用于原子層沉積的設備的制作方法
【專利摘要】本發明的實施例提供了用于例如等離子體增強ALD（PE-ALD）的原子層沉積（ALD）的設備。在一個實施例中，提供了蓮噴頭組件，其包括蓮噴頭板，該蓮噴頭板具有上表面、下表面、從蓮噴頭板的中心向外邊緣延伸的半徑，與上表面和下表面流體相通的第一多個孔和與上表面和下表面流體相通的第二多個孔，第一多個孔位于第一區域內，第一區域從蓮噴頭板的中心延伸到蓮噴頭板的半徑的約25%，并且每個孔具有小于0.1英寸的直徑，第二多個孔位于第二區域內，第二區域從蓮噴頭板的半徑的約25%延伸到大約蓮噴頭板的外邊緣，并且每個孔具有大于0.1英寸的直徑。
【專利說明】用于原子層沉積的設備
[0001]本申請為申請日為2009年7月2日、申請號為200980126061.X并且發明名稱為“用于原子層沉積的設備”的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明的具體實施例大體上涉及用于沉積材料的設備和方法，更具體地涉及配置為在等離子體增強過程期間沉積材料的原子層沉積室。
【背景技術】
[0003]在半導體處理領域中，平板顯示器處理或其它電子器件處理、氣象沉積過程在將材料沉積在基底上時起重要作用。隨著電子器件的幾何尺寸不斷減小以及器件的密集度不斷提高，特征的尺寸和高寬比變得越來越有挑戰性，例如，特征具有0.07 μ m的尺寸和10或更大的高寬比。因此，對材料進行保形沉積以形成這些器件變得越來越重要。
[0004]盡管傳統的化學氣象沉積(CVD)已成功用于小到0.15 μ m的幾何尺寸和高寬比的器件，然而更具挑戰性的器件幾何尺寸需要其它的沉積技術。一種倍受關注的技術是原子層沉積(ALD)。在ALD過程中，反應氣體被連續地引入含有基底的沉積室。一般地，第一反應物被脈沖引入沉積室并被吸收到基底表面上。第二反應物被脈沖引入沉積室中并與第一反應物反應以形成沉積材料。一般在各反應氣體的傳輸之間執行凈化步驟。凈化步驟可以對運載氣體連續凈化，或在反應氣體的傳輸之間脈沖凈化。熱誘導ALD過程是最普通的ALD技術，使用熱量使兩種反應物之間產生化學反應。盡管熱ALD過程有效地用于沉積一些材料，但是該過程通常具有低沉積率。因此，加工產量可能縮到不能接受的水平。沉積率在更高的沉積溫度下可以增大，但是許多化學先驅物，特別是金屬有機化合物，在高溫下會分解。
[0005]等離子體增強ALD (PE-ALD)可以用于形成各種材料。在一些PE-ALD過程的示例中，材料可以由與熱ALD過程相同的化學先驅物形成，但是以更高的沉積率和更低的溫度。盡管存在一些不同的技術，但是一般地，PE-ALD過程提供的是將反應氣體和反應等離子體相繼地引入含有基底的沉積室中。第一反應氣體被脈沖引入沉積室中并被吸收到基底表面上。之后，反應等離子體被脈沖引入沉積室并與第一反應氣體反應以形成沉積材料。類似熱ALD過程，可以在各反應物的傳輸之間進行凈化步驟。盡管PE-ALD過程由于等離子體內反應基的高度反應而克服了熱ALD過程的一些缺點，但是PE-ALD過程還具有許多局限性。PE-ALD過程可能對基底造成等離子體損傷(例如，刻蝕)，可能與一些化學先驅物不相容，并且需要額外的硬件。
[0006]因此，需要一種用于通過氣象沉積技術(例如PE-ALD過程)將材料沉積在基底上的設備和過程。

【發明內容】

[0007]本發明的具體實施例提供了用于在原子層沉積(ALD)過程(例如熱ALD過程或等離子體增強ALD (PE-ALD)過程)期間在基底上沉積材料的設備和方法。在一些實施例中，用于PE-ALD過程的沉積室包括:基底支撐，包含接收基底的表面，并且被置于室體內；室蓋組件，與室體連接；以及處理區域，設置在接收基底的表面和蓮噴頭板的下表面之間。
[0008]在一個實施例中，室蓋組件具有入口管道組件，包括:環形通道，其包圍中心通道，其中，所述中心通道延伸通過所述入口管道組件；以及注入孔，從所述環形通道延伸通過所述中心通道的側壁并延伸到所述中心通道。室蓋組件還包括:蓮噴頭組件，包括:蓮噴頭板，其設置在所述入口管道組件下方；水箱，其設置在所述入口管道組件和所述蓮噴頭組件之間；以及遠程等離子體系統(RPS)，其設置在所述入口管道組件上方并與之連接，并且與所述中心通道流體相通。
[0009]所述入口管道組件可以包含或由鋁或鋁合金制成。在一些實施例中，入口管道組件包括招或招合金，招合金包括鎂和娃。
[0010]在一些實施例中，所述注入孔包括第一多個注入孔，所述第一多個注入孔朝向或基本上朝向所述中心通道的中心軸延伸。所述注入孔包括第二多個注入孔，所述第二多個注入孔通常以不同于第一多個注入孔的角度延伸。在一些示例中，第二多個注入孔相切地朝向或基本上相切地朝向所述中心通道的側壁。第二多個注入孔可以沿中心通道的側壁設置，并且設置在第一多個注入孔和蓮噴頭組件之間。一般地，第二多個注入孔可以離開或基本上離開中心通道而延伸。在一個示例中，第一多個注入孔含有三個或更多的注入孔。在另一個示例中，第二注入孔含有三個或更多的注入孔。每個注入孔具有從約0.06英寸至約0.12英寸的范圍內的直徑。
[0011]實施例提供的室還可以包括氣體管道組件，與入口管道組件連接并流體相通。氣體管道組件可以具有第一導管，與環形通道連接并流體相通。閥組件可以與第一導管連接并流體相通。在一個示例中，閥組件可以包含質量流量控制計(MFC)來進行ALD沉積過程。氣體管道組件還可以具有第二導管，與環形通道連接并流體相通。或者，氣體管道組件可以具有第二導管，與RPS連接并流體相通。RPS通常布置在中心通道的上端，同時蓮噴頭組件布置在中心通道的下端。
[0012]在另一個實施例中，入口管道組件包括:環形通道，其包圍中心通道，其中，所述中心通道延伸通過所述入口管道組件；以及注入孔，從所述環形通道延伸通過所述中心通道的側壁并延伸到所述中心通道。所述注入孔包括第一多個注入孔，所述第一多個注入孔朝向或基本上朝向所述中心通道的中心軸延伸，并且所述注入孔包括第二多個注入孔，所述第二多個注入孔相切地朝向或基本上相切地朝向所述中心通道的側壁延伸。在一個示例中，第一多個注入孔含有三個或更多的注入孔，第二注入孔含有三個或更多的注入孔。入口管道組件可以包括或由鋁或鋁合金制成，鋁合金包括鎂和硅。
