使用低蒸氣壓氣體前體向基材上沉積膜的系統(tǒng)的制作方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：使用低蒸氣壓氣體前體向基材上沉積膜的系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2002年4月19日提交的臨時(shí)申請(qǐng)No.60/374,218的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
為形成先進(jìn)的半導(dǎo)體裝置如微處理器和DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，往往需要在硅片或其它基材上形成薄膜。常用的向基材上沉積薄膜的各種技術(shù)包括PVD(“物理汽相淀積”或“濺射”)和CVD(“化學(xué)氣相淀積”)。經(jīng)常使用的有幾種CVD方法，包括APCVD(“常壓CVD”)、PECVD(“等離子增強(qiáng)CVD”)和LPCVD(“低壓CVD”)。LPCVD一般是一個(gè)熱激活化學(xué)過(guò)程(不同于等離子激活的PECVD)，通常包括子類(lèi)MOCVD(“金屬有機(jī)CVD”)和ALD(“原子層沉積”)。
許多傳統(tǒng)的膜存在的問(wèn)題在于很難達(dá)到新的先進(jìn)應(yīng)用如存儲(chǔ)單元、微處理器邏輯門(mén)、移動(dòng)電話(huà)和PDA等所需的高電容或低泄漏電流。例如，氮氧化硅(SiON)或類(lèi)似膜通常被用作先進(jìn)邏輯門(mén)應(yīng)用的電介質(zhì)。氮氧化硅的介電常數(shù)“k”稍高于SiO2(k＝4)，通常是通過(guò)熱氧化和滲氮過(guò)程制造的。不過(guò)，由于介電常數(shù)相對(duì)較低，只能通過(guò)減小膜厚來(lái)使這種裝置的電容增大。不幸的是，膜厚的這種減小會(huì)引起膜缺陷和量子力學(xué)隧道的增加，從而導(dǎo)致高泄漏電流。
因此，為提供一種具有更高電容但泄漏電流較低的裝置，已經(jīng)有人提出使用更高介電常數(shù)的材料。例如已提出將例如五氧化二鉭(Ta2O5)和氧化鋁(Al2O3)材料用于存儲(chǔ)單元。同樣，已有人提出用如氧化鋯(ZrO2)和二氧化鉿(HfO2)材料代替二氧化硅和氮氧化硅用作微處理器邏輯門(mén)。為形成上述材料的薄膜，已有人提出用前面提到的傳統(tǒng)PVD和LPCVD技術(shù)沉積上述材料。
但是，盡管使用PVD可以沉積出薄的、高k值的膜，由于其成本高、產(chǎn)量低和步驟一致性差，這種技術(shù)通常是不期望使用的。最有前途的技術(shù)包括ALD和MOCVD。比如，ALD通常包括向晶片表面順序循環(huán)前體和氧化劑以在每個(gè)周期中形成部分單層的膜。例如，如

圖1所示，使用ZrCl4和H2O進(jìn)行的ZrO2的ALD是從H2O流入反應(yīng)器形成一個(gè)OH-端接的晶片表面(步驟“A”)開(kāi)始的。在從反應(yīng)器中清除H2O(步驟“B”)之后，通入ZrCl4，與OH-端接表面反應(yīng)并形成ZrO2單層的一部份(步驟“C”)。在從反應(yīng)器中清除ZrCl4之后，重復(fù)上述循環(huán)直至達(dá)到所需的總膜厚。
傳統(tǒng)的ALD技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于膜的生長(zhǎng)在本質(zhì)上是自限制性的。特別是，在每個(gè)周期中只沉積單層的一小部分，此部分是由反應(yīng)的內(nèi)在化學(xué)性質(zhì)(硬脂阻礙(stearic hindrance)的數(shù)量)、而不是由氣流、晶片溫度或其它操作條件所決定的。因此，ALD通常預(yù)期可以形成均勻的可再現(xiàn)的膜。
然而，盡管具有上述優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的ALD技術(shù)同樣有許多問(wèn)題。比如，只有少數(shù)前體，一般為金屬鹵化物，可被用于ALD沉積過(guò)程。這種前體在室溫下一般是固體，因此難以傳送到反應(yīng)器。事實(shí)上，為傳送足夠的前體到反應(yīng)器往往必須將前體加熱到高溫并和一種載體氣體一起供應(yīng)。使用載體氣體的方法導(dǎo)致沉積壓力一般較高以保證反應(yīng)器中的前體濃度足夠大，這可能會(huì)限制生長(zhǎng)膜在清除或氧化周期步驟中排出雜質(zhì)的能力。并且，較高的操作壓力可能導(dǎo)致前體或氧化劑在“錯(cuò)誤的”周期步驟中從器壁及其他表面漏氣，造成膜的控制較差。此外，流動(dòng)再現(xiàn)性可能也是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲氲那绑w量敏感地取決于前體的溫度和源瓶中剩余的前體量。
傳統(tǒng)的ALD技術(shù)的另一個(gè)缺陷是金屬鹵化物前體產(chǎn)生的膜通常帶有鹵化物雜質(zhì)，這可能會(huì)對(duì)膜的性能有不利影響。并且，某些鹵化物如氯可能會(huì)造成反應(yīng)器或泵的損壞或環(huán)境影響。傳統(tǒng)的ALD技術(shù)的又一個(gè)缺陷是沉積速率可能極低，由于在每個(gè)周期內(nèi)只有一部分單層沉積，所以導(dǎo)致低生產(chǎn)量和高擁有成本。最后，ALD金屬前體具有在輸送管線(xiàn)中和在反應(yīng)器表面上凝聚的趨向，導(dǎo)致潛在的實(shí)際問(wèn)題。
有一種可供選擇的LPCVD沉積技術(shù)是MOCVD。在此方法中，有機(jī)前體如叔丁醇鋯(Zr[OC4H9]4)可被用來(lái)沉積ZrO2。這可以通過(guò)在晶片表面上熱分解叔丁醇鋯來(lái)完成，或者可以加入氧以確保前體完全氧化。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有各種各樣的前體可供選擇。事實(shí)上，甚至可以使用傳統(tǒng)的ALD前體。這些前體中某些是帶蒸氣壓的氣體或液體，這使得前體更容易被輸送到反應(yīng)器。MOCVD的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是沉積是連續(xù)的(而非周期的)，且具有較高的沉積速率和較低的擁有成本。
但是，MOCVD的一個(gè)主要缺陷在于沉積速率和膜化學(xué)計(jì)量本質(zhì)上不是自限制性的。特別是膜沉積速率通常取決于溫度和前體流速。因此，必須小心控制晶片的溫度以獲得可接受的膜厚均勻性和再現(xiàn)性。但是，由于MOCVD前體通常是使用加熱的擴(kuò)散器隨載體氣體輸送的，因此采用此技術(shù)時(shí)前體流的控制通常也很困難。傳統(tǒng)的MOCVD的另一個(gè)缺陷是操作壓力通常很高，這可能導(dǎo)致潛在的與來(lái)自反應(yīng)器表面的污染物的絡(luò)合反應(yīng)。同樣，如果沉積速率過(guò)高，來(lái)自反應(yīng)器或前體的雜質(zhì)(如碳)可能會(huì)結(jié)合在膜之內(nèi)。
