专利名称：原子层沉积方法
技术领域：
本发明涉及原子层沉积方法。
背景技术：
在集成电路制造中，半导体加工通常包括在半导体基底上沉积层。一种这样的方法为原子层沉积(ALD)，其涉及在一沉积室内，在所述基底上沉积连续的单分子层，所述室通常维持在负压下。对于常规的ALD而言，通常通过使不同的沉积前驱物(precursor)连续进料到基底表面上，来使连续的单原子层吸附到所述基底上和/或同所述基底上的外层反应。
一种代表性ALD方法包括使一种单一的、蒸发了的前驱物进料到沉积室从而在基底上有效地形成第一单分子层，所述基底被安装在所述室内。然后，终止第一沉积前驱物的流动，使一种惰性净化气体流动通过所述室，从而有效地将任何未附着在所述基底的、残余的第一前驱物从所述室中去除。随后，使与第一蒸气前驱物不同的第二蒸气沉积前驱物流向所述室，从而在/同所述第一单分子层上有效地形成第二单分子层。所述第二单分子层可同所述第一单分子层反应。另外的前驱物可形成连续的单分子层，或者可重复上述过程直到在所述基底上已经形成期望厚度和组成的层。
概述本发明包括原子层沉积方法。在一种实施方式中，半导体基底位于原子层沉积室内。使第一前驱气体(precursor gas)流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层。在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使与第一前驱气体组成不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应，并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同。所述第二单分子层包括所述第一单分子层和第二前驱气体的成分。在一种实施方式中，连续重复所述第一和第二前驱气体的流动从而有效地在所述基底上形成具有第二单分子层组成的大量材料(a mass of material)。在一种实施方式中，在第二前驱气体流动后，使与第一和第二前驱气体组成不同的第三前驱气体流向所述室内的第二单分子层，从而有效地同所述第二单分子层反应并在所述基底上形成第三单分子层，所述第三单分子层与所述第一和第二单分子层的组成不同。在一种实施方式中，在第二前驱气体流动后，使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地使之同所述第二单分子层反应，以及a)去除所述第二单分子层的成分，从而在所述基底上形成第三组成的单分子层，所述第三组成的单分子层与所述第一和第二单分子层的组成不同；b)在所述第三组成的单分子层上，形成具有第一单分子层组成的第四单分子层。
设想和公开其它的方面和实施方式，所述方面和过程不必与上述任一方面和过程是同类的。
附图的简要说明参考下述附图在下面说明本发明的优选实施方案。
图1为用于根据本发明一个方面的代表性原子层沉积装置的剖面图。
图2为根据本发明一个方面的、一种代表性方法的一系列分子水平图。
图3为根据本发明一个方面的、一种代表性方法的一系列分子水平图。
图4为根据本发明一个方面的、一种代表性方法的一系列分子水平图。
图5为一系列常规时间线，其显示根据本发明一种代表性方面的工艺过程的代表性气流和功率水平(power level)。
图6为图5所示时间线的替代系列的常规时间线(timeline)。
图7为图5所示时间线的另一替代系列的常规时间线。
图8还为图5所示时间线的另一替代系列的常规时间线。
图9仍为图5所示时间线的另一替代系列的常规时间线。
图10为图5所示时间线的另一替代系列的常规时间线。
用于实现本发明及本发明公开内容的最佳方式图1描述了一种用于根据本发明一个方面的代表性原子层沉积装置。这种装置能在室中产生表面微波等离子体，在所述室中，相对于半导体基底进行原子层沉积。在本文献的上下文中，将“表面微波等离子体”定义为一种在碰撞基底的气体中产生的等离子体，通过从多个分散的、隔离的微波发射源发射的微波能量处理所述基底，且不管其是以现有方式还是以有待研究的方式进行。一种现有方式为通过使用一种天线例如为表面平面天线(SPA)或一种放射线槽式天线(RLSA)。仅举例来说，可在美国专利No.6,399,520,和6,343,565找到所述实例，在此参考应用其所公开的内容。
装置10被图解描述为包括沉积室12，所述沉积室12设置有半导体基底14。在本文献的上下文中，将术语“半导体基底”或“半导电基底”定义为意味着任何包括半导体材料的结构，其包括但不局限为大块半导体材料例如半导体晶片(单独晶片或者以在其上含有其它材料的组件)，半导体材料层(单层或者以在其上含有其它材料的组件)。术语“基底”是指任意支承结构，其包括但不局限为上述半导体基底。提供一种适宜的支承或者机构(未示出)用于支承其中的基底14，可将其以温度控制、功率操纵和/或其它方式构造，以用于将基底14如期望的一样设置在室12中。
将适宜的微波发生器16同表面平面天线18有效地连接，所述天线18被安装在沉积室12正上方。通常地，表面平面天线18由一种金属材料组成，其具有多个形成在其中的微波发射口20，由源16产生的微波能量通过所述发射口传递到室12中，并贴近基底14的表面。因此，其上安装表面平面天线18的室12的顶壁还提供为透射微波。当然，可将一些或者所有表面平面天线18提供在沉积室12内。从基底13的上表面到第二天线28的下表面的代表性优选间距为65mm。当然可使用更大或更小的间距。在某些情况下，可使用比65mm小得多的间距。此外，除微波之外，还设想将能量产生同微波能量产生结合，且不管其是在室12内还是在室12的外面。
