[发明专利]等离子体活化保形电介质膜沉积的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§120，本申请作为2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084,399的部分继续申请要求优先权，美国专利申请No.13/084,399主张于2010年4月15日提交的美国临时专利申请号61/324710、于2010年8月10日提交的美国临时专利申请号61/372,367、于2010年9月1日提交的美国临时专利申请号61/379,081、以及于2010年11月29日提交的美国临时专利申请号61/417,807的利益。上述专利申请中的每一个其全部内容通过引用并入本申请，并用于所有目的。本申请也是于2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084,305申请的部分继续申请，其全部内容通过引用并入本申请，并用于所有目的。

背景技术

用于半导体器件的各种薄膜层可利用原子层沉积（ALD）工艺沉积。但是，现有的ALD工艺可能不适合用于沉积高度保形的电介质膜。

发明内容

本文所公开的各个方面涉及用于在衬底表面上沉积膜的方法和装置。在某些实施方案中，所述方法包括通过表面介导反应沉积膜，在所述反应中经过反应物的吸附和反应的一个或多个循环使膜生长。在一个方面，该方法的特征在于，在吸附和反应的循环之间间歇输送掺杂物质到膜。在某些时候，该掺杂剂物质可被驱动跨越衬底表面到所述衬底的掺杂区域。

在一个方面，公开的方法在反应室中在衬底表面上沉积膜。所述方法的特征在于以下操作：（a）在允许第一反应物吸附到所述衬底表面的条件 下将所述第一反应物引入所述反应室；（b）在所述第一反应物被吸附在所述衬底表面上的同时，将第二反应物引入所述反应室；（c）将所述衬底表面暴露于等离子体以驱动所述衬底表面上的所述第一和所述第二反应物之间的反应以形成所述膜的一部分；（d）重复（a）-（c）至少一次；（e）在允许包含掺杂剂的材料接触所述膜的暴露表面的条件下，将所述包含掺杂剂的材料引入所述反应室，而在（a）-（d）中不引入；以及（f）将掺杂剂从所述包含掺杂剂的材料引入所述膜。将所述掺杂剂引入所述膜可涉及将所述包含掺杂剂的材料暴露于等离子体。

在各种实施方式中，所述方法另外包括从所述膜驱动所述掺杂剂到所述膜驻留的所述衬底表面的特征中。从所述膜驱动所述掺杂剂可通过对所述膜进行退火处理来实现。在一些应用中，所述膜驻留在所述衬底表面的三维特征上，并且驱动来自所述膜的掺杂剂使所述掺杂剂保形扩散到所述特征中。在特定应用中，所述特征具有不大于约40纳米的宽度。

在某些实施方式中，膜是电介质膜。在一些情况下，总的膜厚度介于约10-100埃之间。在各种实施方式中，在膜中的掺杂剂浓度为介于按重量计约0.01％至10％之间。

在某些实施方式中，方法的该方面另外包括在（e）或（f）之后重复（a）-（c）。在某些实施方式中，本方法的该方面另外包括重复（a）-（e）。在一些实施方式中，在（a）-（c）中沉积的膜的量为介于约0.5至1埃之间。

在某些实施方式中，所述方法另外包括在将所述衬底表面暴露于等离子体之前从所述反应室清除所述第二反应物。所述清除可以通过使含有氧化剂的气体流入所述反应室来实现。在一些实施方式中，所述第一和第二反应物以气相共存于所述反应室中，并且在所述反应室中所述第一和第二反应物直至在（c）中暴露于等离子体中才会明显相互反应。

在某些实施方式中，第一反应物是氧化剂，例如，一氧化二氮。在某些实施方式中，第二反应物是电介质前体，例如（i）烷氨基硅烷（SiH_x（NR₂）_4-x）中，其中x=1-3，并且R包括烷基，或（ii）卤代硅烷（SiH_xY_4-x），其中X=1-3，以及Y包括Cl、Br和I。在一个具体实施方式中，第二反应物是BTBAS。在某些实施方式中，所述包含掺杂剂的材料选自膦、砷化氢、烷基硼、烷基镓烷、烷基膦、卤化磷、卤化砷、卤化镓、卤化硼、烷基硼，和乙硼烷。