因而，現(xiàn)在需要對(duì)改進(jìn)的向基材上沉積膜的系統(tǒng)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，公開(kāi)了一種在基材(例如半導(dǎo)體晶片)上沉積膜的方法。基材可以包含在一個(gè)壓力為從約0.1毫托至約100毫托，在某些實(shí)施方案為從約0.1毫托至約10毫托，且溫度為從約100℃至約500℃，在某些實(shí)施方案中為從約250℃至450℃，的反應(yīng)器容器之內(nèi)。
該方法包括使基材經(jīng)受一個(gè)包括向反應(yīng)器容器提供一種溫度為從約20℃至約150℃、壓力為從約0.1托至約100托的氣體前體的反應(yīng)周期。在某些實(shí)施方案中，該氣體前體的蒸氣壓為從約0.1托至約10托，氣體前體的溫度為從約20℃至約80℃。氣體前體包含至少一種有機(jī)金屬化合物，且可以不使用載體氣體或擴(kuò)散器進(jìn)行供應(yīng)。如果需要，可以控制氣體前體的流速(例如，使用基于壓力的調(diào)節(jié)器)來(lái)提高過(guò)程再現(xiàn)性。
除氣體前體之外，反應(yīng)周期中可以還包括向反應(yīng)器容器中提供吹掃氣體、氧化氣體或其組合。例如吹掃氣體可以選自氮?dú)?、氦氣、氬氣及其組合。而氧化氣體可以選自氧化一氮、氧氣、臭氧、一氧化二氮、水蒸汽及其組合。
作為反應(yīng)周期的結(jié)果，形成了膜的至少一部分單層。例如，膜中可以包含一種包括但不限于氧化鋁(Al2O3)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、二氧化鉿(HfO2)、氧化釔(Y2O3)或其組合的金屬氧化物。此外，膜中可以還包含一種金屬硅酸鹽，如硅酸鉿或硅酸鋯。可以使用額外的反應(yīng)周期來(lái)達(dá)到目標(biāo)厚度(例如小于約30納米)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，公開(kāi)了一種在基材上沉積膜的低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)反應(yīng)器容器，反應(yīng)器容器包含一個(gè)供要涂覆的基材用的基材座和一個(gè)適于向反應(yīng)器容器提供溫度為從約20℃至約150℃，在某些實(shí)施方案中為從約20℃至約80℃，的氣體前體的前體烘箱。前體烘箱可能包含用來(lái)將氣體前體加熱至所要求的溫度的一個(gè)或多個(gè)加熱器。反應(yīng)器容器可以包含用來(lái)支撐多個(gè)基材的多個(gè)基材座。
此外該系統(tǒng)還包含一個(gè)基于壓力的調(diào)節(jié)器，它能夠控制從前體烘箱提供的氣體前體的流速，從而使氣體前體以從約0.1托至約100托，在某些實(shí)施方案中為從約0.1托至約10托，的蒸氣壓提供給反應(yīng)器容器。該基于壓力的調(diào)節(jié)器可以與一個(gè)或多個(gè)閥門(mén)聯(lián)通。比如，在一個(gè)實(shí)施方案中，閥門(mén)可以緊密連接在隔離反應(yīng)器容器和前體烘箱的反應(yīng)器蓋上。
該系統(tǒng)可以還包含一個(gè)從前體烘箱接受氣體前體并將其移交給反應(yīng)器容器的氣體分配組件。例如，氣體分配組件可以包含一個(gè)具有噴混室的噴淋頭。在一個(gè)反應(yīng)周期中，噴淋頭噴混室處的壓力除以反應(yīng)器容器的壓力之比可以為從約1至約5，在某些實(shí)施方案中為從約2至約4。
除上述部件之外，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用各種其它部件。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可以包含一個(gè)與反應(yīng)器容器相連的遙控等離子體發(fā)生器。此外，該系統(tǒng)可以包含一個(gè)能將基材加熱到一個(gè)從約100℃至約500℃，在某些實(shí)施方案中為從約250℃至約450℃，的溫度的能量源。
本發(fā)明的其它特征和其它方面在下面有詳述。
附圖簡(jiǎn)略說(shuō)明本發(fā)明的全部和允許的公開(kāi)，包括其最佳實(shí)施方式，針對(duì)所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在說(shuō)明書(shū)的剩余部分進(jìn)行了闡述，其中參照了附圖圖1是在傳統(tǒng)的ALD工藝中，采用H2O-吹掃-ZrCl4-吹掃(A-B-C-B)的順序沉積ZrO2的兩個(gè)反應(yīng)周期的流速和時(shí)間周期分布圖解；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，采用前體-吹掃-氧化劑-吹掃(A-B-C-D)的順序沉積一種氧化膜時(shí)的兩個(gè)反應(yīng)周期的流速和時(shí)間周期分布圖解；圖3是可以用于本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案；圖4是非ALD循環(huán)工藝和ALD工藝中沉積厚度和沉積溫度之間關(guān)系的示范圖解；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，采用1標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘的叔丁醇鉿(IV)流速時(shí)的背壓模型結(jié)果；圖6是叔丁醇鉿(IV)的蒸氣壓曲線(xiàn)，其中氣體蒸氣壓在60℃下為1托，在41℃下為0.3托；圖7是其中氣體的蒸氣壓在172℃下為1托，在152℃下為0.3托時(shí)，HfCl4的蒸氣壓曲線(xiàn)；圖8是可用于本發(fā)明的前體烘箱的一個(gè)實(shí)施方案，其中圖8a是從上面透視前體烘箱的布局，圖8b是從下面透視前體烘箱的布局，顯示了噴淋頭和反應(yīng)器蓋；圖9是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器容器的一個(gè)實(shí)施方案；圖10是說(shuō)明氣流和真空部件的本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
在本說(shuō)明書(shū)和附圖中，重復(fù)的參考符號(hào)用來(lái)代表相同或相似的本發(fā)明的特征或單元。
典型實(shí)施方案詳述本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，現(xiàn)在討論的只是對(duì)示例實(shí)施方案的說(shuō)明，不應(yīng)被用來(lái)限制概括在示范結(jié)構(gòu)中的本發(fā)明的更寬方面。