图解显示的代表性前驱气体和/或净化气体入口22和24用于将前驱气体和/或净化气体发射到室12内的基底14和表面平面天线18之间。图解显示的真空下降线26用来从室26排放物质。图1的装置在结构上仅仅是图解性和代表性的，可将任意其它适宜的装置用于根据本发明的方法方面。例如，当然还可设想将任意替代结构如喷头、多端口或其它装置，且不论所述结构是现有的还是有待研究的，用于使气体到达所述室和从所述室排放物质。
将一种半导体基底如基底14设置在一种原子层沉积室内。使第一前驱气体流向所述室内的基底，例如通过入口22和24中的一个或两个，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层。仅举例来说，关于形成一层代表性TiB2层，一种代表性第一前驱气体包括TiCl4，且例如其单独或者同惰性或其它气体结合使用。一种例如由TiCl4制备的代表性第一单分子层为TiClx，其例如如图2所描述的一样。图2说明了在一种使用TiCl4的原子层沉积方法中的代表性按序加工过程。图2较左边的说明部分描述了一种适宜的基底表面30，在所述表面30上附着有包括TiClx的第一单分子层32。仅举例来说，其具有这样的形式，钛粘附到基底表面30上，氯原子或分子自所述钛向外延伸。
通常地，然后使用一种惰性净化气体或者通过一些其它方法，将任何剩余的第一前驱气体从所述室中排出。不管怎样，然后在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使组成与第一前驱气体不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同第一单分子层反应并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层的组成与所述第一单分子层不同，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和第二前驱气体的成分。在本文献的上下文中，一种“组成不同的”气体意味着同其所比较的气体相比，一些气体具有替代和/或附加的反应成分。
图2的中间视图描述了一种优选的代表性第二前驱气体，其包括B2H6，且在表面微波等离子体条件下处于活性状态。如在较右的图中所描述的一样，其有效地同第一单分子层32反应，从而形成包括TiB2的第二单分子层34，且具有副产品HCl。第二单分子层34包括所述第一单分子层的成分(即Ti)和第二前驱气体的成分(即B)。
连续重复上述第一和第二前驱气体的流动，从而有效地在所述基底上形成具有第二单分子层组成的大量材料。所制备的物质可包括、主要由或者由所述第二单分子层组成。例如本发明设想制备所述物质的可能性，所述物质包括不仅仅是第二单分子层的组成的材料，例如同仅使用上述第一和第二前驱气体相比，通过引入替代的第一和/或第二前驱气体来在所述基底上形成大量材料。
上述代表性工艺具有来自于第一单分子层的第二单分子层成分，其为元素形式的金属(即钛)，其中所述第二单分子层包括一种导电的金属化合物。此外，在一种优选实施方案中，将大量材料形成为可导电的。仅举例来说，这种工艺过程的一种替代方案为使用包括TaCl5的第一前驱气体来形成包括TaClx的第一单分子层。在这样的例子中，代表性第二前驱气体包括NH3，从而形成包括TaN的第二单分子层。如最初所述的实施方案，可通过技术人员选择和优化惰性气体、流动速度、功率水平、温度、压力以及任何其它的操作参数，在本发明的上下文中，没有优选特殊的一个或一系列参数。
另一方面，仅举例来说，可将所述第二单分子层形成为包括一种介电材料，此外，仅举例来说，所制备的大量材料为绝缘的。例如为形成一种包括Al2O3的绝缘物质，代表性气体包括作为第一前驱气体的三甲基铝，作为第二前驱气体的O3和/或H2O。
此外，在上述和随后的实施方案中的任一个中，在所述室内，所述第一前驱气体的流动可具有或不具有等离子体，例如同所述第一前驱气体的流动一起，在所述室内具有或不具有表面微波等离子体的产生。此外，同所述第一前驱气体的流动一起，可使用远距离等离子体的产生，以及在第二前驱气体的流动期间，在所述室内，结合表面微波等离子体条件，同所述第二前驱气体的流动一起，也可使用远距离等离子体的产生。
在一种实施方式中，一种原子层沉积方法包括上述通常说明的第一和第二前驱气体的流动。在所述第二前驱气体流动后，在所述室内，使组成与第一和第二前驱气体不同的第三前驱气体流向所述第二单分子层，从而使之同所述第二单分子层有效地反应，并在所述基底上形成第三单分子层，所述第三单分子层与第一和第二单分子层的组成不同。可连续重复所述第一、第二以及第三前驱气体的流动，从而有效地在所述基底上形成大量材料，所述材料包括、主要由或者由所述第三单分子层的组成组成。根据所述实施方式，仅举例来说，参考图3进一步说明代表性工艺过程，其具有这样的形式，所述第三单分子层包括氧化铝。
具体地，图3较左边的说明图描述了使包括三甲基铝的第一前驱气体流动从而在基底表面30上形成包括AlCHx的第一单分子层40的结果。在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使第二前驱气体例如H2流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同第一单分子层40反应并在所述基底上形成不同组成的第二单分子层42。所说明的第二单分子层42包括来自于第一单分子层40的成分(Al)和来自于第二单分子层的成分(H)。使所述第三前驱气体(即O3和/或H2O)流向所述室内的第二单分子层42，从而使其与之有效地反应并在所述基底30上形成第三单分子层44(即AlOx)，所述第三单分子层与第一单分子层40和第二单分子层42的组成不同。当然，可重复这种工艺过程从而通过原子层沉积来形成期望厚度的含氧化铝的层。此外，当然，所述第一和第三前驱气体流动中的一个、两个都或两个都不包括远距离和/或室产生的等离子体，例如包括表面微波等离子体条件。
