原子层沉积用高浓度水脉冲制造技术

本文提供通过原子层沉积形成含氧薄膜的方法。所述含氧薄膜可以通过将向反应空间中的基板提供浓度较高的水脉冲、较高的反应空间中的水分压及/或较高水流速而沉积。含氧薄膜可以例如用作晶体管、电容器、集成电路及其它半导体应用中的介电氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请通常涉及使用水作为反应物，通过原子层沉积来形成含氧薄膜的方法。此类薄膜可例如用于集成电路中。
技术介绍
原子层沉积(ALD)是一种自限式方法(self-limiting process)，由此反应物的交替脉冲使基板表面饱和，而且每一周期留下不超过一个材料单层。沉积条件及反应物经过选择，应能确保自饱和反应(self-saturating reaction)，使得在一次脉冲中的吸附层产生表面终止状态(surface termination)，表面终止状态表示其不与同一脉冲的气相反应物反应。接下来的不同反应物脉冲与先前的终止状态反应，以使沉积能继续进行。因此， 每一交替脉冲周期通常留下少于约1个或不超过约1个所需材料分子层。ALD型方法的原理己例如由 T. Suntola 呈现于例如 Handbook of Crystal Growth 3，Thin Films and Epitaxy,第 B 部分Growth Mechanisms and Dynamics,第 14 章，Atomic Layer Epitaxy, 第601-663页，Elsevier Science B. V. 1994中，所述文献的公开内容以引用的方式并入本文中。已经针对ALD提出了允许调节生长速率的变更。然而，为了提供高保形性及厚度均一性，此等反应仍或多或少为自饱和反应。
技术实现思路
根据一些实施方案，提供通过原子层沉积在反应空间中的基板上形成含氧薄膜的方法。所述方法包含沉积周期，包括向反应空间提供第一反应物的气相反应物脉冲，由此其在基板表面上形成不超过第一反应物单层；自反应空间中去除过量的第一反应物；向所述反应空间提供含水的第二反应物的气相反应物脉冲，使得所述反应空间中的水分压高于约100毫托(mTorr)；以及自所述反应空间去除过量的第二反应物及任何反应副产物。根据一些实施方案，提供通过原子层沉积在反应空间中的基板上形成含氧薄膜的方法。所述方法包括向反应空间交替且连续地提供包括含氯前体的气相反应物脉冲及含水的气相反应物脉冲；其中重复所述气相反应物脉冲，直至获得具有所需厚度的薄膜，其中提供含水气相反应物脉冲，使得反应空间中的水分压高于约200毫托。根据一些实施方案，提供通过原子层沉积在反应空间中的基板上形成薄膜的方法。所述方法包括使基板与包括第一前体的气相反应物脉冲及含水的气相反应物脉冲交替且连续地接触，其中提供水，使得反应空间中的水分压高于约250毫托；及重复所述交替且连续的脉冲，直至获得具有所需厚度的薄膜。为了概述本专利技术及所获得的优于先前技术的一些优点，上文已经描述了本专利技术的某些目的及优点。当然，应了解，根据本专利技术的任一特定实施方案，未必能实现所有所述目的或优点。因此，例如本领域技术人员将认识到，实施或进行本专利技术的方式应能实现或优化本文所教示的一个优点或一组优点，无需实现本文所教示或提出的其它目的或优点。所有此等实施方案都将在本文所公开的本专利技术的范围内。自以下参照随附图式的较优选实施方案的详细描述，本专利技术的此等及其它实施方案对本领域技术人员显而易见， 本专利技术不限于所公开的任何特定较优选实施方案。附图说明图1是大体上说明根据一些实施方案形成含氧薄膜的方法的流程图。图2是说明通过ALD法，使用加热至不同温度的氯化铪及水沉积的二氧化铪膜的膜厚度的曲线图。图3是说明通过ALD法，在75°C的容器温度下，使用氯化铪及水沉积的二氧化铪膜的中心膜厚度与沉积周期数的间关系的图。