專利名稱：利用相控陣微波激發(fā)的沉積方法和沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用微波激發(fā)的沉積方法，且在特定應(yīng)用中涉及化學(xué)氣相沉積(CVD)方法和原子層沉積(ALD)方法。本發(fā)明還涉及可用于所述沉積方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在集成電路制造中的半導(dǎo)體加工過程涉及在半導(dǎo)體襯底上沉積層。典型工藝包括化學(xué)氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)?？稍趯蝹€襯底保持在晶片保持器或襯托器上的腔室或反應(yīng)器內(nèi)進行CVD和ALD。通常提供一種或多種前驅(qū)氣體至所述腔室內(nèi)的噴淋頭處，所述噴淋頭旨在將反應(yīng)氣體大體均勻地提供到所述晶片的外表面上。所述前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)或者出現(xiàn)在所述襯底頂上的適當層的沉積過程中?？墒褂没蛘咭部刹皇褂玫入x子體增強技術(shù)。若使用了等離子體增強技術(shù)，那么可以要么直接在所述腔室內(nèi)，要么遠離所述腔室產(chǎn)生和保持等離子體。
在一些沉積工藝中，包括CVD和ALD，所希望的是在反應(yīng)腔室內(nèi)提供活化物質(zhì)。所述活化物質(zhì)可通過將非活化組分暴露于所述組分能夠吸收的能量中而由所述非活化組分形成。在吸收這些能量后，所述組分的能態(tài)可被提高，使得所述組分受到能量激發(fā)，并由此變成活化物質(zhì)。
在反應(yīng)腔室內(nèi)提供活化物質(zhì)的一種方法是遠離所述腔室產(chǎn)生所述物質(zhì)并且隨后使所述物質(zhì)流入所述腔室。遠距離生成能夠允許設(shè)置特定設(shè)備用于產(chǎn)生所述活化物質(zhì)，其可比在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生活化物質(zhì)更簡單。然而，遠距離生成所存在的問題在于活化物質(zhì)有可能在其所生成的設(shè)備到反應(yīng)腔室的輸送路徑中被減活化和/或發(fā)生再結(jié)合。因此所希望的是開發(fā)一種用于在反應(yīng)腔室內(nèi)提供活性物質(zhì)的新方法，以及開發(fā)適用于所述方法的設(shè)備。
本發(fā)明基于解決上述缺點，盡管本發(fā)明不局限于這一點。本發(fā)明對說明書或附圖沒有強制性或其它限制標準，并根據(jù)等效原則僅受所附權(quán)利要求字面上的限制。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明包括一種沉積方法，所述沉積方法包括在將材料沉積到反應(yīng)腔室內(nèi)的襯底上的過程中，微波激發(fā)反應(yīng)腔室內(nèi)的組分。
在一個方面，本發(fā)明包括一種沉積方法，其中提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括反應(yīng)腔室和在所述腔室外部的微波源。所述反應(yīng)腔室包括窗口，微波射線可通過所述窗口。襯底被放置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)，并且一種或多種微波可誘發(fā)成分流入所述反應(yīng)腔室。同時一種或多種前驅(qū)物流入所述反應(yīng)腔室。雖然所述襯底和所述一種或多種微波可誘發(fā)成分在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，借助微波射線至少一種微波可誘發(fā)成分被活化，以形成至少一種活化物質(zhì)(這種活化可包括分子破碎)。所述一種或多種前驅(qū)物的至少一種與活化物質(zhì)反應(yīng)，且所述多種前驅(qū)物中的至少一種的至少一個組分沉積到所述襯底上。
在一個方面，本發(fā)明包括一種沉積設(shè)備，所述沉積設(shè)備包括反應(yīng)腔室和在所述腔室外部的微波源。所述微波源被構(gòu)造用以引導(dǎo)微波射線朝向所述腔室。所述腔室包括窗口，來自微波源的微波射線可通過所述窗口進入所述腔室。


以下，結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1是可用于本發(fā)明特定方面的設(shè)備的圖解剖視圖；圖2是示出了在本發(fā)明的一個特定方面中的微波源相對于襯底的典型相互關(guān)系的圖解頂視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個特定方面的經(jīng)過微波射線處理的襯底的圖解側(cè)視圖，且圖中示出了微波波束的典型傳播方向；圖4是圖3所示結(jié)構(gòu)的頂視圖，且圖中進一步示出了根據(jù)本發(fā)明的一個典型方面的微波波束的傳播方向；和圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個方面所述經(jīng)過處理的襯底的頂視圖，且圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的微波射線波束的另一個典型傳播方向。
具體實施例方式
在特定方面中，本申請涉及原子層沉積(ALD)技術(shù)。ALD技術(shù)通常涉及在襯底上形成連續(xù)原子層。這種層中例如可含有外延生長的多晶和/或非晶態(tài)材料。ALD還可被稱作原子層外延，原子層工藝等。