本發(fā)明總的涉及一種在基材上沉積薄膜的系統(tǒng)和方法。膜的厚度通常小于約30納米。比如，在形成邏輯裝置如MOSFET裝置時(shí)，最終厚度一般為約1-8納米，在某些實(shí)施方案中，為約1-2納米。此外，在形成存儲(chǔ)裝置如DRAM時(shí)，最終厚度一般為約2-30納米，在某些實(shí)施方案中，為約5-10納米。根據(jù)所需的膜的特性，膜的介電常數(shù)也可以相對(duì)地低(例如小于約5)或高(大于約5)。比如，根據(jù)本發(fā)明所形成的膜可以具有相對(duì)較高的介電常數(shù)“k″，如大于約8(例如約8-200)，在某些實(shí)施方案中大于約10，在某些實(shí)施方案中大于約15。
本發(fā)明的系統(tǒng)可被用于沉積含金屬氧化物的膜，其中所述金屬為鋁、鉿、鉭、鈦、鋯、釔、硅或其組合等等。比如，系統(tǒng)可被用來(lái)向硅制半導(dǎo)體晶片上沉積金屬氧化物如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、二氧化鉿(HfO2)、氧化釔(Y2O3)等的薄膜。例如，氧化鉭一般形成介電常數(shù)介于約15-30之間的膜。同樣，也可以沉積金屬硅酸鹽或鋁酸鹽化合物，如硅酸鋯(SiZrO4)、硅酸鉿(SiHfO4)、鋁酸鋯(ZrAlO4)、鋁酸鉿(HfAlO4)等的膜。此外，還可以沉積含氮化合物，如氮氧化鋯(ZrON)、氮氧化鉿(HfON)等的膜。此外，還可以形成其它膜，包括但不限于，邏輯門(mén)和電容器應(yīng)用中的電介質(zhì)、邏輯門(mén)應(yīng)用中的金屬電極、鐵電和壓電膜、導(dǎo)電屏障(barriers)和阻蝕層(etchstops)、鎢晶種層、銅晶種層、以及淺溝隔離電介質(zhì)和低k電介質(zhì)。
為了沉積膜，可以使基材經(jīng)受使用本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)周期。例如，在典型的反應(yīng)周期中，基材被加熱到某一溫度(例如約20-500℃)。爾后，以周期的方式向反應(yīng)器容器提供一種或多種活性氣體前體。然后可以利用額外的反應(yīng)周期向基材上沉積其它層以獲得具有所需厚度的膜。從而，可以在一個(gè)反應(yīng)周期中形成厚度等于至少一部分單層的膜。
參照?qǐng)D3，例如，將詳細(xì)記述一個(gè)可被用于向基材上沉積膜的系統(tǒng)的實(shí)施方案。但是應(yīng)當(dāng)理解，在此記述和說(shuō)明的系統(tǒng)僅僅是可用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明還有其它實(shí)施方案。在這點(diǎn)上，說(shuō)明了一個(gè)系統(tǒng)80，通常包含被反應(yīng)器蓋37(也參見(jiàn)圖8a-8b)分隔開(kāi)的反應(yīng)器容器1(又參見(jiàn)圖9)和前體烘箱9。反應(yīng)器容器1適于接受一種或多種基材如半導(dǎo)體晶片28，并可以由各種不同材料如不銹鋼、陶瓷、鋁等中的任何材料制造。但是應(yīng)當(dāng)理解，除晶片之外，反應(yīng)器容器1還適于處理其它基材，如光學(xué)零件、膜、纖維、帶狀物等等。
反應(yīng)器容器1在反應(yīng)周期內(nèi)可以具備高真空(低壓)。在所舉實(shí)施方案中，反應(yīng)器容器1內(nèi)的壓力通過(guò)壓力計(jì)10監(jiān)測(cè)并通過(guò)節(jié)流閥4控制。低反應(yīng)器容器壓可以通過(guò)各種方法實(shí)現(xiàn)。例如，在所舉實(shí)施方案中，低壓是用真空管30和與孔60連通的渦輪分子泵5(又參見(jiàn)圖9)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，其它實(shí)現(xiàn)低壓的技術(shù)也可用于本發(fā)明。例如，可以用其它泵如低溫泵、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵等代替渦輪分子泵5或與渦輪分子泵5一起使用。任選地，反應(yīng)器容器1的器壁可被涂覆或電鍍一種在真空下能減少器壁漏氣的材料如鎳。
如果需要，反應(yīng)器容器1的器壁的溫度在反應(yīng)周期中還可以用加熱設(shè)備34和/或冷卻通道33控制(例如，保持在某一恒定溫度)。溫度控制器(未顯示)可以從溫度傳感器(例如，熱電偶)接受溫度信號(hào)，并響應(yīng)此信號(hào)，必要時(shí)將器壁加熱或冷卻到所要求溫度。
系統(tǒng)80還包含設(shè)置在基片座2上的兩個(gè)晶片28。但是應(yīng)當(dāng)理解，使用本發(fā)明的系統(tǒng)可以對(duì)任意多個(gè)晶片28施加膜。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，只有一個(gè)晶片被提供給系統(tǒng)80并施加膜。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以有三或四個(gè)晶片被提供給系統(tǒng)80并施加膜。如圖所示，晶片28可以通過(guò)反應(yīng)器的狹門(mén)7(也參見(jiàn)圖9)裝入反應(yīng)器容器1。
一旦置于基片座2上之后，可以用公知的技術(shù)(例如，機(jī)械的和/或靜電的)將晶片28夾于其上。在反應(yīng)周期中，可以用嵌在基片座2內(nèi)部的加熱設(shè)備(未顯示)對(duì)晶片28進(jìn)行加熱。例如，參照?qǐng)D9，反應(yīng)器容器1可以包含兩個(gè)卡盤(pán)102，晶片可以置于其上并用夾子104夾緊?；蛘?，晶片28可以用本領(lǐng)域中的其它公知技術(shù)來(lái)加熱，如通過(guò)光、激光(例如，氮激光器)、紫外線(xiàn)加熱設(shè)備、弧光燈、閃光燈、紅外線(xiàn)輻射設(shè)備、或其組合等。
為促進(jìn)晶片28和基片座2之間的熱傳導(dǎo)，可以通過(guò)氣體輸送管路29向晶片28的后方輸送一種后方氣體(例如，氦氣)。在圖9所示的實(shí)施方案中，例如，卡盤(pán)102可以包含凹槽106，氦氣通過(guò)凹槽106可以有效地充滿(mǎn)晶片28和卡盤(pán)102之間的空間。供應(yīng)之后，過(guò)量的后方氣體可以轉(zhuǎn)向通管32?；趬毫Φ恼{(diào)節(jié)器31可以在轉(zhuǎn)移后方氣體時(shí)在晶片后面形成壓力。一般而言，漏入反應(yīng)器容器1的氦氣的量被保持恒定在約2-20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘的范圍之內(nèi)。
