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本文所述的實(shí)施方式涉及使用低蒸汽壓前驅(qū)物來(lái)進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積。

背景技術(shù)：

通過(guò)氣體的化學(xué)反應(yīng)在基板上形成膜是現(xiàn)代半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的主要步驟之一。這些沉積工藝包括化學(xué)氣相沉積(cvd)以及等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)，pecvd結(jié)合傳統(tǒng)cvd技術(shù)使用等離子體。cvd和pecvd電介質(zhì)層可以用作在半導(dǎo)體器件中的不同層。例如，電介質(zhì)層可以用作在器件中的導(dǎo)電線(xiàn)路或互連件之間的金屬間的電介質(zhì)層?；蛘?，電介質(zhì)層可以用作阻擋層、蝕刻停止層或間隔件，以及其它的層。

化學(xué)前驅(qū)物已引入到基板處理腔室的基板處理區(qū)域中?；宥ㄎ辉诨逄幚韰^(qū)域內(nèi)，并且一或多種前驅(qū)物可被引入到基板處理區(qū)域中，以沉積膜。液體前驅(qū)物可通過(guò)以下方式來(lái)使用：使載氣以“起泡”的方式穿過(guò)液體，以將蒸汽載送到基板處理區(qū)域中。這種技術(shù)的有效性取決于該液體的蒸汽壓。該液體的溫度可增大以提高蒸汽壓。也已使用超聲發(fā)生器來(lái)生成液滴以增加前驅(qū)物到基板處理區(qū)域的遞送，然而，液滴大小可不利地影響沉積均勻性和間隙填充能力。

需要用于在氣溶膠輔助的(aerosol-assisted)cvd中減小液滴大小以拓寬可利用低蒸汽壓前驅(qū)物的可用應(yīng)用的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述用于處理在基板表面上的膜的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)具有氣溶膠發(fā)生器，所述氣溶膠發(fā)生器從一或多種前驅(qū)物的冷凝物質(zhì)(液體或固體)來(lái)形成液滴。載氣流過(guò)所述冷凝物質(zhì)，并將液滴推向放在基板處理區(qū)域中的基板。與氣溶膠發(fā)生器連接的直列機(jī)械泵(inlinemechanicalpump)也可以用于將液滴推向基板。直流(dc)電場(chǎng)被施加在兩個(gè)導(dǎo)電板之間，這兩個(gè)導(dǎo)電板被構(gòu)造為使所述液滴在這兩個(gè)導(dǎo)電板之間經(jīng)過(guò)。所述液滴的大小通過(guò)所述dc電場(chǎng)的施加而按需要地減小。在穿過(guò)所述dc電場(chǎng)后，所述液滴進(jìn)入所述基板處理區(qū)域，并且與所述基板進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積或蝕刻膜。

本文所述的實(shí)施方式包括用于在基板上形成自組(self-assembled)單層的裝置。所述裝置包括加熱的載氣源。所述裝置還進(jìn)一步包括氣溶膠發(fā)生器，所述氣溶膠發(fā)生器被構(gòu)造為從所述加熱的載氣源接收加熱的載氣，并且被構(gòu)造為從冷凝物質(zhì)前驅(qū)物來(lái)產(chǎn)生氣溶膠液滴。所述裝置還進(jìn)一步包括前驅(qū)物導(dǎo)管，所述前驅(qū)物導(dǎo)管被構(gòu)造為接收所述氣溶膠液滴。所述裝置還進(jìn)一步包括dc電源。所述裝置還進(jìn)一步包括頂部電極和底部電極。所述頂部電極和所述底部電極是平行的，并且形成電氣間隙，所述電氣間隙被構(gòu)造為接收所述氣溶膠液滴。借助真空電饋通(vacuumelectricalfeedthrough)，用來(lái)自所述dc電源的差分電壓對(duì)所述頂部電極和所述底部電極進(jìn)行偏置。所述差分電壓被施加在所述頂部電極和所述底部電極之間，用以減小所述氣溶膠液滴的大小。所述裝置還進(jìn)一步包括基板基座，所述基板基座設(shè)置在所述腔室內(nèi)的基板處理區(qū)域內(nèi)。所述基板基座被構(gòu)造為在所述自組單層的形成過(guò)程中支撐所述基板。

所述差分電壓可被選擇為形成具有在500v/cm與20000v/cm之間的幅值的電場(chǎng)。所述差分電壓可以在100伏與2千伏之間。所述氣溶膠液滴可以具有在3nm與75nm之間的直徑。

本文所公開(kāi)的實(shí)施方式包括基板處理裝置。所述基板處理裝置包括基板基座，所述基板基座設(shè)置在所述基板處理裝置內(nèi)的基板處理區(qū)域內(nèi)。所述基板基座被構(gòu)造為在所述膜的處理過(guò)程中支撐基板。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括載氣源。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括氣溶膠發(fā)生器，所述氣溶膠發(fā)生器被構(gòu)造為從所述載氣源接收載氣，并且被構(gòu)造為從液體前驅(qū)物來(lái)產(chǎn)生氣溶膠液滴。所述基板處理裝置還進(jìn)一步加熱器，所述加熱器用于加熱所述載氣源與所述氣溶膠發(fā)生器之間的所述載氣。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括壓電式換能器(piezoelectrictransducer)，所述壓電式換能器被附連到所述氣溶膠發(fā)生器，用以促成所述氣溶膠液滴的產(chǎn)生。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括前驅(qū)物導(dǎo)管，所述前驅(qū)物導(dǎo)管被構(gòu)造為接收所述氣溶膠液滴。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括dc電源。所述基板處理裝置還進(jìn)一步包括第一電極和第二電極。所述第一電極和所述第二電極彼此平行，并由間隙分開(kāi)。所述間隙被構(gòu)造為接收所述氣溶膠液滴并且借助真空電饋通從所述dc電源接收電壓。所述電壓被施加在所述第一電極和所述第二電極之間，用以將所述氣溶膠液滴的大小減小到3nm與75nm之間的氣溶膠液滴大小并且將所述氣溶膠液滴的大小維持在3nm與75nm之間，直至所述氣溶膠液滴到達(dá)所述基板。

所述液體前驅(qū)物可以包括辛基磷酸(ch3(ch2)6ch2-p(o)(oh)2)、全氟化辛基磷酸(cf3(cf2)5ch2-ch2-p(o)(oh)2)、十八烷基膦酸(ch3(ch2)16ch2-p(o)(oh)2)、癸基膦酸、三甲苯基膦酸、環(huán)己基膦酸、己基膦酸或丁基膦酸中的一或多種。所述第一電極和所述第二電極可以是水平的。所述基板可平行于所述第一電極和所述第二電極兩者。所述基板可設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間。所述壓電式換能器可與所述液體前驅(qū)物直接接觸?？赏ㄟ^(guò)將固體前驅(qū)物溶解于溶劑中來(lái)形成所述液體前驅(qū)物。所述基板可垂直于所述第一電極和所述第二電極兩者。所述基板基座可為電絕緣體。

本文所公開(kāi)的實(shí)施方式包括用于在基板上形成膜的基板處理腔室。所述基板處理腔室包括載氣源。所述基板處理腔室還進(jìn)一步包括氣溶膠發(fā)生器，所述氣溶膠發(fā)生器被構(gòu)造為從加熱的載氣源接收加熱的載氣，并且被構(gòu)造為從冷凝物質(zhì)前驅(qū)物來(lái)產(chǎn)生氣溶膠液滴。所述基板處理腔室還進(jìn)一步包括前驅(qū)物導(dǎo)管，所述前驅(qū)物導(dǎo)管被構(gòu)造為接收所述氣溶膠液滴。所述基板處理腔室還進(jìn)一步包括dc電源。所述基板處理腔室還進(jìn)一步包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極被構(gòu)造為從dc電源接收dc電壓。所述第一電極和所述第二電極是平行的，并且在所述第一電極與所述第二電極之間形成間隙。所述dc電壓被施加在所述第一電極和所述底第二電極之間，用以減小所述氣溶膠液滴的大小。施加在所述第一電極與所述第二電極之間的所述dc電壓形成電場(chǎng)，所述電場(chǎng)從所述第一電極直接指向所述基板并直接指向所述第二電極。所述基板處理腔室還進(jìn)一步包括基板基座，所述基板基座設(shè)置在所述腔室內(nèi)的基板處理區(qū)域內(nèi)。所述基板基座被構(gòu)造為在所述膜的處理過(guò)程中支撐所述基板。

所述間隙可被構(gòu)造為直接從所述前驅(qū)物導(dǎo)管接收所述氣溶膠液滴，而不使得所述氣溶膠液滴穿過(guò)所述第一電極或所述第二電極。所述間隙可被構(gòu)造為通過(guò)所述第一電極或所述第二電極中的一或多個(gè)孔隙接收所述氣溶膠液滴。所述基板基座可以包括碳?jí)K(carbonblock)。