在此，對在一個或多個半導(dǎo)體襯底上的材料形成過程中的沉積方法進行描述。在本文中，定義術(shù)語“半導(dǎo)體襯底”或“半導(dǎo)電襯底”意思是任何包括半導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)電材料包括，但不限于，大體積半導(dǎo)電材料，例如半導(dǎo)電晶片(或是以單獨形式存在，或是以組件形式存在，所述組件上包含其它材料)，以及半導(dǎo)電材料層(或是以單獨形式存在，或是以組件形式存在，所述組件中包含其它材料)。術(shù)語“襯底”是指任何支承結(jié)構(gòu)，包括，但不限于，上述半導(dǎo)電襯底。同樣在本文中，“金屬”或“金屬元素”是指元素周期表第IA，IIA，和IB-VIIIB族中的元素連同在周期表中指定為金屬的部分IIIA-VIA族元素，即Al，Ga，In，Tl，Ge，Sn，Pb，Sb，Bi和Po。鑭系元素和錒系元素作為在IIIB族元素中的一部分被包括在其中。“非金屬”是指周期表中的其余元素。
總地來說，ALD包括將初始襯底暴露于第一化學(xué)物質(zhì)中，以完成所述物質(zhì)在襯底上的化學(xué)吸附。理論上，化學(xué)吸附在裸露的整個初始襯底上形成具有一個原子或分子厚度的單層。換句話說，即飽和單層。實際上，如下進一步所述，化學(xué)吸附可能不發(fā)生在襯底的所有部分上。盡管如此，這種有缺陷的單層在本文中依然作為單層。在許多應(yīng)用中，僅僅大致飽和的單層可為適合的。大致飽和的單層是一種依然產(chǎn)生具有這種層所需的質(zhì)量和/或性質(zhì)的沉積層的單層。
從所述襯底上清洗掉第一物質(zhì)并提供第二化學(xué)物質(zhì)以化學(xué)吸附到第一物質(zhì)的第一單層上。然后，清洗第二物質(zhì)并重復(fù)所述步驟，將第二物質(zhì)單層暴露于第一物質(zhì)中。在一些情況下，所述兩個單層中可具有相同的物質(zhì)。同時，第三物質(zhì)或更多物質(zhì)可如第一物質(zhì)和第二物質(zhì)一樣連續(xù)被化學(xué)吸附并被清洗。應(yīng)注意的是，所述第一、第二和第三物質(zhì)中的一種或多種可與惰性氣體混合，以加速反應(yīng)腔室內(nèi)壓力達到飽和。
清洗可涉及多種技術(shù)，包括，但不限于，使襯底和/或單層與載氣接觸，和/或?qū)毫档椭脸练e壓力之下，以減小接觸襯底的物質(zhì)和/或化學(xué)吸附物質(zhì)的濃度。載氣例如可包括N2，Ar，He，Ne，Kr，Xe等。代替的是，清洗可包括使襯底和/或單層與在引入另一物質(zhì)之前允許化學(xué)吸附副產(chǎn)物脫附并且減小物質(zhì)濃度的任何實物相接觸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可用已公知的實驗方法確定適當?shù)那逑戳?。清洗時間可連續(xù)減少至能增大膜的生長速度的清洗時間。膜的生長速度的增大是非ALD工藝制度發(fā)生變化的表示并且可被用以設(shè)置清洗時限。
ALD常常被描述成一種受自身限制的工藝，原因在于在襯底上存在有限數(shù)量的部位，在這些部位處第一物質(zhì)可形成化學(xué)鍵。第二物質(zhì)僅可結(jié)合到第一物質(zhì)上并且因此也可以是受自身限制的。一旦襯底上全部有限數(shù)量的部位都結(jié)合有第一物質(zhì)，那么所述第一物質(zhì)通常不與已與所述襯底結(jié)合的其它第一物質(zhì)相結(jié)合。然而，可改變ALD工藝條件以促進這種結(jié)合并使ALD不受自身的限制。因此，ALD還可包括通過物質(zhì)層積一次形成不同于一個單層，形成多于一個原子或分子厚度的層的物質(zhì)。在此所述的本發(fā)明的多種方面適用于所需ALD的任何環(huán)境。還應(yīng)注意到，在ALD過程中可發(fā)生局部化學(xué)反應(yīng)(例如引入的反應(yīng)物分子可從現(xiàn)有表面中置換出分子，而不是在所述表面上形成單層)。在達到發(fā)生這種化學(xué)反應(yīng)的程度時，它們通常被限制在表面的最上面的單層內(nèi)。
根據(jù)已設(shè)立的清洗標準且在經(jīng)常使用的溫度和壓力范圍內(nèi)可進行傳統(tǒng)的ALD，以實現(xiàn)所需一次一個單層地形成整個ALD層。即使如此，ALD條件可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的標準根據(jù)特定的前驅(qū)物、層中組成，沉積設(shè)備和其它因素發(fā)生較大地改變。維持傳統(tǒng)溫度、壓力、和清洗條件將有可能影響單層形成和所得到的整個ALD層質(zhì)量的所不希望的反應(yīng)減至最少。因此，在傳統(tǒng)的溫度和壓力范圍之外進行操作可能存在形成有缺陷的單層的風(fēng)險。
化學(xué)氣相沉積(CVD)的一般技術(shù)包括多種更具體的工藝，包括，但不限于，等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)和其它。化學(xué)氣相沉積法通常被用于在襯底上非選擇性地形成一層完整的沉積材料?；瘜W(xué)氣相沉積法的一個特征是在沉積腔室中同時存在多種物質(zhì)，所述物質(zhì)反應(yīng)生成沉積材料。這種條件與傳統(tǒng)ALD的清洗標準相對比，在傳統(tǒng)ALD中襯底與化學(xué)吸附到襯底或在前的沉積物質(zhì)上的單一沉積物質(zhì)相接觸。ALD工藝制度可提供多種同時接觸的物質(zhì)或者在該條件下發(fā)生ALD化學(xué)吸附而不是發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。只要后來物質(zhì)可緊接著化學(xué)吸附到其上的表面形成完整的所需材料層，所述物質(zhì)可化學(xué)吸附到襯底或在前沉積的物質(zhì)上，而不是在一起反應(yīng)。