[0013]在另一個實施例中，用于氣相沉積過程的蓮噴頭組件包括:蓮噴頭板，其具有上表面、下表面和從所述蓮噴頭板的中心向外邊緣延伸的半徑；第一多個孔，與所述上表面和所述下表面流體相通，所述第一多個孔位于第一區域內，所述第一區域從所述蓮噴頭板的中心延伸到所述蓮噴頭板的半徑的約25%，并且每個孔具有小于0.1英寸的直徑；以及第二多個孔，與所述上表面和所述下表面流體相通，所述第二多個孔位于第二區域內，所述第二區域從所述蓮噴頭板的半徑的約25%延伸到大約所述蓮噴頭板的外邊緣，并且每個孔具有大于0.1英寸的直徑。[0014]在一些示例中，第一多個孔的直徑約0.09英寸或更小。第二多個孔的直徑約0.11英寸或更大，例如約0.12英寸或更大，例如約0.13英寸或更大。在一些示例中，蓮噴頭板具有朝向外邊緣徑向延伸的增大的孔密度。在一些實施例中，蓮噴頭板包括或由以下材料構成:鋁、鋁合金、電鍍鋁金屬、不銹鋼、鎳、鎳合金、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。在一些示例中，蓮噴頭板包括鋁合金，并且鋁合金還包括鎂和硅。在另一個實施例中，蓮噴頭組件包含的蓮噴頭板包括或由以下材料構成:石英、陶瓷、熔凝石英、藍寶石、熱解亞硝酸硼(PBN)材料、玻璃、硅酸鹽材料、硅土材料、氧化鋁材料、氧化鋯材料、及其合金、衍生物或化合物。在一個示例中蓮噴頭板包括石英。
[0015]在其它實施例中，蓮噴頭板在蓮噴頭板的中心含有較低的孔密度并且在蓮噴頭板的邊緣含有較高的孔密度。這些較低/較高的孔密度有助于將更多的氮等離子體或氮基導向蓮噴頭板的邊緣，用于在氣體入口位置中心位置時實現更地的一致性。此外，從蓮噴頭板的中心至邊緣從小到大逐漸改變孔的尺寸。一方面，蓮噴頭板可以包含直徑在從約0.08英寸至約0.13英寸的范圍內的孔。孔的直徑減小了氮基的再結合，改善了膜特性。
[0016]在另一個實施例中，提供了 一種在基底上沉積材料的方法，包括將基底順序地暴露到鈦先驅物氣體和氮等離子體以在沉積室內的ALD過程期間在基底上形成氮化鈦材料。在一些示例中，鈦先驅物氣體含有四(二甲氨基)鈦，并且氮等離子體由RPS產生。沉積室包含室蓋組件，其與室體連接。室蓋組件具有入口管道組件，包括:環形通道，其包圍中心通道。所述中心通道延伸通過所述入口管道組件。
[0017]在一個實施例中，ALD過程包括:使鈦先驅物氣體流入入口管道組件內的環形通道；使鈦先驅物氣體從環形管道經過多個注入孔流入中心通道，注入孔從環形通道延伸通過中心通道的側壁并延伸到中心通道；使鈦先驅物氣體流過中心通道、流過與室蓋組件連接的蓮噴頭板組件，并且在基底上吸收四(二甲氨基)鈦層。ALD過程的方法還提供:用RPS通過激發含有氮(N2)的等處理氣體產生氮等離子體，使氮等離子體通過中心通道、通過蓮噴頭組件并朝向基底，并將四(二甲氨基)鈦層暴露到氮等離子體以在基底上形成氮化鈦材料。
[0018]在一些實施例中，方法提供了使鈦先驅物氣體從第一多個注入孔直接朝向或基本上朝向中心通道的中心軸。在其它實施例中，方法提供了使鈦先驅物氣體從第二多個注入孔相切地朝向或大體上相切地朝向中心通道的側壁延伸。或者，方法提供了使鈦先驅物氣體從第二多個注入孔通過以形成從中心通道通過的鈦先驅物氣體環形氣流。在幾個實施例中，鈦先驅物氣體或氮等離子體的環形氣流形式可以是以下流型，例如渦流型、螺旋流型、盤旋流型、漩渦流型、旋轉流型、扭曲流型、盤繞流型、螺絲流型、卷繞流型、紛亂流型或其衍生的流型。在一些示例中，第一多個注入孔含有三個或更多的注入孔并且/或第二多個注入孔含有三個或更多的注入孔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過參考附圖所示的本發明的具體實施例，可以對以上簡要概述的本發明進行更具體的描述，以詳細了解本發明的以上引用特征的方式。
[0020]然而，應注意到，附圖僅說明此發明的典型具體實施例，因此不應被視為限制其范圍，因為本發明可允許其它同等有效的具體實施例。[0021]圖1示出了本發明的實施例中描述的入口管道組件；
[0022]圖2A-2C示出了本發明的實施例中描述的上入口管道；
[0023]圖3A-3D示出了本發明的實施例中描述的下入口管道；
[0024]圖4A-4B示出了本發明的實施例中描述的部分下入口管道的示意圖；
[0025]圖5A示出了本發明的實施例中描述的代替入口管道組件；
[0026]圖5B示出了本發明的實施例中描述的另一個代替入口管道組件；
[0027]圖6A-6D示出了本發明的實施例中描述的蓮噴頭組件的示意圖；
[0028]圖7A示出了本發明的實施例中描述的具有一種蓮噴頭板的蓮噴頭組件的示意圖；
[0029]圖7B-7E示出了本發明的實施例中描述的各種其它蓮噴頭板的示意圖；
[0030]圖8A-8C示出了本發明的實施例中描述的水箱的示意圖；
[0031]圖9A-9D示出了本發明的實施例中描述的泵環的示意圖；
[0032]圖10A-10B示出了本發明的實施例中描述的泵環組件的示意圖；
[0033]圖1lA示出了本發明的實施例中描述的室體組件的部分示意圖；
[0034]圖1lB示出了本發明的實施例中描述的替代室體組件的部分示意圖；
[0035]圖12A-12B示出了本發明的實施例中描述的室蓋板的示意圖；
[0036]圖13A-13E示出了本發明的實施例中描述的氣體管道組件的示意圖；
[0037]圖14示出了本發明的實施例中描述的室蓋組件的示意圖；
[0038]圖15示出了本發明的實施例中描述的另一個室蓋組件的示意圖；
[0039]圖16A-16B示出了本發明的實施例中描述的室蓋組件的示意圖；
[0040]圖17示出了本發明的實施例中描述的ALD室組件的示意圖；
[0041]圖18A-18B示出了本發明的實施例中描述的氣體凈化組件的示意圖；并且
[0042]圖19示出了本發明的實施例中描述的含有各種包括ALD室的沉積室的處理系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]本發明的實施例提供了一種配置為在原子層沉積(ALD)過程中形成材料的設備，例如熱ALD過程或等離子體增強ALD (PE-ALD)過程。本發明的其它實施例提供用于形成各種材料(例如氮化鈦)的ALD和PE-ALD過程。在一些實施例中，處理系統或室配置為在PE-ALD過程期間將基底暴露到一系列氣體和等離子體。在一個實施例中，沉積室配置為使用用于激發等離子體的遠程等離子體系統(RPS)執行PE-ALD過程。在另一個實施例中，沉積室配置為執行熱ALD過程。
[0044]圖1示出了入口管道組件100，可以用在如本文所述的熱ALD或等離子體增強ALD系統、室和過程中，或通過它們使用。入口管道組件100包括上入口管道110和下入口管道130。上入口管道110和下入口管道130每個可以獨立地包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金、電鍍鋁金屬、鋼、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如TNCONEL?或HASTELLOY?)、鍍鎳招、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。在一個實施例中，上入口管道Iio和下入口管道130兩者包含或由鋁或鋁合金形成，例如含有鎂和硅的鋁合金，如鋁6061。