本發(fā)明的實(shí)施方式包括在基板上形成層的方法。所述方法包括將所述基板放入基板處理腔室的基板處理區(qū)域中。所述方法還進(jìn)一步包括將液體前驅(qū)物放入氣溶膠發(fā)生器中。所述方法還進(jìn)一步包括使載氣流入所述氣溶膠發(fā)生器中，用以產(chǎn)生氣溶膠液滴。所述方法還進(jìn)一步包括將電場(chǎng)施加至所述氣溶膠液滴。所述方法還進(jìn)一步包括使所述氣溶膠液滴流入所述基板處理區(qū)域中。所述方法還進(jìn)一步包括在所述基板上從所述氣溶膠液滴來(lái)形成所述層。

所述層可為ii-vi族或iii-v族半導(dǎo)體之一。所述層可為氮化硼、氮化鋁、砷化鎵、磷化鎵、砷化銦或銻化銦之一。所述層可為金屬氧化物，或者可由氧和金屬元素組成。所述電場(chǎng)可為具有指向所述基板的電場(chǎng)的dc電場(chǎng)。所述方法可進(jìn)一步包括使第二前驅(qū)物流入所述基板處理區(qū)域中，用以在所述層上形成單層。在形成所述層的過(guò)程中基板處理區(qū)域中的電子溫度可低于0.5ev。

本發(fā)明的實(shí)施方式包括處理基板上的層的方法。所述方法包括將所述基板放入基板處理腔室的基板處理區(qū)域中。所述方法還進(jìn)一步包括將固體前驅(qū)物溶解于溶劑中，用以在氣溶膠發(fā)生器內(nèi)形成前驅(qū)物溶液。所述方法還進(jìn)一步包括使載氣流入所述氣溶膠發(fā)生器中，用以產(chǎn)生氣溶膠液滴。所述方法還進(jìn)一步包括將電場(chǎng)施加至所述氣溶膠液滴。所述方法還進(jìn)一步包括使所述氣溶膠液滴流入所述基板處理區(qū)域中。所述方法還進(jìn)一步包括通過(guò)與所述氣溶膠液滴的化學(xué)反應(yīng)來(lái)蝕刻所述基板上的層。

所述層可以?xún)H由兩種元素組成。所述層可由iii族元素和v族元素組成。所述層可由ii族元素和vi族元素組成。所述方法可進(jìn)一步包括使第二前驅(qū)物流入所述基板處理區(qū)域中，用以將一個(gè)單層從所述層移除。所述電場(chǎng)可為具有指向所述基板的電場(chǎng)的dc電場(chǎng)。所述電場(chǎng)可以具有在500v/cm與20000v/cm之間的幅值。所述氣溶膠液滴可以具有在3nm與75nm之間的直徑。在蝕刻所述層的過(guò)程中基板處理區(qū)域中的電子溫度可低于0.5ev。

另外的實(shí)施方式以及特征在以下描述中部分闡明，并且部分在查閱本說(shuō)明書(shū)后將變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，或者可通過(guò)實(shí)踐所公開(kāi)的實(shí)施方式來(lái)了解。所公開(kāi)的實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)可借助于本說(shuō)明書(shū)中描述的手段、組合和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和達(dá)成。

附圖說(shuō)明

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施方式的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步的理解可以參考本說(shuō)明書(shū)其余部分以及附圖實(shí)現(xiàn)。

圖1示出根據(jù)實(shí)施方式的成膜(filmformation)工藝的流程圖。

圖2示出根據(jù)實(shí)施方式的成膜工藝的流程圖。

圖3a是根據(jù)實(shí)施方式在選擇性沉積自組單層后的圖案化基板的側(cè)視圖。

圖3b是根據(jù)實(shí)施方式在使用自組單層進(jìn)行選擇性沉積后的圖案化基板的側(cè)視圖。

圖3c是根據(jù)實(shí)施方式在移除自組單層后的圖案化基板的側(cè)視圖。

圖3d是未在本文中公開(kāi)的實(shí)施方式的在選擇性沉積自組單層后的圖案化基板的側(cè)視圖。

圖4示出根據(jù)實(shí)施方式的沒(méi)有和具有自組單層的材料的接觸角的圖。

圖5a示出根據(jù)實(shí)施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。

圖5b示出根據(jù)實(shí)施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。

圖5c示出根據(jù)實(shí)施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖。

圖6示出包括根據(jù)實(shí)施方式的方法的沉積技術(shù)的示意性對(duì)照?qǐng)D。

圖7示出根據(jù)實(shí)施方式的示例性的基板處理系統(tǒng)的俯視圖。

在附圖中，類(lèi)似部件和/或特征可以具有相同參考標(biāo)記。另外，相同類(lèi)型的各種部件可通過(guò)在參考標(biāo)記后加上破折號(hào)和區(qū)分類(lèi)似部件的第二參考標(biāo)記來(lái)區(qū)分。如果在本說(shuō)明書(shū)中僅僅使用第一參考標(biāo)記，那么描述都適用于具有相同的第一參考標(biāo)記的類(lèi)似部件中的任一者，而不管第二參考標(biāo)記如何。

具體實(shí)施方式

描述用于處理在基板表面上的膜的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)具有氣溶膠發(fā)生器，所述氣溶膠發(fā)生器從一或多種前驅(qū)物的冷凝物質(zhì)(液體或固體)來(lái)形成液滴。載氣流過(guò)所述冷凝物質(zhì)，并將液滴推向放在基板處理區(qū)域中的基板。與氣溶膠發(fā)生器連接的直列機(jī)械泵也可以用于將液滴推向基板。直流(dc)電場(chǎng)被施加在兩個(gè)導(dǎo)電板之間，這兩個(gè)導(dǎo)電板被構(gòu)造為使所述液滴在這兩個(gè)導(dǎo)電板之間經(jīng)過(guò)。所述液滴的大小通過(guò)所述dc電場(chǎng)的施加而按需要地減小。在穿過(guò)所述dc電場(chǎng)后，所述液滴進(jìn)入所述基板處理區(qū)域，并且與所述基板進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積或蝕刻膜。

期望拓寬可用于例如cvd、原子層蝕刻(alet)和原子層沉積(ald)腔室中的一套可用化學(xué)前驅(qū)物。低蒸汽壓固體前驅(qū)物和高沸點(diǎn)液體前驅(qū)物已經(jīng)難以在蒸汽相遞送到cvd、alet或ald腔室中。這限制了前驅(qū)物在薄膜材料沉積中的使用。改進(jìn)固體和低蒸汽壓液體至處理腔室中的遞送可尤其改進(jìn)含有多于一種元素的膜的沉積。自組單層(sam)可尤其受益于低蒸汽壓前驅(qū)物的使用。比起液體沉積工藝，半導(dǎo)體膜形成應(yīng)用更受益于干法沉積工藝(蒸汽相)。

本文所述的實(shí)施方式可涉及具有低蒸汽壓的固體前驅(qū)物和/或液體前驅(qū)物。液體和固體(或它們的組合)通?？擅枋鰹槔淠镔|(zhì)。冷凝物質(zhì)由一直受相鄰原子/分子施加的力影響的原子/分子組成，并且根據(jù)實(shí)施方式可定義為基本沒(méi)有或沒(méi)有平均自由行程(meanfreepath)的物質(zhì)。在實(shí)施方式中，具有低蒸汽壓的固體前驅(qū)物可溶解于單一溶劑或相容溶劑的混合物中，并且這種組合可被稱(chēng)為冷凝物質(zhì)。氣溶膠由冷凝物質(zhì)形成，并且可使用超聲加濕器來(lái)形成。超聲加濕器可以具有壓電式換能器，所述壓電式換能器可以在一或多個(gè)頻率操作。超聲加濕器可以生成氣溶膠液滴，使用載氣(諸如氮(n2)或氬(ar))將所述氣溶膠液滴載送到反應(yīng)腔室(基板處理區(qū)域)中。載氣可為惰性，并且既不與冷凝物質(zhì)形成共價(jià)化學(xué)鍵也不與基板形成共價(jià)化學(xué)鍵。與氣溶膠發(fā)生器連接的直列機(jī)械泵也可以用于將液滴推向基板。

氣溶膠液滴可以穿過(guò)導(dǎo)管，所述導(dǎo)管被加熱來(lái)阻止冷凝，或者促成在氣溶膠液滴進(jìn)入基板處理區(qū)域后與基板的反應(yīng)?；逄幚韰^(qū)域在基板處理腔室內(nèi)，并且是在將前驅(qū)物遞送到基板處理區(qū)域中之前抽空大氣氣體的真空腔室。在實(shí)施方式中，基板處理區(qū)域被密封以隔絕外部大氣，并且可在比大氣壓低得多的壓力下操作，從而抽空大氣氣體。冷凝物質(zhì)前驅(qū)物不需要是揮發(fā)性的以生成氣溶膠液滴。冷凝物質(zhì)前驅(qū)物可溶解于溶劑或溶劑的混合物中，氣溶膠液滴從中產(chǎn)生。由于本文所述的實(shí)施方式，現(xiàn)可使用更廣范圍的前驅(qū)物，因?yàn)閾]發(fā)性不再是必要的。基板處理腔室還可被構(gòu)造有可產(chǎn)生電場(chǎng)的兩個(gè)電極。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)可按期望減小氣溶膠液滴的大小或維持氣溶膠液滴的較小大小。