在絕大多數(shù)化學(xué)氣相沉積條件下，產(chǎn)生沉積大體上與在下面襯底的組成或表面性質(zhì)無關(guān)。相反，在ALD過程中的化學(xué)吸附速率有可能受到襯底或被化學(xué)吸附物質(zhì)的組成、晶體結(jié)構(gòu)以及其他性質(zhì)的影響。其他工藝條件，例如壓力和溫度也可影響化學(xué)吸附速率。
在特定方面，本發(fā)明包括在CVD或ALD工藝過程中將微波激發(fā)傳遞給在反應(yīng)腔室內(nèi)的部件的方法。圖1中示出了可在這種工藝方法中使用的設(shè)備10。
設(shè)備10包括反應(yīng)腔室12和微波源14。微波源被構(gòu)造用以引導(dǎo)微波(圖中僅標識出一些微波，如波狀線16所示)朝向反應(yīng)腔室12。微波被理解為具有約10厘米至0.1厘米波長的射線。
微波源14可包括例如相控陣天線，或被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線的相控陣的其他構(gòu)造。微波源14可產(chǎn)生微波，或可被用以引導(dǎo)遠離源14已產(chǎn)生的微波。
所示微波源14通過互連裝置20與微波發(fā)生器和/或功率控制器18電連接。微波發(fā)生器和/或功率控制器18可被用以調(diào)節(jié)沿源14寬度的不同部分所產(chǎn)生的微波的相位。例如，在源14寬度的一個部分處的微波可被調(diào)節(jié)不同于沿所述寬度的另一部分的微波，以產(chǎn)生微波射線的掃描波。此外和/或另一種選擇是，控制器和/或發(fā)生器18可被用以從源14發(fā)射微波射線時控脈沖。
反應(yīng)腔室12包括圍繞反應(yīng)腔室大部分周邊延伸的壁22。壁22可由例如適當?shù)慕饘傩纬?。反?yīng)腔室12還包括在反應(yīng)腔室靠近微波源14的那部分上延伸的窗口24。窗口24包括對于微波射線至少部分透明的材料，并且在特定應(yīng)用中可包括，基本構(gòu)成為，或構(gòu)成為石英、云母和一些塑料中的一種或多種。操作中，微波射線16自源14處通過窗口24進入反應(yīng)腔室12。
襯底保持器26被設(shè)置在腔室12內(nèi)，并由此將襯底28保持在所述腔室內(nèi)。襯底28可包括例如半導(dǎo)體晶片襯底。在所示實施例中，襯底28在引導(dǎo)進入腔室12內(nèi)的微波射線16的路徑內(nèi)。
襯底保持器26一般可被安裝在腔室12內(nèi)，其具有多個支承結(jié)構(gòu)以將保持器26保持在腔室22的所需位置。為了簡化說明，在示意1中未示出所述支承結(jié)構(gòu)。
襯底保持器26可被構(gòu)造用以調(diào)節(jié)由保持器26所保持的襯底28的溫度。因此，襯底保持器26可包括用于加熱被保持的襯底的加熱器。此外和/或另一種選擇是，保持器26可與冷卻設(shè)備相連接并被用于冷卻由此保持的襯底。還有可能的是除晶片保持器26外又設(shè)置溫度調(diào)節(jié)機構(gòu)，且保持器26可被用于在襯底28和溫度調(diào)節(jié)機構(gòu)之間進行熱傳導(dǎo)。
在所示應(yīng)用中，窗口24位于所述腔室12的頂部并且襯底保持器26被設(shè)置在所述窗口的下面。還應(yīng)理解本發(fā)明可包括其他應(yīng)用，其中所述窗口此外和/或另一種選擇是，沿所述腔室12的一側(cè)或底部進行設(shè)置，且其中此外和/或另一種選擇是，微波源沿所述反應(yīng)腔室12的一側(cè)或底部進行設(shè)置。然而，所示本發(fā)明的應(yīng)用可為優(yōu)選應(yīng)用，原因在于，襯底28可被設(shè)置在引導(dǎo)進入腔室12內(nèi)的微波射線的路徑內(nèi)，并且可通過重力保持在保持器26上。
可能有利的是，基于窗口24相對于側(cè)壁22在熱膨脹上存在差異，通過彈性體材料30將窗口24連接到側(cè)壁22上。所述彈性體材料優(yōu)選與在腔室12內(nèi)所使用的工藝化學(xué)品相適合，并且可包括例如硅氧烷基材料。
設(shè)備10包括延伸穿過微波源14，同時也穿過窗口14的入口32。入口32可包含例如石英。入口32中止于窗口24下面的開口34，并且與將要流入腔室12中的一種或多種材料源37流體連接。應(yīng)該理解盡管在圖1中的設(shè)備10內(nèi)僅示出了一個入口和一個源，但是也可以設(shè)置多個入口，并且所述多個入口可與多于一個材料源相連接。
反應(yīng)腔室12具有延伸于其中的出口42，并且在操作中材料從入口32流入腔室12中，且隨后通過出口42流出所述腔室。相對于出口42可設(shè)置泵，以有助于將材料從腔室12中排出，這在ALD應(yīng)用中特別有用，其中一種或多種材料受脈沖作用進入并排出腔室12。從腔室12排出的材料如箭頭44所示。盡管僅示出了一個出口，但是應(yīng)該理解可設(shè)置其他出口。
氣體分散板36(或擴散器)被設(shè)置在入口32下面。所述板36具有多個延伸貫通的開口，以允許氣態(tài)材料(圖中僅標識出一種氣態(tài)材料，如箭頭38所示)流動通過所述氣體分散板。因此，通過入口32進入腔室22的氣態(tài)材料流動橫過和穿過氣體分散板36。所述氣體分散板優(yōu)選由對于微波射線至少部分透明的材料制成，并且在特定應(yīng)用中可包括，基本構(gòu)成為，或構(gòu)成為石英、云母或塑料。氣體分散板36可利用多種支承結(jié)構(gòu)(未示出)以所需取向被保持在腔室12內(nèi)。
