用于原子层沉积或化学气相沉积的方法及设备与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月30日提交的美国申请no.62/773,377的优先权，其通过引用结合于此以用于所有目的。

本公开内容涉及半导体装置的形成。更具体而言，本公开内容涉及使用原子层沉积或化学气相沉积来形成半导体装置。

技术实现要素：

为了实现前述目的，并且根据本公开内容的目的，提供了一种设备，其包含：处理室；前体气体源；反应物气体源；抑制剂气体源；钝化气体源；气体入口，其与所述处理室流体连接；切换歧管；以及控制器，其可控地连接至所述切换歧管。在第一位置的所述切换歧管提供所述抑制剂气体源与所述气体入口之间的流体连接，其中在第二位置的所述切换歧管提供所述前体气体源与所述气体入口之间的流体连接，其中在第三位置的所述切换歧管提供所述反应物气体源与所述气体入口之间的流体连接，其中在第四位置的所述切换歧管提供所述钝化气体源与所述气体入口之间的流体连接；且其中所述切换歧管防止所述气体入口同时与所述前体气体源、所述反应物气体源、所述钝化气体源以及所述抑制剂气体源中的至少两者流体连接。

在另一表现形式中，提供了一种填充衬底的特征的方法。在所述特征的所选深度处选择性沉积抑制剂层。原子层沉积处理或化学气相沉积处理使沉积层在所述特征内沉积，其中在所述抑制剂层沉积处的所述特征的部分上，所述沉积层被选择性地抑制。

在另一表现形式中，提供了一种设备，其包含：处理室；化学气相沉积气体源；抑制剂气体源；钝化气体源；气体入口，其与所述处理室流体连接；切换歧管；以及控制器，其可控地连接至所述切换歧管。在第一位置的所述切换歧管提供所述抑制剂气体源与所述气体入口之间的流体连接，其中在第二位置的所述切换歧管提供所述化学气相沉积气体源与所述气体入口之间的流体连接，其中在第三位置的所述切换歧管提供所述钝化气体源与所述气体入口之间的流体连接；且其中所述切换歧管防止所述气体入口同时与所述化学气相沉积气体源、所述钝化气体源以及所述抑制剂气体源中的至少两者流体连接。

本公开内容的这些特征和其它特征将在下面在本公开内容的详细描述中并结合以下附图进行更详细的描述。

附图说明

在附图中以示例而非限制的方式示出了本公开内容，并且附图中相同的附图标记表示相似的元件，其中：

图1为原子层沉积(ald)系统的一实施方案的示意图。

图2是可以用于实施一实施方案的计算机系统的示意图。

图3为使用图1所示的ald系统的一实施方案的流程图。

图4a-f为根据一实施方案所处理的堆叠件的一部分的横截面示意图；

图5为沉积抑制剂层的步骤的更详细的流程图；

图6为化学气相沉积(cvd)系统的一实施方案的示意图；

图7为使用图6所示的cvd系统的处理的高阶流程图。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的几个优选实施方式来详细描述本公开内容。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开内容的彻底理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本公开内容可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的工艺步骤和/或结构，以免不必要地使本公开内容不清楚。

图1是原子层沉积(ald)系统100的一实施方案的示意图。ald系统100包括处理室104。在处理室104内为衬底支撑件108。喷头112被定位在衬底支撑件108上方。气体入口116将喷头112连接至切换歧管120。切换歧管120则被连接到前体气体源124、反应物气体源128、抑制剂气体源132、清扫气体源136以及钝化气体源138。切换歧管120可包括连接到一或多个阀的一或多个歧管。排放系统140与处理室104流体连接，以排放来自处理室104的排出的气并控制室压力。高频(hf)射频rf源144通过匹配网络148而电连接至衬底支撑件108。低频(lf)rf源152通过匹配网络148而电连接到衬底支撑件108。控制器156可控制地连接到切换歧管120、排放系统140、hfrf源144和lfrf源152。衬底160被放置在衬底支撑件108上。这种室的一个是lamresearchcorporation(fremont,ca)所生产的striker^tmoxide系统。