為了更好地理解和了解本文所述的實(shí)施方式，現(xiàn)參考圖1和圖2，圖1和圖2是根據(jù)實(shí)施方式的成膜工藝(101和201)的流程圖。同時(shí)將會(huì)參考圖5a，圖5a包括根據(jù)實(shí)施方式的基板處理腔室1001的橫截面示意圖。圖5a、圖5b、圖5c的基板處理腔室的任一者或它們?cè)慕M合可以用來(lái)執(zhí)行本文所述的工藝(例如，101或102)。在工藝101中，在操作110中，將基板1013遞送到基板處理腔室1001的基板處理區(qū)域中?；?013被基板基座1014支撐，所述基板基座1014可由使熱控制的液體通過(guò)基板基座1014而被電阻式地加熱和/或冷卻?；寤囊徊糠趾驼麄€(gè)基板1013示為在基板處理區(qū)域內(nèi)?；逄幚韰^(qū)域另外由石英擋板1012和石英外殼1016界定，石英擋板1012和石英外殼1016可被包括以在成膜過(guò)程中以有益的方式降低腔室主體1006的溫度。

在操作120中，將固體前驅(qū)物溶解于溶劑中，并且放入具有壓電式換能器1004-1的氣溶膠發(fā)生器1003-1中。在操作130中，在加熱的載氣源1002中加熱載氣，并且使載氣流入氣溶膠發(fā)生器1003-1中。通過(guò)向換能器的頂部和底部施加振蕩電壓來(lái)振動(dòng)壓電式換能器1004-1，并且在氣溶膠發(fā)生器1003-1中從前驅(qū)物溶液產(chǎn)生氣溶膠液滴(操作140)。另外，在操作140中，氣溶膠液滴流過(guò)前驅(qū)物導(dǎo)管1015-1并且通過(guò)頂蓋1005進(jìn)入基板處理腔室1001。在進(jìn)入容納有基板1013的基板處理區(qū)域前，氣溶膠液滴還流過(guò)頂部電極1009，并且接著流過(guò)底部電極1010。dc電場(chǎng)被施加在頂部電極1009與底部電極1010之間，同時(shí)氣溶膠液滴在兩個(gè)電極之間經(jīng)過(guò)(操作150)。電場(chǎng)被施加在電場(chǎng)區(qū)域1011中，并且從頂部電極1009指向底部電極1010。絕緣體1008被構(gòu)造為維持頂部電極1009與底部電極1010之間的電氣分離。在實(shí)施方式中，腔室主體1006和頂蓋1005還可與頂部電極1009和底部電極1010之一或兩者電氣絕緣。dc電壓差在dc電源1007內(nèi)產(chǎn)生，并且借助真空相容電饋通來(lái)傳入基板處理區(qū)域。在實(shí)施方式中，通過(guò)施加垂直于基板1013的主平面的dc電場(chǎng)來(lái)減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。頂部電極1009和底部電極1010具有允許氣溶膠液滴穿過(guò)這兩者的穿孔，但是這兩者還是平面的，并且每者均平行于基板1013的主平面?；暹€可在沉積過(guò)程中被電氣偏置。在操作160中，從氣溶膠液滴沉積膜在基板1013上，并且在操作170中，將基板從基板處理區(qū)域移除。

氣溶膠發(fā)生器1003可定位成靠近基板處理腔室1001，以進(jìn)一步維持較小的氣溶膠液滴大小。氣溶膠發(fā)生器1003內(nèi)的容積可大致與將處理的基板的面積成比例。例如，對(duì)于300mm基板，可使用一升氣溶膠發(fā)生器1003來(lái)產(chǎn)生氣溶膠液滴?？墒褂觅|(zhì)量流量控制器來(lái)控制前驅(qū)物導(dǎo)管1015-1內(nèi)的氣溶膠液滴向基板處理腔室1001流動(dòng)的流量。前驅(qū)物導(dǎo)管1015-1可含有受熱的活性炭，用以維持氣溶膠液滴的高溫(高于室溫)，這還幫助維持較小的氣溶膠液滴大小。

對(duì)于成膜工藝101，已經(jīng)使用固體前驅(qū)物。在實(shí)施方式中，可能已經(jīng)使用固體或液體前驅(qū)物，并且固體前驅(qū)物示例性地表現(xiàn)出在容納低蒸汽壓前驅(qū)物上的技術(shù)有效性。在接下來(lái)的實(shí)例中，使用液體前驅(qū)物，但是在實(shí)施方式中，固體前驅(qū)物可以替代液體前驅(qū)物。在操作210中，將基板放入基板處理區(qū)域內(nèi)。

將液體前驅(qū)物放入有嵌入式換能器1004-2的氣溶膠發(fā)生器1003-2中。在加熱的載氣源1002中加熱載氣，并且使載氣流入氣溶膠發(fā)生器1003-2。通過(guò)向換能器的頂部和底部施加振蕩電壓來(lái)振動(dòng)換能器1004-2，并且在氣溶膠發(fā)生器1003-2中從前驅(qū)物溶液產(chǎn)生氣溶膠液滴(操作220)。根據(jù)實(shí)施方式，液體前驅(qū)物還可溶解于一種溶劑或相容溶劑的組合中，正如第一實(shí)例的固體前驅(qū)物的情況那樣。接著，氣溶膠液滴流過(guò)前驅(qū)物導(dǎo)管1015-2并且通過(guò)頂蓋1005進(jìn)入基板處理腔室1001。在操作230中，在進(jìn)入容納有基板1013的基板處理區(qū)域前，氣溶膠液滴還接著流過(guò)頂部電極1009，并且流過(guò)底部電極1010。在進(jìn)入基板處理區(qū)域前，dc電場(chǎng)被施加在頂部電極1009與底部電極1010之間，同時(shí)氣溶膠液滴在兩個(gè)電極之間經(jīng)過(guò)。電場(chǎng)被施加在電場(chǎng)區(qū)域1011中，并且從頂部電極1009指向底部電極1010。絕緣體1008被構(gòu)造為維持頂部電極1009與底部電極1010之間的電氣分離。dc電壓差在dc電源1007內(nèi)產(chǎn)生，并且借助真空相容電饋通來(lái)傳入基板處理區(qū)域。在實(shí)施方式中，通過(guò)施加垂直于基板1013的主平面的dc電場(chǎng)來(lái)減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。頂部電極1009和底部電極1010具有允許氣溶膠液滴穿過(guò)這兩者的一或多個(gè)穿孔，但是這兩者還是平面的，并且每者均平行于基板1013的主平面。在實(shí)施方式中，基座可相對(duì)于腔室主體1006、頂部電極1009和/或底部電極1010被電氣偏置。

從較小氣溶膠液滴沉積薄膜在基板1013上?；逄幚韰^(qū)域可被抽空以移除未反應(yīng)氣溶膠液滴和反應(yīng)副產(chǎn)物。有不同化學(xué)特性的第二前驅(qū)物接著流入基板處理區(qū)域(操作240)，用以在操作250中，完成“原子”層沉積膜(ald)的形成。如果尚未達(dá)到目標(biāo)厚度，那么工藝可以重復(fù)(操作260)。一旦達(dá)到目標(biāo)厚度，在操作270中，將基板從基板處理區(qū)域移除。一般來(lái)說(shuō)，前驅(qū)物可以按一種相繼、交替的方式被遞送到基板處理區(qū)域，如實(shí)例中那樣，或者根據(jù)實(shí)施方式，它們可以同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器。在實(shí)施方式中，前驅(qū)物在進(jìn)入基板處理區(qū)域前，可與彼此組合。

本文所述的工藝和設(shè)備的益處可涉及處理時(shí)間的減少。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用低蒸汽前驅(qū)物來(lái)進(jìn)行的成膜經(jīng)常需要數(shù)個(gè)小時(shí)并且甚至是數(shù)十小時(shí)，才能得到有益的膜厚度。根據(jù)實(shí)施方式，本文所述的技術(shù)和硬件可用來(lái)使膜蝕刻/成膜時(shí)間減少超過(guò)100至超過(guò)1000倍。在實(shí)施方案中，蝕刻/沉積時(shí)間可以在5秒與5分鐘之間，或者在15秒與2分鐘之間。本文所述的蒸汽蝕刻或氣相沉積技術(shù)是“干法”工藝，其中反應(yīng)是由氣體表面化學(xué)反應(yīng)主導(dǎo)。一些現(xiàn)有技術(shù)工藝涉及將圖案化基板浸入含低蒸汽壓力前驅(qū)物的液體溶液中，用以獲得期望的蝕刻或沉積速率。在本文中，前驅(qū)物以氣相被遞送到基板，并且工藝可因此描述為干法工藝。本文所述的干法工藝避免可能因液體處理的表面張力對(duì)小線(xiàn)寬的圖案化基板造成的損壞。干法工藝和設(shè)備的益處包括實(shí)現(xiàn)高蝕刻/沉積速率，同時(shí)避免圖案毀壞。

