[發明專利]用于間隙特征中的ALD沉積輪廓調整的添加劑

有效

• 申請號: 201710679512.9
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107731669B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 帕特里克·范克利姆普特
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 樊英如;邱曉敏

本發明涉及用于間隙特征中的ALD沉積輪廓調整的添加劑。提供了一種在襯底上進行原子層沉積(ALD)的方法，其包括：將所述襯底同時暴露于第一反應物和添加劑，所述第一反應物和所述添加劑被配置成吸附在所述襯底的暴露表面上，所述添加劑的分壓被配置為使得吸附在所述襯底的間隙特征中的所述添加劑隨著在所述間隙特征中的深度的增加而減少；在將所述襯底暴露于所述第一反應物和所述添加劑之后，將所述襯底暴露于第二反應物，所述第二反應物被配置為與吸附的所述第一反應物反應以形成薄膜產物，所述第二反應物被配置為與吸附的所述添加劑反應以從襯底表面除去吸附的所述添加劑。

技術領域

本實現方式涉及用于沉積薄膜的方法，更具體地涉及薄膜的原子層沉積(ALD)和化學氣相沉積(CVD)。

背景技術

隨著特征尺寸縮小，在高深寬比特征中實現保形沉積(conformal deposition)變得越來越具有挑戰性。例如，難以在深寬比在30:1范圍內的小于25納米寬的間隙特征(例如溝槽或孔)中獲得良好的階梯覆蓋(step coverage)。原子層沉積(ALD)是表面上非常適合提供保形覆蓋的技術，因為所需膜的單個單層可以通過ALD沉積，直到達到所需的膜厚度。然而，用于間隙填充的ALD遭受在有限的時間內反應氣體難以充分擴散到高深寬比特征中的事實的影響。因為ALD工藝可以重復數百次以便實現所需的膜厚度，所以需要額外的時間來實現ALD的保形覆蓋的效果可能在很大程度上被放大并且對生產量不利。

應當理解，到間隙特征中的不充分的擴散導致其中沿著特征的側壁的覆蓋隨著深度的增加而減少的沉積輪廓。通過重復的沉積操作，這可能導致“夾斷(pinch-off)”，其中當特征的最上部分在特征的其余部分之前被完全水平地填充時，形成空隙。

然而，即使實現通過ALD的保形沉積，通常仍然存在保留在溝槽/孔的中心的接縫(seam)，這可能通過在后續處理步驟中表現出與沉積膜的其他部分不同的行為(例如較高的蝕刻速率)而引起問題。

解決這些問題的一種方法是在ALD工藝的第一和第二給料(dosing)步驟之間沉積抑制劑。采用這種策略的示例包括2015年2月25日提交的名稱為“Inhibitor PlasmaMediated Atomic Layer Deposition for Seamless Feature Fill”的美國專利申請No.14/630,852以及2014年11月24日提交的名稱為“Selective Inhibition in AtomicLayer Deposition of Silicon-Containing Films”的美國專利申請No.14/552,011，其公開內容通過引用并入本文。然而，這些方法需要針對每個ALD循環的一個附加的步驟。由于ALD循環可能重復數百次以達到期望的厚度，所以即使在完成循環的時間內的短時間的增加也被放大，并且可能對生產量具有非常不利的影響。此外，這些方法可能需要等離子體，這些等離子體可能損壞或化學地修改在其上將進行沉積的層。

正是在這種情況下，出現了本公開的實現方式。

發明內容

本公開的實現方式提供了能夠調制和控制高深寬比間隙特征中的階梯覆蓋的方法、裝置和系統。

提供了一種用于在襯底上進行原子層沉積(ALD)的方法，其包括：將所述襯底同時暴露于第一反應物和添加劑，所述第一反應物和所述添加劑被配置成吸附在所述襯底的暴露表面上，所述添加劑的分壓被配置成使得吸附在所述襯底的間隙特征中的所述添加劑隨著在所述間隙特征中的深度的增加而減少；在將所述襯底暴露于所述第一反應物和所述添加劑之后，將所述襯底暴露于第二反應物，所述第二反應物配置為與吸附的所述第一反應物反應以形成薄膜產物，所述第二反應物被配置為與吸附的所述添加劑反應以從所述襯底表面除去吸附的所述添加劑。

在一些實現方式中，所述添加劑被配置為與所述第一反應物競爭所述襯底的所述暴露表面上的可用吸附位置，所述第一反應物和所述添加劑被配置為作為自限制單層吸附，其中所述添加劑的吸附防止在所述襯底表面上的吸附所述添加劑的位置處形成所述薄膜產物。