用于在衬底上沉积p型氧化物层的方法和系统技术方案

用于在衬底上沉积原子层的方法和系统。所述方法进行一个或多个方法循环以形成p型氧化物层，其中方法循环包括连续进行以下步骤：将所述衬底暴露于Sn(IV)或Cu(II)前体气体，将所述衬底暴露于氧供体气体，其中在将所述衬底暴露于所述氧供体气体之前和/或之后，将氢自由基暴露于所述衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在衬底上沉积p型氧化物层的方法和系统专利
本专利技术涉及用于在衬底上沉积原子层的方法和系统，其中通过进行一个或多个方法循环来形成半导体p型氧化物层。本专利技术还涉及施加有p型氧化物层的半导体装置。专利技术背景n型和p型半导体被广泛用于半导体工业中。在n型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，而在p型半导体中，空穴是多数载流子，并且电子是少数载流子。氧化物半导体正变得越来越著名，例如作为用于例如显示器应用的薄膜晶体管(TFT)中的沟道材料。虽然n型氧化物是常见的，但p型氧化物更稀有，通常具有不太理想的电性能，并且由于制备这些材料的可靠方法的局限性而很少被研究。然而，由于许多电子应用需要诸如p-n结和互补金属氧化物半导体(CMOS)结构的装置，因此重要的是，p-型氧化物半导体的可靠制造方法变得可利用。p型SnO(锡氧化物)的沉积可以通过广泛已知的溅射方法，使用SnO靶来进行。湿化学方法也是已知的。原子层沉积(ALD)可以提供优于溅射和湿化学方法的显著优点，例如导致沉积层的更好的材料性质。此外，可以通过ALD更精确地控制层厚度。为了通过ALD制造氧化物层，将衬底依次暴露于：金属有机前体和氧化剂前体(例如H2O、O3、O-等离子体等)。Sn(II)前体已经被用于制造Sn(IV)O2膜，因为这些前体容易被氧化成Sn(IV)物质。文献WO2016109118(A1)描述了ALD，其中使用Sn(II)前体和一系列氧化剂前体将SnO施加于衬底上。通过将衬底暴露于Sn(II)前体，例如Sn(dmamp)2，然后暴露于氧化剂前体，如果小心不要进一步氧化前体，则可以形成Sn(II)O层。然而，Sn(II)前体的使用可能导致许多缺点。尽管可以使用Sn(II)前体通过ALD来制造p型Sn(II)O层，但这些前体具有相对低的蒸气压和反应性。此外，可能难以将Sn(II)前体施加于衬底的相对较大的表面上，这会限制放大的可能性。需要获得用于在半导体衬底上沉积p型氧化物原子层的改进的方法和系统。专利技术概述本专利技术的目的是提供消除上述缺点中的至少一个的方法和系统。额外地或替代地，本专利技术的目的是提供具有较高生产量的方法和系统。额外地或替代地，本专利技术的目的是提供用于在大面积的衬底上沉积p型氧化物层的具有改进的放大可能性的方法和系统。此外，本专利技术提供了用于在衬底上沉积原子层的方法，所述方法进行一个或多个方法循环以在所述衬底上形成半导体p型氧化物层，其中方法循环包括连续进行以下步骤：将所述衬底暴露于Sn(IV)或Cu(II)前体气体，以便在所述衬底上沉积分别包含Sn(IV)或Cu(II)的原子层，以及将所述衬底暴露于氧供体气体。另外，在将衬底暴露于氧供体气体之前和/或之后，将氢自由基暴露于衬底，以分别将Sn(IV)还原为Sn(II)或Sn(0)，将Cu(II)还原为Cu(I)或Cu(0)。本专利技术提供了产生p型Sn氧化物层的可靠方式。代替使用Sn(II)前体，在一个或多个方法循环中使用Sn(IV)前体。通常，如果使用Sn(IV)前体，然后使用氧供体，则在衬底上形成Sn(IV)O2层。这是n型氧化物层。然而，通过采用将氢自由基暴露于由此形成的Sn(IV)O2层的附加步骤，可以在衬底上形成Sn(II)O。因此，可以从Sn(IV)前体开始，以有利的方式获得p型氧化物层。已经发现氢自由基H+(反应性的，具有自由电子)能够引起Sn4+还原为Sn2+。Sn(II)可以进一步转化为Sn(0)。类似地，本专利技术提供了产生p型Cu氧化物层的可靠方式。代替使用Cu(I)前体，在一个或多个方法循环中使用Cu(II)前体。通常，如果使用Cu(II)前体，然后使用氧供体，则在衬底上形成Cu(II)O层。这是n型氧化物层。然而，通过采用将氢自由基暴露于由此形成的Cu(II)O层的附加步骤，可以在衬底上形成Cu(I)O。因此，可以从Cu(II)O前体开始，以有利的方式获得p型氧化物层。已经发现氢自由基H+(反应性的，具有自由电子)能够引起Cu2+还原为Cu+。Cu(I)可以进一步转化为Cu(0)。应理解，Cu(II)O和Cu2(I)O都是p型半导体，但Cu2(I)O具有高得多的空穴迁移率。Sn(IV)前体的使用可以为该方法提供改进的放大可能性。与Sn(II)前体相比，Sn(IV)前体通常更常见并且容易获得。此外，与Sn(II)前体相比，Sn(IV)前体通常更容易蒸发，它们更易挥发并具有更高的蒸气压，使得它们可以更容易地作为气相化合物以更大量和/或更高的浓度计量加入到系统中，这对于放大该方法可以是有利的。与Sn(II)相比，Sn(IV)具有更高的蒸气压和反应性，使得在将Sn(II)O层的ALD放大到大面积和获得高生产量方面更有利。