射頻(RF)屏蔽(或罩)40在微波源14之上且圍繞微波源14設(shè)置，以減少或防止雜散微波射線散射進入靠近設(shè)備10的環(huán)境中。在所示實施例中，源37在罩40的外部，并且因此材料自源37流動通過罩40并進入腔室12內(nèi)。本發(fā)明可包含源37設(shè)置在射頻屏蔽下面的其他應(yīng)用。
操作中，流入腔室12的材料優(yōu)選包括至少一種可使用微波射線激發(fā)的組分?？墒褂梦⒉ㄉ渚€激發(fā)的組分可被稱作微波可誘發(fā)成分。典型的微波可誘發(fā)成分包括O、H和N。這些成分可作為雙原子物質(zhì)(具體而言O(shè)2、H2和N2)，或者作為其他物質(zhì)而流入腔室12中。經(jīng)微波誘發(fā)的成分流動通過來自源14的微波射線16，并且由此可被活化以形成至少一種微波激發(fā)組分(其還可被稱作活化物質(zhì))。在特定應(yīng)用中，所述活化物質(zhì)可限定出由微波射線所產(chǎn)生的等離子體。在其他應(yīng)用中，所述活化物質(zhì)可以是非等離子體物質(zhì)。在任何情況下，各種組分的微波激發(fā)能夠增強所述組分的反應(yīng)性。
受到微波激發(fā)的組分可沉積到襯底28上，以在所述襯底上形成層。例如，若氧是在腔室12內(nèi)受到微波活化的組分，那么活化的氧可與襯底28上的材料相互作用形成氧化物。在典型應(yīng)用中，襯底28可包括含有金屬的表面(例如含鈦表面)，活化的氧可與這種表面反應(yīng)形成金屬氧化物(例如氧化鈦)。在其他應(yīng)用中，受到微波激發(fā)的組分可包括氮，這種組分可與襯底28上表面的材料(例如金屬，典型金屬為鈦)反應(yīng)以在整個上表面上形成氮化物(例如金屬的氮化物，典型金屬的氮化物為氮化鈦)。
在受到微波激發(fā)的組分直接與襯底28的表面發(fā)生反應(yīng)的應(yīng)用中，在所述組分受到微波激發(fā)時，所述組分可在所述襯底表面上或者要不然所述組分可與所述襯底表面相締合。這在受到微波激發(fā)的組分具有非常短的壽命的應(yīng)用中可能是有利的。
在特定的應(yīng)用中，除微波可誘發(fā)成分外，不同的前驅(qū)物可流入反應(yīng)腔室12中。所述前驅(qū)物可與微波可誘發(fā)成分中的受到微波激發(fā)的組分反應(yīng)以形成最終沉積到襯底28的表面上的材料。
所述前驅(qū)物可包括例如金屬有機材料，并且可與受到微波激發(fā)的組分反應(yīng)以生成最終沉積到襯底28的表面上的金屬。若所述前驅(qū)物包括金屬有機前驅(qū)物，那么所述前驅(qū)物在與受到微波激發(fā)的組分反應(yīng)前可結(jié)合到襯底28的表面上和/或所述前驅(qū)物可與受到微波激發(fā)的組分反應(yīng)以形成此后累積到襯底28上的金屬材料。
在典型應(yīng)用中，所述受到微波激發(fā)的組分可包括O，其可與金屬有機前驅(qū)物反應(yīng)以氧化所述前驅(qū)物中的有機組分并且從此后累積到襯底28表面上的金屬組分中分解出所述有機組分。另一種選擇是，所述金屬有機前驅(qū)物在與O反應(yīng)前可結(jié)合到襯底28的上表面上，且此后O可分解所述前驅(qū)物中的有機組分以將金屬作為沉積物留在襯底28的表面上。在本發(fā)明的另一個方面中，在有機物材料分解過程中或之后，氧可與金屬反應(yīng)，以形成最終作為沉積物累積到襯底28的表面上的金屬氧化物。相似地，若受到微波激發(fā)的組分為N，可在襯底28的表面上形成金屬氮化物。若受到微波激發(fā)的組分為H，這樣可還原前驅(qū)物的各種組分，以留下最終沉積到襯底28表面之上的所述前驅(qū)物的組分。
若受到微波激發(fā)的組分為等離子體的一部分，其可用于與等離子體增強化學(xué)氣相沉積相結(jié)合，或者可用于與襯底28相締合的各種材料的干刻蝕。
應(yīng)注意的是，可提供受到微波激發(fā)的組分作為包括除受到微波激發(fā)的組分以外的其他原子的化合物的一部分。由于在反應(yīng)腔室內(nèi)與前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)，所述組分可從所述化合物中分離出來，并且此后可結(jié)合到襯底28表面上的沉積物中。因此，在襯底28上的沉積材料可包括一種產(chǎn)物，所述產(chǎn)物包括在腔室12內(nèi)形成的受到微波激發(fā)的組分的至少一部分。
在活化物質(zhì)是通過微波激發(fā)成分而形成的并且所述活化物質(zhì)與一種或多種前驅(qū)物反應(yīng)以形成一種或多種沉積到襯底28表面上的組分的應(yīng)用中，與所述前驅(qū)物的反應(yīng)可在所述組分在襯底28表面上沉積之前、之后，或在所述組分在襯底28表面上沉積的過程中進行。
所述活化物質(zhì)與所述前驅(qū)物的反應(yīng)可使所述前驅(qū)物斷開，以形成最終沉積到襯底28上的所述前驅(qū)物的碎片(例如可將金屬有機物前驅(qū)物斷開形成最終沉積到襯底28上的含有金屬的碎片)。因此，在特定應(yīng)用中，沉積到襯底28上的材料包括前驅(qū)物的碎片，而不是整個前驅(qū)物。此外，例如在受到微波激發(fā)的組分包括氧或氮的應(yīng)用中，受到微波激發(fā)的組分可與所述碎片反應(yīng)以形成沉積到襯底28上的新物質(zhì)，并且受到微波激發(fā)的組分與含有金屬的前驅(qū)物反應(yīng)以形成最終沉積到襯底28上的金屬氧化物或金屬氮化物。