[0045]鋁合金可以包含硅、鎂、鐵、銅和其它元素，例如錳、鉻、鋅或鈦。在一些實施例中，鋁合金可以具有按重量的約95%至約99%范圍內的鋁的濃度、約0.8%至約1.2%范圍內的鎂的濃度、約0.4%至約0.8%范圍內的硅的濃度、約0.15%至約0.40%范圍內的銅的濃度和約0.2%至約0.70%范圍內的鐵的濃度。在一個示例中，鋁合金可以按重量具有以下的成分:Mg (1.00%以下)，Si (0.60%)，Cu (0.30%)，Fe (0.7%或以下)，Mn (0.15%)，Cr (0.20%)，Zn (0.25% 或以下)，Ti (0.15% 或以下)和 Al (余下的)。在另一個示例中，招合金可以是招6061。
[0046]在圖2A-2C中進一步示出上入口管道110，在圖3A-3D中進一步示出下入口管道130。上入口管道110可以設置在下入口管道130頂部并部分位于其上方。上入口管道110的下表面112和114可以分別設置在下入口管道130的上表面132和134上。上表面132包含槽133，上表面134包含槽135。槽133和135各可以包含O形環，用于在下表面112和上表面132之間以及下表面114和上表面134之間形成密封。環形通道140形成在上入口管道110和下入口管道130之間。環形通道140環繞或包圍中心通道150，中心通道150形成為通過上入口管道110和下入口管道130。
[0047]中心通道150包括上入口管道110內的通道125和下入口管道130內的通道145。中心通道150可以具有沿中心軸152保持適當相容的內徑。在一個實施例中，對于適于處理300mm的直徑的基底的中心通道150的內徑在約0.2英寸至約2英寸的范圍內，優選地，從約I英寸至約1.8英寸,更優選地,從約1.2英寸至約1.5英寸,例如約1.4英寸。
[0048]上入口管道110包括入口 120和出口 121，它們與中心軸152對齊并且與中心通道150流體相通。遠程等離子體系統(RPS)可以流體相通地連接到入口 120。上入口管道110包括入口 122，從上入口管道110的外側壁115通過上入口管道110延伸到環形通道140中。在一個示例中，上入口管道110還可以包含出口 121處的錐形表面111。
[0049]在一個實施例中，下入口管道130包含注入孔136和注入孔138。兩套注入孔136和138延伸通過下入口管道130的側壁139并提供環形通道140和中心通道150之間的流體相通。圖4A-4B提供了示出注入孔136和138的一部分下入口管道130的示意圖，如本文的一個實施例所述。在一些實施例中，注入孔136可以直接朝向或基本上朝向延伸通過中心通道150的中間的中心軸152，如圖4A所示。注入孔138相切地朝向或基本上相切地朝向中心通道150的側壁151，如圖4B所示。
[0050]在實施例中，有至少一個注入孔136和至少一個注入孔138。如圖4A-4B所示，下入口管道130包括用于注入孔136的三個孔和用于注入孔138的三個孔。在其它實施例中，下入口管道130可以包含1，2，3，4，5，6或更多個注入孔136，并且獨立地包含1，2，3，4，5，6或更多個注入孔138。注入孔136和138可以獨立地具有范圍在約0.02英寸至約0.5英寸內的直徑，優選地，從約0.04英寸至約0.4英寸，更優選地，從約0.05英寸至約0.2英寸，更優選地，從約0.06英寸至約0.12英寸，更優選地，從約0.07英寸至約0.11英寸。在一個示例中，注入孔136具有約0.089英寸的直徑，注入孔138具有約0.100英寸的直徑。[0051 ] 注入孔138可以定位為相切地朝向或大體上相切地朝向中心通道150的側壁151。來自每個注入孔138的氣流在中心通道150內結合以形成具有環繞方向的氣流。注入孔136可以定位為直接朝向或基本上朝向中心軸152。來自每個注入孔136的氣流在中心軸152或靠近中心軸152處在中心通道150內結合。結合的氣流形成向中心通道150下方延伸的向下氣流，朝向注入孔138所形成的。來自注入孔136的向下的氣流和來自注入孔138的環繞氣流結合以形成向中心通道150下方延伸的吹掃旋渦氣流，沿著并經過下入口管道130的圓角131，朝向蓮噴頭。盡管不知道流過中心通道150的吹掃旋渦氣流的確切幾何形狀，但是相信處理氣體或等離子體可以與具有渦流型、螺旋流型、盤旋流型、漩渦流型、旋轉流型、扭曲流型、盤繞流型、螺絲流型、卷繞流型、紛亂流型或其衍生的流型的環繞氣流一起前進。
[0052]在幾個替代實施例中，圖5A示出了入口管道組件500a并且圖5B示出了入口管道組件500b，可以用在如本文所述的熱ALD或等離子體增強ALD系統、室和過程中，或通過它們使用。入口管道組件500a和500b包括上入口管道510和下入口管道530。上入口管道510可以設置在下入口管道530頂部并部分位于其上方。上入口管道510的下表面512可以設置在下入口管道530的上表面532上。上表面532包含槽533。槽533可以包含O形環，用于在下表面512和上表面532之間形成密封。并且，對于入口管道組件500a，上入口管道510的側面514可以設置為抵靠下入口管道530的側面534。側壁534包含槽535。槽535可以包含O形環，用于在側面514和側面534之間形成密封。
[0053]環形通道540形成在上入口管道510和下入口管道530之間。環形通道540環繞或包圍中心通道550，中心通道550形成為通過上入口管道510和下入口管道530。中心通道550包括上入口管道510內的通道525和下入口管道530內的通道545。
[0054]在另一個實施例中，上入口管道510包含注入孔536和注入孔538。兩套注入孔536和538延伸通過上入口管道510的側壁539并提供環形通道540和中心通道550之間的流體相通。圖5A提供了示出注入孔536和538的一部分下入口管道530的示意圖，如本文的一個實施例所述。在一些實施例中，注入孔536可以直接朝向或基本上朝向延伸通過中心通道550的中間的中心軸。注入孔538相切地朝向或基本上相切地朝向中心通道550的側壁551。
[0055]中心通道550包括上入口管道510內的通道525和下入口管道530內的通道545。中心通道550可以具有沿中心軸552保持適當相容的內徑。在一個實施例中，對于適于處理300mm的直徑的基底的中心通道550的內徑在約0.2英寸至約2英寸的范圍內，優選地，從約I英寸至約1.8英寸,更優選地,從約1.2英寸至約1.5英寸,例如約1.4英寸。
[0056]上入口管道510包括入口 520和出口 521，它們與中心軸552對齊并且與中心通道550流體相通。遠程等離子體系統(RPS)可以流體相通地連接到入口 520。上入口管道510包括入口 522，從上入口管道510的外側壁515通過上入口管道510延伸到環形通道540中。在一個示例中，上入口管道510還可以包含出口 521處的錐形表面511。