因此，代替使用Sn(II)或Cu(I)前体，Sn(IV)或Cu(II)前体可以分别用于在衬底上沉积原子层的一个或多个方法循环中。这种原子层沉积(ALD)对于在半导体衬底上形成薄的p型氧化物层是有利的。为了在衬底上分别沉积前体气体的Sn(IV)化合物层或Cu(II)化合物层，可以将衬底分别暴露于Sn(IV)前体或Cu(II)前体。此外，为了在Sn(IV)化合物层或Cu(II)化合物层中分别形成Sn氧化物层或Cu氧化物层，可以将沉积在衬底上的分别包含Sn(IV)化合物或Cu(II)化合物的层暴露于氧供体(例如氧化剂前体)。通过在将衬底暴露于氧供体之前和/或之后另外提供氢自由基，可以将沉积的Sn(IV)化合物层或Cu(II)化合物层分别还原为所得的Sn(II)层或Cu(I)层，在半导体衬底上产生p型氧化物层。因此，通过在方法循环中进行还原步骤，可以获得与在ALD工艺中分别使用Sn(IV)前体或Cu(II)前体相关的优点。在向衬底供应氧供体之前或在向衬底供应氧供体之后，可以使用将沉积在衬底上的分别含Sn(IV)或Cu(II)的层暴露于氢自由基的附加步骤。有利地，在这两种情况下，分别获得p型Sn(II)氧化物层或Cu(I)氧化物层。任选地，连续地进行多个方法循环，直到分别获得所需的Sn(II)氧化物层或Cu(I)氧化物层的层厚度。通过采用ALD，可以更容易地控制层厚度。在方法循环期间，可以以受控的方式将形成在衬底上的每个Sn(IV)氧化物层、Cu(II)氧化物层分别还原为Sn(II)氧化物或Cu(I)氧化物。可以控制向衬底上的形成层提供的氢或生成的氢自由基的量(参考浓度)。应理解，Sn(IV)前体可以被认为是含有Sn(IV)的前体气体。Sn(IV)前体的实例是TDMA-Sn。类似地，将理解，Cu(II)前体可以被认为是含有Cu(II)的前体气体。氧供体气体可以被认为是含有氧供体的前体气体，例如氧化剂前体气体O2、O3、H2O等。任选地，通过含H2的等离子体将氢自由基暴露于衬底。将H2等离子体暴露于衬底上的沉积膜可以有效地将衬底上的Sn(IV)物质还原为构成Sn(II)O层的Sn(II)物质，或将衬底上的Cu(II)物质还原为构成Cu(I)2O层的C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于在衬底上沉积原子层的方法，所述方法进行一个或多个方法循环以在所述衬底上形成半导体p型氧化物层，其中方法循环包括连续进行以下步骤：/n将所述衬底暴露于Sn(IV)或Cu(II)前体气体，以便在所述衬底上分别沉积包含Sn(IV)或Cu(II)的原子层，/n将所述衬底暴露于氧供体气体，/n其中在将所述衬底暴露于所述氧供体气体之前和/或之后，将氢自由基暴露于所述衬底，从而分别将Sn(IV)还原为Sn(II)或Sn(0)，将Cu(II)还原为Cu(I)或Cu(0)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181204 EP 18210184.01.用于在衬底上沉积原子层的方法，所述方法进行一个或多个方法循环以在所述衬底上形成半导体p型氧化物层，其中方法循环包括连续进行以下步骤：
将所述衬底暴露于Sn(IV)或Cu(II)前体气体，以便在所述衬底上分别沉积包含Sn(IV)或Cu(II)的原子层，
将所述衬底暴露于氧供体气体，
其中在将所述衬底暴露于所述氧供体气体之前和/或之后，将氢自由基暴露于所述衬底，从而分别将Sn(IV)还原为Sn(II)或Sn(0)，将Cu(II)还原为Cu(I)或Cu(0)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中通过含H2的等离子体提供氢自由基。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中如果在暴露于所述氧供体气体之前暴露所述H2等离子体，则使用非氧化性氧供体气体。


4.根据权利要求1、2或3所述的方法，还包括用于分别将Sn(0)或Cu(0)转化为Sn(II)或Cu(I)的步骤。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底暴露于所述氧供体气体和所述氢自由基在约250℃或更低的温度下进行。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述衬底暴露于所述氧供体气体和所述氢自由基在100℃至250℃的温度下进行。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述p型氧化物层的形成在130Pa至650kPa的压力下进行。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使在包括所述p型氧化物层的所述衬底上的所得原子层经受在100℃至250℃的温度下的退火的步骤。


9.根据前述权利要求的方法，其中退火进行30分钟至2...

【专利技术属性】
技术研发人员：科尼利斯·亨里库斯·弗里杰特斯，保罗斯·威利布罗德·乔治·普特，阿普里扎尔·阿克巴·森格里安，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL