[发明专利]用于沉积碳化硅和碳氮化硅膜的设备和方法

说明书

技术领域

本发明的第一方面大体而言涉及在基板表面上沉积碳化硅层或膜的方法。在第一方面的特定实施方式中，本发明涉及原子层沉积工艺，所述原子层沉积工艺使用有机硅烷前体化合物。本发明的第二方面涉及用于等离子体增强原子层沉积的设备和方法。在第二方面的特定实施方式中，设备使用具有双通道的喷淋头或面板(faceplate)，以经由第一组通道传输远程产生的等离子体且经由第二组通道传输前体及其他气体。在第三方面，可在根据第二方面所描述的设备中执行形成碳化硅层的方法。

背景技术

在基板表面上沉积薄膜为各种工业中的重要工艺，所述各种工业包括半导体处理、扩散阻挡涂层及用于磁性读/写头的介电质。在半导体工业中，尤其是，小型化要求对薄膜沉积的原子级控制，以在高纵横比结构(high aspect structure)上产生共形(conformal)涂层。一种用于以原子层控制和共形沉积来沉积薄膜的方法为原子层沉积(atomic layer deposition;ALD)，该原子层沉积使用按顺序的自限(self-limiting)表面反应以形成具有以埃或单层水平控制的精确厚度的层。大多数ALD工艺基于二元反应顺序，所述二元反应按顺序沉积二元化合物膜。两个表面反应中的每一个按顺序地发生，并且因为该两个表面反应为自限的，所以可在原子水平控制下沉积薄膜。因为表面反应为按顺序的，所以两种气相反应物并不接触，且限制了可形成并沉积粒子的可能的气相反应。表面反应的自限本质也允许在每一反应循环期间驱动反应至完成，从而产生连续且无针孔的膜。

原子层沉积可在诸如半导体的电路装置的制造过程中用来形成特征。通过将安放在处理腔室中的基板的表面暴露于反应物或化学前体的交替脉冲，而逐层生长薄膜，每个所述反应物或化学前体经历反应，从而大体上提供受控的膜厚度。每一反应物脉冲向先前沉积的层提供额外原子层。膜生长循环通常由两个脉冲构成，每一脉冲之间以净化步骤分隔开。可用惰性气体来净化处理腔室，以去除反应物或前体材料。当将第二反应物或前体材料脉冲至反应器中时，第二反应物或前体材料与晶片(wafer)表面上的前体材料反应。再次使用惰性气体净化反应器。在ALD制造过程中，沉积膜的厚度由循环的次数控制。

原子层沉积也可称为循环沉积，是指按顺序引入两种或更多种反应化合物，以在基板表面上沉积材料层。将两种或更多种反应化合物交替地引入处理腔室的反应区域或处理区域中。反应化合物可呈气体、等离子体、蒸汽(vapor)、流体的状态或对气相沉积工艺有用的其他物质状态。通常，每一反应化合物相隔一时间延迟，以允许每一化合物黏着、吸附、吸收于基板表面上和/或在基板表面上反应。在典型的ALD工艺中，将第一前体或化合物A脉冲至反应区域中，继之以第一时间延迟。接下来，将第二前体或化合物B脉冲至反应区域中，继之以第二延迟。化合物A与化合物B反应以形成沉积材料。在每一时间延迟期间，将净化气体引入处理腔室中，以净化反应区域或以其他方式自反应区域去除任何残留反应化合物或副产物。替代地，净化气体可在整个沉积工艺期间连续地流动，使得仅有净化气体在反应化合物的脉冲之间的时间延迟期间流动。交替地脉冲反应化合物，直至在基板表面上形成沉积材料的所希望的膜厚度为止。在两种情形中的任一者下，脉冲化合物A、净化气体、脉冲化合物B和净化气体的ALD处理为一个循环。

碳化硅(Si_xC_yH_z)及类似膜为用于各种应用的有前途的材料。举例而言，在半导体装置中，Si_xC_yH_z的一些组合物在高温、高电压及高频下作用而没有降解。极佳的机械、化学及电气能力还使得碳化硅成为微机电系统(microelectromechanical systems;MEMS)中有吸引力的材料。碳化硅被视为是用于极紫外线(Extreme Ultraviolet;EUV)和软X射线光学器件、太阳能电池中的钝化层的有吸引力的材料。

除ALD之外，各种其他技术也被用于碳化硅薄膜的沉积，包括传统的化学气相沉积(chemical vapor deposition;CVD)和等离子体增强CVD(PECVD)。希望改良现有工艺及新沉积工艺。本发明提供薄膜沉积工艺，所述薄膜沉积工艺可在相对低的温度下进行，并具有良好的共形性和沉积速率、低应力和高蚀刻速率选择性。

发明内容