在此所述的方法可被用在例如CVD或ALD應(yīng)用中。若在ALD應(yīng)用中使用該方法，特定的反應(yīng)順序可包括將第一組分脈沖送入反應(yīng)腔室并在襯底上由所述第一組分形成單層。然后從反應(yīng)腔室中清洗出所述第一組分，此后將第二組分脈沖送入反應(yīng)腔室，以在由所述第一組分形成的單層上形成第二單層。隨后，從反應(yīng)腔室中清洗出所述第二組分，此后再次將第一組分脈沖送入反應(yīng)腔室，以在由所述第二組分形成的單層上形成另一單層。因此，所述第一組分和第二組分可順序脈沖送入和清洗出反應(yīng)腔室。
受到微波活化的物質(zhì)在將所述組分脈沖送入反應(yīng)腔室中的過程中可由所述第一組分和第二組分中的一種或兩種形成，或者可在除將所述第一組分和第二組分中的一種或兩種脈沖送入反應(yīng)腔室中時形成。在任一種情況下，在ALD工藝中所使用的微波脈沖與將組分送入所述反應(yīng)腔室中的順序脈沖大致一樣快速是有利的。換句話說，若將組分送入所述反應(yīng)腔室中的脈沖約為2秒，那么微波脈沖也為約2秒是有利的，使得所述微波射現(xiàn)的脈沖大體上與組分脈沖一致(所用術(shù)語“大體上”一致表示所述兩種脈沖在檢測誤差范圍內(nèi)一致)。若僅有一個與ALD工藝相關(guān)的脈沖為微波誘發(fā)的而另一個脈沖不是微波誘發(fā)的，那么這是非常有利的。在這些應(yīng)用中，所需的是采用具有非?？斓捻憫?yīng)時間的脈沖。合適的微波源例如是帶有適當?shù)奈⒉òl(fā)生器和控制器的相控陣天線。
在本發(fā)明的不同方面中所使用的微波源14可以是在整個襯底28上延伸的天線。例如，圖2示出了疊合在典型襯底28(其周部使用虛線示出)上的一個典型的源14(其周部使用實線示出)。微波源14在襯底28的整個表面上延伸，并且因此可同時引導(dǎo)來自源14的微波射線穿過整個襯底28。雖然所示微波源14具有矩形形狀，但是應(yīng)該理解所述微波源可具有其他形狀，例如圓形。
從源14發(fā)射出的微波射線可沖擊襯底28的表面，且在通過微波射線形成具有相對較短壽命的活化物質(zhì)且所述物質(zhì)被用于CVD或ALD工藝中的應(yīng)用中這是有用的。若相控陣天線被用作微波源，那么可以控制微波射線相對于襯底28的取向。如圖3所示，其中圖中示出了襯底28的剖視圖，同時還示出了微波射線16的射束50(用虛線框示意性地示出)。微波射線16的射束如箭頭52所示線性掃過整個襯底28。這可通過對由用作微波源(圖1中標號14)的相控陣天線發(fā)射出的微波射線進行相位控制而實現(xiàn)。
圖4示出了圖3所示結(jié)構(gòu)的頂視圖，以進一步示出射束50在襯底28上的線性傳播，以及示出射束50可橫向延伸通過襯底28的全寬(換句話說，可延伸通過所示圓形襯底的外徑)。
圖3和圖4示出被發(fā)射進入反應(yīng)腔室中的微波射線可沿第一軸線(射線16的軸線)進行發(fā)射，并沿第二軸線(軸線52)進行掃描，其中所示實施例中的第二軸線大體上垂直于引導(dǎo)射線的軸線。所用術(shù)語“大體上垂直于”表示射線進行掃描所沿的軸線在測量誤差范圍內(nèi)垂直于引導(dǎo)射線的軸線。
在源14(圖1)包括相控陣天線的應(yīng)用中，來自所述源的微波射線采用如圖4所示的方法可掃過襯底28的整個表面。另一種選擇是，通過簡單地將襯底的整個表面同時暴露于微波射線中，可引導(dǎo)所述射線朝向襯底28的整個表面。
在襯底28的整個表面上引導(dǎo)微波射線的另一種方法如圖5所示。具體而言，所述輻射射束50從圓形襯底的中心徑向延伸至邊緣，并沿旋轉(zhuǎn)軸線54進行掃描以覆蓋整個襯底。
使射束掃過襯底(如圖3，4和5中的典型實施例所示)的優(yōu)點在于，能夠增強在CVD或ALD過程中的在襯底上沉積的材料的均勻性。
將微波激發(fā)結(jié)合到CVD或ALD工藝中可使反應(yīng)腔室小于現(xiàn)有反應(yīng)腔室。較小的反應(yīng)腔室在減小所述反應(yīng)腔室內(nèi)的體積方面是有利的，其在更快速地清洗反應(yīng)腔室方面有助于ALD工藝。
權(quán)利要求
1.一種沉積方法，包括在將材料沉積到反應(yīng)腔室內(nèi)的襯底上的過程中，微波激發(fā)反應(yīng)腔室內(nèi)的組分；所述激發(fā)過程由進入所述反應(yīng)腔室內(nèi)的相控陣微波引起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括使前驅(qū)物流入反應(yīng)腔室；以及使所述前驅(qū)物與受到微波激發(fā)的組分發(fā)生反應(yīng)以形成所述材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述前驅(qū)物結(jié)合到所述襯底上并在此后與受到微波激發(fā)的組分發(fā)生反應(yīng)以形成沉積到所述襯底上的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述前驅(qū)物與受到微波激發(fā)的組分發(fā)生反應(yīng)以形成隨后累積到所述襯底上的所述材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在微波激發(fā)過程中所述組分與所述襯底表面相締合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在微波激發(fā)過程中所述組分不在所述襯底表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述受到微波激發(fā)的組分是所述反應(yīng)腔室內(nèi)等離子體的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述受到微波激發(fā)的組分從由H，O和N組成的物質(zhì)組中進行選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積到所述襯底上的所述材料包