仅举例来说，此处期望的终产物为TiN，一种代表性替代的第一前驱气体为TiCl4，从而形成包括TiClx的单分子层。一种代表性第二前驱气体仍可包括H2，一种代表性第三前驱气体包括NH3。此外，举例来说，另一种沉积材料为作为第三单分子层的TaN。一种代表性第一前驱气体为TaCl5，从而形成所述包括TaClx的第一单分子层。一种代表性第二前驱气体为H2，一种代表性第三前驱气体为NH3。
在一种实施方式中，关于所述第一和第二前驱气体的流动，工艺过程通常如上所述地发生。在所述第二前驱气体流动后，使所述第一前驱气体流向所述室内的所述基底，从而有效地使之同所述第二单分子层反应，且既a)去除所述第二单分子层的一种成分以在所述基底上形成第三组成的单分子层，所述第三组成的单分子层与所述第一和第二单分子层的组成不同，又b)在所述第三组成的单分子层上形成具有所述第一单分子层组成的第四单分子层。仅举例来说，在图4中更清楚地说明了代表性的工艺过程，其与一种元素钽层的制备有关。
图4较左边的说明图描述了在使包括TaCl5的第一前驱气体流动，从而在基底表面30上形成包括TaClx的第一单分子层60之后的工艺过程。其后继之以在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使第二前驱气体(即H2)流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应并在所述基底上形成第二单分子层62，所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同。第二单分子层62包括第一单分子层的成分(即Ta)和所述第二前驱气体的成分(即H)。接着，使所述第一前驱气体(即TaCl5)流向所述室内的基底，从而有效地使之同第二单分子层62反应，且既a)去除所述第二单分子层的一种成分(即H)以形成第三组成的单分子层64(即Ta)，所述第三组成的单分子层与所述第一单分子层60和第二单分子层62的组成不同，又b)在所述第三组成的单分子层64上形成具有所述第一单分子层组成的第四单分子层66(即TaClx)。可将其连续重复从而在所述基底上形成大量材料，所述材料包括、主要由或由所述第三组成的单分子层组成。此外，在所述室内，所述第一和第三前驱气体的流动可具有或不具有等离子体，例如具有或不具有表面微波等离子体。
所描述和优选的图4的工艺过程形成了第三组成的单分子层，其包括元素形式的金属。仅举例来说，用于制备钛层的、替代的代表性工艺过程可使用包括TiCl4的第一前驱气体，从而形成包括TiClx的第一单分子层。在这种例子中，优选代表性第二前驱气体再次包括H2。
本发明具有特别的、有利的用途，此处所述第一单分子层是这样一种组成，在所述室内，除了存在表面微波等离子体外，在其它工艺条件等同的情况下，所述组成基本上不与所述第二前驱气体反应。参考图2-4，如上所述的第一单分子层可构成这种组成。
至少对第二前驱气体的流动而言，它不同于在所述室内，在表面微波等离子体条件下形成第一单分子层的第一前驱气体，在促进原子层沉积方面，上述多种工艺可提供更好的均匀性和可使用更低的离子能量，与更高离子能量的等离子体相比，所述沉积是等离子体增强的，不能期望所述更高离子能量的等离子体提供期望的均匀性。
可以任何所记载的方式发生上述工艺过程，例如具有或不具有插入的惰性净化气体的流动和在任何现有或仍待研究的工艺参数下。此外，仅举例来说，可将天线内的开口制成既可传送气体又可发射微波，且在所述室内提供所述天线。在这种例子中，气体可通过多个开口流动，而微波能量可通过多个开口发射到所述工艺室，从而在安装在所述工艺室内的基底上有效地形成表面微波等离子体。可将气体入口成形为首先流向天线，然后通过所述开口流向所述室，微波能量通过相同的开口或者通过不同的开口发射。不同于通过多个开口，如果期望，这种工艺可避免在发射微波能量期间使任何气体流向所述室。
此外，仅举例来说，结合将TiCl4作为第一前驱气体和将H2作为第二前驱气体，并使用一种包含氦的惰性净化气体，在下面说明用于进行上述代表性方法的代表性优选工艺过程。还认为下述优选实施方案/最佳方式的公开内容构成了独立于上述公开的内容的发明，所述实施方案/最佳方式的公开内容用于实施如上所述的代表性方法，对其提出更特殊和独立的权利要求。
通常参考图5-9，其主要描述了一常规的水平时间线，所述时间线显示了不同的、分别以第一前驱气体(即TiCl4)、惰性净化气体(即He)以及第二前驱气体(即H2)形式突发的各种气体的脉冲。H2的时间线同时还伴生有虚线，所述虚线是用来描述能量的施加，至少所述虚线中升高最多的表面是用来描述在所述室内，有效形成代表性H2气体流动的等离子体的功率水平。在一适宜的室内，其可以且优选构成了表面微波等离子体的产生，例如如上述第一实施方案所述，除非在有关权利要求中发现已有记载，否则并不局限为图5-9的实施方案。
首先参考图5，将半导体基底设置在原子层沉积室内。使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层，例如如通过TiCl4气体脉冲P1所描述的一样。可使用或不使用等离子体的产生。在所述第一单分子层流动后，使惰性净化气体流向所述室，例如如通过氦气脉冲P2所描述的一样。在所述惰性净化气体流动之后，在所述室内，在等离子体条件下，使第二前驱气体流向所述基底，从而有效地在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，例如如通过H2气体的脉冲P3所描述的一样。所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同。
