[发明专利]用于间隙特征中的ALD沉积轮廓调整的添加剂

说明书

本发明涉及用于间隙特征中的ALD沉积轮廓调整的添加剂。提供了一种在衬底上进行原子层沉积(ALD)的方法，其包括：将所述衬底同时暴露于第一反应物和添加剂，所述第一反应物和所述添加剂被配置成吸附在所述衬底的暴露表面上，所述添加剂的分压被配置为使得吸附在所述衬底的间隙特征中的所述添加剂随着在所述间隙特征中的深度的增加而减少；在将所述衬底暴露于所述第一反应物和所述添加剂之后，将所述衬底暴露于第二反应物，所述第二反应物被配置为与吸附的所述第一反应物反应以形成薄膜产物，所述第二反应物被配置为与吸附的所述添加剂反应以从衬底表面除去吸附的所述添加剂。

技术领域

本实现方式涉及用于沉积薄膜的方法，更具体地涉及薄膜的原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)。

背景技术

随着特征尺寸缩小，在高深宽比特征中实现保形沉积(conformal deposition)变得越来越具有挑战性。例如，难以在深宽比在30:1范围内的小于25纳米宽的间隙特征(例如沟槽或孔)中获得良好的阶梯覆盖(step coverage)。原子层沉积(ALD)是表面上非常适合提供保形覆盖的技术，因为所需膜的单个单层可以通过ALD沉积，直到达到所需的膜厚度。然而，用于间隙填充的ALD遭受在有限的时间内反应气体难以充分扩散到高深宽比特征中的事实的影响。因为ALD工艺可以重复数百次以便实现所需的膜厚度，所以需要额外的时间来实现ALD的保形覆盖的效果可能在很大程度上被放大并且对生产量不利。

应当理解，到间隙特征中的不充分的扩散导致其中沿着特征的侧壁的覆盖随着深度的增加而减少的沉积轮廓。通过重复的沉积操作，这可能导致“夹断(pinch-off)”，其中当特征的最上部分在特征的其余部分之前被完全水平地填充时，形成空隙。

然而，即使实现通过ALD的保形沉积，通常仍然存在保留在沟槽/孔的中心的接缝(seam)，这可能通过在后续处理步骤中表现出与沉积膜的其他部分不同的行为(例如较高的蚀刻速率)而引起问题。

解决这些问题的一种方法是在ALD工艺的第一和第二给料(dosing)步骤之间沉积抑制剂。采用这种策略的示例包括2015年2月25日提交的名称为“Inhibitor PlasmaMediated Atomic Layer Deposition for Seamless Feature Fill”的美国专利申请No.14/630,852以及2014年11月24日提交的名称为“Selective Inhibition in AtomicLayer Deposition of Silicon-Containing Films”的美国专利申请No.14/552,011，其公开内容通过引用并入本文。然而，这些方法需要针对每个ALD循环的一个附加的步骤。由于ALD循环可能重复数百次以达到期望的厚度，所以即使在完成循环的时间内的短时间的增加也被放大，并且可能对生产量具有非常不利的影响。此外，这些方法可能需要等离子体，这些等离子体可能损坏或化学地修改在其上将进行沉积的层。

正是在这种情况下，出现了本公开的实现方式。

发明内容

本公开的实现方式提供了能够调制和控制高深宽比间隙特征中的阶梯覆盖的方法、装置和系统。

提供了一种用于在衬底上进行原子层沉积(ALD)的方法，其包括：将所述衬底同时暴露于第一反应物和添加剂，所述第一反应物和所述添加剂被配置成吸附在所述衬底的暴露表面上，所述添加剂的分压被配置成使得吸附在所述衬底的间隙特征中的所述添加剂随着在所述间隙特征中的深度的增加而减少；在将所述衬底暴露于所述第一反应物和所述添加剂之后，将所述衬底暴露于第二反应物，所述第二反应物配置为与吸附的所述第一反应物反应以形成薄膜产物，所述第二反应物被配置为与吸附的所述添加剂反应以从所述衬底表面除去吸附的所述添加剂。

在一些实现方式中，所述添加剂被配置为与所述第一反应物竞争所述衬底的所述暴露表面上的可用吸附位置，所述第一反应物和所述添加剂被配置为作为自限制单层吸附，其中所述添加剂的吸附防止在所述衬底表面上的吸附所述添加剂的位置处形成所述薄膜产物。