括一種產(chǎn)物，所述產(chǎn)物包括受到微波激發(fā)的組分的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積到所述襯底上的所述材料不包含所述受到微波激發(fā)的組分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積方法是化學(xué)氣相沉積方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積方法是原子層沉積方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積方法是原子層沉積方法，所述方法進一步包括將所述第一組分和第二組分順序脈沖送入所述反應(yīng)腔室并在順序脈沖之間將所述組分清洗出反應(yīng)腔室；所述受到微波激發(fā)的組分為所述第一組分和第二組分中的至少一種；和所述微波激發(fā)由進入所述腔室內(nèi)的微波射線脈沖引起；所述微波射線脈沖與進入所述腔室內(nèi)的所述第一組分和第二組分中的一個或兩個的脈沖相一致。
14.一種沉積方法，包括提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括反應(yīng)腔室和在所述腔室外部的微波源；所述反應(yīng)腔室包括窗口，微波射線可通過所述窗口；來自所述源的微波通過所述窗口進入所述腔室；將襯底放置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)；使一種或多種材料在所述反應(yīng)腔室流動并通過微波；以及將所述一種或多種材料的至少一種組分沉積到所述襯底上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述微波射線與沿第一軸線發(fā)射進入所述腔室并且在所述腔室沿第二軸線掃過的射束相關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述微波射線與沿第一軸線發(fā)射進入所述腔室并且在所述腔室沿第二軸線掃過的射束相關(guān)，所述第二軸線為線性軸線。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述微波射線與沿第一軸線發(fā)射進入所述腔室并且在所述腔室沿第二軸線掃過的射束相關(guān)，所述第二軸線為旋轉(zhuǎn)軸線。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述窗口含有石英、云母或塑料。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述微波源傳遞微波相控陣通過所述窗口并進入所述腔室中。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述襯底為半導(dǎo)體襯底。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述沉積方法包括化學(xué)氣相沉積。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述沉積方法包括原子層沉積。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中流動通過所述微波的所述材料包括含有金屬的材料和氧，且其中所述沉積方法在所述襯底上形成金屬的氧化物。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中流動通過所述微波的所述材料包括含有金屬的材料和氮，且其中所述沉積方法在所述襯底上形成金屬的氮化物。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中流動通過所述微波的所述材料包括含有金屬的材料和氫，且其中所述沉積方法在所述襯底上形成一層包括含有金屬的材料中的金屬的膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中流動通過所述微波的所述材料包括含有鈦的材料和氧，且其中所述沉積方法在所述襯底上形成鈦的氧化物。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中流動通過所述微波的所述材料包括含有鈦的材料和氮，且其中所述沉積方法在所述襯底上形成鈦的氮化物。
28.一種沉積方法，包括提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括反應(yīng)腔室和在所述腔室外部的微波源；所述反應(yīng)腔室包括窗口，微波射線可通過所述窗口；將襯底放置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)；使一種或多種微波可誘發(fā)成分流入所述反應(yīng)腔室；使一種或多種前驅(qū)物流入所述反應(yīng)腔室；當所述襯底和所述一種或多種微波可誘發(fā)成分在所述反應(yīng)腔室內(nèi)時，借助微波射線活化至少一種微波可誘發(fā)成分，以形成至少一種活化物質(zhì)；將所述一種或多種前驅(qū)物的至少一種的至少一個組分沉積到所述襯底上；以及使所述一種或多種前驅(qū)物的至少一種與活化物質(zhì)反應(yīng)，所述反應(yīng)發(fā)生在沉積之前、之后和沉積過程中的一個或多個時刻。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在沉積之前。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在沉積之后。