所述室内的等离子体条件包括在能够在所述室内维持等离子体条件的功率水平40下，向具有第二前驱气体P3的所述室施加能量。在使第二前驱气体流向所述室之前，在时间点44开始沿着增加的功率水平42向所述室施加这种能量，直至如所描述的那样在时间点45达到能够产生等离子体的功率水平40。在图5所描述的代表性实施方案中，功率水平是沿着线42连续的，且优选以大体上恒定的速率增加。在所述室内，可在有或没有等离子体存在时，形成所述第一单分子层。此外，在与图5-9有关的优选实施方案中，例如如最初的实施方案所述，所述第二单分子层可由同所述第一单分子层的反应形成，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分。此外，在图5所描述的代表性实施方案中，惰性净化气体流动P2和第二前驱气体流动P3不重叠。仅举例来说，用于所有脉冲的代表性时间周期为1秒。尽管当然可以使用更大、更少和/或不相等的时间。
在形成所述第二单分子层之后，在有等离子体能力的功率水平开始降低之前，开始另一种惰性净化气体流动P4(其与所述第一前驱气体的组成相同或有些不同)。例如图5描述了所述P4脉冲在时间点46开始，所述时间点46在开始出现从有等离子体能力的功率水平降低的时间点48之前。
在图5所描述的实施方案中，仅举例来说，第二前驱气体脉冲P3和其它惰性净化气体脉冲P4不重叠。此外，在有等离子体能力的功率水平开始降低之前，终止所述流向所述室的第二前驱气体。举例来说，这种情况被描述为与功率开始从功率水平40下降的稍后的时间点48相比，第二前驱气体流动已经在时间点50被终止。当然，例如通过气体脉冲P5、P6和P7所示，可重复上述代表性工艺过程。
参考图6说明了另一种代表性实施方案。如图5的实施方案一样，将半导体基底设置在原子层沉积室内，并使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层。其通过代表性P1 TiCl4脉冲描述。在形成所述第一单分子层之后，在所述室内，在等离子体条件下，使第二前驱气体流向所述基底，从而有效地在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同。所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同，且其通过P3描述，相对于代表性H2第二前驱气体流动而言，其仅作为一实例。
在图6中，，由于向所述室施加其能量能够在所述室内产生等离子体的第二施加功率水平(second applied power level)40，在所述室内，产生所述第二前驱气体的等离子体。在某点将这种能量的某种稳态的第一施加功率水平施加到所述室，所述点在至少施加这种能量的第二施加功率水平40之前。在图6中描述了一种代表性稳态的第一施加功率水平62，所述功率水平62低于第二施加功率水平40，沿着线64出现自第一施加功率水平62到第二施加功率水平40的增加。
在一种优选实施方案中，稳态的第一功率水平62不足以从流动的第二前驱气体产生等离子体。在一种优选实施方案中，稳态的第一功率水平62不足以从流动的第一前驱气体产生等离子体。在图6所描述的代表性优选实施方案中，在第一前驱气体流动P1期间，且在所述室内没有等离子体的条件下，在所述基底上有效形成第一单分子层的条件下，施加所述稳态的第一功率水平62。在一种实施方案中可将第一功率水平62认为是能量的基础功率水平。
图6还描述了一种到达所述室的净化气体的流动P2，其在第一前驱气体的流动P1和第二前驱气体的流动P2之间，在净化气体的流动P2期间，施加稳态的第一功率水平62。此外，在一部分惰性净化气体的流动P2期间，将基础功率水平62增加到功率水平40。
在图6的优选实施方案中，在所述第二前驱气体流动P3之后，出现净化气体流动P4，在这种净化气体的流动P4期间和在终止第二前驱气体的流动P3之后，功率水平返回到功率水平62。如与气体脉冲P5、P6和P7有关的重复一样，描述所述代表性工艺过程，且其提供但仅提供一个在所述第二单分子层上沉积一个或多个附加单分子层的实例。图6描述了在时间点66，所述功率水平开始增加或增长，所述时间点66在开始第二前驱气体流动P3的时间点68之前。此外，在图6的优选方案中，在时间点70开始自功率水平40的降低，所述时间点70在终止第二前驱气体脉冲P3流动的时间点72之后出现。
仅举例来说，图5和图6说明了代表性优选方案，其中各种气体脉冲决不重叠，当然本发明还设想所述气体脉冲的至少一些重叠。仅举例来说，特别参考所述第二前驱气体脉冲，参考图7到10说明了代表性的重叠。
首先参考图7，除了惰性P2脉冲延伸到连续覆盖在P3脉冲之上外，图7与图6相同。在第二前驱气体流动P3终止后，终止所述惰性P2脉冲气体流动。
参考图8，使第一前驱气体流向一原子层沉积室内的基底，从而在所述基底上有效的形成第一单分子层，例如如使用气体脉冲P1的TiCl4所描述的一样。在形成第一单分子层后，使惰性气体流向所述室，例如如通过氦气体脉冲P2标明的一样。在流动所述惰性净化气体之后，在所述室内，在等离子条件下，使第二前驱气体流向所述基底，从而在所述基底上有效形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层组成不同。在一些方式中，所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同。例如通过H2脉冲P3如在图8所描述的一样。
