案化基板上的蝕刻/沉積。
金屬可以包含一種「金屬元素」或由這種「金屬元素」組成，這種金屬元素形成僅由該金屬元素組成的呈固體的導電材料。在實施方式中，僅由這一種金屬元素（或是呈相對純的形式的金屬）組成的導電材料可以具有在20℃低於10-5Ω-m的導電率。根據實施方式，當與另一導電材料相結合時，這種導電材料可以形成歐姆接觸。如本文所述的金屬區域可由金屬元素組成，或者也可以是金屬氮化物，因為氮具有低電負性（electronegativity），這通常使金屬氮化物能夠維持導電性。在實施方式中，金屬氮化物可以包含金屬元素和氮，並且可由金屬元素和氮組成。在鎢和氮化鎢的示例性的情況下，金屬可以包含鎢或由鎢組成，並且金屬氮化物可以包含鎢和氮或由鎢和氮組成。
本文所述的製程的優點和益處在於材料在基板上沉積或蝕刻的共形速率。如本文所使用，諸如共形蝕刻、共形沉積和共形薄膜之類的術語是指與圖案化的表面的輪廓共形的薄膜或移除速度，無論該表面的形狀如何。移除速率或沉積層的頂表面和底表面可為大體上平行的。本領域的普通技術人員將認識到，沉積製程很有可能不是100%共形，並且因此，術語「大體上」允許可接受的公差。類似地，共形層是指具有大體上均勻的厚度的層。共形層可以具有與內表面形狀相同的外表面。
基板處理腔室的實施方式可結合到用於生產積體電路晶圓的更大製造系統中。圖7示出實施方式中的具有沉積腔室、蝕刻腔室、烘烤腔室和固化腔室的一個此類基板處理系統（主機）2101。在該圖中，一對前開式標準艙（front opening unified pods）（裝載閘腔室2102）供應多種大小的基板，這些基板由機器人臂2104接收並且在放入到基板處理腔室2108a-f中的一個中之前放入到低壓保持區域2106中。第二機器人臂2110可以用於將基板晶圓從保持區域2106傳輸到基板處理腔室2108a-f並傳輸回。每個基板處理腔室2108a-f可被裝配來執行許多基板處理操作，這些基板處理操作除了迴圈層沉積（CLD）、原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、蝕刻、原子層蝕刻、預先清潔、脫氣、取向和其它基板製程之外，還包括了本文中描述的幹法蝕刻製程。
如本文中所用，「圖案化基板」可為具有或沒有層形成在其上的支撐基板。圖案化基板可為多種摻雜濃度以及分佈的絕緣體或半導體，並且可例如為用於積體電路製造中的那類半導體基板。圖案化基板的暴露的「金屬」主要是金屬元素，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫、矽和碳。暴露的「金屬」可由金屬元素組成或實質上由金屬元素組成。圖案化基板的暴露的「金屬氮化物」主要是氮和金屬元素，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫、矽和碳。暴露的「金屬氮化物」可由氮和金屬元素組成或實質上由氮和金屬元素組成。可根據本文所述的方法處理的層的其它實例包括氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、鈦摻雜氧化矽和氧化鉿。
圖案化基板的暴露的「矽」或「多晶矽」主要是Si，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫和碳。暴露的「矽」或「多晶矽」可由矽組成或實質上由矽組成。圖案化基板的暴露的「氮化矽」主要是矽和氮，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫和碳。「暴露的氮化矽」可由矽和氮組成或實質上由矽和氮組成。圖案化基板的暴露的「氧化矽」主要是SiO 2，但可包括少量濃度的其它元素組分（例如氮、氫和碳）。在一些實施方式中，使用本文所公開的方法來蝕刻的氧化矽區域實質上由矽和氧組成。