在所有本文所述的實(shí)施方式中，前驅(qū)物呈冷凝物質(zhì)相，這可包括溶解在溶劑中。在實(shí)施方式中，該冷凝物質(zhì)前驅(qū)物的蒸汽壓力在溶解前(或者如果完全未使用到溶劑)可以為零、低至不可測(cè)量、低于10torr、低于20torr或低于30torr。根據(jù)實(shí)施方式，在溶解后，含冷凝物質(zhì)前驅(qū)物和合適溶劑的溶液的蒸汽壓可為10torr、低于30torr或低于50torr。示例性冷凝物質(zhì)前驅(qū)物將會(huì)在引入激發(fā)性的沉積應(yīng)用(motivatingdepositionapplication)后呈現(xiàn)。

可受益于本文所述的技術(shù)和硬件的示例性的沉積應(yīng)用是形成自組單層，這可涉及使用低蒸汽壓液體前驅(qū)物。本文所述的沉積工藝的益處是精細(xì)且復(fù)雜地圖案化基板上的極度共形沉積速率。較深的間隙、溝槽或過(guò)孔相對(duì)溝槽內(nèi)的較深部分來(lái)說(shuō)經(jīng)常在它們的開(kāi)口附近呈現(xiàn)更高的沉積速率，尤其是在液滴大小相較特征大小或線(xiàn)寬來(lái)說(shuō)較大的時(shí)候。根據(jù)實(shí)施方式，本文所述的方法可以用來(lái)沉積具有在0.5nm與20nm之間、在1nm與10nm之間或在2nm與5nm之間的均勻或相對(duì)均勻的厚度的共形膜(conformalfilm)。所述方法可替代地用于以均勻蝕刻速率來(lái)蝕刻，無(wú)論圖案化基板上的圖案化多復(fù)雜都是如此。在實(shí)施方式中，過(guò)孔或溝槽(特征)的寬度和深度可以在3nm與20nm之間或在5nm與10nm之間。所有本文所述的參數(shù)可適用于蝕刻和沉積兩者，但是例示性的實(shí)例描述的是沉積工藝。在實(shí)施方式中，過(guò)孔或溝槽的寬度(在更窄的維度上)可以小于30nm、小于20nm或小于10nm。深度在本文中是從溝槽的頂部至底部來(lái)測(cè)量的。“頂部”、“上方”和“向上”在本文中將用來(lái)描述垂直地遠(yuǎn)離于基板平面并且在垂直方向上更遠(yuǎn)離基板的主平面的部分/方向。“豎直”將用來(lái)描述朝向“頂部”在“向上”方向上對(duì)準(zhǔn)的對(duì)象。其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)也可使用，它們含義現(xiàn)將清楚。

示例性的低蒸汽壓前驅(qū)物包括可用于形成自組單層(sam)的前驅(qū)物。本文所述的技術(shù)可以用于除了以下所呈現(xiàn)的那些外的許多地方，不過(guò)例示性的實(shí)例可有助于理解本文所公開(kāi)的實(shí)施方式。用于沉積自組單層的前驅(qū)物可以具有在化學(xué)上與頭部部分(headmoiety,hm)區(qū)分開(kāi)來(lái)的尾部部分(tailmoiety,tm)，hm已被發(fā)現(xiàn)對(duì)于自組單層的形成來(lái)說(shuō)是有益的。前驅(qū)物可為磷酸，所述磷酸包括具有化學(xué)式po(oh)2的hm。根據(jù)實(shí)施方式，低蒸汽壓冷凝物質(zhì)前驅(qū)物所述液體前驅(qū)物可以包括辛基磷酸(ch3(ch2)6ch2-p(o)(oh)2)、全氟化辛基磷酸(cf3(cf2)5ch2-ch2-p(o)(oh)2)、十八烷基膦酸(ch3(ch2)16ch2-p(o)(oh)2)、癸基膦酸、三甲苯基膦酸、環(huán)己基膦酸、己基膦酸或丁基膦酸中的一或多種。

尾部部分(tm)可阻止或阻礙在后續(xù)暴露于第二沉積前驅(qū)物的過(guò)程中在圖案化的層上成膜。根據(jù)實(shí)施方式，磷酸前驅(qū)物的尾部部分可以包括具有在鏈中共價(jià)鍵合到彼此的多于5個(gè)碳原子、多于6個(gè)碳原子或多于7個(gè)碳原子的全氟化烷基團(tuán)。對(duì)于更小的碳鏈，存在更大的氟原子作為對(duì)小得多的氫原子的替代似乎阻礙了圖案化層成核。在實(shí)施方式中，磷酸前驅(qū)物的尾部部分可以包括具有在鏈中共價(jià)鍵合的多于12個(gè)碳原子、多于14個(gè)碳原子或多于16個(gè)碳原子的烷基團(tuán)。根據(jù)實(shí)施方式，tm可以包含線(xiàn)型或芳族烴，諸如-ch2、c6h5、c6h4、c2h5或-ch2ch2ch3。

用于沉積自組單層(sam)的前驅(qū)物可以提供共價(jià)鍵合到基板的頭部部分，以及從共價(jià)鍵遠(yuǎn)離基板延伸的尾部部分。尾部部分包括稱(chēng)為鏈的相對(duì)長(zhǎng)的共價(jià)鍵序列。在實(shí)施方式中，sam可穩(wěn)定為(阻止分解(resistdecomposition))高達(dá)300℃或350℃基板溫度。化學(xué)前驅(qū)物分子的hm可以包含含硫基團(tuán)，諸如硫醇基團(tuán)。根據(jù)實(shí)施方式，前驅(qū)物可為甲硫醇(ch3sh)、乙硫醇(c2h5sh)或丁硫醇(c4h9sh)、n-烷基硫醇{ch3(ch2)n-1sh，其中n為8、12、16、18、20、22或29}。在實(shí)施方式中，前驅(qū)物可為cf3和cf2封端的硫醇(terminatedthiols)中的一或多種，諸如cf3(cf2)n(ch2)11)sh和cf3(cf2)9(ch2)nsh(其中n為2、11或17)，以及n為9-15的(cf3(ch2)nsh)。根據(jù)實(shí)施方式，頭部基團(tuán)可以包含含氮基團(tuán)。在實(shí)施方式中，前驅(qū)物可為3-氨基丙基三乙氧基硅烷(aptes)、(3-氨丙基)三甲氧基硅烷((3-aminopropyl)trimethoxysilane，aptms)、1,3二氨基丙烷、乙二胺、乙二胺四乙酸、二乙胺和甲胺中的一或多種。

膜沉積到圖案化的層上在sam上的速率可遠(yuǎn)低于膜沉積到未被自組單層覆蓋的部分上的速率。膜沉積在sam上的速率可以因sam存在而降低，并且這個(gè)沉積速率可遠(yuǎn)低于sam不存在的情況。在實(shí)施方式中，在無(wú)sam的部分上沉積的速率可為大于在sam部分上生長(zhǎng)的速率的100倍、大于150倍或大于200倍。sam層的存在或缺乏可由低蒸汽壓前驅(qū)物與圖案化基板上的不同暴露部分在親合性(affinity)上的差異確定。例如，sam的沉積速率可以在暴露的金屬部分上容易進(jìn)行，但是在圖案化基板的暴露的電介質(zhì)部分上并非如此。金屬部分可以是導(dǎo)電的，并且可以包含形成處于冷凝物質(zhì)狀態(tài)的導(dǎo)電材料的元素或由這種元素組成(如果并不存在其它元素的話(huà))。在實(shí)施方式中，sam層的在暴露的金屬部分上的沉積速率可以是超過(guò)在暴露的電介質(zhì)部分上的沉積速率的10、15、20或25倍。

在實(shí)施方式中，前驅(qū)物可沉積在圖案化的層的兩個(gè)或更多個(gè)化學(xué)上不同的部分上，但是可以在這兩個(gè)部分的僅一者上形成共價(jià)鍵。在另一部分上，前驅(qū)物可通過(guò)物理吸附(physisorption)來(lái)鍵合，這意味著在前驅(qū)物與第二暴露表面部分之間并未形成共價(jià)鍵。在這種情景下，物理吸附的前驅(qū)物可被容易地移除，同時(shí)允許化學(xué)吸附(chemisorb)(共價(jià)鍵合)的前驅(qū)物留下。這是一種用于產(chǎn)生選擇性地沉積的sam層的替代方法。