同樣位于反應(yīng)器容器1內(nèi)部的還有起模頂桿3，用來(lái)將晶片28從基片座2上頂起從而真空機(jī)械手(未顯示)可以將晶片28裝入反應(yīng)器容器1或從中卸除以啟動(dòng)一個(gè)反應(yīng)周期。
除反應(yīng)器容器1之外，系統(tǒng)80還包含一個(gè)前體烘箱9，它適于向反應(yīng)器容器1供應(yīng)在某一溫度并在反應(yīng)周期內(nèi)流動(dòng)的一種或多種氣體(也參見(jiàn)圖8a-8b)。盡管并非必須，前體烘箱9可以由一種絕熱并耐熱的材料如PVC塑料、迭爾林、聚四氟乙烯等等制成。通常，烘箱9與一個(gè)或多個(gè)用來(lái)在反應(yīng)周期之前和/或其間對(duì)流過(guò)其中的氣體和/或烘箱9內(nèi)部的部件加熱的加熱器35熱導(dǎo)通。熱電偶可以測(cè)量烘箱9的溫度，外部PID溫度控制器，例如，可以調(diào)整輸入加熱器35的功率來(lái)保持所需的溫度。此外，前體烘箱9內(nèi)部可以裝有一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇(未顯示)以在烘箱9內(nèi)提供更均勻的溫度分布。
在一個(gè)實(shí)施方案中，前體烘箱9包含至少一個(gè)向反應(yīng)容器1提供一種或多種前體氣體的前體供給源11。在此實(shí)施方案中，有一個(gè)閥12隔離前體供給源11，從而前體供給源11在裝入前體烘箱9之前可以先充滿(mǎn)。為在前體烘箱9內(nèi)部安裝前體供給源11，前體供給源11被連接到前體輸送管線(xiàn)14上。爾后，用閥36將輸送管線(xiàn)14抽空和/或吹掃。在沉積到基材上之前，氣體前體可以用加熱器35加熱到某一蒸氣壓。在某些實(shí)施方案中，例如，使用溫度傳感器(例如熱電偶)和溫度控制器(未顯示)將氣體前體保持在一個(gè)約20-150℃的溫度。例如，對(duì)于叔丁醇鋯來(lái)說(shuō)典型的選定溫度為約50-75℃。
包含在供給源11內(nèi)部的氣體前體一被加熱到要求的溫度，就被通過(guò)輸送管線(xiàn)14輸送給反應(yīng)器容器1。對(duì)氣體前體流入反應(yīng)器容器1的控制是通過(guò)利用閥13、基于壓力的流動(dòng)控制器15和閥16提供的?？梢詫⑶绑w氣體從供給源11到反應(yīng)器容器1的輸送通路的傳導(dǎo)最大化以使背壓最小化，從而容許前體烘箱9的最低溫度。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，基于壓力的流動(dòng)控制器15采用2-3倍于足夠壓力控制的大小的壓力降，不過(guò)當(dāng)然也可以采用其它壓力降。通過(guò)使用基于壓力的調(diào)節(jié)器15控制氣體前體的流速，溫度控制不需要與用載體氣體或擴(kuò)散器-型結(jié)構(gòu)時(shí)一樣精確。
輸送管線(xiàn)14將前體氣體供應(yīng)給包含噴淋盤(pán)6和噴混室8的兩個(gè)噴淋頭61，不過(guò)當(dāng)然在本發(fā)明中可以使用任意多個(gè)噴淋頭61。噴淋盤(pán)6具有用于將氣體分配到晶片28表面的洞。盡管不要求，噴淋頭61一般位于距晶片28的上表面約0.3到約5英寸的地方?？梢愿淖儑娏茴^61上的洞的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)以支持不同的室結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。在某些實(shí)施方案中，眾多的小孔可以以相等的孔徑和相等的孔距按直行或蜂窩圖案排列。在其它實(shí)施方案中，可以改變洞的密度和尺寸以促進(jìn)更均勻的沉積。此外，上述洞可以按一定的方向傾斜，或者噴淋頭可以用來(lái)彌補(bǔ)具體室的氣流。通常，洞的大小、圖案和方向的選擇要促進(jìn)在反應(yīng)器容器及其他部件的結(jié)構(gòu)給出的基材表面上的均勻沉積。
如上所指出，反應(yīng)器蓋37將前體烘箱9從反應(yīng)器容器1分離。反應(yīng)器蓋37通常由鋁或不銹鋼制成，可以防止反應(yīng)器容器1暴露于來(lái)自周?chē)h(huán)境的空氣中。在某些實(shí)施方案中，用于控制系統(tǒng)80內(nèi)部的氣體流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)閥可以緊密連接在反應(yīng)器蓋37上。緊密連接可以使氣體輸送管路的長(zhǎng)度最小化，從而管路的真空傳導(dǎo)性可以相對(duì)較高。高傳導(dǎo)性的管路和閥可以減小從噴淋頭到前體源容器的背壓。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，閥16、18(下面有詳述)、21和23緊密連接在反應(yīng)器蓋37上，從而使噴淋頭噴混室8的容積最小化。在此實(shí)施方案中，噴淋頭噴混室8的容積包括噴淋盤(pán)6后面的容積以及直至閥16、18、21和23的閥座的連接管路的容積。
為在晶片28上形成膜，向反應(yīng)器容器1提供了一種或多種氣體。膜可以直接形成在晶片28上，或形成在預(yù)先形成于晶片28上的阻擋層如氮化硅層上。關(guān)于這一點(diǎn)，參照?qǐng)D2-3，現(xiàn)在將詳細(xì)記述本發(fā)明的方法的在晶片28上形膜的一個(gè)實(shí)施方案。但是應(yīng)當(dāng)理解，其它沉積技術(shù)也可用于本發(fā)明。
如上所示，反應(yīng)周期開(kāi)始于首先將晶片28加熱到某一溫度。對(duì)于給定的反應(yīng)周期，具體的晶片溫度可以根據(jù)所使用的晶片、氣體和/或所需的沉積膜的特性而變化，如下面所詳述。例如，向硅片上沉積電介質(zhì)層時(shí)，晶片溫度通常保持在從約20℃到約500℃，在某些實(shí)施方案中為從約100℃到約500℃，在某些實(shí)施方案中為從約250℃到約450℃。此外，反應(yīng)器容器的壓力在一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)可以在約0.1-100毫托(“mtorr”)的范圍內(nèi)變動(dòng)，在某些實(shí)施方案中為約0.1-10毫托。低反應(yīng)器容器壓可以增進(jìn)反應(yīng)雜質(zhì)如烴副產(chǎn)物從沉積膜中的去除，還可以有助于在吹掃循環(huán)中除去前體和氧化氣體。另一方面，典型的ALD和MOCVD工藝通常在高得多的壓力下進(jìn)行。