本文所述的載氣可為惰性氣體。詞語「惰性氣體」是指在蝕刻或併入層時不形成化學鍵的任何氣體。示例性的惰性氣體包括稀有氣體，但也可以包括其它氣體，只要在（通常）痕量被捕陷在層中時不形成化學鍵即可。
間隙是具有任何的水準深寬比的蝕刻幾何形狀。從表面的上方來看，間隙可呈圓形、橢圓形、多邊形、矩形，或者各種其它形狀。「溝槽」是長間隙。溝槽可具有圍繞材料的島狀物的壕溝的形狀，深寬比為壕溝的長度或周長除以該壕溝的寬度。「過孔」是短間隙，具有水準深寬比，如從上方來看，幾乎是整體的。過孔可呈圓形、略橢圓形、多邊形或略矩形。過孔可填充有金屬或可不填充金屬來形成豎直的電連接。
在已公開若干實施方式的情況下，本領域的技術人員將認識到，在不背離所公開的實施方式的精神的情況下，可以使用各種修改、替代結構和等效物。另外，多個熟知的製程和元件尚未描述，以避免不必要地模糊所公開的實施方式。因此，以上描述不應視為限制權利要求書的範圍。
在提供某個範圍的值時，應當理解，該範圍的上限與下限之間的每一個居間值（除非上下文清楚地另外指明，到下限單位的十分之一）也確切地公開。涵蓋了在陳述範圍中的任何陳述值或居間值與這個陳述範圍中的任何其它陳述值或居間值之間的每個更小的範圍。這些更小的範圍的上限和下限可被獨立地包括於所述範圍內或排除於所述範圍外，並且在更小的範圍中包括任一極限值、不包括極限值或包括兩個限值的每個範圍也被涵蓋在所公開的實施方式內，根據陳述範圍中的任何確切地排除的極限值而定。在陳述範圍包括這些極限值中的一或兩個情況下，還包括排除那些所包括的極限值中的任一個或兩個的範圍。
如本文和隨附權利要求書所所用，單數形式「一個」、「一種」和「所述」包括複數指稱對象，除非上下文清楚地另外指明。因此，例如，提及「一種製程」包括多種此類製程，並且提及“介電材料」包括指稱本領域的技術人員所已知的一或多種介電材料以及等效物等等。
另外，術語「包括」和「包含」在用於本說明書以及隨附的權利要求書時，旨在指明存在陳述的特徵、整數、部件或步驟，但是它們並不排除一或多個其它特徵、整數、部件、步驟、動作或分組的存在或添加。
101‧‧‧製程
110‧‧‧操作
120‧‧‧操作
130‧‧‧操作
140‧‧‧操作
150‧‧‧操作
160‧‧‧操作
170‧‧‧操作
201‧‧‧製程
210‧‧‧操作
220‧‧‧操作
230‧‧‧操作
240‧‧‧操作
250‧‧‧操作
260‧‧‧操作
270‧‧‧操作
301‧‧‧圖案化基板
305‧‧‧銅
310‧‧‧自組單層
315-1‧‧‧介電質
315-2‧‧‧介電質
1001‧‧‧基板處理腔室
1002‧‧‧載氣源
1003-1‧‧‧氣溶膠發生器
1003-2‧‧‧氣溶膠發生器
1004-1‧‧‧壓電式換能器
1004-2‧‧‧嵌入式換能器
1005‧‧‧頂蓋
1015-1‧‧‧前驅物導管
1015-2‧‧‧前驅物導管
1006‧‧‧腔室主體
1007‧‧‧DC電源
1008‧‧‧絕緣體
1009‧‧‧頂部電極
1010‧‧‧底部電極
1011‧‧‧電場區域
1012‧‧‧石英擋板
1013‧‧‧基板
1014‧‧‧基板基座
1016‧‧‧石英外殼
1017‧‧‧真空泵
1018‧‧‧洗滌器
1019‧‧‧顆粒篩檢程式
1101‧‧‧基板處理腔室
1102‧‧‧載氣源
1104‧‧‧載氣供應閥
1106‧‧‧RF功率源
1108‧‧‧壓電式換能器
1110‧‧‧氣溶膠發生器
1111‧‧‧腔室入口閥
1112‧‧‧頂部電極
1113‧‧‧基板
1114‧‧‧底部電極
1116‧‧‧底部電極
1118‧‧‧真空泵
1120‧‧‧洗滌器
1201‧‧‧基板處理腔室
1202‧‧‧載氣源
1204‧‧‧壓電式換能器
1206‧‧‧液體前驅物
1210‧‧‧氣溶膠發生器
1212‧‧‧入口板材
1213‧‧‧入口絕緣體
1214‧‧‧第一電極
1215‧‧‧基板
1216‧‧‧基板基座
1218‧‧‧第二電極
1219‧‧‧出口絕緣體