如此處生長(zhǎng)的自組單層(sam)可以被選擇性地沉積在圖案化基板的一些部分上，但不沉積在其它部分上。接著，后續(xù)沉積可以在無(wú)sam涂層的區(qū)域上進(jìn)行。本文所述的方法相較于涉及到平版印刷式圖案化的傳統(tǒng)方法來(lái)說(shuō)，可節(jié)省成本并且提高覆蓋的準(zhǔn)確性(overlayaccuracy)。在sam選擇性沉積后，后續(xù)沉積也可稱(chēng)為選擇性沉積，但是所述后續(xù)沉積是選擇性地沉積的sam層的倒像(reverseimage)。后續(xù)沉積的膜可以在完成的集成電路的運(yùn)行中或在另外處理中具有更大的實(shí)用性(相較sam來(lái)說(shuō))。圖3a、圖3b和圖3c是自組單層310和選擇性地沉積的電介質(zhì)315-1的選擇性沉積期間或之后的某些點(diǎn)處的圖案化基板的側(cè)視圖。在圖3a中，自組單層310被沉積在位于圖案化基板301內(nèi)的間隙中的暴露的銅305上，但不沉積在其它的暴露部分上。暴露的銅305可以是裸露的，即，在銅305的頂部與自組單層310之間可不具有襯墊層或阻擋層。

圖3b示出選擇性地沉積的電介質(zhì)315-1，所述電介質(zhì)315-1形成在無(wú)自組單層的位置，在實(shí)例中，即非銅的任何地方。每處自組單層310可被移除以留下選擇性地沉積的電介質(zhì)315-1，例外的是圖案化基板301的間隙中的嵌入的銅305，如圖3c所示。圖3d是在本文中未公開(kāi)實(shí)施方式的在選擇性地沉積自組單層后的圖案化基板的側(cè)視圖。形成自組單層的現(xiàn)有技術(shù)方法已利用圖3a-3c的工藝流程來(lái)得到測(cè)試，并趨向于產(chǎn)生選擇性地沉積的電介質(zhì)315-2，這種選擇性地沉積的電介質(zhì)315-2覆蓋在嵌入的銅305的各部分上，并且增加在完成器件內(nèi)的電阻率或造成完成器件故障。

圖4示出根據(jù)實(shí)施方式的沒(méi)有和具有被吸附的自組單層的材料的接觸角(contactangle)的圖。通過(guò)用去離子水潤(rùn)濕表面并且觀察由水作用于各種材料形成的角度來(lái)在每個(gè)表面上測(cè)量接觸角。氧化硅、低k電介質(zhì)、銅和氮化鈦被表征來(lái)測(cè)量接觸角，并且從左至右示出四種材料。圖4中的每個(gè)虛線(xiàn)矩形表示四種材料中的一種材料，并且包含兩次測(cè)量：一次測(cè)量是從裸露表面，并且一次測(cè)量是在暴露于十八烷基膦酸(被稱(chēng)為odpa)之后。僅銅顯示在裸露表面與暴露于十八烷基膦酸的表面之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異。在裸露表面和暴露表面之間缺乏差異證明十八烷基膦酸未化學(xué)吸附到氧化硅、低k電介質(zhì)和氮化鈦中的每者上。在實(shí)施方式中，自組單層可被形成在圖案化基板的一些部分(例如，銅)上，而不形成在另一部分上。根據(jù)實(shí)施方式，接著，后續(xù)沉積可以?xún)H在無(wú)sam涂層的區(qū)域上進(jìn)行。

根據(jù)實(shí)施方式，可用于溶解低蒸汽壓冷凝物質(zhì)前驅(qū)物的示例性的溶劑可以包括異丙醇(ipa)、1-丁醇、甲苯、二甲苯、苯、己烷、環(huán)己烷、四氫呋喃、二甲亞砜、二甲基甲酰胺、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯和三氯甲烷中的一或多種。在實(shí)施方式中，溶劑可以包含芳族烴，可以包含碳和氫或由碳和氫組成，或者可以包括碳、氫和氧或由碳、氫和氧組成。

圖5a示出根據(jù)實(shí)施方式的基板處理腔室的橫截面示意圖，所述基板處理腔室可以用于執(zhí)行前述方法?；鍦囟仍诔练e過(guò)程中可升高至高于室溫，這取決于生長(zhǎng)的膜類(lèi)型。本文中介紹的干法工藝使得工藝能夠在比現(xiàn)有技術(shù)液體工藝更高的溫度下執(zhí)行。較小的氣溶膠液滴可以離開(kāi)石英擋板1012的孔，接著會(huì)接近并且接觸基板1013，同時(shí)基板被維持處于在100℃與800℃之間、在200℃與700℃之間、在300℃與600℃之間或在400℃與500℃之間的溫度。這些基板溫度可存在于所有本文所述的沉積操作。腔室主體1006和/或頂蓋1005可為不銹鋼(例如，sst304或優(yōu)選地sst316)材料，這種材料能夠承受相對(duì)高的溫度(可能高達(dá)400℃)，同時(shí)維持石英擋板1012/石英外殼1016內(nèi)的基板處理區(qū)域與腔室主體1006和頂蓋1005外的大氣之間的真空完整性(vacuumintegrity)。腔室主體1006、頂蓋1005和任何其它部件可用o形環(huán)密封，所述o形環(huán)可與特定工藝環(huán)境相容，用以確?；逄幚韰^(qū)域與基板處理腔室1001外的大氣之間的氣體隔離。

腔室主體1006和/或頂蓋1005可借助使冷卻劑流過(guò)通過(guò)例如不銹鋼加工或形成的冷卻劑通道來(lái)冷卻。冷卻劑通道可設(shè)置在o形環(huán)連接件附近，以防o形環(huán)暴露于高溫下。為了安全或降低石英擋板1012和石英外殼1016(基板處理區(qū)域)內(nèi)的基礎(chǔ)壓力(basepressure)，頂蓋1005和/或腔室主體1006的溫度可在成膜期間維持低于70℃。石英擋板1012和石英外殼1016的存在可進(jìn)一步促成頂蓋1005和/或腔室主體1006的操作溫度的降低。石英擋板1012(例如，帶孔隙的石英部分)、頂部電極1009和/或底部電極1010可在成膜期間保持低于100℃?；寤?014可被加熱至基板1013的先前給出的期望溫度，并且將基板1013的溫度維持處于有助于工藝的水平?；寤?014是可豎直地調(diào)整的，用以在將基板1013相對(duì)于石英擋板1012的底部定位過(guò)程中提供靈活性。熱電偶可附接到頂蓋1005和/或腔室主體1006或嵌入在頂蓋1005和/或腔室主體1006內(nèi)，用以提供對(duì)溫度和/或冷卻劑流量的反饋控制。熱電偶還可用于在超過(guò)安全溫度上限設(shè)定點(diǎn)情況下，停止前驅(qū)物流量，并且還停止給基板基座1014加熱。

在實(shí)施方式中，在本文所述的沉積工藝過(guò)程中基板處理區(qū)域中的壓力可為在10torr與750torr之間、在20torr與700torr之間或在100torr與600torr之間。根據(jù)實(shí)施方式，反應(yīng)可熱進(jìn)行(proceedthermally)，僅由基板本身d溫度激發(fā)。在依賴(lài)于基板溫度實(shí)現(xiàn)沉積反應(yīng)的實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)“不含等離子體”在本文中可以用來(lái)描述在不使用或?qū)嵸|(zhì)上不使用等離子體功率的應(yīng)用期間的基板處理區(qū)域。在基板處理區(qū)域中缺乏等離子體將以可分開(kāi)或組合地使用的若干互補(bǔ)方式量化。等離子體功率還可保持低于小閾值量，以使適當(dāng)反應(yīng)能夠進(jìn)行。在實(shí)施方式中，施加到基板處理區(qū)域的等離子體功率可以小于100瓦、小于50瓦、小于30瓦、小于10瓦，并且可為0瓦。

任何局部等離子體的缺乏(或量值減小)在使沉積工藝更共形并且更不可能使特征變形上是令人滿(mǎn)意的。術(shù)語(yǔ)“不含等離子體”在本文中將會(huì)用來(lái)描述在不將或?qū)嵸|(zhì)上不將等離子體功率施加到基板處理區(qū)域期間的基板處理區(qū)域。另一方面，根據(jù)實(shí)施方式，基板處理區(qū)域中的電子溫度可以小于0.5ev、小于0.45ev、小于0.4ev或小于0.35ev。在實(shí)施方式中，低蒸汽壓前驅(qū)物在進(jìn)入基板處理區(qū)域前不會(huì)在任何遠(yuǎn)程等離子體中受到激發(fā)。例如，在遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域或單獨(dú)的腔室區(qū)域存在并且用于將氣溶膠液滴引導(dǎo)向基板處理區(qū)域以及任何遠(yuǎn)程區(qū)域可為如本文定義的不含等離子體的情況下。