还如在图8所描述的一样，在所述室内，在等离子条件下，所述第二前驱气体的流动在代表性时间点76开始，所述时间点76在终止惰性净化气体流动P2的时间点77之前。此外，在开始以及进行在所述室中第二前驱气体在等离子体条件的流动以后，在代表性时间点77终止惰性净化气体流P2。此外，图8描述了所述室内的等离子条件，包括在功率水平40下向所述室施加能量，所述功率水平40能够在具有第二前驱气体的所述室内维持等离子条件。图8还描述了最小程度的施加基础功率水平62，以及沿着断线78由此增加到功率水平40。然而，还关于图8的代表性实施方案，与一些基础功率水平62相反，本发明的一个方面还设想施加零功率水平，不管怎样且在一种非限制形式中，图8还描述了在时间点80开始第二前驱气体脉冲P3，在时间点80之后的时间点82，功率水平沿着线78开始增加。
在形成所述第二单分子层之后，描述了在时间点84开始另一惰性净化气体的流动P4，所述时间点84在终止所述第二前驱气体的时间点86之前。当然，例如如通过气体脉冲P5、P6和P7描述的一样，可重复这种工艺过程。
仅举例来说，图9描述了一种替代的实施方案，籍此，在时间点80，以增加的功率水平开始向所述室施加能量，直至所述功率水平达到有等离子体能力的功率水平40，所述时间点构成了所述第二前驱气体向所述室流动的起点。还仅举例来说，图8描述了功率水平从零开始并返回到零，在时间点86出现功率水平达到零，在所述时间点86终止所述第二前驱气体的流动。
此外，仅举例来说，图10描述了一种工艺过程，籍此，在时间点90开始以增加的功率水平向所述室施加能量，直至所述功率水平达到功率水平40，所述时间点90在所述第二前驱气体开始向所述室流动的时间点80之前。
仅举例来说，通常地，由微波产生的等离子体，其特征在于透入深度很浅，功率可很有效地消耗于很小的体积。在进入所述反应室之前，通过将所述微波能量分布或扩展的方式，表面微波等离子体通常由来自于微波的均匀等离子体的产生而引起。通常由波导传输模式将所述微波功率转化成波，所述波与上部反应器的平面天线/窗口平行。通过导向天线产生这种转变为表面微波的转变，所述天线用作反射所述微波。一旦所述微波与上部平面天线平行，所述平面天线上的小开口使得部分微波被释放到所述反应室中，从而在期望区域内扩展所述功率水平。所述开口在所述平面天线上的间歇性决定了功率水平扩展的局部性和均匀性。
权利要求
1.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使与第一前驱气体组成不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应，并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分；以及连续重复所述第一和第二前驱气体的流动从而有效地在基底上形成大量具有所述第二单分子层组成的材料。
2.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，且所述第一单分子层包括TiClx。
3.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，所述第二前驱气体包括B2H6，且所述第二单分子层包括TiB2。
4.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，所述第二前驱气体包括B2H6，所述第二单分子层包括TiB2，且其大量形成为主要由TiB2组成。
5.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，所述第二前驱气体包括B2H6，所述第二单分子层包括TiB2，且其大量形成为由TiB2组成。
6.权利要求1的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流没有等离子体。
7.权利要求1的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流没有表面微波等离子体。
8.权利要求1的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流包括等离子体。
9.权利要求1的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流包括表面微波等离子体。
10.权利要求1的方法，其中所述第一单分子层是这样一种组成，在所述室内，除了存在表面微波等离子体外，在其它工艺条件等同的情况下，所述组成基本上不与所述第二前驱气体反应。
11.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，且所述第一单分子层包括TaClx。
12.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，所述第二前驱气体包括NH3，且所述第二单分子层包括TaN。
13.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，所述第二前驱气体包括NH3，所述第二单分子层包括TaN，且其大量形成为主要由TaN组成。
14.权利要求1的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，所述第二前驱气体包括NH3，所述第二单分子层包括TaN，且其大量形成为由TaN组成。
15.权利要求1的方法，其中所述第一单分子层的成分包括元素形式的金属。
16.权利要求1的方法，其中所述第二单分子层包括一种导电金属化合物，且所述大量材料是导电的。
17.权利要求1的方法，其中所述第二单分子包括一种介电材料，且所述大量材料是绝缘的。