如圖2中步驟“A”所示，在晶片28保持在晶片溫度的情況下，通過(guò)管路14在一定時(shí)間段“TA”并以某一流速“FA”向反應(yīng)器容器1提供一種氣體前體(在圖3中以“P1”表示)。具體地，氣體前體通過(guò)打開(kāi)閥12、13和16提供給反應(yīng)器容器1，其流動(dòng)由基于壓力的流動(dòng)控制器15如MKS型1150或1153流動(dòng)控制器控制。從而，氣體前體流過(guò)管路14，充滿(mǎn)噴淋頭噴混室8并流入反應(yīng)器容器1。如果需要，周19和/或22還可以同時(shí)向氣體前體輸送閥12、13和16開(kāi)通，以通過(guò)這些閥向旁路泵提供吹掃氣體和氧化氣體流。閥19和22的同時(shí)開(kāi)通可以使吹掃和/或氧化氣體在被輸送給反應(yīng)器容器1之前形成穩(wěn)定氣流。氣體前體流的流速“FA”可以變化，但一般為約0.1-10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘。氣體前體傳送時(shí)間段“TA”也可以變化，但一般為約0.1-10秒或更長(zhǎng)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1秒。接觸到加熱的晶片28后，氣體前體化學(xué)吸附、物理吸附或以其它方式與晶片28表面發(fā)生反應(yīng)。
總之，有許多氣體前體可用于本發(fā)明中成膜。例如，一些適合的氣體前體可以包括，但不局限于，那些包含鋁、鉿、鉭、鈦、硅、釔、鋯或其組合等的氣體。在有些情況下，也可使用有機(jī)金屬化合物的蒸氣作前體。這種有機(jī)金屬氣體前體的例子可以包括，但不局限于，三異丁基鋁、乙醇鋁、乙酰丙酮化鋁、叔丁醇鉿(IV)、乙醇鉿(IV)、四丁氧基硅烷、四乙氧基硅烷、五(二甲基氨基)鉭、乙醇鉭、甲醇鉭、四乙氧基乙酰丙酮化鉭、四(二乙基氨基)鈦、叔丁醇鈦、乙醇鈦、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚烷二酮合)鈦、三[N，N-二(三甲基甲硅烷基)酰胺]釔、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚烷二酮合)釔、四(二乙基氨基)鋯、叔丁醇鋯、四(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚烷二酮合)鋯、二(環(huán)戊二烯基)二甲基鋯等等。但是應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明中無(wú)機(jī)金屬氣體前體可以與有機(jī)金屬前體一起使用。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，一種有機(jī)金屬前體(例如有機(jī)硅化合物)用于第一個(gè)反應(yīng)周期，而一種無(wú)機(jī)金屬前體(例如含硅無(wú)機(jī)化合物)用于第二個(gè)反應(yīng)周期，或者反之亦然。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)金屬氣體前體，如上面所述的，可以以相對(duì)較低的蒸氣壓提供給反應(yīng)器容器1。氣體前體的蒸氣壓通?？梢愿鶕?jù)氣體的溫度和具體選擇的氣體變化。但是，在大多數(shù)實(shí)施方案中，氣體前體的蒸氣壓在約0.1-100托的范圍內(nèi)，在某些實(shí)施方案中為約0.1-10托。較低的壓力使得基于壓力的流動(dòng)控制器15能充分控制反應(yīng)周期內(nèi)的壓力。此外，這種低蒸氣壓一般也是在相對(duì)較低的氣體前體溫度下達(dá)到的。具體地，氣體前體溫度在一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)通常在約20℃-150℃，在某些實(shí)施方案中為約20℃-80℃。這樣，本發(fā)明的系統(tǒng)可以使用較低壓力和溫度的氣體以提高處理效率。例如，圖6是叔丁醇鉿(IV)的蒸氣壓曲線(xiàn)，其中氣體的蒸氣壓在60℃為1托，在41℃為0.3托。從而，在此實(shí)施方案中，要達(dá)到0.3托的蒸氣壓溫度僅需為約41℃。相比之下，常用于傳統(tǒng)的原子層沉積(ALD)工藝中的前體氣體如金屬鹵化物要達(dá)到這樣低的蒸氣壓一般需要高得多的溫度。例如，圖7是HfCl4的蒸氣壓曲線(xiàn)，其中氣體的蒸氣壓在172℃為1托，在152℃為0.3托。在該情況下，要達(dá)到與叔丁醇鉿(IV)在僅41℃下就能達(dá)到的相同蒸氣壓溫度至少需要為約152℃。由于使用傳統(tǒng)的ALD氣體前體很難達(dá)到低蒸氣壓，這一般要求可控制性，氣體前體往往是用載體氣體和/或與擴(kuò)散器一起使用來(lái)提供的。相反，本發(fā)明中所用的氣體前體不需要這些附加特征，并優(yōu)選不用載體氣體和/或擴(kuò)散器型結(jié)構(gòu)提供給反應(yīng)器容器。
在提供氣體前體(圖2中的步驟“A”)之后，閥16和19關(guān)閉(如果是打開(kāi)的)，閥20和21打開(kāi)(例如，同時(shí))。從而，氣體前體被轉(zhuǎn)向旁路泵，而吹掃氣通過(guò)噴淋頭噴混室8以某一流速“FB”和某一時(shí)間段“TB”(圖2中的步驟“B”)直接從輸送管線(xiàn)25進(jìn)入反應(yīng)器容器1。盡管不是必需的，流速“FB”和時(shí)間段“TB”可以分別接近流速“FA”和時(shí)間段“TA”。在提供吹掃氣時(shí)，噴淋頭噴混室8內(nèi)部的殘余氣體前體逐漸被稀釋并被擠入反應(yīng)器容器1(即從噴淋頭噴混室8中清除)。適合的吹掃氣可以包括，但不局限于，氮?dú)狻⒑?、氬氣等。在DiMeo，Jr.的美國(guó)專(zhuān)利US5,972,430中記述了其它適合的吹掃氣，在此完全引入作為各種目的的參考。
完成氣體前體的“吹掃”所需的時(shí)間一般取決于噴淋頭噴混室8的容積和噴淋頭的背壓。因此，通常會(huì)調(diào)整噴混室容積和噴淋頭背壓以適應(yīng)循環(huán)步驟中所使用的具體的流速。一般噴淋頭背壓的調(diào)整是通過(guò)調(diào)整噴淋頭的洞的數(shù)目、洞的長(zhǎng)度和/或孔徑直至達(dá)到獲得約1-5的“背壓比”，在某些實(shí)施方案中為約2-4，在一個(gè)實(shí)施方案中為約2?！氨硥罕取倍x為噴混室壓力除以反應(yīng)器容器壓力。如果流動(dòng)均勻性不是決定性的，則較小的背壓比也可以接受。同樣，較高的背壓比也可以接受，不過(guò)吹掃時(shí)間和隨之的周期時(shí)間可能會(huì)增加，從而使產(chǎn)量降低。例如，圖5說(shuō)明了一個(gè)其中叔丁醇鉿(IV)以1標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘的流速被提供給噴淋頭噴混室的實(shí)施方案。在此實(shí)施方案中，選擇噴淋頭洞的數(shù)目、洞的長(zhǎng)度和孔徑以獲得1.0毫托的燃燒室壓力(反應(yīng)器壓力)和2.4毫托的噴淋頭噴混室壓力。因此，“背壓比”為2.4。此外，在此實(shí)施方案中，需要叔丁醇鉿(IV)的蒸氣壓為至少300毫托。