图2是示出适用于实现在实施方案中使用的控制器156的计算机系统200的高阶框图。计算机系统200可以具有从集成电路、印刷电路板和小型手持装置到超大型计算机的许多物理形式。计算机系统200包括一个或多个处理器202，并且还可以包括电子显示装置204(用于显示图形、文本和其他数据)、主存储器206(例如随机存取存储器(ram))，存储装置208(例如，硬盘驱动器)、可移动存储装置210(例如，光盘驱动器)、用户界面装置212(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或其他指点装置等)和通信接口214(例如，无线网络接口)。通信接口214允许经由链路在计算机系统200和外部装置之间传送软件和数据。系统还可以包括与上述装置/模块连接的通信基础设施216(例如，通信总线、交叉连接杆或网络)。

经由通信接口214传送的信息可以是诸如电子信号、电磁信号、光学信号之类的信号形式或能够经由通信链路由通信接口214接收的其它信号，通信链路携带信号并可以使用导线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频链路和/或其他通信信道实现。利用这样的通信接口，可以预期一个或多个处理器202可以在执行上述方法步骤的过程中从网络接收信息，或者可以向网络输出信息。此外，方法实施方案可以仅在处理器上执行，或者可以通过诸如因特网之类的网络与共享处理的一部分的远程处理器一起执行。

术语“非瞬态计算机可读介质”通常用于指代介质，诸如主存储器、辅助存储器、可移动存储装置、和存储装置，诸如硬盘、闪存存储器、磁盘驱动存储器、cd-rom以及其他形式的持久性存储器，并且不应当被解释为涵盖瞬态标的物，如载波或信号。计算机代码的示例包括诸如由编译器产生的机器代码，和含有由计算机使用解释器执行的较高级代码的文档。计算机可读介质也可以是由包含在载波中的计算机数据信号发送的并且代表能由处理器执行的指令序列的计算机代码。

图3是使用ald系统100的处理的高阶流程图。该处理可以称为抑制控制增强(ice)。在一实施方案中，将间隙填充物提供至衬底支撑件108上的衬底160。图4a为堆叠件400下的衬底160的一部分的放大剖面图。衬底160上的层404具有一或多个特征408。附图可能未按比例绘制。在该实施方案中，其特征为高深宽比的特征，其深度与最大宽度的比大于50:1。在该示例中，特征408具有颈部412，在该处，特征408变窄。另外，特征408在特征408最宽的位置416处成弓形。当特征被填充时，在弓形位置416被填充之前，保形沉积便会使颈部412闭合而形成空隙。

在本实施方案中，提供了抑制剂沉积处理(步骤304)。图5是抑制剂沉积处理步骤(步骤304)的更详细流程图。提供抑制剂气体(步骤504)。抑制剂气体流入处理室104。在该示例中，切换歧管120被置于第一位置。在切换歧管120的第一位置，抑制剂气体源132与气体入口116流体连通。抑制剂气体从抑制剂气体源132通过气体入口116而流入处理室104。在其第一位置处时，前体气体源124、反应物气体源128、清扫气体源136以及钝化气体源138均不与气体入口116流体连接。在该示例中，该抑制剂气体为介于5sccm至1000sccm之间的碘。抑制剂气体形成为抑制等离子体(步骤508)。在该示例中，提供在13.56兆赫(mhz)的频率和在250至6500瓦之间的功率下的第一高频激发功率。提供偏置(步骤512)。在该示例中，提供在400khz的频率和在0至5000瓦之间的功率下的第一低频偏置功率。在介于0.05至500秒之后，便停止抑制剂沉积处理。

图4b是在施加抑制剂以形成抑制剂层420之后的衬底160和堆叠件400的一部分的放大横截面图。抑制剂层420主要沉积在将被抑制沉积的区域(例如颈部412)中，以避免夹断并且避免形成空隙。高频激发功率以及低频偏置可以使用作为调谐旋钮，以在所选深度处选择性地沉积抑制剂层420，使得该抑制剂层沉积在特征408的所期望的部分上。另外，施加抑制剂的时间长度可以用作额外的调谐旋钮。