[0057]上入口管道510包括入口 520，與中心軸552對齊并且與中心通道550流體相通。遠程等離子體系統(RPS)可以流體相通地連接到入口 520。上入口管道510包括入口 522，從上入口管道510的外側壁515通過上入口管道510延伸到環形通道540中。在一個示例中，上入口管道510還可以包含錐形表面511。
[0058]上入口管道510和下入口管道530每個可以獨立地包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金、電鍍鋁金屬、鋼、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或H A STELLO .)、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。在一個實施例中，上入口管道510和下入口管道530兩者單獨地包含或由鋁或鋁合金形成。在一些示例中，鋁合金含有鎂和硅，如鋁6061。[0059]在實施例中，有至少一個注入孔536和至少一個注入孔538。下入口管道530包括三個注入孔536和三個注入孔538。在其它實施例中，下入口管道530可以包含1，2，3，4，5，6或更多個注入孔536，并且獨立地包含1，2，3，4，5，6或更多個注入孔538。注入孔536和538可以獨立地具有范圍在約0.02英寸至約0.5英寸內的直徑，優選地，從約0.04英寸至約0.4英寸,更優選地,從約0.05英寸至約0.2英寸,更優選地,從約0.06英寸至約0.12英寸,更優選地,從約0.07英寸至約0.11英寸。在一個示例中，注入孔536具有約0.089英寸的直徑，注入孔538具有約0.100英寸的直徑。
[0060]注入孔538可以定位為相切地朝向或大體上相切地朝向中心通道550的側壁551。來自每個注入孔538的氣流在中心通道550內結合以形成具有環繞方向的氣流。注入孔536可以定位為直接朝向或基本上朝向中心軸552。來自每個注入孔536的氣流在中心軸552或靠近中心軸552處在中心通道550內結合。結合的氣流形成向中心通道550下方延伸的向下氣流，朝向注入孔538所形成的環繞氣流。來自注入孔536的向下的氣流和來自注入孔538的環繞氣流結合以形成向中心通道550下方延伸的吹掃旋渦氣流，沿著并經過下入口管道530的圓角531，朝向蓮噴頭。盡管不知道流過中心通道550的吹掃旋渦氣流的確切幾何形狀，但是相信處理氣體或等離子體可以與具有渦流型、螺旋流型、盤旋流型、漩渦流型、旋轉流型、扭曲流型、盤繞流型、螺絲流型、卷繞流型、紛亂流型或其衍生的流型的環繞氣流一起前進。
[0061]圖6A-6D和7A示出了包含蓮噴頭板602的蓮噴頭組件600，蓮噴頭板602具有孔620。圖7B-7E示出了可以在蓮噴頭組件600中使用的蓮噴頭板602。孔620從蓮噴頭板602的上表面610至下表面612延伸通過蓮噴頭板602。在一個實施例中，蓮噴頭組件600包含設置在內環604上的蓮噴頭板602，內環604設置在外環606上。蓮噴頭板602、內環604和外環606可以是單個件或分離的可孤立的件或部分，可孤立的件或部分一起形成蓮噴頭組件600。例如，蓮噴頭板602、內環604和外環606可以是一起形成蓮噴頭組件600的一個件、兩個件或多個件。在一些實施例中，蓮噴頭組件600、蓮噴頭板602、內環604和/或外環606可以單獨地各包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金、電鍍鋁金屬、鋼、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或HASTELLOY? )、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。在一個實施例中，蓮噴頭組件600和/或蓮噴頭板602單獨地包含或由鋁或鋁合金形成。在一些示例中，鋁合金含有鎂和硅，如鋁6061。
[0062]在代替實施例中，蓮噴頭組件600和/或蓮噴頭板602可以包含以下材料或由此形成，該材料例如石英、陶瓷、熔凝石英、藍寶石、熱解亞硝酸硼(PBN)材料、玻璃、硅酸鹽材料、硅土材料、氧化鋁材料、氧化鋯材料、及其合金、衍生物或化合物。在一個實施例中，蓮噴頭組件600和/或蓮噴頭板602包含或由石英形成。在一個示例中，上表面610和下表面612可以被表面粗糙(例如，機械加工)到具有至少約300微英寸或更大的平均粗糙度(Ra)。
[0063]在一個實施例中，蓮噴頭組件600具有朝向外邊緣徑向延伸的增大的孔密度。蓮噴頭板602的上表面610接收用于通過孔620分配到處理區域中的處理氣體或等離子體。孔620從上表面610到下表面612通過蓮噴頭板602，并且提供從其中通過的流體相通。孔620可以具有不同的尺寸，并且在整個上表面610和下表面612上以多種形式被包含。多個孔620的每個孔可以具有從約0.05英寸至約0.16英寸范圍內的直徑，優選地，從約0.07英寸至約0.14英寸,更優選地,從約0.08英寸至約0.13英寸。在一個實施例中，蓮噴頭板602具有至少約300個孔，例如從約320個孔至約500個孔。在一個示例中，蓮噴頭板602包含約350個孔。
[0064]在另一個實施例中，蓮噴頭組件600或蓮噴頭板602可以具有多環的孔620并且可以具有直徑不同的孔620，如圖7A-7E所示。蓮噴頭組件600或蓮噴頭板602可以具有15環的孔620 (圖7A-7D)或更少的環，如8環(圖7E)。圖7B示出了徑向朝向蓮噴頭板602的外邊緣延伸的環A-0。徑向朝向蓮噴頭板602的外邊緣，孔620的直徑可以增加，蓮噴頭板602的全部孔密度也一樣。
[0065]在一些實施例中，蓮噴頭組件600或蓮噴頭板602包含與上表面610和下表面612流體相通的第一多個孔620。第一多個孔620位于第一區域內，第一區域從蓮噴頭板602的中心延伸到蓮噴頭板602的半徑的約25%，并且每個孔具有小于0.1英寸的直徑。蓮噴頭組件600包含與上表面610和下表面612流體相通的第二多個孔。第二多個孔620位于第二區域內，第二區域從蓮噴頭板602的半徑的約25%延伸到大約蓮噴頭組件600的外邊緣，并且每個孔具有大于0.1英寸的直徑。在一些示例中，第一多個孔的直徑約0.09英寸或更小。在其它示例中，第二多個孔的直徑約0.11英寸或更大，優選地，約0.12英寸或更大，更優選地，約0.13英寸或更大。
[0066]圖8A-8C示出了用于通過將熱量從沉積室組件轉移來調節溫度的水箱800，沉積室蓋組件例如室蓋組件1400或1500。水箱800可被布置在蓮噴頭組件600的頂部上。水箱800包括通過體802的中心通道，例如開口 820。體802的內側上表面803和外側上表面都環繞開口 820。水箱800的下表面806面向室蓋組件1400內的蓮噴頭組件600。開口820適于接收可以位于突出部分表面814上的入口管道組件100。水箱800可以包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金(例如鋁鎂硅合金，如鋁6061)、電鍍鋁金屬、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或HASTELLOY?)、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。在一個示例中，水箱800可以包含或由鋁或鋁合金形成。