18.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使与第一前驱气体组成不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应，并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分；以及在所述第二前驱气体流动之后，使与第一和第二前驱气体组成不同的第三前驱气体流向所述室内的第二单分子层，从而有效地使之同所述第二单分子层反应，并在所述基底上形成第三单分子层，所述第三单分子层与所述第一和第二单分子层的组成不同。
19.权利要求18的方法，其连续重复所述第一、第二和第三前驱气体的流动从而有效地在所述基底上形成大量材料，其包括所述第三单分子层的组成。
20.权利要求18的方法，其连续重复所述第一、第二和第三前驱气体的流动从而有效地在所述基底上形成大量材料，其主要由所述第三单分子层的组成组成。
21.权利要求18的方法，其连续重复所述第一、第二和第三前驱气体的流动从而有效地在所述基底上形成大量材料，其由所述第三单分子层的组成组成。
22.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，且所述第一单分子层包括TiClx。
23.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，且所述第二前驱气体包括H2。
24.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，所述第二前驱气体包括H2，所述第三前驱气体包括NH3，且所述第三单分子层包括TiN。
25.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流中的至少一种没有等离子体。
26.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流中的至少一种没有表面微波等离子体。
27.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流都没有等离子体。
28.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流中的至少一种没有表面微波等离子体。
29.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流中的至少一种包括等离子体。
30.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流中的至少一种包括表面微波等离子体离子体。
31.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流都包括等离子体。
32.权利要求18的方法，其中在所述室内，所述第一和第三前驱气体流都包括表面微波等离子体。
33.权利要求18的方法，其中所述第一单分子层是这样一种组成，在所述室内，除了存在表面微波等离子体外，在其它工艺条件等同的情况下，所述组成基本上不与所述第二前驱气体反应。
34.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括三甲基铝，且所述第一单分子层包括AlCHx。
35.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括三甲基铝，所述第一单分子层包括AlCHx，且所述第二前驱气体包括H2。
36.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括三甲基铝，所述第一单分子层包括AlCHx，所述第二前驱气体包括H2，所述第三前驱气体包括NH3，且所述第三单分子层包括Al2O3。
37.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，且所述第一单分子层包括TaClx。
38.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，且所述第二前驱气体包括H2。
39.权利要求18的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，所述第二前驱气体包括H2，所述第三前驱气体包括NH3，且所述第三单分子层包括TaN。
40.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使与第一前驱气体组成不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应，并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分；以及在所述第二前驱气体流动之后，使所述第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地使之同所述第二单分子层反应，以及a)去除所述第二单分子层的成分，从而在所述基底上形成第三组成的单分子层，所述第三组成的单分子层与所述第一和第二单分子层的组成不同；b)在所述第三组成的单分子层上，形成具有第一单分子层的组成的第四单分子层。
41.权利要求40的方法，其中所述第三组成的单分子层包括元素形式的金属。
42.权利要求40的方法，其中所述去除的成分包括氢。
43.权利要求40的方法，其中所述去除的成分包括元素氢。
44.权利要求40的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流没有等离子体。
45.权利要求40的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流没有表面微波等离子体。
