[发明专利]一种在衬底上选择性原子层淀积薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体器件制备的薄膜淀积技术。具体涉及一种在衬底上选择性原子层淀积薄膜的方法 

背景技术

先进的薄膜制备技术是半导体器件等比例缩小的关键技术之一。半导体器件的等比例缩小不仅仅是把传统器件结构的缩小而已，同时也包括新型材料和器件结构在每个集成电路的技术节点的引入。通过以上两点，能保持根据摩尔定律预测的在每个技术节点的器件性能的提升。 

通常制备薄膜的技术包括溅射，化学气相沉积，溶胶凝胶法，物理气相沉积，有机金属源化学气相沉积以及原子层淀积等。原子层淀积也称原子层外延或者原子层化学气相沉积。与传统的连续生长的化学气相沉积不同的是，原子层淀积是一种单原子层或者亚单原子层交替式生长的淀积方法。原子层淀积的显著优点是原子层淀积中的表面反应具有饱和的特性，这使得原子层淀积的生长方式是自限制的。因此，原子层淀积具有极好的大范围均匀性，优良的保形性，以及在原子级别的薄膜组分和厚度控制。利用原子层淀积生长薄膜在现代半导体器件制备工艺中变的越来越重要。 

通常，一个经过工艺处理的衬底通常包括不同的薄膜，比如介质，半导体以及导体等等。现有技术通常采用无选择性的工艺制备薄膜：即薄膜在整个衬底的表面上生长，而忽略衬底表面各部分上的不同材料。选择性薄膜生长指的是一种只生长在某种特定材料上，而不在衬底的其他材料表面生长的薄膜淀积方式。 

选择性薄膜生长是半导体器件制备中的一种重要的技术，它不仅能够简化器件的制备工艺，而且能够极大的提高实现新型器件结构的的能力。近年来，大量的关于选择性淀积硅和锗硅薄膜的技术正在被研究人员广泛的研究。如，先进p型半导体场效应晶体管的源极和漏极区域的锗硅薄膜选择性外延生长的技术已取得了长足的进步和发展。通过化学气相淀积的锗硅薄膜只生长在衬底暴露的硅表面上，而不在硅表面附近的氧化硅和氮化硅上生长。这种选择性淀积锗硅薄膜的工艺是通过在工艺中引入HCl 气体的方法来抑制锗硅薄膜在氧化物和氮化物表面的成核来实现的。然而，研究发现，这种选择性淀积锗硅薄膜方法在有高密度图形的氧化物和氮化物表面存在负载效应。所谓的负载效应有两种：在高密度图形的氮化物和氧化物表面的化学气相淀积的生长方式与其在平面硅片上的生长不一样的效应称为全局负载效应，主要表现为在相同的化学气相淀积工艺下，在高密度的图形衬底和平面衬底上，所得到的薄膜的掺杂浓度，组分以及厚度方面的不均匀性；另一种相关的效应是局域负载效应，这种效应表现为在不同结构的氧化物和氮化物表面由于图形密度的不同，会得到不同的薄膜特性(诸如掺杂浓度，薄膜组分和厚度)，这种因为图形密度不同而不同在器件制造技术方面引入了巨大的问题。 

有关研究尝试了许多方法来减轻或者抑制选择性淀积硅和锗硅薄膜工艺中的负载效应。然而，这些方法和工艺通常带来了巨大的工艺复杂性和成本，很难在制备中得到广泛的应用。 

以上生长工艺的缺点在目前集成电路纳米级工艺制备技术中带来了极大的问题。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种用于半导体器件制备的薄膜淀积技术，具体涉及具体涉及一种在衬底上选择性原子层淀积薄膜的方法，尤其涉及一种利用原子层淀积选择性生长硅，锗硅及其衍生物方法。 

本发明的目的之一是利用选择性原子层淀积的方法在选定的区域内淀积薄膜，而不在其他不需要的地方淀积。 

本发明的第二目的是提供一种能够解决传统选择性淀积生长在不同密度图形的表面的负载效应的薄膜淀积方式。 

本发明的第三个目的是提供一种选择性原子层淀积薄膜的方式，而不需要使用到传统的光刻技术，以及因为使用传统的光刻技术而需要引入的后续薄膜刻蚀工艺。 

为了实现以上目的，本发明提出了一种新型的选择性薄膜生长的方法。本发明方法主要针对由半导体晶片和不同密度图形的氧化物薄膜组成的衬底，在生长过程中，通常把衬底加热到预定温度，利用原子层淀积的方法在表面生长薄膜，通过在原子层淀积的反应前体中掺杂HCl或者在工艺过程中独立的引入HCl的脉冲来实现在氧化层上薄膜生长的抑制效应。 

本发明中，HCl对薄膜在氧化物或者氮化物表面成核的抑制可以通过对HCl气体进行加热或者把HCl等离子体化处理来实现，HCl的等离子体化可以在原子层淀积的反应腔中直接产生，也可以在分立的腔中产生，然后传送到反应腔中。 

本发明中，HCl气体对绝缘体表面生长的薄膜的刻蚀速率大于在半导体表面上生长的薄膜的刻蚀速率。