[发明专利]原位腔室处理与沉积工艺

说明书

技术领域

本发明的实施例大体上是关于半导体与其他电子器件的处理，特别是关于在气相沉积工艺前用于工艺腔室与其中的基板的表面的改善的方法。

背景技术

电子器件产业以及半导体产业持续致力于更大生产率，同时增加沉积在具有渐增的较大表面面积的基板上的层的均匀性。这些相同因素与新材料结合也提供了基板上每单位面积的较高的电路集成。随着对增加的电路集成的需要，对较大均匀性、沉积率和关于层特性的工艺控制的需求因而上升。在多层集成电路中形成含钽层，例如，钽、氮化钽和氮化钽硅，对工艺控制形成许多挑战，尤其是关于接触形成。

从溅射钽和反应溅射氮化钽所形成的阻障层已验证其性质适于用来控制铜扩散。示范的性质包括高导电率、高热稳定性和抗外来原子扩散。使用物理气相沉积(PVD)和原子层沉积(ALD)两种工艺来沉积钽或氮化钽，其特征在于小尺寸(例如，约90nm宽)和约5∶1的高深宽比。不过，公认PVD工艺在此尺寸和深宽比之下可能已到达极限，而ALD工艺则遭受其他问题。

在ALD工艺期间遭遇的常见问题包括在相同的ALD工艺腔室内完成多次执行后，沉积率和不均匀性的性能缺乏稳定性。包括内部工艺套组的工艺腔室的老化为沉积频率和工艺腔室的内表面上的沉积薄膜类型的函数。由于引入二次反应，工艺腔室的内表面上的沉积薄膜显著影响ALD工艺的沉积特性。随着在ALD腔室内处理的基板数目增加，二次反应导致沉积率和不均匀性的性能漂移。同样地，工艺腔室的内表面上的沉积薄膜可剥离形成微粒，其最终会污染基板表面。

因此，在气相沉积工艺期间，需要增加基板上的沉积材料的沉积率和均匀性的稳定性，也需要减少或排除工艺腔室内的污染物。

发明内容

在一实施例中，提供一种用于工艺腔室以及在基板表面上沉积材料的方法，其包括在预处理工艺期间，将工艺腔室的内表面和配置在该工艺腔室内的基板暴露至处理气体，该处理气体含有氢化配体化合物；及随后在气相沉积工艺期间，将该基板暴露至第一前驱物气体，以在该基板上沉积材料。在如原子层沉积(ALD)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺的气相沉积工艺期间，该基板可循序或同时暴露至该第一前驱物和至少一个第二前驱物气体。

在许多范例中，该处理气体内的该氢化配体化合物所具有的化学式为HL，其中L为配体，例如，烷胺基、烷基亚胺基、烷氧基、烷基、烯、炔、环戊二烯基、烷基环戊二烯基、戊二烯基、吡咯基或其衍生物。该第一前驱物气体可含有第一前驱物，其所具有的化学式为ML′_x，其中x为1、2、3、4、5、6或更大，M为例如，钛、锆、铪、铌、钽、钼、钨、钌、钴、镍、钯、铂、铜、铝、镓、铟、硅、锗、锡、磷、砷或锑的元素；且每一L′为独立的配体，例如，烷胺基、烷基亚胺基、烷氧基、烷基、烯、炔、环戊二烯基、烷基环戊二烯基、戊二烯基、吡咯基、氢、卤素、其衍生物或其组合。

在某些实施例中，该方法提供该气相沉积工艺为ALD工艺，且在ALD工艺期间，该基板循序暴露至烷胺金属前驱物气体以及该第二前驱物气体。在其他实施例中，该气相沉积工艺为CVD工艺，且在CVD工艺期间，该基板同时暴露至烷胺金属前驱物气体以及该第二前驱物气体。在一范例中，提供一种用于处理腔室以及在基板表面上沉积材料的方法，其包括在预处理工艺期间，将工艺腔室的内表面和在该工艺腔室内的基板暴露至处理气体，该处理气体含有烷基胺化合物；及在ALD工艺期间，在该基板上沉积材料时，将该基板循序暴露至烷胺金属前驱物气体以及至少一个第二前驱物气体。在一范例中，该第二前驱物气体含有氮前驱物，例如，铵，其用来沉积金属氮化物材料，例如，氮化钽。

在某些范例中，该处理气体含有氢化配体化合物，例如，烷基胺化合物，其所具有的化学式为H₂NR或HNR′R″，其中每一R、R′和R″为独立的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、芳香基、其异构物、其衍生物或其组合。该烷基胺化合物可为甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、甲基乙胺、丙胺、二丙胺、丁胺、二丁胺、其异构物、其衍生物或其组合。该处理气体可进一步含有至少一个载气，例如，氨、氢、氮、氩、氦或其组合。在一范例中，该处理气体含有二甲胺、氨和另一载气，例如，氩。