在沉积了抑制剂层420之后，提供原子层沉积处理(步骤308)。在该示例中，原子层沉积处理(步骤308)包括前体沉积处理(步骤312)、第一次清扫(步骤314)、反应物施加处理(步骤316)以及第二次清扫(318)。在该示例中，在前体沉积处理期间(步骤312)，切换歧管120被置于第二位置。在切换歧管120的第二位置，前体气体源124与气体入口116流体连接。前体气体从前体气体源124通过气体入口116流入处理室104中。在第二位置处，抑制剂气体源132、反应物气体源128以及清扫气体源136不与气体入口116流体连接。在该示例中，该前体气体为介于100sccm至1000sccm之间的含硅前体，例如c6h19n3si。在该示例中，前体气体不形成等离子体。因此，提供在13.56mhz的频率下的低于500瓦功率的第二高频功率。在该示例中，该功率为0瓦，从而不提供高频功率。在该示例中，提供低偏置或完全不提供偏置。结果，提供在400khz的频率下、低于500瓦功率的第二低频偏置功率。在介于0.05至10秒的时间后，停止施加前体。在该示例中，停止前体气体的流动。

当该前体气体的流动停止时，通过将切换歧管120放置在使清扫气体源136与气体入口116流体连接的位置处而提供对前体气体的第一次清扫(步骤314)。清扫气体从清扫气体源136通过气体入口116而流入处理室104。抑制剂气体源132、反应物气体源128以及前体气体源124均不与气体入口116流体连接。在该示例中，该清扫气体可以是ar。

在提供第一次清扫来清扫前体气体之后(步骤314)，进行反应物施加(步骤316)。使反应物气体流入处理室104中。在该示例中，切换歧管120被放置在第三位置。在切换歧管120的第三位置，反应物气体源128与气体入口116流体连接。反应物气体从反应物气体源128通过气体入口116流入处理室104。在第三位置处，前体气体源124、抑制剂气体源132以及清扫气体源136均不与气体入口116流体连通。在该示例中，反应物气体为250sccm至20000sccm之间的氧(o2)的氧化气体。反应物气体会形成等离子体。在该示例中，提供在13.56mhz的频率并且在125至6500瓦之间的功率下的第三高频激发功率。提供偏置(步骤512)。在该示例中，提供在400khz的频率并且在25至5000瓦之间的功率下的第三低频偏置功率。在介于0.05至140秒的时间后，停止施加反应物气体。

当反应物气体的流动停止时，提供第二清扫气体(步骤318)以清扫该反应物气体。第二清扫气体可以与第一清扫气体相同或不同。如果第二清扫气体与第一清扫气体相同，则通过将切换歧管120放置在使得清扫气体源136与气体入口116流体连接的位置来提供第二清扫气体。第二清扫气体从清扫气体源136通过气体入口116流入处理室104。抑制剂气体源132、反应物气体源128以及前体气体源124均不与气体入口116流体连接。如果第二清扫气体不同于第一清扫气体，就将切换歧管放置在使得另一清扫气体源与气体入口116流体连接的位置上。

原子层沉积处理(步骤308)可以执行一或多个循环。在该示例中，原子层沉积处理(步骤308)执行1至60个循环。图4c为原子层沉积处理(步骤308)完成之后的衬底160和堆叠件400的一部分的放大横截面图。为了便于理解，原子层沉积物424被示出为大于实际尺寸。如图所示，原子层沉积物424不会沉积在抑制剂层420的地方或沉积较少。在沉积了抑制剂层420的特征的部分上，抑制剂层420选择性地抑制了原子层沉积。