1220‧‧‧出口板材
1222‧‧‧真空泵
1511‧‧‧較大液滴
1521‧‧‧載體流體
1531‧‧‧蒸發前驅物
1541‧‧‧薄膜
1551‧‧‧基板
2101‧‧‧基板處理系統
2102‧‧‧裝載閘腔室
2104‧‧‧機器人臂
2106‧‧‧保持區域
2108a‧‧‧基板處理腔室
2108b‧‧‧基板處理腔室
2108c‧‧‧基板處理腔室
2108d‧‧‧基板處理腔室
2108e‧‧‧基板處理腔室
2108f‧‧‧基板處理腔室
2110‧‧‧第二機器人臂
對所公開的實施方式的本質和優點的進一步的理解可以參考本說明書其餘部分以及附圖實現。
圖1示出根據實施方式的成薄膜(film formation)製程的流程圖。
圖2示出根據實施方式的成薄膜製程的流程圖。
圖3A是根據實施方式在選擇性沉積自組單層後的圖案化基板的側視圖。
圖3B是根據實施方式在使用自組單層進行選擇性沉積後的圖案化基板的側視圖。
圖3C是根據實施方式在移除自組單層後的圖案化基板的側視圖。
圖3D是未在本文中公開的實施方式的在選擇性沉積自組單層後的圖案化基板的側視圖。
圖4示出根據實施方式的沒有和具有自組單層的材料的接觸角的圖。
圖5A示出根據實施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。
圖5B示出根據實施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。
圖5C示出根據實施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。
圖6示出包括根據實施方式的方法的沉積技術的示意性對照圖。
圖7示出根據實施方式的示例性的基板處理系統的俯視圖。
在附圖中，類似部件和/或特徵可以具有相同參考標記。另外，相同類型的各種部件可藉由在參考標記後加上破折號和區分類似部件的第二參考標記來區分。如果在本說明書中僅僅使用第一參考標記，那麼描述都適用於具有相同的第一參考標記的類似部件中的任一者，而不管第二參考標記如何。
1001‧‧‧基板處理腔室
1002‧‧‧載氣源
1003-1‧‧‧氣溶膠發生器
1003-2‧‧‧氣溶膠發生器
1004-1‧‧‧壓電式換能器
1004-2‧‧‧嵌入式換能器
1005‧‧‧頂蓋
1015-1
1015-2
1006‧‧‧腔室主體
1007‧‧‧DC電源
1008‧‧‧絕緣體
1009‧‧‧頂部電極
1010‧‧‧底部電極
1011‧‧‧電場區域
1012‧‧‧石英擋板
1013‧‧‧基板
1014‧‧‧基板基座
1016‧‧‧石英外殼
1017‧‧‧真空泵
1018‧‧‧洗滌器
1019‧‧‧顆粒篩檢程式

Claims (17)

  1. 一種用於在一基板上形成一自組單層的裝置，該裝置包含：一加熱的載氣源；一氣溶膠發生器，該氣溶膠發生器被配置為從該加熱的載氣源中接收一加熱的載氣，並且被配置為從一冷凝物質前驅物來產生氣溶膠液滴；一前驅物導管，該前驅物導管被配置為接收該氣溶膠液滴；一DC電源；一頂部電極和一底部電極，其中該頂部電極和該底部電極是平行的，並且形成一電氣間隙，該電氣間隙被配置為接收該氣溶膠液滴，其中該頂部電極和該底部電極借助真空電饋通，用來自該DC電源的一差分電壓進行偏置；其中該差分電壓施加在該頂部電極和該底部電極之間，用以減小該氣溶膠液滴的一大小；一基板基座，該基板基座設置在一腔室內的一基板處理區域內，其中該基板基座被配置為在該自組單層形成過程中支撐該基板。
  2. 如請求項1所述的裝置，其中該差分電壓被選擇為形成具有在500V/cm與20,000V/cm之間的一幅值的一電場。
  3. 如請求項1所述的裝置，其中該差分電壓在100伏與2千伏之間。
  4. 如請求項1所述的裝置，其中該氣溶膠液滴具有3nm與75nm之間的一直徑。