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在沉積過程中。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述窗口含有石英、云母或塑料。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述微波源包括相控陣微波天線。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述微波可誘發(fā)成分從由O，H和N組成的物質(zhì)組中進行選擇。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述至少一種活化物質(zhì)是由微波射線所產(chǎn)生的等離子體的一部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述微波可誘發(fā)成分從由O，H和N組成的物質(zhì)組中進行選擇；所述沉積組分包括前驅(qū)物的碎片，而不是所述前驅(qū)物的整體；和當所述至少一種活化物質(zhì)與所述至少一種前驅(qū)物反應(yīng)時，形成所述碎片。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述微波源在寬闊的區(qū)域上延伸并沿所述寬闊的區(qū)域產(chǎn)生微波，有選擇地相對于沿所述寬闊的區(qū)域不同部分的微波對沿所述寬闊的區(qū)域一部分的微波進行調(diào)節(jié)。
38.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述微波源在寬闊的區(qū)域上延伸并沿所述寬闊的區(qū)域產(chǎn)生微波，有選擇地相對于沿所述寬闊的區(qū)域不同部分的微波對沿所述寬闊的區(qū)域一部分的微波進行調(diào)節(jié)；且其中所述經(jīng)過調(diào)節(jié)的微波形成輻射帶，所述輻射帶在沉積過程中掃過所述襯底表面。
39.一種沉積方法，包括提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括反應(yīng)腔室；在所述腔室外部的微波源和延伸穿過所述微波源并進入所述反應(yīng)腔室的入口；所述反應(yīng)腔室包括窗口，微波射線可通過所述窗口；且所述入口延伸穿過所述窗口并終止于所述窗口下面的開口處；所述設(shè)備還包括在所述開口下面的氣體分散板；來自所述源的微波通過所述窗口，通過所述氣體分散板，進入所述腔室；將襯底放置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)且在所述分散板下面；使一種或多種材料流動通過所述入口；橫過和通過所述分散板并進入所述反應(yīng)腔室；在所述反應(yīng)腔室中所述一種或多種材料受到微波的作用；以及將所述一種或多種材料的至少一種組分沉積到所述襯底上。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述窗口含有石英、云母或塑料。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述窗口主要由石英構(gòu)成。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述氣體分散板含有石英、云母或塑料；且具有多個延伸于其中的開口。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述氣體分散板主要由石英構(gòu)成且具有多個延伸于其中的開口。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述窗口和氣體分散板主要由石英構(gòu)成。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述微波源包括相控陣天線。
46.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述微波源在寬闊的區(qū)域上延伸并沿所述寬闊的區(qū)域產(chǎn)生微波，有選擇地相對于沿所述寬闊的區(qū)域不同部分的微波對沿所述寬闊的區(qū)域一部分的微波進行調(diào)節(jié)。
47.根據(jù)權(quán)利要求39所述的沉積方法，其中所述微波源在寬闊的區(qū)域上延伸并沿所述寬闊的區(qū)域產(chǎn)生微波，有選擇地相對于沿所述寬闊的區(qū)域不同部分的微波對沿所述寬闊的區(qū)域一部分的微波進行調(diào)節(jié)；且其中所述經(jīng)過調(diào)解的微波形成輻射帶，所述輻射帶在沉積過程中掃過所述襯底表面。
48.一種沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔室；在所述腔室外部并且被構(gòu)造用以引導(dǎo)微波射線朝向所述腔室的微波源；和在所述反應(yīng)腔室一側(cè)的窗口，來自微波源的微波射線可通過所述窗口進入所述腔室。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，進一步包括在所述腔室內(nèi)的襯底保持器。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器處于射線路徑中。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以調(diào)節(jié)由此所保持的襯底的溫度。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器包括用于加熱由此所保持的襯底的加熱器。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以將半導(dǎo)電性材料晶片保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且其中所述微波源被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線的相控陣進入所述腔室并橫過保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的半導(dǎo)電性材料晶片的整個表面。
