[发明专利]在氧化硅存在下硅表面上氧化硅或氮化硅的选择性生长

说明书

本文提供了用于在硅或金属表面上选择性地沉积对氧化硅或氮化硅材料有选择性的含硅介电材料或含金属介电材料的方法和装置。方法涉及将衬底暴露于可与不期望沉积的氧化硅或氮化硅材料反应的酰氯，以形成阻止在氧化硅或氮化硅材料上沉积的酮结构。在沉积所期望的含硅介电材料或含金属的介电材料之前，进行酰氯的暴露。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月10日提交的题为“SELECTIVE GROWTH OF SILICON OXIDEOR SILICON NITRIDE ON SILICON SURFACES IN THE PRESENCE OF SILICON OXIDE,”的美国专利申请No.15/456,301的权益，该专利申请通过引用将其全部内容并入本文并用于所有目的。

背景技术

半导体器件制造可能涉及氮化硅膜和氧化硅膜的沉积。这样的膜被用于各种应用中。例如，氮化硅膜可用于扩散阻挡层、栅极绝缘体、侧壁隔离层、封装层、晶体管中的应变膜等等。例如，氧化硅膜可用于自对准双图案化和/或四重图案化或其他制造工艺。用于沉积氧化硅膜和氮化硅膜的常规技术相对于衬底上的其他含硅材料不具有选择性。

发明内容

本发明提供了用于处理衬底的方法和装置。一个方面涉及一种用于选择性地在衬底的暴露的第一表面上沉积含硅介电材料的方法，该方法包括：提供具有所述暴露的第一表面和暴露的第二表面的所述衬底，所述暴露的第一表面具有材料，所述材料诸如多晶硅、非晶硅、金属和具有单个仲胺封端基团的氮化硅中的任何一种，并且所述暴露的第二表面包含含硅材料，所述含硅材料具有表面封端的基团，例如羟基或伯胺；在沉积所述含硅介电材料之前，将所述衬底暴露于与所述暴露的第二表面选择性反应的酰氯，以在所述暴露的第二表面上形成保护基团，所述酰氯具有以下化学结构

其中R₁是氢或烷基；并且执行一个或多个热原子层沉积循环以选择性地在所述暴露的第一表面上沉积所述含硅介电材料，每个循环包括：将所述衬底暴露于被选择以吸附到所述衬底的所述暴露的第一表面上的含硅前体，以及将所述衬底暴露于第二反应物以选择性地在所述衬底的所述暴露的第一表面上形成所述含硅介电材料。

在多种实施方案中，所述含硅介电材料是氮化硅。例如，所述第二反应物可以是氨或具有以下化学结构的肼中的任何一种：

其中R₂、R₃、R₄和R₅各自为氢或烷基。在一些实施方案中，含硅前体是卤化硅或氨基硅烷。卤化硅的示例包括氯化硅、溴化硅和碘化硅。例如，在一些实施方案中，含硅前体是四氯化硅。在一些实施方案中，含硅前体是四氯化硅。在一些实施方案中，含硅前体是四溴化硅。在一些实施方案中，含硅前体是四碘化硅。

在一些实施方案中，含硅前体是具有以下化学结构的氨基硅烷

其中x是1和3之间并包括1和3的整数，x+y＝4，R₁和R₂各自是氢或烷基配体。

在多种实施方案中，所述含硅介电材料是氧化硅。例如，所述第二反应物可以是弱氧化剂。在一些实施方案中，所述第二反应物是水、过氧化氢和臭氧中的任何一种。

在多种实施方案中，所述酰氯是乙酰氯。

在多种实施方案中，所述的方法还包括：在提供所述衬底之前，沉积氮化硅以形成未处理的氮化硅表面；以及将所述未处理的氮化硅表面暴露于氨气和氢气的混合物中并点燃等离子体持续介于约1秒和约10秒之间的时间，以形成包含伯胺基团的所述暴露的第二表面。在一些实施方案中，在所述氨气和氢气的混合物中的氨气的量小于约1体积％。