[0067]水箱800將熱量從室蓋組件1400或1500轉移，例如從蓮噴頭組件600。水箱800的內側上表面803包含與通道830流體相通的入口 810和出口 812。在沉積過程中，初始溫度下的流體通過入口 810被給到水箱800中。流體在沿通道830前進的同時吸收熱量。較高溫度的流體通過出口 812從水箱800中轉移。
[0068]流體可以是液態、氣態或超臨界的狀態，并且可以以及時的方式吸收和發散熱量。水箱800中所用的液體包括水、油、酒精、乙二醇、乙二醇醚、其它有機溶劑、超臨界流體(例如，C02)、其衍生物或其混合物。氣體可以包括氮氣、氬氣、空氣、氫氟烴化合物(HFC)或其組合。優選地，向水箱800提供水或水/酒精混合物。
[0069]A 口噴嘴811可以外加入口 810并與其流體相通，出口噴嘴813可以外加出口 812并與其流體相通，如圖14所示。入口 810可以適于接收入口噴嘴811，入口噴嘴811連接到與流體源流體相通的線路(例如，軟管)。類似地，出口 812可以適于接收出口噴嘴813，出口噴嘴813連接到與流體返回流體相通的線路。流體源和流體返回可以是本身的冷卻系統或獨立的冷卻系統。流體線路可以是管、軟管或導管。
[0070]在一個實施例中，流體在約-200C至約400C的溫度范圍內被給到800中，優選地，從約0°C至約20°C。溫度、流速和流體成分可以相應地被調節以在將水箱800保持在預定溫度的同時從包括蓮噴頭組件600的室蓋組件1400轉移適當量的熱量。水箱800可以被保持在約(TC至約100°C的范圍內的預定溫度，優選地，從約18°C至約65°C，更優選地，從約20°C至約50°C。在代替實施例中，通道830可以具有各種不同的幾何并且可以用于維持預定的溫度。通道830可以包括局部環、單環、多環或在周圍含有分支或支線。
[0071]圖9A-9D示出了本文實施例中使用的抽吸環900。抽吸環900包含上環902、中環904和下環906。抽吸環900的上表面912是上環902的外表面，抽吸環900的下表面914是下環906的外表面。抽吸環900包括中心通道，例如開口 920，從其中延伸通過并由側壁908包圍。上環902、中環904和下環906環繞開口 920。抽吸環900還包括布置在中環904和下環906之間的開口 922。
[0072]抽吸環900包含上環902和中環904之間的多個孔910。孔910從開口 920并通過側壁908和抽吸環900提供流體相通。抽吸環900可以包含約50個孔至約100個孔，例如約72個孔。孔910可以具有約0.1英寸至約0.5英寸范圍內的直徑，優選地，0.25英寸至約0.40英寸。抽吸環900包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金(例如鋁鎂硅合金，如鋁6061)、電鍍鋁金屬、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或HASTELLOY?)、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。
[0073]圖10A-10B和圖1lB示出了含有外罩環950的抽吸環組件940，外罩環950環繞抽吸環900，如本文的一些實施例所描述。通道952形成在抽吸環組件940內，在抽吸環900和外罩環950之間，并且通過孔910與開口 920流體相通。外罩環950可以包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金(例如鋁鎂硅合金，如鋁6061)、電鍍鋁金屬、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或HASTELLOY?)、鍍鎳招、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。
[0074]圖1lA示出了室體組件1100，圖1lB示出了室體組件1150，兩者都可以被包含在室蓋組件1400和1500中，如本文的實施例所描述。如在一個實施例中所描述，圖1lA示出了室體組件1100內的室體990。室體組件1100包含邊緣環980，包圍或環繞基底支撐960。基底支撐960包含加熱器962，可以用于加熱基底支撐960、設置在其上的基底和周圍的處理區域。在另一個實施例中，室體組件1150還包含抽吸環組件940,抽吸環組件940包括包圍或環繞抽吸環900的外罩環950，如圖1lB所示。
[0075]圖12A-12B示出了室蓋板1000，如本文中一些實施例描述的。室蓋板1000的上表面1004在圖12A中示出，而室蓋板1000的下表面1006在圖12B中示出。蓮噴頭組件600或其它噴頭可以設置在室蓋板1000的開口 1020內，如圖14-16A所示。室蓋板1000可以包含金屬或由此形成，該金屬例如鋁、鋁合金(例如鋁鎂硅合金，如鋁6061)、電鍍鋁金屬、不銹鋼、鎳、鎳合金(例如INCONEL?或HASTELLOY?)、鍍鎳鋁、鍍鎳金屬、鉻、鐵、及其合金、衍生物或化合物。
[0076]圖13A-13E示出了氣體管道組件1300，氣體管道組件1300可以包含在室蓋組件1400和1500內如本文中一些實施例描述的。氣體管道組件1300包含至少一個氣體導管，但是實際包含兩個、三個或更多的氣體導管。圖13A-13E示出了延伸通過氣體管道組件1300的管道外殼1308的氣體導管1302和1304。氣體導管1302從入口 1310通過管道外殼1308延伸到出口板1314處的出口 1312。氣體導管1304從入口 1320通過管道外殼1308延伸到出口板1314處的出口 1322。入口 1310可以外加包含第一化學先驅物的第一先驅源并與其流體相通，而入口 1320可以外加包含第二化學先驅物的第二先驅源并與其流體相通。
[0077]在一個實施例中，圖14和16A示意地示出含有遠程等離子體系統(RPS)1405的室蓋組件1400，遠程等離子體系統1405位于入口管道組件100上并與中心通道150流體相通。中心通道150的下入口管道130包含注入孔136和注入孔138，注入孔136和138延伸通過下入口管道130的側壁139并提供環形通道140和中心通道150之間的流體相通。在一些實施例中，注入孔136可以直接朝向或基本上朝向延伸通過中心通道150的中間的中心軸152。注入孔138相切地朝向或基本上相切地朝向中心通道150的側壁151。如圖16B示出了室蓋組件1400上方的蓋組件封蓋1406。