46.权利要求40的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流包括等离子体。
47.权利要求40的方法，其中在所述室内，所述第一前驱气体流包括表面微波等离子体。
48.权利要求40的方法，其中所述第一单分子层是这样一种组成，在所述室内，除了存在表面微波等离子体外，在其它工艺条件等同的情况下，所述组成基本上不与所述第二前驱气体反应。
49.权利要求40的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，所述第二前驱气体包括H2，且所述第三组成的单分子层包括元素钛。
50.权利要求40的方法，其中所述第一前驱气体包括TaCl5，所述第一单分子层包括TaClx，所述第二前驱气体包括H2，且所述第三组成的单分子层包括元素钽。
51.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在形成所述第一单分子层之后，使惰性净化气体流向所述室；在所述惰性净化气体流动之后，在所述室内，在等离子体条件下，使第二前驱气体流向所述基底，从而有效地在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同，所述等离子体条件包括在能够在具有所述第二前驱气体的所述室内维持等离子体条件的功率水平下向所述室施加能量；以及在使所述第二前驱气体流向所述室之前，在增加至高达所述有等离子体能力的功率水平下，开始向所述室施加所述能量。
52.权利要求51的方法，其中所述惰性净化气体流和所述第二前驱气体流不重叠。
53.权利要求51的方法，其中所述惰性净化气体流和所述第二前驱气体流重叠。
54.权利要求51的方法，其中所述惰性净化气体流和所述第二前驱气体流重叠，且包括在终止所述第二前驱气体流之后，终止所述惰性净化气体流。
55.权利要求51的方法，包括在形成所述第二单分子层之后，在开始降低所述有等离子体能力的功率水平之前，开始另一惰性净化气体的流动。
56.权利要求55的方法，其中所述第二前驱气体流和另一种惰性净化气体流不重叠。
57.权利要求51的方法，包括在开始降低所述有等离子体能力的功率水平之前，终止所述第二前驱气体向所述室的流动。
58.权利要求51的方法，包括在形成所述第二单分子层之后，在开始降低所述有等离子体能力的功率水平之前，开始另一惰性净化气体的流动；以及在开始降低所述有等离子体能力的功率水平之前，终止所述第二前驱气体向所述室的流动。
59.权利要求51的方法，其中所述等离子体条件包括表面微波等离子体。
60.权利要求51的方法，其中所述增加是连续的。
61.权利要求51的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，且所述第二前驱气体包括H2。
62.权利要求51的方法，其中在所述室内，在没有等离子体的情况下，形成所述第一单分子层。
63.权利要求51的方法，其中所述第二单分子层同所述第一单分子层反应，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分。
64.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在形成所述第一单分子层之后，使惰性净化气体流向所述室；在所述惰性净化气体流动之后，在所述室内，在等离子体条件下，使一第二前驱气体流向所述基底，从而有效地在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同，在所述室内，在等离子体条件下，在终止所述惰性净化气体的流动之前，开始所述第二前驱气体的流动；以及在所述室内，在开始并进行所述第二前驱气体在等离子条件下的流动之后终止所述惰性净化气体的流动。
65.权利要求64的方法，包括在形成所述第二单分子层之后，在终止所述第二前驱气体流向所述室之前，开始另一惰性净化气体的流动。
66.权利要求64的方法，其中所述等离子体条件包括在能够在具有所述第二前驱气体的所述室内维持等离子体条件的功率水平下向所述室施加能量；以及在所述第二前驱气体开始向所述室流动时，在增加至高达所述有等离子体能力的功率水平下，开始向所述室施加所述能量。
67.权利要求64的方法，其中所述等离子体条件包括在能够在具有所述第二前驱气体的所述室内维持等离子体条件的功率水平下向所述室施加能量；以及在所述第二前驱气体开始向所述室流动之前，在增加至高达所述有等离子体能力的功率水平下，开始向所述室施加所述能量。
68.权利要求64的方法，其中所述等离子体条件包括在能够在具有所述第二前驱气体的所述室内维持等离子体条件的功率水平下向所述室施加能量；以及在所述第二前驱气体开始向所述室流动之后，在增加至高达所述有等离子体能力的功率水平下，开始向所述室施加所述能量。
69.权利要求64的方法，其中所述等离子体条件包括表面微波等离子体。
70.权利要求64的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，且所述第二前驱气体包括H2。
71.权利要求64的方法，其中所述第二单分子层同所述第一单分子层反应，所述第二单分子层包括所述第一单分子层和所述第二前驱气体的成分。
72.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在形成所述第一单分子层之后，在所述室内，在等离子体条件下，使第二前驱气体流向所述基底，从而有效地在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同，所述第二前驱气体与所述第一前驱气体的组成不同；在所述室内，由于向所述室施加能量的第二施加功率，所述第二前驱气体产生等离子体，且还包括在施加所述能量的第二施加功率之前，向所述室施加所述能量的稳态的第一施加功率，所述稳态的第一施加功率低于所述第二施加功率，并将所述第一施加功率增加到所述第二施加功率。