在该示例中，间隙-填充并未完成，所以重复进行该处理(步骤324)。提供钝化处理(步骤328)，以移除剩余的抑制剂层420。在该示例中，切换歧管120被放置在第四位置。在切换歧管120的第四位置，钝化气体源138与气体入口116流体连接。钝化气体从钝化气体源138经过气体入口116而流入处理室104。在第四位置时，前体气体源124、反应物气体源128、抑制剂气体源132以及清扫气体源136均不与气体入口116流体连接。在一实施方案中，该钝化气体包括氧气。在其他实施方案中，钝化气体可以包括o2、h2或例如he或ar之类的惰性气体中的一或多种。钝化气体会形成等离子体。在该示例中，提供在13.56mhz的频率并且在250至6500瓦之间的功率下的第四高频激发功率。提供偏置。在该示例中，提供在400khz的频率并且在0至5000瓦之间的功率下的第四低频偏置功率。接着停止钝化处理。钝化处理相对于原子层沉积物424而选择性地移除剩余的抑制剂沉积物。

通过提供另一抑制剂沉积处理来沉积新的抑制剂层(步骤304)。使用不同的hfrf功率和lfrf功率来重复该抑制剂沉积处理。图4d是在抑制剂沉积处理(步骤304)完成之后的衬底160以及堆叠件400的一部分的放大横截面图。在该示例中，调节了hf功率和lf功率，使得抑制剂层428不像先前的抑制剂层420那样深入延伸到特征408中。这使得原子层沉积物能进一步在特征408的上方沉积。

重复ald处理(步骤308)。图4e为在原子层沉积处理(步骤308)完成之后的衬底160以及堆叠件400的一部分的放大横截面图。原子层沉积物424进一步延伸至特征408的上方。

在一些实施方案中，抑制剂沉积处理(步骤304)、原子层沉积处理(步骤308)和钝化处理(步骤328)的循环重复介于1至2000次之间。图4f是在间隙填充处理完成之后的衬底160以及堆叠件的一部分的放大横截面图。在本实施方案中，使用抑制沉积以及调节lfrf信号功率和hfrf信号功率有助于防止在间隙填充时产生空隙。可以在堆叠件400上执行额外处理。

切换歧管120防止抑制剂气体、前体气体、清扫气体以及反应物气体中的任何两种同时流动。提供抑制剂气体源132以及切换歧管120(其独立于前体气体和反应物气体提供抑制剂气体)使得能进行抑制剂沉积。在诸多实施方案中，该抑制剂气体可以是碘、氯、三氟化氮(nf3)、磺酰基卤化物、二醇类(即乙二醇、乙烯二醇、丙二醇等等)、二胺(即乙二胺、丙二胺等等)、乙炔或乙烯、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、吡啶、哌啶、吡咯、嘧啶、咪唑或苯。此外，低频rf和高频rf的配置使得能调节抑制剂沉积的位置，从而使抑制剂沉积物被沉积在需要抑制沉积的特征的区域处。切换歧管120防止气体入口116与前体气体源136、反应物气体源128、钝化气体源138、清扫气体源136以及抑制剂气体源132中的至少两者在同一时间流体连接。在本实施方案中，当切换歧管120被置于第五位置时，该第五位置提供了清扫气体源136以及气体入口116之间的流体连接，并且防止了气体入口116与前体气体源124、反应物气体源238、钝化气体源248以及抑制剂气体源132处于流体连接。

已经发现，通过将喷头112接地并向衬底支撑件108提供hfrf功率和lfrf功率，可以改善对抑制剂沉积位置的控制。不受理论的束缚，相信在衬底支撑件上增加偏置会导致抑制剂层420的沉积更深。在这些实施方案中，低频在介于100khz和1mhz的范围内。高频则是在介于10mhz至100mhz的范围内。因此，选择性偏置可用于控制抑制剂层420的深度的选择性沉积。

提供了可用于多个原子层沉积循环的抑制剂层420，并在提供新的抑制剂层428之前使用钝化处理以除去剩余的抑制剂层420，从而提供了改进的调谐处理。因此，与提供前体气体、提供清扫气体、提供反应物气体以及提供抑制剂气体分开而单独提供钝化气体，从而提供了改进的ald处理。