[0078]在另一個實施例中，圖15示意地示出含有RPS1405的室蓋組件1500，RPS1405位于入口管道組件500b上并與中心通道550流體相通。中心通道550的上入口管道510包含注入孔536和注入孔538，注入孔536和538提供環形通道540和中心通道550之間的流體相通。在一些實施例中，注入孔536可以直接朝向或基本上朝向延伸通過中心通道550的中間的中心軸552。注入孔538相切地朝向或基本上相切地朝向中心通道550的側壁551。
[0079]可以與室蓋組件1400和1500結合使用的等離子體系統和室體組件是TXZ.N CVD，可以從位于 Santa Clara, California 的 Applied Materials, Inc.獲得的
室。等離子體系統、ALD室和沉積室的進一步的公開在共同指定的美國專利5，846，332、6，079，356和6，106，625中描述，在此通過全文引用引入，以對等離子體發生器、等離子體室、ALD室體、基底支撐或底座、以及室內襯提供進一步的公開。
[0080]在另一個實施例中，圖17示出了 ALD室組件1700，包含裝有RPS1405的室蓋組件1400。圖18A-18B示出了氣體凈化組件1800，可以與含有室蓋組件1400的ALD室組件1700 一起使用。氣體凈化組件1800包含真空泵系統1810，真空泵系統1810包含多個閥組件 1830。
[0081]氣體源(未示出)通過導管系統向室蓋組件1400或1500與/或ALD室組件1700提供先驅氣體、運載氣體或凈化氣體。在一個實施例中，氣體源可以外加氣體管道組件1300并與其流體相通。氣體源可以直接或間接連接到化學物供應或氣體供應。化學物或氣體供應包括罐、安瓿、水浴蒸餾瓶或用于存儲、傳遞或形成化學先驅物的另一種容器。化學物或氣體供應還可以來自自帶源。連接到控制單元1750的閥組件1720和1722以及閥組件1730對從氣體源至氣體管道組件1300的氣流進行了適當的控制和調節。氣體管道組件1300將處理氣體引入ALD室組件1700并可以選擇地被加熱以防止氣體管道組件1300的導管或線路內任何氣體的體積縮小。
[0082]每個閥組件1720和1722可以具有隔膜和閥座。隔膜分別可以偏置打開或關閉，并可以被激勵而關閉或打開。隔膜可以由空氣作用被激勵或由電作用被激勵。由空氣作用被激勵的閥的示例可以從Fujikin和Veriflow獲得，由電作用被激勵的閥的示例可以從Fujikin獲得。控制單元1750可以連接到閥組件1720和1722以控制閥的隔膜的激勵。由空氣作用被激勵的閥可以以低至約0.020秒的時間周期提供氣體脈沖。由電作用被激勵的閥可以以低至約0.005秒的時間周期提供氣體脈沖。一般地，由空氣作用和由電作用被激勵的閥可以以高至約3秒的時間周期提供氣體脈沖。盡管用于氣體脈沖的更高的時間周期是可以的，典型的ALD過程使用ALD閥以產生氣體脈沖，同時ALD閥被打開約5秒或更少的時間間隔，優選地約3秒或更少，更優選地，約2秒或更少。在一個實施例中，ALD閥在約0.005秒至約3秒范圍內時間間隔進行脈沖，優選地從約0.02秒至約2秒，更優選地，從約
0.05秒至約I秒。由電作用被激勵的閥一般需要使用連接在閥和控制單元1750之間的驅動器。在另一個實施例中，每個閥組件1720和1722可以包含質量流量控制計(MFC)以控制氣體的散布、氣體流速和其它與ALD脈沖序列相關的。
[0083]ALD設備內的先驅物或氣體傳遞系統用于存儲和分配化學先驅物、載體氣體、凈化氣體或其組合。傳遞系統可以包括閥(例如，ALD閥或MFC)、導管、蓄液器、安瓿和水浴瓶、加熱與/或控制單元系統，可以與氣體管道組件1300、室蓋組件1400或1500、ALD室組件1700、與/或處理系統1900 —起使用。在一個示例中，傳遞系統可以包含連接到控制單元1750的閥組件1720和1722以及氣體源。用于ALD處理系統的傳遞系統在共同指定的2005年5月12日遞交并公開為US2005-0271812的美國N0.11/127，753,2005年4月29日遞交并公開為US2005-0252449的現被放棄的美國Νο.11/119，388、2002年10月25日遞交并公開為US2003-0121608的美國N0.10/281, 079和2003年11月3日遞交并公開為US2005-009859的現被放棄的美國N0.10/700, 328中被描述，通過引用引入其全部內容。 [0084]例如程序化的個人計算機、網站計算機等的控制單元1750可以連接到ALD室組件1700以控制處理條件。例如，控制單元1750可以配置為在基底處理順序的不同階段中通過閥組件1720和1722控制來自氣體源的各種處理氣體和凈化氣體的流動。示意地，控制單元1750包括中央處理單元(CPU)、支撐電路和含有相關控制軟件的存儲器。
[0085]軟件程序按照需要可以被存儲在存儲器中或被位于遠程的源(例如，計算機或服務器)執行。軟件程序被執行以開始程序處方或順序。軟件程序在被執行時將一般用途的計算機轉化為在室處理期間控室操作的具體處理計算機。例如，軟件程序可以用于在根據本文的實施例的處理順序的執行期間通過閥組件1720和1722精確地控制氣源的激勵。或者，軟件程序可以在硬件中被執行，作為應用具體電路或其它種硬件執行或軟件或硬件的
[0086]控制單元1750可以是一般用途計算機處理器的任意形式，可以用在用于控制各種室和子處理器的工業背景中。CPU可以使用任意適當的存儲器，例如隨機存取存儲器、只讀存儲器、軟磁盤機、緊致盤驅動、硬盤或本地或遠程的其它任意形式的數字存儲器。各種支持電路可以連接到CPU，用于支持ALD室組件1700。控制單元1750可以連接到鄰近單獨的室組件的另一個控制器，例如閥組件1720和1722的可編程邏輯控制器。控制單元1750和ALD室組件1700的各種其它組件之間雙向通信通過共同稱為信號總線的眾多信號電纜被處理。除了對來自氣體源的處理氣體和凈化氣體的控制，閥組件1720和1722以及任意可編程邏輯控制器、控制單元1750可以配置為用于對制造過程期間的其它行為進行自動控制。控制單元1750、真空泵系統1810和支持控制器(包括溫度監控和對起模頂桿的控制(未示出))可以與用于RPS1405的等離子體發生器控制器連接并對其進行控制。
[0087]圖19示出了含有用于將材料沉積和移到基底上的各種沉積室的處理系統1900。在一個示例中，處理系統1900包含兩個沉積室1940和1942，例如配置為形態氮化鈦的ALD室，如本文中所述。在一些實施例中，載荷鎖1912a和1912b可以位于界面1914上。處理系統1900包含位于平臺1902上的轉移機器人1910a、1910b。沉積室1916a、1916b、1920、1922、1924、1926、1930、1940和1942可以放置在平臺1902的周邊周圍并與平臺1902連接。
