[发明专利]通过使用负偏压的PEALD沉积膜的方法

说明书

一种通过PEALD在衬底上形成膜的方法包含沉积循环，每个沉积循环包含：(i)以脉冲形式将前体馈送到反应空间以使前体吸附在衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于第二电极以在所述反应空间中产生等离子体，前体吸附的所述表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于所述第二电极，参考第一电极的表面上的电位，所述偏置电压为负，其中所述循环重复以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。

技术领域

本发明大体上涉及通过使用由负偏置电压改良的电容耦合等离子体(CCP)的等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法。

背景技术

通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)而沉积的电介质膜广泛用在半导体制造业中，因为在沉积于纵横比约为10的沟槽中时，此类膜的保形性极高，例如100％。然而，使用电容耦合等离子体(CCP)的常规PEALD具有以下问题。等离子体是含有正离子和自由电子的离子化气体，所述正离子和自由电子的比例或多或少不产生总电荷，且在使用CCP的PEALD中，使用离子和基团完成膜的形成。离子轰击对于膜生长和膜质量较重要。然而，施加在衬底表面上的强烈离子轰击会产生问题。即，在许多PEALD工艺中，离子轰击会恶化膜特性。图5示出膜沉积中因强烈离子轰击45所致的问题，其中(a)示出沉积膜42与衬底41之间的结合破坏，(b)示出沿着沉积膜42与衬底41之间的界面形成浮泡43a(浮泡43b还形成于沉积膜表面上)，且(c)示出沉积膜42与衬底41之间沉积的底层44的损坏或蚀刻。

有可能通过减小等离子体功率和/或增大过程压力来缓解强烈离子轰击的不利影响。然而，当等离子体功率减小时，等离子体密度会减小，从而产生不均匀或不一致的等离子体分布，且当过程压力增大时，等离子体的激发变得困难和不稳定。

鉴于上述问题，本发明人完成本发明，本发明的至少一些实施例可有效解决上述问题中的一些或全部。

对与现有技术相关的包含上文所论述的那些问题和解决方案的任何论述仅仅出于提供本发明上下文的目的而包含在本公开中，且不应视作承认在进行本发明时已知晓任何或全部所述论述。

发明内容

一些实施例提供一种在由面向彼此的电容耦合的第一和第二电极限定的反应空间中通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)在衬底上形成膜的方法，其中衬底面向第二电极放置在第一电极上，所述PEALD包括沉积循环，每个循环包括：(i)以脉冲形式将前体馈送到反应空间以使前体吸附于衬底的表面上；(ii)在步骤(i)之后，将RF功率施加于第二电极以在反应空间中产生等离子体，前体吸附的表面暴露于所述等离子体，由此在所述表面上形成子层；以及(iii)在步骤(ii)中施加RF功率时将偏置电压施加于第二电极，参考第一电极表面上的电位，所述偏置电压为负，其中重复所述循环以沉积多个子层，直到由所述子层构成的膜具有所要厚度。可在最小修改的情况下使用包含任何常规设备的任何合适的CCP型PEALD设备实施上述方法，以便产生具有低离子能量的高密度等离子体。一些实施例的特征可在于以下特征：(1)具有较低等离子体电位的较低离子能量过程；(2)具有较高等离子体密度的较高产出量；以及(3)上部电极上较少的粒子产生。放置衬底的下部区处的离子能量控制能力尤其显著。如上文相对于图5所论述，离子轰击可引发层间分离、起泡或蚀刻以及PEALD膜特性恶化等缺陷；但一些实施例可有效地消除这些问题且尤其有利于离子轰击敏感的PEALD工艺，从而实现具有良好膜特性的膜形成。

出于概述本发明的方面和所实现的优于相关技术的优势的目的，本发明的某些目标和优势描述于本公开中。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可根据本发明的任一特定实施例实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，本发明可按实现或优化如本文中教示的一个优势或一组优势的方式实施或实现，而不必实现如本文中可能教示或表明的其它目标或优势。

本发明的其它方面、特征和优势将根据下文的详细描述而变得显而易见。

附图说明