在向反應(yīng)器容器1提供了所需時(shí)長(zhǎng)的吹掃氣體后(圖2的步驟“B”)，閥21和22關(guān)閉并且閥19和23打開(kāi)(例如，同時(shí))。此舉將吹掃氣體轉(zhuǎn)向旁路泵，并將氧化氣體通過(guò)噴淋頭噴混室8以某一流速“FC”和某一時(shí)間段“TC”(圖2的步驟“C”)從輸送管線(xiàn)26導(dǎo)入反應(yīng)器容器1。盡管不一定要求，氧化氣體可能有助于使形成的層完全氧化和/或致密化以減少層中存在的烴缺陷。
如上所述，通常調(diào)整噴淋頭噴混室8和背壓，以使氧化氣體在短時(shí)間內(nèi)將原有的氣體從噴混室中吹走。為完成所述吹掃，有時(shí)可取的是使流速“FC”保持與流速“FA”和/或“FB”相似。同樣，時(shí)間周期“TC”也可以與時(shí)間周期“TA”和/或“TB”相似。還可以調(diào)整時(shí)間周期“TC”以實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)膜的完全氧化，但應(yīng)當(dāng)最小化以獲得最佳的生產(chǎn)量。適合的氧化氣體可以包括，但不局限于，氧化一氮(NO2)、氧氣、臭氧、一氧化二氮(N2O)、水蒸汽及其組合等。
在時(shí)間周期“TB”和/或“TC”中，晶片28可以保持在與氣體前體沉積時(shí)相同或不同的溫度。例如，供應(yīng)吹掃和/或氧化氣體時(shí)所采用的溫度可以為約20-500℃，在某些實(shí)施方案中為約100-500℃，且在某些實(shí)施方案中為約250-450℃。此外，如上所指出，反應(yīng)器容器的壓力在反應(yīng)周期內(nèi)相對(duì)較低，如約0.1-100毫托，在某些實(shí)施方案中為約0.1-10毫托。
一旦氧化氣體被提供給反應(yīng)器容器1之后(圖2的步驟“C”)，閥23和19關(guān)閉且閥21和22打開(kāi)(例如，同時(shí))。此舉將吹掃氣體轉(zhuǎn)向旁路泵，并再次將吹掃氣體通過(guò)噴淋頭噴混室8以與上述步驟“B”中所述相同的某一流速“FD”和某一時(shí)間段“TD”(圖2的步驟“C”)導(dǎo)入反應(yīng)器。
應(yīng)當(dāng)指出，為促進(jìn)生長(zhǎng)膜的完全氧化或?yàn)榱嗽谏L(zhǎng)膜中摻雜原子，還可以通過(guò)閥21和/或23并且向噴淋頭61輸送原子態(tài)或激發(fā)態(tài)的氧化和/或吹掃氣體。參見(jiàn)圖10，例如，可以在氣體箱42和前體烘箱9之間插入一個(gè)遙控等離子體發(fā)生器40。遙控等離子體發(fā)生器40還可以用來(lái)通過(guò)使用氣體如NF3來(lái)清除反應(yīng)器中的沉積膜。氣體箱42可以協(xié)助向前體烘箱9提供上述清除氣體，以及氣體前體、吹掃氣體和/或氧化氣體。
上述工藝步驟合起來(lái)稱(chēng)為一個(gè)“反應(yīng)周期”，盡管如果需要可以刪除“反應(yīng)周期”中的一個(gè)或多個(gè)所述步驟。單個(gè)反應(yīng)周期一般只沉積單層薄膜的一部分，但根據(jù)操作條件如晶片溫度、處理壓力和氣體流速，周期厚度可能是幾個(gè)單層厚。
為達(dá)到目標(biāo)厚度，可以進(jìn)行額外的反應(yīng)周期。這些額外的反應(yīng)周期的操作條件與上述反應(yīng)周期可以相同也可以不同。例如，仍參照?qǐng)D3，第二前體供給源39可以通過(guò)第二輸送管線(xiàn)27和使用基于壓力的流動(dòng)控制器38提供第二前體氣體(記作“P2”)。在此實(shí)施方案中，有一個(gè)閥18隔離前體供給源39，從而前體供給源39在裝入前體烘箱9之前可以先充滿(mǎn)。前體供給源39可以以類(lèi)似于前體供給源11的方式安裝。在沉積到基材上之前，來(lái)自供給源39的氣體前體還可以用加熱器35加熱以達(dá)到某一蒸氣壓。
第二前體的反應(yīng)周期可以與上述第一前體的反應(yīng)周期相同也可以不同。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，例如，額外的步驟“E-H”(圖2)可以用來(lái)在單個(gè)反應(yīng)周期中產(chǎn)生第一和第二氣體前體膜的替換層壓板。對(duì)于每個(gè)循環(huán)，前體氣體(“E”和“A”)、吹掃氣體(“B”、“D”、“F”和“H”)和氧化氣體(“C”和“G”)可以相同或不同。或者，第一氣體前體膜也可以沉積到指定的厚度(一或多個(gè)反應(yīng)周期)，接著沉積第二氣體前體膜至另一指定厚度(一或多個(gè)反應(yīng)周期)，從而構(gòu)造出膜的“層疊”結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)使用叔丁醇鉿(IV)作第一氣體前體和用硅烷作第二氣體前體可以制成HfO2和SiO2的層壓板，它在退火之后可以生成硅酸鉿膜。另一個(gè)例子是通過(guò)使用叔丁醇鉿(IV)作第一氣體前體和用乙醇鋁作第二氣體前體可以形成HfO2和Al2O3的層壓板，它在退火之后可以生成鋁酸鉿膜。此外，另一個(gè)例子是通過(guò)使用適當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)前體以及其它操作條件形成鉿-硅-氮-氧膜。
層壓膜的沉積，如上面所述，可以隨后繼之以適當(dāng)?shù)臒崽幚?，這樣就可以產(chǎn)生一種性能既不同于層壓膜又不同于構(gòu)成它們自己的層壓組分的“新”膜。例如，通過(guò)對(duì)二氧化鉿和二氧化硅層壓板進(jìn)行熱退火可以形成一種“新”的硅酸鉿膜。此外，通過(guò)使用叔丁醇鉿(IV)和NH3可以形成HfO2和HfON膜的層壓板，它在退火之后可以生成氮氧化鉿膜。還發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的系統(tǒng)和其它傳統(tǒng)技術(shù)如ALD、MOCVD或其它技術(shù)一起使用可以形成層壓板。
根據(jù)本發(fā)明，可以控制上述方法的各個(gè)參數(shù)以生成具有某些預(yù)選特征的膜。例如，如上面所指出，可以選擇用于反應(yīng)周期中的氣體前體、吹掃和/或氧化氣體相同或不同。而且，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以控制一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)周期的“沉積條件”(即，準(zhǔn)許一種氣體接觸基材的那段時(shí)間的條件)。在某些實(shí)施方案中，例如，也許希望使用某一預(yù)選的壓力分布、沉積時(shí)間段分布和/或流速分布，以使一個(gè)反應(yīng)周期在一套沉積條件下操作，而另一個(gè)反應(yīng)周期在另一套沉積條件下操作。