間隙(在圖5a中示為電場(chǎng)區(qū)域1011)存在于頂部電極1009與底部電極1010之間。形成電場(chǎng)區(qū)域1011的間隙在底部電極1010的頂表面與頂部電極1009的底表面之間受到測(cè)量。根據(jù)實(shí)施方式，電場(chǎng)區(qū)域1011的高度可為在0.5mm與10mm之間或在1mm與3mm之間。在實(shí)施方式中，施加在頂部電極1009與底部電極1010之間以維持或?qū)崿F(xiàn)較小氣溶膠液滴大小的電壓可以是將頂部電極1009相對(duì)于底部電極1010置于正電位的dc電壓，或是將底部電極1010相對(duì)于頂部電極1009置于負(fù)電位的dc電壓。根據(jù)實(shí)施方式，dc電壓差的幅值可為在100伏與2千伏之間、在200伏與1000伏之間或在500伏與800伏之間。在實(shí)施方式中，頂部電極1009與底部電極1010之間的dc電場(chǎng)可以具有在500v/cm與20000v/cm之間、在1000v/cm與10000v/cm之間或在2000v/cm與7000v/cm之間的幅值。根據(jù)實(shí)施方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)施加dc電場(chǎng)將減小較小直徑的液滴，或維持它們的大小，甚至在氣溶膠液滴不帶電荷且無(wú)極性的情況下也是如此。

現(xiàn)將描述本文所述的硬件和工藝的另外益處?，F(xiàn)有技術(shù)氣溶膠液滴已經(jīng)具有在約0.5μm與幾μm之間的直徑。由于將前驅(qū)物遞送到基板的較大直徑液滴的存在，產(chǎn)生若干問(wèn)題。根據(jù)實(shí)施方式，此處形成的氣溶膠液滴可以具有在3nm與75nm之間、在5nm與50nm之間或在10nm與25nm之間的直徑。較小氣溶膠液滴尺寸促成前驅(qū)物源穿透到圖案化基板上的更小特征中。更小的大小可以導(dǎo)致增強(qiáng)的材料間隙填充和間隙內(nèi)更少的留出空隙(trappedvoid)。更小的大小由于穿透狹窄間隙的能力而還可實(shí)現(xiàn)更共形的沉積。氣溶膠液滴具有更小的大小還增加了表面/體積比(surfacetovolumeratio)，這使低蒸汽壓前驅(qū)物(以及如果使用溶劑時(shí)的溶劑)中存在的元素能夠更快速地釋放。一些元素是沉積的膜中不期望的。本文所述的更小的液滴大小使得不期望的元素(例如，碳或氫)形成在沉積反應(yīng)過(guò)程中容易從表面脫離的揮發(fā)性物質(zhì)。另外的益處包括使用本文所述的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的減小的表面粗糙度以及晶界(grainboundary)數(shù)量和大小的減小。

可使用超聲攪拌(grainboundaries)在氣溶膠發(fā)生器1003中產(chǎn)生較小的氣溶膠液滴。如上所述，氣溶膠液滴的大小可通過(guò)在氣溶膠液滴進(jìn)入基板處理區(qū)域前在電場(chǎng)區(qū)域1011中施加dc電場(chǎng)來(lái)減小(或它們的生長(zhǎng)被阻止)。顆粒過(guò)濾器1019可安裝在氣溶膠發(fā)生器1003下游，以進(jìn)一步減小被允許穿過(guò)前驅(qū)物導(dǎo)管1015、穿過(guò)電場(chǎng)區(qū)域1011并且進(jìn)入基板處理區(qū)域的氣溶膠液滴的大小。根據(jù)實(shí)施方式，顆粒過(guò)濾器1019可以允許具有小于0.3μm、小于0.25μm或小于0.2μm的直徑的氣溶膠液滴穿過(guò)，同時(shí)抑制或阻止具有大于這些大小閾值的直徑的液滴流動(dòng)。過(guò)濾器可放置在沿前驅(qū)物導(dǎo)管1015的任何位置處，包括在頂部電極1009正上方的位置處。在實(shí)施方式中，過(guò)濾器可位于頂部電極1009中、可位于電場(chǎng)區(qū)域1011中、可位于底部電極1010中，或甚至在底部電極1010下游。氣溶膠液滴的大小可使用原位顆粒大小分析器(諸如冷凝顆粒計(jì)數(shù)器或檢測(cè)器)來(lái)測(cè)量。

在所有本文所述的沉積操作過(guò)程中，在將氣溶膠液滴引入基板處理區(qū)域中前，可使用真空泵1017來(lái)抽空基板處理腔室1001內(nèi)的基板處理區(qū)域。在釋放到大氣中前，一些化學(xué)物質(zhì)可能需要在穿過(guò)真空泵1017后進(jìn)一步地處理。洗滌器1018可放置在真空泵1017下游，用以在釋放工藝流出物前修改或移除工藝流出物的化學(xué)成分。閉環(huán)排放反饋系統(tǒng)可以用來(lái)維持基板處理區(qū)域內(nèi)的期望壓力。如果基板處理區(qū)域內(nèi)的壓力被測(cè)量為高于設(shè)定值的壓力(或過(guò)壓情況)，那么自動(dòng)閥(未示出)可釋放基板處理腔室1001內(nèi)的壓力，使基板處理區(qū)域向真空泵1017和洗滌器1018開(kāi)放。

本文所述的設(shè)備和技術(shù)可用于蝕刻或形成多種層，包括金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。根據(jù)實(shí)施方式，這些層可以是共形的，并且可以是由有機(jī)或無(wú)機(jī)分子或原子層沉積(ald)來(lái)形成的自組單層(sam)。僅僅作為例示性的實(shí)例，可使用這些技術(shù)蝕刻或沉積的膜包括砷化銦鎵、磷化銦鎵、砷化鎵和氧化鈦。在實(shí)施方式中，膜可為金屬氧化物、iii-v半導(dǎo)體或ii-vi半導(dǎo)體。

圖5a示出用于將低蒸汽壓前驅(qū)物遞送到基板處理區(qū)域中的兩個(gè)氣溶膠發(fā)生器(1003-1和1003-2)。可以存在多于兩個(gè)氣溶膠發(fā)生器，并且它們可以被非氣溶膠生成源來(lái)增強(qiáng)，為增加可讀性，所述非氣溶膠生成源在附圖中未示出。在氣溶膠發(fā)生器中的一或多個(gè)中的換能器可替代地剔除(leaveoff)，用以為非氣溶膠生成源配備圖示的硬件。在膜生長(zhǎng)過(guò)程中，氣溶膠生成源中的一或多個(gè)可以用來(lái)將摻雜物遞送到膜，正如可用于生長(zhǎng)摻雜有電子受體或供體的半導(dǎo)體的情況那樣。以此方式，n型或p型半導(dǎo)體(例如，硅)可使用本文所述的技術(shù)和硬件來(lái)形成。

圖5b示出根據(jù)實(shí)施方式的另一基板處理腔室1101的橫截面示意圖，所述基板處理腔室也可用于執(zhí)行前述方法。每個(gè)實(shí)施方式的特征和要素可添加至另一實(shí)施方式的一些或所有特征和要素，以得到另外的實(shí)施方式?；?113被放入基板處理腔室1101的基板處理區(qū)域中，用于沉積?；?113被支撐在底部電極1114上。載氣從載氣源1102通過(guò)載氣供應(yīng)閥1104流入氣溶膠發(fā)生器1110中。rf功率源1106被構(gòu)造為將交流電信號(hào)(例如，超聲)供應(yīng)到設(shè)置成與氣溶膠發(fā)生器1110物理接觸的壓電式換能器1108。壓電式換能器1108蒸發(fā)冷凝物質(zhì)前驅(qū)物源(例如，固體或液體)，并且源自于載氣源1102的載氣流過(guò)氣溶膠發(fā)生器1110，并且將蒸發(fā)的前驅(qū)物通過(guò)腔室入口閥1111載送到基板處理腔室1101的基板處理區(qū)域中。載氣可以在如前所述穿過(guò)載氣供應(yīng)閥1104并且進(jìn)入氣溶膠發(fā)生器1110之前受到加熱。

底部電極1114平行于頂部電極1112，并且蒸發(fā)的前驅(qū)物或氣溶膠液滴從這些電極之間遞送到基板處理區(qū)域中。圖5a示出通過(guò)這些電極中的一個(gè)電極被遞送的氣溶膠液滴，并且圖5b示出不需要流過(guò)電極的構(gòu)造。dc電源(在此時(shí)未示出)被構(gòu)造為在頂部電極1112與底部電極1114之間施加dc電壓，以實(shí)現(xiàn)或維持基板處理區(qū)域中蒸發(fā)的前驅(qū)物中的較小液滴大小。電場(chǎng)從頂部電極1112指向底部電極1114。電絕緣體設(shè)置在頂部電極1112與底部電極1114之間，用以確?？瑟?dú)立可控的電壓電平。在實(shí)施方式中，dc電壓差在dc電源內(nèi)生成，可使用真空饋通施加至頂部電極1112和底部電極1114，或直接施加至這些電極，而不需要首先穿過(guò)真空。在實(shí)施方式中，通過(guò)施加垂直于基板1113的dc電場(chǎng)來(lái)減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。在實(shí)施方式中，頂部電極1112和底部電極1114是平面的，并且各自平行于基板1113的主平面?；蹇稍诔练e過(guò)程中受到電氣偏置。從氣溶膠液滴沉積膜在基板1113上。未反應(yīng)的前驅(qū)物或其它工藝流出物可使用真空泵1118泵送出，并且洗滌器1120可用來(lái)使工藝流出物在化學(xué)上發(fā)生更改，用以提高環(huán)境的相容性。