图4是说明通过ALD法，在75°C的容器温度下，使用水沉积的二氧化铪膜的铪原子表面密度与沉积周期数的间关系的图。图5是说明通过ALD法，在75°C的容器温度下使用水沉积的二氧化铪膜的隧道电压与等效氧化层厚度(EOT)的间关系的图。图6是通过ALD法，在各种源温度下使用氯化铪及水沉积的二氧化铪膜中氯及硅含量的二次离子质谱仪(SIMQ影像。具体实施例方式可以利用原子层沉积(ALD)型方法，使用本文所述的方法及装置，在基板上沉积含氧薄膜。尽管在集成电路、介电氧化物、电容器、晶体管或其它半导体组件的一部分中形成含氧薄膜的情形中说明本文中所公开的原理及优点，但本领域技术人员将容易了解所述原理及优点适用于可使用含氧薄膜的各种其它情形。原子层沉积(ALD)ALD型方法是基于受到控制的自限式表面反应。通过将前体交替且连续地馈入反应空间中，可以避免气相反应。反应空间中气相反应物彼此分离是例如通过在反应物脉冲的间自反应空间去除过量的反应物及/或反应副产物实现。由于ALD方法的自限特性允许更好地控制膜生长，故在一些应用中，ALD方法优于化学气相沉积方法(CVD)。ALD方法也可制造出均一性高于一些CVD方法的薄膜。简言之，在ALD方法中，将基板装载至反应空间中，并且一般在较低压力下，加热至适合的沉积温度。沉积温度通常保持低于反应物的热解温度，但达到足够高的水平，以避免反应物缩合，并为所需表面反应提供活化能。当然，任何指定ALD反应的适当温度限度将视表面终止状态及所涉及的反应物的种类而定。此处，温度较优选低于约600°C，更优选低于约500°C，甚至更优选低于400°C，且最优选低于约300°C。下文将提供一些具体实施方案的特定沉积温度。将第一反应物以气相脉冲的形式传输或脉冲输送至反应空间中，并与基板表面接触。较优选选择条件使得以自限方式将仅约一个第一反应物单层吸附至基板表面上。过量的第一反应物及反应副产物(若存在的话)是诸如通过用惰性气体冲洗而自反应空间去除。本领域技术人员易于根据特定情形确定适合的脉冲时间。冲洗反应空间意谓，诸如通过用真空泵抽空反应空间，及/或通过用诸如氩气或氮气的惰性气体置换反应器内部的气体，自反应空间中去除气相前体及/或气相副产物。典型的冲洗时间为约0. 05秒至20秒，更优选在约0. 25秒与10秒的间，且更优选在约0. 5 秒与2秒的间。然而，必要时，诸如在需要高度保形步阶覆盖(conformal step coverage) 极高纵横比结构或其它具有复杂表面形态的结构时，可以利用其它冲洗时间。另外，由于体积及表面积的增加，分批式ALD反应器可以利用较长的冲洗时间。本领域技术人员可根据特定情形确定冲洗时间。将第二气态反应物脉冲输送至反应空间中，其中所述反应物与结合至表面的第一反应物反应。较优选藉助于惰性气体冲洗及/或抽空，自反应空间中去除过量的第二反应物及表面反应的气态副产物。重复脉冲输送及冲洗步骤，直至已经在基板上形成具有所需厚度的薄膜，其中每一周期通常会留下小于一个或仅一个分子单层。如上文所述，每一周期的每一脉冲或阶段较优选为自限式的。在每一阶段供应过量的反应物，以使易受影响的结构表面理想地饱和。表面饱和将确保反应物占据所有可用的反应位点(例如受实际尺寸(physical size)或“位阻(steric hindrance) ”限制)，由此确保优良的步阶覆盖。实务上，难以达成完全表面饱和。需要以较少周期数及较短周期时间形成连续膜。较长的反应物脉冲可以改良每一周期的步阶覆盖，且每一周期产生较高生长速率。然而，较长的脉冲时间会使周期时间及总体晶圆方法时间增加量大于在较长脉冲时间下所产生的每一周期的膜厚度生长的增益。因此，需要优化脉冲时间及反应条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·舍罗，M·韦尔盖塞，J·W·梅斯，
申请(专利权)人：ASM美国公司，
类型：发明
国别省市：