54.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以將半導(dǎo)電性材料晶片保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且其中所述微波源為在保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的整個半導(dǎo)電性材料晶片上面進行延伸的相控陣天線。
55.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其中所述窗口含有石英、云母或塑料。
56.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其中所述窗口主要由石英構(gòu)成。
57.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其中所述微波源被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線的相控陣進入所述腔室中。
58.一種沉積設(shè)備，包括包括窗口的反應(yīng)腔室；在所述腔室外部并且被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線通過所述窗口進入所述反應(yīng)腔室中的微波源；和延伸通過所述微波源并進入所述反應(yīng)腔室中的入口；所述入口延伸通過所述窗口并中止于所述窗口之下的開口；在所述反應(yīng)腔室內(nèi)且在所述入口的開口下面的氣體分散板；和在所述腔室內(nèi)且在所述氣體分散板下面的襯底保持器。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以調(diào)節(jié)由此所保持的襯底的溫度。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器包括用于加熱由此所保持的襯底的加熱器。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述窗口含有石英、云母或塑料。
62.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述窗口主要由石英構(gòu)成。
63.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述氣體分散板含有石英、云母或塑料；且具有多個延伸于其中的開口。
64.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述氣體分散板主要由石英構(gòu)成且具有多個延伸于其中的開口。
65.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述窗口和氣體分散板主要由石英構(gòu)成。
66.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述微波源被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線的相控陣進入所述腔室中。
67.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以將半導(dǎo)電性材料晶片保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且其中所述微波源被構(gòu)造用以發(fā)射微波射線的相控陣進入所述腔室中并橫過保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的半導(dǎo)電性材料晶片的整個表面。
68.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述襯底保持器被構(gòu)造用以將半導(dǎo)電性材料晶片保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且其中所述微波源為在保持在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的整個半導(dǎo)電性材料晶片上面進行延伸的相控陣天線。
全文摘要
本發(fā)明包括一種沉積設(shè)備，所述沉積設(shè)備具有反應(yīng)腔室和在所述腔室外部的微波源。所述微波源被構(gòu)造用以引導(dǎo)微波射線朝向所述腔室。所述腔室包括窗口，來自微波源的微波射線可通過所述窗口進入所述腔室。本發(fā)明還包括沉積方法(例如化學(xué)氣相沉積(CVD)方法或原子層沉積(ALD)方法)，其中微波射線被用以在將材料沉積到反應(yīng)腔室內(nèi)的襯底上的過程中活化反應(yīng)腔室內(nèi)的至少一種組分。
文檔編號C30B25/10GK1659309SQ03813690
公開日2005年8月24日 申請日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者C·M·卡彭特, R·S·丹多, P·H·坎貝里 申請人:微米技術(shù)有限公司