加熱器線(xiàn)圈1116可設(shè)置在頂部電極1112和/或底部電極1114上。加熱頂部電極1112和/或底部電極1114阻礙了蒸發(fā)的前驅(qū)物冷凝并且進(jìn)一步減小液滴大小。基板溫度在沉積過(guò)程中可升高至高于室溫，這取決于生長(zhǎng)的膜類(lèi)型。本文中介紹的干法工藝使得工藝能夠在比現(xiàn)有技術(shù)液體工藝更高的溫度下執(zhí)行。根據(jù)實(shí)施方式，蒸發(fā)的前驅(qū)物與基板1113接觸的同時(shí)，基板維持在100℃與800℃之間、在200℃與700℃之間、在300℃與600℃之間或在400℃與500℃之間的溫度。工藝壓力也在之前給出，并且為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這里將不在此重復(fù)。根據(jù)實(shí)施方式，反應(yīng)可熱進(jìn)行，僅由基板本身的溫度激發(fā)?；逄幚韰^(qū)域可描述為不含等離子體，它的定義先前已呈現(xiàn)出。根據(jù)實(shí)施方式，頂部電極1112與底部電極1114之間的間隙可為在1.0mm與10mm之間或在1.5mm與3mm之間。電壓、電場(chǎng)強(qiáng)度、液滴大小和工藝益處先前已呈現(xiàn)出。

圖5c示出根據(jù)實(shí)施方式的另一基板處理腔室1201的橫截面示意圖，所述基板處理腔室也可用于執(zhí)行前述方法。每個(gè)實(shí)施方式的特征和要素可添加至另一實(shí)施方式的一些或所有特征和要素，以得到另外的實(shí)施方式。基板1215在沉積前被放入基板處理腔室1201的基板處理區(qū)域中?；?215被支撐在基板基座1216上。基板基座1216可為真空相容材料，在實(shí)施方式中為電絕緣體。基板基座1216可進(jìn)一步被構(gòu)造為是在本文所述的基板溫度下可真空相容的。在實(shí)施方式中，基板基座1216可為碳?jí)K，并且可以包含碳或由碳組成。載氣從載氣源1202流入氣溶膠發(fā)生器1210中，并且以起泡的方式通過(guò)液體前驅(qū)物1206。rf功率源(未示出)被構(gòu)造為將交流電信號(hào)(例如，超聲)供應(yīng)到設(shè)置在氣溶膠發(fā)生器1210內(nèi)部的壓電式換能器1204。壓電式換能器1204可振動(dòng)以有益地促成液體前驅(qū)物1206的氣溶膠液滴朝基板處理腔室1201的基板處理區(qū)域的載送。

在這個(gè)特定實(shí)施方式中，電極豎直對(duì)準(zhǔn)。第一電極1214也平行于第二電極1218，并且蒸發(fā)的前驅(qū)物或氣溶膠液滴通過(guò)第一電極1214遞送到在兩個(gè)電極之間的基板處理區(qū)域中。圖5a示出通過(guò)這些電極中的一個(gè)電極被遞送的氣溶膠液滴，并且圖5c示出有這種共有性質(zhì)的構(gòu)造。dc電源(在此時(shí)未示出)被構(gòu)造為在第一電極1214與第二電極1218之間施加dc電壓，以實(shí)現(xiàn)或維持基板處理區(qū)域中蒸發(fā)的前驅(qū)物中的較小液滴大小。電場(chǎng)從第一電極1214指向第二電極1218。第一電極1214與第二電極1218之間的所有直接連接是電氣絕緣的。在實(shí)施方式中，入口板1212也可通過(guò)在第一電極1214與入口板1212之間插入入口絕緣體1213來(lái)與第一電極1214電氣隔離。類(lèi)似地，出口板1220可通過(guò)在第二電極1218與出口板1220之間插入出口絕緣體1219來(lái)與第二電極1218電氣隔離。在實(shí)施方式中，dc電壓差在dc電源內(nèi)生成，可使用真空饋通施加至第一電極1214和第二電極1218，或直接施加至這些電極，而不需要首先穿過(guò)真空。相較圖5a和圖5b中描繪的每個(gè)實(shí)施方式來(lái)說(shuō)，在實(shí)施方式中，通過(guò)施加平行于基板1215的dc電場(chǎng)來(lái)減小或維持氣溶膠液滴的較小大小。在實(shí)施方式中，第一電極1214和第二電極1218是平面的，并且各自垂直于基板1215的主平面。從氣溶膠液滴沉積膜在基板1215上。根據(jù)實(shí)施方式，未反應(yīng)的前驅(qū)物或其它工藝流出物可經(jīng)過(guò)第二電極1218、出口絕緣體1219和出口板1220泵送出。工藝流出物可通過(guò)真空泵1222泵送出?；鍦囟?、工藝壓力、電場(chǎng)強(qiáng)度、液滴大小和工藝益處先前已呈現(xiàn)出。

圖6示出包括根據(jù)實(shí)施方式的方法的沉積技術(shù)的示意性對(duì)照?qǐng)D。濕法噴涂熱解、干法噴涂熱解、氣溶膠輔助的cvd(本文中的方法)和粉末噴涂熱解各自在圖6中呈現(xiàn)，并且進(jìn)行比較。濕法噴涂熱解和干法噴涂熱解、氣溶膠輔助的cvd(aacvd)和粉末噴涂熱解各自可以具有形成較大液滴1511的能力。在干法噴涂熱解、aacvd和粉末噴涂熱解的情況下，較大液滴1511可與載體流體1512分離。使用本文所述器械和方法的各個(gè)方面來(lái)減小液滴的大小，并且維持較小的大小以蒸發(fā)前驅(qū)物1531。薄膜1541的期望的均勻性通過(guò)使前驅(qū)物混合物(precursoramalgamation)的大小減至并包括單獨(dú)分子組分來(lái)實(shí)現(xiàn)。均勻的薄膜1541形成在基板1551上，同時(shí)在濕法噴涂熱解、干法噴涂熱解和粉末噴涂熱解中的每者中仍觀察到成團(tuán)。

到目前為止論述的實(shí)例使用低蒸汽壓前驅(qū)物通過(guò)交替暴露或連續(xù)暴露來(lái)將膜沉積在基板上。本文所述的技術(shù)還可用于通過(guò)暴露于具有低蒸汽壓的蝕刻前驅(qū)物(蝕刻劑)以交替暴露或連續(xù)暴露的方式來(lái)執(zhí)行蝕刻。在實(shí)施方式中，低蒸汽壓蝕刻劑可為含鹵素前驅(qū)物、含氟前驅(qū)物、含氯前驅(qū)物或含溴前驅(qū)物。根據(jù)實(shí)施方式，低蒸汽壓蝕刻劑可為含金屬和鹵素的前驅(qū)物，其中鹵素可為氟、氯或溴。類(lèi)似地，低蒸汽壓蝕刻劑可為鹵化物(例如，鹵代烷)。低蒸汽壓蝕刻劑可以具有長(zhǎng)烷基鏈，如本文中其它地方所述，所述長(zhǎng)烷基鏈與通過(guò)本文所呈現(xiàn)的技術(shù)補(bǔ)救的低蒸汽壓相關(guān)聯(lián)。

在實(shí)施方式中，本文所述的工藝可以涉及在每次交替暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物時(shí)，移除單層。根據(jù)實(shí)施方式，本文所述的工藝可以涉及在每次交替暴露于第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物時(shí)，進(jìn)行單層材料沉積。第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物兩者可為用氣溶膠產(chǎn)生技術(shù)制備的低蒸汽壓前驅(qū)物?；蛘?，前驅(qū)物中的一者可為可用氣溶膠產(chǎn)生技術(shù)來(lái)制備的低蒸汽壓前驅(qū)物，而另一者可能具有相對(duì)高的蒸汽壓并且通過(guò)更簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)手段遞送到基板處理區(qū)域。