通過(guò)控制一或多個(gè)反應(yīng)周期的不同參數(shù)，本發(fā)明可以獲得許多好處。例如，與傳統(tǒng)的ALD技術(shù)相比，本發(fā)明的系統(tǒng)可以具有更高的產(chǎn)量和充分防止泄漏電流。而且，通過(guò)提供對(duì)周期參數(shù)的控制，最終的膜可以更容易地形成以具有所選的性能。需要時(shí)只須通過(guò)改變一個(gè)周期參數(shù)，如供應(yīng)的一種氣體的流速，就可以即刻調(diào)整這些性能。而且，膜的某些層可以作成具有某種特性，而其它層作成具有另一種特性。因此，與傳統(tǒng)的沉積技術(shù)相比，本發(fā)明的系統(tǒng)提供了對(duì)反應(yīng)周期參數(shù)的控制，從而最終的膜可以更容易地作成具有具體預(yù)定性能的。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與常用的傳統(tǒng)ALD技術(shù)相反，在一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)所達(dá)到的厚度并不是本質(zhì)上受表面化學(xué)性質(zhì)的位阻所限制。從而，反應(yīng)周期并不局限于每個(gè)周期所沉積的單層膜的一個(gè)固定部分，而是可以減少以改進(jìn)膜的控制，或增加以全面改進(jìn)。例如，膜的周期厚度可以通過(guò)控制各種系統(tǒng)條件如晶片溫度、氣體流速、反應(yīng)器容器壓力和氣流時(shí)間段來(lái)調(diào)整。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)還可以使結(jié)果形成的膜的特征最佳化。例如，每個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)沉積的厚度可以增加到最大值以在獲得可以接受的膜性能如化學(xué)計(jì)量、缺陷密度和雜質(zhì)濃度的同時(shí)，獲得高晶片產(chǎn)量。
參照?qǐng)D4，例如，說(shuō)明了ALD循環(huán)過(guò)程(曲線(xiàn)A)和非ALD過(guò)程(曲線(xiàn)B)中膜厚和晶片溫度之間的關(guān)系。對(duì)于非ALD循環(huán)過(guò)程，如本發(fā)明中所采用的，在此圖中晶片溫度為約370℃時(shí)每個(gè)反應(yīng)周期的沉積厚度為約1埃()。如果晶片溫度升高到約375℃，則每反應(yīng)周期的沉積厚度為約4。相比之下，對(duì)于ALD過(guò)程(曲線(xiàn)A)來(lái)說(shuō)，膜厚相對(duì)獨(dú)立于晶片溫度。
因此，與常用的ALD技術(shù)相比，本發(fā)明的方法可用于在一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)形成多個(gè)氧化物單層。而且，根據(jù)本發(fā)明形成的層可以在增加的步驟，即氣體前體在不同反應(yīng)周期中沉積之間，中被完全氧化。此外，與常用的ALD技術(shù)相比，由于適合的MOCVD前體的可用性很寬，所以可以很容易地沉積復(fù)合材料膜或?qū)訅耗ぁ?br> 而且，本發(fā)明的系統(tǒng)的周期性事實(shí)上可以促進(jìn)在反應(yīng)周期內(nèi)形成的雜質(zhì)(例如，烴副產(chǎn)物)的清除。具體地說(shuō)，通過(guò)在每個(gè)周期中只沉積很小厚度的膜，吹掃和氧化步驟可以更容易地除去雜質(zhì)。相比之下，普通的MOCVD工藝不斷地沉積膜，使得雜質(zhì)消除困難得多。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的這些和其它改進(jìn)和變體。此外，應(yīng)當(dāng)清楚，各個(gè)實(shí)施方案的各個(gè)方面可以完全或部分互換。而且，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述說(shuō)明僅僅是舉例性的，并不是要限制進(jìn)一步在所附權(quán)利要求書(shū)中所描述的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種向基材上沉積膜的方法，其中基材容納在壓力為約0.1-約100毫托的反應(yīng)器容器之內(nèi)，所述方法包括使基材經(jīng)受包括以下步驟的反應(yīng)周期i)向反應(yīng)器容器提供一種溫度為約20-約150℃、蒸氣壓為約0.1-約100托的氣體前體，其中所述氣體前體包括至少一種有機(jī)金屬化合物；和ii)向反應(yīng)器容器提供一種吹掃氣體、一種氧化氣體或其組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)器容器的壓力為約0.1-約10毫托。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基材處于約100-約500℃的溫度下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基材處于約250-約450℃的溫度下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體前體的提供無(wú)需載體氣體或擴(kuò)散器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體前體由所述至少一種有機(jī)金屬化合物組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括控制所述氣體前體的流速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體前體的蒸氣壓為約0.1-約10托。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體前體的溫度為約20-約80℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述吹掃氣體選自氮?dú)?、氦氣、氬氣及其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化氣體選自氧化一氮、氧氣、臭氧、一氧化二氮、水蒸汽及其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中膜包含金屬氧化物，其中所述的金屬氧化物膜中的所述金屬選自鋁、鉭、鈦、鋯、硅、鉿、釔及其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中膜的介電常數(shù)大于約8。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括使基材經(jīng)受一或多個(gè)額外的反應(yīng)周期以達(dá)到目標(biāo)厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述目標(biāo)厚度為小于約30納米。
