[發明專利]無外部電壓偏置的水溶液中的選擇性無電電化學電原子層沉積

有效

• 申請號: 201880053047.0
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN111032911B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 安魯達哈·喬伊;凱拉什·文卡特拉曼;耶茲迪·多爾迪
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: C23C18/54
• 分類號: C23C18/54;C23C18/52
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 樊英如;邱曉敏

提供了一種進行無電電化學原子層沉積的方法，并且其包括：提供包括暴露的上金屬層的襯底；將所述襯底暴露于第一前體溶液中以經由欠電位沉積在所述暴露的上金屬層上產生犧牲金屬單層，其中所述第一前體溶液是包含還原劑的水溶液；在形成所述犧牲金屬單層之后，漂洗所述襯底；在漂洗所述襯底之后，將所述襯底暴露于第二前體溶液中，以用第一沉積層置換所述犧牲金屬單層，以及在用所述第一沉積層置換所述犧牲金屬單層之后，漂洗所述襯底。將所述襯底暴露于所述第一前體溶液和將所述襯底暴露于所述第二前體溶液是無電工藝。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年8月3日提交的美國發明專利申請No.16/054,428的優先權，并且還要求于2017年8月14日提交的美國臨時申請No.62/545,180的優先權。上述申請的全部公開內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及襯底處理系統，并且更具體地涉及用于在水性環境中選擇性地進行無電電化學原子層沉積(無電e-ALD)而不提供外部電壓偏置的襯底處理系統。

背景技術

這里提供的背景描述是為了總體呈現本公開的背景的目的。在此背景技術部分以及在提交申請時不能確定為現有技術的描述的各方面中描述的范圍內的當前指定的發明人的工作既不明確也不暗示地承認是針對本公開的現有技術。

原子層沉積(ALD)可用于在每個ALD周期內在襯底上沉積單層膜。在ALD循環期間，襯底的表面在第一時間段內暴露于第一前體氣體并提供有外部供應的電偏壓。然后將處理室抽空，并且在第二時間段內將襯底暴露于第二前體氣體。前體氣體以自限方式與襯底的表面反應。一旦表面上的所有反應性位點被消耗，反應即終止。

由于ALD將厚度控制在原子水平，因此ALD對于未來的技術節點是一種有前途的技術。然而，使用ALD沉積金屬存在一些缺點。例如，金屬的ALD通常涉及膜內的有機污染物，這降低了導電性。在金屬和暴露的介電膜之間也缺乏固有的選擇性。此外，前體成本相對較高。

化學沉積克服了一些與選擇性、金屬膜的質量和前體成本有關的缺點。然而，化學沉積缺乏原子級厚度控制，原子級厚度控制是ALD的關鍵優勢之一。另外，使用ALD沉積諸如釕(Ru)和鉑(Pt)之類的貴金屬是具有挑戰性的。

發明內容

提供了一種進行無電電化學原子層沉積的方法，并且其包括：提供包括暴露的上金屬層的襯底；將所述襯底暴露于第一前體溶液中以經由欠電位沉積在所述暴露的上金屬層上產生犧牲金屬單層，其中所述第一前體溶液是包含還原劑的水溶液；在形成所述犧牲金屬單層之后，漂洗所述襯底；在漂洗所述襯底之后，將所述襯底暴露于第二前體溶液中，以用第一沉積層置換所述犧牲金屬單層，以及在用所述第一沉積層置換所述犧牲金屬單層之后，漂洗所述襯底。將所述襯底暴露于所述第一前體溶液和將所述襯底暴露于所述第二前體溶液是無電工藝。

在其他特征中，所述第一前體溶液包含硫酸鋅。在其他特征中，所述第一前體溶液包含金屬鹽、羧酸、所述還原劑和pH調節劑。在其他特征中，所述金屬鹽包括硫酸鋅，并且所述pH調節劑包括氫氧化銨。

在另外的特征中，所述第一前體溶液包括金屬鹽、羧酸、所述還原劑和pH調節劑。所述金屬鹽包括硫酸鋅。所述還原劑包括鈦。所述pH調節劑包括氫氧化銨。在其他特征中，所述第一前體溶液包含：硫酸鋅和氫氧化銨的第一預定量的第一混合物；氯化鈦和檸檬酸銨的第二預定量的第二混合物；和除了包括在所述第一混合物中的氫氧化銨之外的第三預定量的氫氧化銨。在其他特征中，所述犧牲金屬單層包含鋅。所述還原劑包含鈦。

在其他特征中，所述第二前體溶液包含鹽和金屬離子的水溶液。在還有的其他特征中，所述第二前體溶液包含硫酸銅。在其他特征中，所述第二前體溶液包含亞硝酰硫酸釕或亞硝酰氯釕。在其他特征中，所述第二前體溶液包含氯鉑酸。