在上述实施方案中，例如硅氧化物的介电材料是在间隙-填充处理中沉积。在其它实施方案中，例如金属氧化物的其它材料是在间隙-填充处理中沉积。

在一实施方案中，可以提供加速控制增强(ace)，以在特征上的不同于提供抑制剂沉积处的区域上能加速沉积。该加速沉积将使得在沉积有加速沉积的区域处的沉积加速。

图6是化学气相沉积(cvd)系统600的一实施方案的示意图。cvd系统600包括处理室604。在处理室604中为衬底支撑件608。喷头612定位于衬底支撑件608上方。喷头612接地。气体入口616将喷头612连接到切换歧管620。切换歧管620则连接到cvd气体源624、抑制剂气体源632以及钝化气体源638。cvd气体源624可包括用于cvd处理的一或多个气体源。切换歧管620可包括连接到一或多个阀的一或多个歧管。排放系统640与处理室604流体连接，以排放来自处理室604的排出的气并控制室压力。高频(hf)射频rf源644通过匹配网络648而电连接至衬底支撑件608。在本实施方案中，hfrf源644提供了在10mhz至100mhz的频率范围内的rf信号至衬底支撑件608。低频(lf)rf源652则通过匹配网络648而电连接至衬底支撑件608。在本实施方案中，lf源652提供了在100khz至1mhz的频率范围内的rf信号。控制器656以可控方式连接到切换歧管620、排放系统640、hfrf源644以及lfrf源652。衬底660被放置在衬底支撑件上608。

图7是使用cvd系统600的处理的高阶流程图。该处理可以称为抑制控制增强(ice)。在一实施方案中，向衬底支撑件608上的衬底660提供间隙填充。提供抑制剂沉积(步骤704)。在该示例中，抑制剂层被沉积在特征的最窄部分。化学气相沉积使化学气相沉积层沉积(步骤708)。在本实施方案中，比起沉积在没有抑制剂层的特征的区域上，该抑制剂沉积会导致化学气相沉积层选择性地较少沉积在具有抑制剂层的特征区域上。

如果特征没有完全填充，则可以重复该处理(步骤724)。在本实施方案中，使用钝化步骤(步骤728)来去除剩余的抑制剂层。提供另一抑制沉积(步骤704)以沉积另一抑制剂层。提供另一cvd处理(步骤708)以继续填充特征，其中该cvd处理选择性地在具有抑制剂层的区域的较下方处进行沉积。

处于第一位置的切换歧管620在抑制剂气体源632和气体入口616之间提供流体连接，其中处于第二位置的切换歧管620在化学气相沉积气体源624和气体入口616之间提供流体连接，其中处于第三位置的切换歧管620在钝化气体源638和气体入口616之间提供流体连接；且其中切换歧管620防止气体入口616与化学气相沉积气体源624、钝化气体源638以及抑制剂气体源632中的至少两个同时流体连接。

在该实施方案中，控制器656包括至少一个处理器以及计算机可读介质。该计算机可读介质包括用于提供多个循环的计算机代码，其中每个循环包括提供抑制剂沉积，其包括将切换歧管620放置在第一位置；以及提供化学气相沉积，包括将切换歧管620放置在第二位置；以及用于提供钝化的计算机代码，包括将切换歧管620置于第三位置。在本实施方案中，控制器656以可控方式连接到高频rf源644和低频rf源652。该计算机可读介质还包括：当切换歧管620被放置在第一位置时，提供第一高频激发功率以及第一低频偏置功率的计算机代码；当切换歧管620被放置在第二位置时，提供第二高频激发功率以及第二低频偏置功率的电脑编码；以及当切换歧管620被放置在第三位置时，提供第三高频激发功率以及第三低频偏置功率的计算机编码。在本实施方案中，该计算机可读介质还包括当切换歧管620被放置在第一位置时用于提供第一高频激发功率以及第一低频偏置功率的计算机代码，其中该第一高频激发功率大于250瓦。

虽然已经根据几个优选实施方案描述了本公开内容，但是存在落在本公开内容的范围内的改变、修改、置换和各种替代等同方案。还应当注意，存在实现本公开内容的方法和装置的许多替代方式。因此，以下所附权利要求旨在被解释为包括落在本公开内容的真实精神和范围内的所有这样的改变、修改、置换和各种替代等同方案。