16.一種向半導(dǎo)體晶片上沉積膜的方法，其中晶片容納在壓力為約0.1-約100毫托、溫度為約20-約500℃的反應(yīng)器容器之內(nèi)，所述方法包括使晶片經(jīng)受包含以下步驟的反應(yīng)周期i)向反應(yīng)器容器提供一種溫度為約20-約150℃、蒸氣壓為約0.1-約100托的氣體前體，其中所述氣體前體包含至少一種有機(jī)金屬化合物；和ii)向反應(yīng)器容器提供一種吹掃氣體；和iii)之后，向反應(yīng)器容器提供一種氧化氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中反應(yīng)器容器的壓力在約0.1-約10毫托。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中晶片所處的溫度為約250-約450℃。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述氣體前體的提供無(wú)需載體氣體或擴(kuò)散器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述氣體前體由所述至少一種有機(jī)金屬化合物組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括控制所述氣體前體的流速。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述氣體前體的蒸氣壓為約0.1-約10托。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述氣體前體的溫度為約20-約80℃。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中膜包含金屬氧化物，其中所述的金屬氧化物膜中的所述金屬選自鋁、鉭、鈦、鋯、硅、鉿、釔及其組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述吹掃氣體選自氮?dú)?、氦氣、氬氣及其組合。
26.根據(jù)權(quán)利要求16的方法；其中所述氧化氣體選自氧化一氮、氧氣、臭氧、一氧化二氮、水蒸汽及其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括使晶片經(jīng)受一或多個(gè)額外的反應(yīng)周期以達(dá)到目標(biāo)厚度。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述目標(biāo)厚度為小于約30納米。
29.一種用于向基材上沉積膜的低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括包含供待涂覆基材用的基片座的反應(yīng)器容器；適于向所述反應(yīng)器容器提供溫度為約20-約150℃的氣體前體的前體烘箱，其中所述氣體前體包含至少一種有機(jī)金屬化合物；和能夠控制由所述前體烘箱提供的所述氣體前體的流速以使氣體前體以約0.1-約100托的蒸氣壓提供給所述反應(yīng)器容器的基于壓力的調(diào)節(jié)器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述前體烘箱包含設(shè)計(jì)用于加熱所述氣體前體的一個(gè)或多個(gè)加熱器。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括從所述前體烘箱接受所述氣體前體并將它提供給所述反應(yīng)器容器的氣體分配組件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述氣體分配組件包括一個(gè)噴淋頭，所述的噴淋頭包括一個(gè)噴混室。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)設(shè)置成使由所述噴淋頭噴混室的壓力除以所述反應(yīng)器容器的壓力所定義的比值在反應(yīng)周期內(nèi)為約1-約5。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)設(shè)置成使由所述噴淋頭噴混室的壓力除以所述反應(yīng)器容器的壓力所定義的比值在反應(yīng)周期內(nèi)為約2-約4。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述基于壓力的調(diào)節(jié)器與一個(gè)或多個(gè)閥連通。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)分隔所述前體烘箱和所述反應(yīng)器容器的反應(yīng)器蓋。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)閥緊密連接在所述反應(yīng)器蓋上。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中吹掃氣體、氧化氣體或其組合能夠被提供給所述反應(yīng)器容器.
39.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)與所述反應(yīng)器容器連通的遙控等離子體發(fā)生器。
40.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)能夠?qū)⒒募訜岬郊s100-約500℃的能量源。
41.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)能夠?qū)⒒募訜岬郊s250-約450℃的能量源。
42.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述氣體前體能夠以約0.1-約10托的蒸氣壓提供給所述反應(yīng)器容器。
43.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器容器包括用來(lái)支持多個(gè)基材的多個(gè)基片座。
全文摘要
提供了一種向基材(35)上沉積膜的方法?；?35)容納在壓力為約0.1－100毫托的反應(yīng)器容器(1)內(nèi)。該方法包括使基材(35)經(jīng)受一個(gè)包括以下步驟的反應(yīng)周期i)向反應(yīng)器容器(1)提供一種溫度為約20－150℃、蒸氣壓為約0.1－100托的氣體前體，其中所述氣體前體包括至少一種有機(jī)金屬化合物；和ii)向反應(yīng)器容器(1)提供一種吹掃氣體，一種氧化氣體或其組合。
文檔編號(hào)H01L21/316GK1662674SQ03814415
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者S·C·塞爾布雷德, M·朱克, V·文圖羅 申請(qǐng)人:馬特森技術(shù)公司