[发明专利]无外部电压偏置的水溶液中的选择性无电电化学电原子层沉积

说明书

提供了一种进行无电电化学原子层沉积的方法，并且其包括：提供包括暴露的上金属层的衬底；将所述衬底暴露于第一前体溶液中以经由欠电位沉积在所述暴露的上金属层上产生牺牲金属单层，其中所述第一前体溶液是包含还原剂的水溶液；在形成所述牺牲金属单层之后，漂洗所述衬底；在漂洗所述衬底之后，将所述衬底暴露于第二前体溶液中，以用第一沉积层置换所述牺牲金属单层，以及在用所述第一沉积层置换所述牺牲金属单层之后，漂洗所述衬底。将所述衬底暴露于所述第一前体溶液和将所述衬底暴露于所述第二前体溶液是无电工艺。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月3日提交的美国发明专利申请No.16/054,428的优先权，并且还要求于2017年8月14日提交的美国临时申请No.62/545,180的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于在水性环境中选择性地进行无电电化学原子层沉积(无电e-ALD)而不提供外部电压偏置的衬底处理系统。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

原子层沉积(ALD)可用于在每个ALD周期内在衬底上沉积单层膜。在ALD循环期间，衬底的表面在第一时间段内暴露于第一前体气体并提供有外部供应的电偏压。然后将处理室抽空，并且在第二时间段内将衬底暴露于第二前体气体。前体气体以自限方式与衬底的表面反应。一旦表面上的所有反应性位点被消耗，反应即终止。

由于ALD将厚度控制在原子水平，因此ALD对于未来的技术节点是一种有前途的技术。然而，使用ALD沉积金属存在一些缺点。例如，金属的ALD通常涉及膜内的有机污染物，这降低了导电性。在金属和暴露的介电膜之间也缺乏固有的选择性。此外，前体成本相对较高。

化学沉积克服了一些与选择性、金属膜的质量和前体成本有关的缺点。然而，化学沉积缺乏原子级厚度控制，原子级厚度控制是ALD的关键优势之一。另外，使用ALD沉积诸如钌(Ru)和铂(Pt)之类的贵金属是具有挑战性的。

发明内容

提供了一种进行无电电化学原子层沉积的方法，并且其包括：提供包括暴露的上金属层的衬底；将所述衬底暴露于第一前体溶液中以经由欠电位沉积在所述暴露的上金属层上产生牺牲金属单层，其中所述第一前体溶液是包含还原剂的水溶液；在形成所述牺牲金属单层之后，漂洗所述衬底；在漂洗所述衬底之后，将所述衬底暴露于第二前体溶液中，以用第一沉积层置换所述牺牲金属单层，以及在用所述第一沉积层置换所述牺牲金属单层之后，漂洗所述衬底。将所述衬底暴露于所述第一前体溶液和将所述衬底暴露于所述第二前体溶液是无电工艺。

在其他特征中，所述第一前体溶液包含硫酸锌。在其他特征中，所述第一前体溶液包含金属盐、羧酸、所述还原剂和pH调节剂。在其他特征中，所述金属盐包括硫酸锌，并且所述pH调节剂包括氢氧化铵。

在另外的特征中，所述第一前体溶液包括金属盐、羧酸、所述还原剂和pH调节剂。所述金属盐包括硫酸锌。所述还原剂包括钛。所述pH调节剂包括氢氧化铵。在其他特征中，所述第一前体溶液包含：硫酸锌和氢氧化铵的第一预定量的第一混合物；氯化钛和柠檬酸铵的第二预定量的第二混合物；和除了包括在所述第一混合物中的氢氧化铵之外的第三预定量的氢氧化铵。在其他特征中，所述牺牲金属单层包含锌。所述还原剂包含钛。

在其他特征中，所述第二前体溶液包含盐和金属离子的水溶液。在还有的其他特征中，所述第二前体溶液包含硫酸铜。在其他特征中，所述第二前体溶液包含亚硝酰硫酸钌或亚硝酰氯钌。在其他特征中，所述第二前体溶液包含氯铂酸。