73.权利要求72的方法，其中所述增加是连续的。
74.权利要求72的方法，其中所述稳态的第一功率不足以从所述第二前驱气体流产生等离子体。
75.权利要求72的方法，其中所述稳态的第一功率不足以从所述第一前驱气体流产生等离子体。
76.权利要求72的方法，其包括在所述第一前驱气体流动期间，施加所述稳态的第一功率。
77.权利要求76的方法，其中所述稳态的第一功率不足以从所述第一前驱气体流产生等离子体。
78.权利要求72的方法，其包括在所述第一和第二前驱气体流动之间，使一种惰性净化气体流向所述室。
79.权利要求78的方法，其包括在所述惰性气体流动期间，施加所述稳态的第一功率。
80.权利要求78的方法，其包括在所述第二前驱气体流动后，使一种惰性净化气体流向所述室，在所述惰性净化气体在所述第一和所述第二前驱气体的流动之间流动时，施加所述稳态的第一功率，且在所述惰性净化气体在所述第二前驱气体流动之后流动时，施加所述稳态的第一功率。
81.权利要求72的方法，其中所述等离子体条件包括表面微波等离子体。
82.权利要求72的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动之前，开始所述增加。
83.权利要求72的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动之后，开始所述增加。
84.权利要求72的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动时，开始所述增加。
85.权利要求72的方法，其包括在终止所述第二前驱气体的流动之后，将功率降低到所述稳态的第一功率。
86.权利要求72的方法，其包括在终止所述第二前驱气体的流动之前，将功率降低到所述稳态的第一功率。
87.权利要求72的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，且所述第二前驱气体包括H2。
88.一种原子层沉积方法，其包括将半导体基底设置在原子层沉积室内；向所述室施加能量的基础功率水平，所述室内设置有所述基底；当施加能量的所述基础功率水平时，在所述室内，在非等离子体条件下，使第一前驱气体流向所述室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层；在形成所述第一单分子层之后，增加所述能量的所述基础功率水平，使之达到能够在所述室内产生等离子体的功率水平；在将所述能量的有等离子体能力的功率水平施加到所述室时，使第二前驱气体流向所述室内的基底，以有效地形成等离子体，用所述第二前驱气体与所述第一单分子层碰撞，从而在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层与所述第一单分子层的组成不同；以及在形成所述第二单分子层之后，将所述能量的有等离子体能力的功率水平降低到所述基础功率水平，然后在所述第二单分子层上沉积另一种单分子层。
89.权利要求88的方法，其中所述增加是连续的。
90.权利要求88的方法，其包括在所述第一和第二前驱气体的流动之间，使一种惰性净化气体流向所述室。
91.权利要求90的方法，其包括在所述惰性气体的流动期间，施加所述能量的基础功率水平。
92.权利要求90的方法，其包括在所述第二前驱气体流动之后，使一种惰性净化气体流向所述室，在所述惰性净化气体在所述第一和所述第二前驱气体的流动之间流动时，施加所述能量的基础功率水平，且在所述惰性净化气体在所述第二前驱气体的流动之后的流动期间，施加所述能量的基础功率水平。
93.权利要求88的方法，其中所述等离子体包括表面微波等离子体。
94.权利要求88的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动之前，开始所述增加。
95.权利要求88的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动之后，开始所述增加。
96.权利要求88的方法，其包括在所述第二前驱气体开始流动时，开始所述增加。
97.权利要求88的方法，其包括在终止所述第二前驱气体的流动之后，开始所述降低。
98.权利要求88的方法，其包括在终止所述第二前驱气体的流动之前，开始所述降低。
99.权利要求88的方法，其中所述第一前驱气体包括TiCl4，所述第一单分子层包括TiClx，且所述第二前驱气体包括H2。
全文摘要
使第一前驱气体流向室内的基底，从而有效地在所述基底上形成第一单分子层。在所述室内，在表面微波等离子体条件下，使组成与第一前驱气体不同的第二前驱气体流向所述室内的第一单分子层，从而有效地使之同所述第一单分子层反应并在所述基底上形成第二单分子层，所述第二单分子层的组成与所述第一单分子层不同。所述第二单分子层包括所述第一单分子层和第二前驱气体的成分。在一种实施方式中，连续重复所述第一和第二前驱气体的流动，从而有效地在所述基底上形成大量具有所述第二单分子层的组成的材料。附加的及其它的实施方式也包括在内。
文档编号H01L21/768GK1739188SQ200380108641
公开日2006年2月22日 申请日期2003年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者T·T·多恩, G·T·布拉洛克, G·S·桑胡 申请人:微米技术有限公司