[0088]在幾個示例中，沉積室1916a和1916b每個獨立地可以是加熱室或退火室，沉積室1920和1922每個獨立地可以是抽氣室、真空室或退火室，沉積室1924和1926每個獨立地可以是預清洗室、等離子體室、升華室或退火室(例如，SICONI11預清洗室)。沉積室1930、1940和/或1942每個獨立地可以是例如CVD、ALD或PVD室的沉積室。在一個示例中，沉積室1930可以是BSIPe Ti室并用于沉積含鈦材料(例如，金屬鈦、氮化鈦或其它鈦合金)。在
另一個示例中，沉積室1940和1942每個獨立地可以是TXZg AUD-TiN室并用于在ALD
過程中沉積含鈦材料(例如，金屬鈦、氮化鈦或其它鈦合金)。
[0089]氮化鈦PE-ALD討稈
[0090]本發明的實施例提供了用于通過氣相沉積過程在基底上沉積各種材料(例如，氮化鈦)的方法，例如原子層沉積(ALD)或等離子體增強ALD (PE-ALD)0在一個方面中，過程具有很小的初始延遲或沒有初始延遲，并且在形成鈦材料(例如金屬鈦、氮化鈦、氮化硅鈦或其衍生物)的同時保持快速的沉積率。
[0091]在一個實施例中，可以與本文中描述的PE-ALD過程一起使用的鈦先驅物包括四(二甲氨基)鈦(TDMAT)，四(二胺基乙酯)鈦(TDEAT)、四氯化鈦(TiCI4)及其衍生物。本文描述的PE-ALD過程包括將具有氮先驅物和氮等離子體或其它離子化的反應等離子體的基底順序地暴露。
[0092]在一個示例中，含有TDMAT的處理氣體從注入孔136和138通過環形通道140被脈沖到入口 122中，并且進入中心通道150中，氮等離子體從入口 120相繼地從RPS脈沖到中心通道150中。含有TDMAT的處理氣體和氮等離子體兩者相繼地脈沖到并通過蓮噴頭組件600。其后，基底相繼地暴露到處理氣體和氮等離子體。
[0093]在一個實施例中，氮化鈦材料可以在PE-ALD過程期間形成，PE-ALD過程在提供鈦先驅物和等離子體的連續的脈沖的同時包含恒流的反應物氣體。在另一個實施例中，鈦材料可以在另一個PE-ALD過程期間形成，PE-ALD過程在提供鈦先驅物(例如，TDMAT)和反應物等離子體(例如，氮等離子體)的連續的脈沖。在這兩個實施例中，反應物通常在過程中離子化。PE-ALD過程規定等離子體從沉積室在外部產生，例如通過遠程等離子體發生器(RPS)系統。在PE-ALD過程期間，等離子體可以由微波(MW)頻率發生器或無線電頻率(RF)發生器產生。在另一個實施例中，鈦材料可以在熱ALD過程期間形成，熱ALD過程提供鈦先驅物和反應物的連續脈沖。
[0094]室蓋組件1400或1500可以在本文實施例描述的ALD過程中使用并可以外加本文描述的各種ALD室體。其它ALD室也可以在本文描述的一些實施例中使用，并且可以從位于Santa Clara的Applied Materials, Inc.獲得。對ALD室的詳細描述可以在共同指定的美國專利N0.6，916，398和6，878，206以及共同指定的2002年10月25日遞交并公開為US 2003-0121608的美國N0.10/281, 079中得到，通過全文引用包含于此。在另一個實施例中，配置為在ALD模式以及傳統CVD模式兩者下操作的室可以用于沉積鈦材料，如共同指定的美國專利N0.7，204, 886中描述的，通過全文引用包含于此。
[0095]在一些實施例中，在本文描述的幾個ALD過程期間，沉積室可以在約0.0lTorr至約80Torr范圍內的壓力下被加壓，優選地從約0.1Torr至約IOTorr,更優選地，從約
0.5Torr至約2T0rr。并且，在本文描述的幾個ALD過程期間，室或基底可以被加熱到低于約500°C的溫度，優選地，約400°C或更低，例如在約200°C至約400°C的范圍內，更優選地，從約340°C至約370°C，例如約360°C。在PE-ALD過程期間，等離子體可以被外部源激發，例如遠程等離子體發生器或遠程等離子體系統(RPS)。等離子體可以由微波(MW)發生器或無線電頻率(RF)發生器產生。例如，等離子體發生器可以被設定為具有約I千瓦(kW)至約40kff范圍內的功率輸出，優選地，從約2kW至約20kW，更優選地，從4kW至約10kW。
[0096]基底例如可以是具有互相連接形式的硅基底，互相連接形式由其上形成的一個或多個電介質材料層限定。在一個示例中，基底上包含粘接層，而在另一個示例中，基底包含電介質表面。沉積室例如調節溫度和壓力，受到調節以提高基底上處理氣體的吸收來方便鈦先驅物和反應物氣體的反應。
[0097]在一個實施例中，在整個ALD周期中基底均可以暴露到試劑氣體。基底可以暴露到鈦先驅物氣體，使載體氣體(例如，氮或氬)通過鈦先驅物安瓿來形成鈦先驅物氣體。安瓿可以根據處理期間使用的鈦先驅物被加熱。在一個示例中，含有TDMAT的安瓿可以被加熱到約25°C至約80°C的范圍內。鈦先驅物氣體通常具有約IOOseem至約2，OOOseem范圍內的流速，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。鈦先驅物氣體和反應物氣體可以結合以形成沉積氣體。反應物氣體通常具有約IOOseem至約3，OOOseem的流速,優選地，從約200seem至約2，OOOseem,更優選地，從約500seem至約1，500seem。在一個示例中，氮等離子體用作為具有約1，500seem的流速的反應物氣體。基底可以被暴露到鈦先驅物氣體或含有鈦先驅物和反應物氣體的沉積氣體達約
0.1秒至約8秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。一旦鈦先驅物層被吸收在基底上，鈦先驅物氣體的流動可以停止。鈦先驅物層可以是不連續的層、連續的層或甚至多層。
[0098]基底和室在鈦先驅物氣體的流動停止后可以被暴露到凈化步驟。反應物氣體的流速在凈化步驟期間可以被保持或從之前的步驟進行調節。優選地，反應物氣體的流動從之后的步驟被保持。可選地，凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的流速被引入沉積室中，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。凈化步驟將沉積室內的過量的鈦先驅物和其它污染物移出。凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。運載氣體、凈化氣體和處理氣體可以包含氮、氫、氨、氬、氖、氦或其組合。在優選實施例中，運載氣體包含氮。