在所有本文所述的實(shí)施方式中，低蒸汽壓冷凝物質(zhì)前驅(qū)物(例如，固體前驅(qū)物或液體前驅(qū)物)可以在5mgm(毫克/分鐘)與500mgm之間、在10mgm與300mgm之間或在25mgm與200mgm之間的流量供應(yīng)。可以使用兩種或更多種低蒸汽壓冷凝物質(zhì)前驅(qū)物，在這種情況下，每一種前驅(qū)物可以具有在以上所給出的范圍之間的流量。其它類(lèi)型的前驅(qū)物也可使用，正如原子層沉積可出現(xiàn)的情況那樣。在本文所述的實(shí)施方式的任一者中，其它前驅(qū)物可以在5sccm與2000sccm之間、在10sccm與1000sccm之間或在25sccm與700sccm之間的流量供應(yīng)。在實(shí)施方式中，相較現(xiàn)有技術(shù)氣溶膠輔助的化學(xué)氣相沉積的緩慢沉積速率來(lái)說(shuō)，使用本文所述的氣溶膠液滴生成方法和硬件的膜生長(zhǎng)速率可以超過(guò)可以超過(guò)或者可以超過(guò)

在原子層沉積工藝過(guò)程中，所述實(shí)施方式中的每者可在按順序交替暴露之間具有抽空操作。一般來(lái)說(shuō)，在交替暴露沉積序列過(guò)程中，所有本文所述工藝的沉積操作和蝕刻操作可簡(jiǎn)單地代之以在前驅(qū)物流入基板處理區(qū)域過(guò)程中有中止(stoppage)?；蛘撸墒褂靡环N氣體來(lái)主動(dòng)地凈化(activelypurge)基板處理區(qū)域，所述氣體基本不顯現(xiàn)對(duì)圖案化基板上的暴露材料的化學(xué)反應(yīng)性。在前驅(qū)物中止或主動(dòng)凈化后，下一種前驅(qū)物可以流入基板處理區(qū)域，以繼續(xù)圖案化基板的蝕刻/沉積/在圖案化基板上的蝕刻/沉積。

金屬可以包含一種“金屬元素”或由這種“金屬元素”組成，這種金屬元素形成僅由該金屬元素組成的呈固體的導(dǎo)電材料。在實(shí)施方式中，僅由這一種金屬元素(或是呈相對(duì)純的形式的金屬)組成的導(dǎo)電材料可以具有在20℃低于10-5ω-m的導(dǎo)電率。根據(jù)實(shí)施方式，當(dāng)與另一導(dǎo)電材料相結(jié)合時(shí)，這種導(dǎo)電材料可以形成歐姆接觸。如本文所述的金屬區(qū)域可由金屬元素組成，或者也可以是金屬氮化物，因?yàn)榈哂械碗娯?fù)性(electronegativity)，這通常使金屬氮化物能夠維持導(dǎo)電性。在實(shí)施方式中，金屬氮化物可以包含金屬元素和氮，并且可由金屬元素和氮組成。在鎢和氮化鎢的示例性的情況下，金屬可以包含鎢或由鎢組成，并且金屬氮化物可以包含鎢和氮或由鎢和氮組成。

本文所述的工藝的優(yōu)點(diǎn)和益處在于材料在基板上沉積或蝕刻的共形速率。如本文所使用，諸如共形蝕刻、共形沉積和共形膜之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)是指與圖案化的表面的輪廓共形的膜或移除速度，無(wú)論該表面的形狀如何。移除速率或沉積層的頂表面和底表面可為大體上平行的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，沉積工藝很有可能不是100％共形，并且因此，術(shù)語(yǔ)“大體上”允許可接受的公差。類(lèi)似地，共形層是指具有大體上均勻的厚度的層。共形層可以具有與內(nèi)表面形狀相同的外表面。

基板處理腔室的實(shí)施方式可結(jié)合到用于生產(chǎn)集成電路芯片的更大制造系統(tǒng)中。圖7示出實(shí)施方式中的具有沉積腔室、蝕刻腔室、烘烤腔室和固化腔室的一個(gè)此類(lèi)基板處理系統(tǒng)(主機(jī))2101。在該圖中，一對(duì)前開(kāi)式標(biāo)準(zhǔn)艙(frontopeningunifiedpods)(負(fù)載鎖定腔室2102)供應(yīng)多種大小的基板，這些基板由機(jī)器人臂2104接收并且在放入到基板處理腔室2108a-f中的一個(gè)中之前放入到低壓保持區(qū)域2106中。第二機(jī)器人臂2110可以用于將基板晶片從保持區(qū)域2106傳輸?shù)交逄幚砬皇?108a-f并傳輸回。每個(gè)基板處理腔室2108a-f可被裝配來(lái)執(zhí)行許多基板處理操作，這些基板處理操作除了循環(huán)層沉積(cld)、原子層沉積(ald)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、蝕刻、原子層蝕刻、預(yù)先清潔、脫氣、取向和其它基板工藝之外，還包括了本文中描述的干法蝕刻工藝。

如本文中所用，“圖案化基板”可為具有或沒(méi)有層形成在其上的支撐基板。圖案化基板可為多種摻雜濃度以及分布的絕緣體或半導(dǎo)體，并且可例如為用于集成電路制造中的那類(lèi)半導(dǎo)體基板。圖案化基板的暴露的“金屬”主要是金屬元素，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫、硅和碳。暴露的“金屬”可由金屬元素組成或?qū)嵸|(zhì)上由金屬元素組成。圖案化基板的暴露的“金屬氮化物”主要是氮和金屬元素，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫、硅和碳。暴露的“金屬氮化物”可由氮和金屬元素組成或?qū)嵸|(zhì)上由氮和金屬元素組成。可根據(jù)本文所述的方法處理的層的其它實(shí)例包括氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、鈦摻雜氧化硅和氧化鉿。

圖案化基板的暴露的“硅”或“多晶硅”主要是si，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫和碳。暴露的“硅”或“多晶硅”可由硅組成或?qū)嵸|(zhì)上由硅組成。圖案化基板的暴露的“氮化硅”主要是硅和氮，但可包括少量濃度的其它元素組分，諸如氮、氫和碳?！氨┞兜牡琛笨捎晒韬偷M成或?qū)嵸|(zhì)上由硅和氮組成。圖案化基板的暴露的“氧化硅”主要是sio2，但可包括少量濃度的其它元素組分(例如氮、氫和碳)。在一些實(shí)施方式中，使用本文所公開(kāi)的方法來(lái)蝕刻的氧化硅區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上由硅和氧組成。

本文所述的載氣可為惰性氣體。詞語(yǔ)“惰性氣體”是指在蝕刻或并入層時(shí)不形成化學(xué)鍵的任何氣體。示例性的惰性氣體包括稀有氣體，但也可以包括其它氣體，只要在(通常)痕量被捕陷在層中時(shí)不形成化學(xué)鍵即可。

間隙是具有任何的水平深寬比的蝕刻幾何形狀。從表面的上方來(lái)看，間隙可呈圓形、橢圓形、多邊形、矩形，或者各種其它形狀。“溝槽”是長(zhǎng)間隙。溝槽可具有圍繞材料的島狀物的壕溝的形狀，深寬比為壕溝的長(zhǎng)度或周長(zhǎng)除以該壕溝的寬度?！斑^(guò)孔”是短間隙，具有水平深寬比，如從上方來(lái)看，幾乎是整體的。過(guò)孔可呈圓形、略橢圓形、多邊形或略矩形。過(guò)孔可填充有金屬或可不填充金屬來(lái)形成豎直的電連接。

在已公開(kāi)若干實(shí)施方式的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離所公開(kāi)的實(shí)施方式的精神的情況下，可以使用各種修改、替代結(jié)構(gòu)和等效物。另外，多個(gè)熟知的工藝和元件尚未描述，以避免不必要地模糊所公開(kāi)的實(shí)施方式。因此，以上描述不應(yīng)視為限制權(quán)利要求書(shū)的范圍。

在提供某個(gè)范圍的值時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，該范圍的上限與下限之間的每一個(gè)居間值(除非上下文清楚地另外指明，到下限單位的十分之一)也確切地公開(kāi)。涵蓋了在陳述范圍中的任何陳述值或居間值與這個(gè)陳述范圍中的任何其它陳述值或居間值之間的每個(gè)更小的范圍。這些更小的范圍的上限和下限可被獨(dú)立地包括于所述范圍內(nèi)或排除于所述范圍外，并且在更小的范圍中包括任一極限值、不包括極限值或包括兩個(gè)限值的每個(gè)范圍也被涵蓋在所公開(kāi)的實(shí)施方式內(nèi)，根據(jù)陳述范圍中的任何確切地排除的極限值而定。在陳述范圍包括這些極限值中的一或兩個(gè)情況下，還包括排除那些所包括的極限值中的任一個(gè)或兩個(gè)的范圍。

如本文和隨附權(quán)利要求書(shū)所所用，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”包括復(fù)數(shù)指稱(chēng)對(duì)象，除非上下文清楚地另外指明。因此，例如，提及“一種工藝”包括多種此類(lèi)工藝，并且提及“介電材料”包括指稱(chēng)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的一或多種介電材料以及等效物等等。

另外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”在用于本說(shuō)明書(shū)以及隨附的權(quán)利要求書(shū)時(shí)，旨在指明存在陳述的特征、整數(shù)、部件或步驟，但是它們并不排除一或多個(gè)其它特征、整數(shù)、部件、步驟、動(dòng)作或分組的存在或添加。