  5. 一種基板處理裝置，該基板處理裝置包含：一基板基座，該基板基座設置在該基板處理裝置內的一基板處理區域內，其中該基板基座被配置為在一膜的處理過程中支撐一基板；一載氣源；一氣溶膠發生器，該氣溶膠發生器被配置為從該載氣源中接收一載氣，並且被配置為從一液體前驅物來產生氣溶膠液滴；一加熱器，該加熱器被配置為加熱該載氣源與該氣溶膠發生器之間的該載氣；一壓電式換能器，該壓電式換能器被附連到該氣溶膠發生器，用以促成該氣溶膠液滴產生；一前驅物導管，該前驅物導管被配置為接收該氣溶膠液滴；一DC電源；一第一電極和一第二電極，其中該第一電極和該第二電極彼此平行，並由一間隙分開，並且其中該間隙被配置為接收該氣溶膠液滴並且借助真空電饋通從該 DC電源接收一電壓；其中該電壓被施加在該第一電極和該第二電極之間，用以將該氣溶膠液滴的一大小減小到3nm與75nm之間並且將該氣溶膠液滴的該大小維持於3nm與75nm之間，直至該氣溶膠液滴到達該基板。
  6. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該液體前驅物包括辛基磷酸(CH3(CH2)6CH2-P(O)(OH)2)、全氟化辛基磷酸(CF3(CF2)5CH2-CH2-P(O)(OH)2)、十八烷基膦酸(CH3(CH2)16CH2-P(O)(OH)2)、癸基膦酸、三甲苯基膦酸、環己基膦酸、己基膦酸或丁基膦酸中的一或更多種。
  7. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該第一電極和該第二電極是水平的。
  8. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該基板平行於該第一電極和該第二電極兩者。
  9. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該基板設置在該第一電極和該第二電極之間。
  10. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該壓電式換能器是與該液體前驅物直接接觸。
  11. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該液體前驅物藉由以下方式形成：將一固體前驅物溶解 於一溶劑中。
  12. 如請求項5所述的基板處理裝置，其中該基板垂直於該第一電極和該第二電極兩者。
  13. 如請求項12所述的基板處理裝置，其中該基板基座是一電絕緣體。
  14. 一種用於在一基板上形成一膜的基板處理腔室，該基板處理腔室包含：一載氣源；一氣溶膠發生器，該氣溶膠發生器被配置為從該加熱的載氣源中接收一加熱的載氣，並且被配置為從一冷凝物質前驅物來產生一氣溶膠液滴；一前驅物導管，該前驅物導管被配置為接收該氣溶膠液滴；一DC電源；一第一電極和一第二電極，該第一電極和該第二電極被配置為從一DC電源中接收一DC電壓，其中該第一電極和該第二電極是平行的，並且在該第一電極和該第二電極之間形成一間隙，並且其中該DC電壓施加在該第一電極和該第二電極之間，用以減小該氣溶膠液滴的一大小，並且其中施加在該第一電極和該第二電極之間的該DC電壓形成一電場，該電場從該第一電極直接指向該基板並直接指向該第二電極； 一基板基座，該基板基座設置在該腔室內的一基板處理區域內，其中該基板基座被配置為在該膜的處理過程中支撐該基板。
  15. 如請求項14所述的基板處理腔室，其中該間隙被配置為直接從該前驅物導管接收該氣溶膠液滴，而該氣溶膠液滴不穿過該第一電極或該第二電極。
  16. 如請求項14所述的基板處理腔室，其中該間隙被配置為通過該第一電極或該第二電極中的孔隙接收該氣溶膠液滴。
  17. 如請求項14所述的基板處理腔室，其中該基板基座包含：一碳塊。
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