[0099]以下，反應物氣體的流動可以在激發等離子之前被調節或被保持。基底可以被暴露到等離子體達從約0.1秒至約20秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約10秒，更優選地，從約2秒至約8秒。以下，等離子體激勵被關閉。在一個示例中，反應物可以是氨、氮、氫或其組合以形成氨等離子體、氮等離子體、氫等離子體或組合等離子體。反應物等離子體與基底上吸收的鈦先驅物反應以在其上形成鈦材料。在一個示例中，反應物等離子體用作為還原劑以形成金屬鈦。然而，可以使用各種反應物以形成具有很寬的組成范圍的鈦材料。在一個示例中，含硼的還原化合物(例如，乙硼烷)被用于形成含有硼化物的鈦材料。在另一個示例中，含硅的還原化合物(例如，硅烷)被用于形成含有硅酸鹽的鈦材料。
[0100]沉積室被暴露到第二凈化步驟，以移除之前的步驟中過量的先驅物或污染物。反應物氣體的流速在凈化步驟期間可以被保持或從之前的步驟進行調節。優選的凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的流速被引入沉積室中，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。第二凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。
[0101]ALD周期可以被重復，直到在基底上沉積預定厚度的鈦材料。鈦材料可以被沉積為具有小于丨,OOOA厚度,優選地,小于500人，更優選地，從約10 A至約100 A,,例如約30 本文描述的過程可以以至少0.15 A /周期的速度沉積鈦材料，優選地，至少
0.25人/周期,更優選地,至少0.35 A /周期或更快。在另一個實施例中，本文描述的過程克服了現有技術關于成核現象延遲的缺陷。在許多(如果不是大多數)沉積鈦材料的實驗中沒有可檢測的成核現象延遲。
[0102]在另一個實施例中，鈦材料可以在另一個PE-ALD過程期間形成，該PE-ALD過程將基底連續地暴露到鈦先驅物和活性反應物(例如，反應物等離子體)脈沖。在這里，基底可以暴露到通過使載氣通過包含鈦先驅物的安瓿而形成的鈦先驅物氣體。鈦先驅物氣體通常具有約IOOseem至約2，OOOseem范圍內的流速,優選地,從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。基底可以被暴露到鈦先驅物氣體或含有鈦先驅物和反應物氣體的沉積氣體達約0.1秒至約8秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。一旦鈦先驅物層被吸收在基底上，鈦先驅物氣體的流動可以停止。鈦先驅物層可以是不連續的層、連續的層或甚至多層。
[0103]隨后，基底和室被暴露到凈化步驟。可以使凈化氣體在凈化步驟期間進入沉積室。一方面，凈化氣體是反應物氣體，例如氨、氮或氫。另一方面，凈化氣體可以不同于反應物氣體。例如，反應物氣體可以是氨，凈化氣體可以是氮、氫或氬。凈化氣體可以具有約IOOseem至約2，OOOseem的范圍內的流速，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem，例如約500seem。凈化步驟將沉積室內的過量的鈦先驅物和其它污染物移出。凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。運載氣體、凈化氣體和處理氣體可以包含氮、氫、氨、氬、氖、氦或其組合。
[0104]基底和其上吸收的鈦先驅物可以在ALD過程的下一個步驟被暴露到反應物氣體。可選地，可以在反應物氣體進行沉積室的同時給予運載氣體。反應物氣體可以被激勵以形成等離子體。反應物氣體通常具有約IOOseem至約3，OOOseem的流速,優選地,從約200seem至約2，OOOseem,更優選地,從約500seem至約1，500seem。在一個示例中，氨用作為具有約1，500seem的流速的反應物氣體。基底可以被暴露到等離子體達約0.1秒至約20秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約10秒，更優選地，從約2秒至約8秒。以下，等離子體激勵被關閉。在一個示例中，反應物可以是氨、氮、氫或其組合，而等離子體可以是氨等離子體、氮等離子體、氫等離子體或組合。反應物等離子體與基底上吸收的鈦先驅物反應以在其上形成鈦材料。優選地，反應物等離子體用作為還原劑以形成金屬鈦。然而，可以使用各種反應物以形成具有很寬的組成范圍的鈦材料，如本文所述。
[0105]沉積室可以被暴露到第二凈化步驟，以從沉積室移除過量的先驅物或污染物。如果反應物氣體被用作為凈化氣體，反應物氣流可以在之前的步驟停止并在凈化步驟期間開始。或者，可以使與反應物氣體不同的凈化氣體進入沉積室。反應物氣體或凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的范圍內的流速,優選地,從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。第二凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。
[0106]ALD周期可以被重復，直到在基底上沉積預定厚度的鈦材料。鈦材料可以被沉
積為具有小于1,000A厚度，優選地，小于500 A,更優選地，從約10 A至約100 A5,例如約30 A。本文描述的過程可以以至少0.15 A /周期的速度沉積鈦材料，優選地，至少
0.25 A /周期，更優選地，至少0.35 A /周期或更快。在另一個實施例中，本文描述的過
程克服了現有技術關于成核現象延遲的缺陷。在許多(如果不是大多數)沉積鈦材料的實驗中沒有可檢測的成核現象延遲。
[0107]在熱ALD過程和PE-ALD過程期間鈦先驅物和反應物可以被連續地引入沉積室中。由本文的過程形成的鈦材料包括金屬鈦、氮化鈦、氮化硅鈦或其衍生物。用于形成鈦材料的適當的反應物可以是氮先驅物或還原氣體并且包括氮(例如,N2或原子N)、氫(例如,H2或原子 H)、氨(NH3),、肼(N2H4)、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4Hi0)、二甲基甲硅烷(SiC2H8)、甲基硅烷(SiCH6)、乙基硅烷(SiC2H8)、氯代硅烷(ClSiH3)、二氯代硅烷(Cl2SiH2)、六氯代硅烷(Si2Cl6)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、三乙硼燒(Et3B)、其衍生物、其等離子體或其組合。
[0108]鈦先驅物的脈沖的時間間隔根據一些因素改變，例如所采用的沉積室、與其連接的真空系統的容量以及ALD過程期間使用的反應物的揮發性/反應性。例如，(I)大體積沉積室可能導致更長的時間以穩定處理條件，例如載體/凈化氣流和溫度，需要更長的脈沖時間；(2)處理氣體更低的流速也可能導致更長的時間以穩定處理條件，需要更長脈沖時間；以及(3)處理氣體更快地從沉積室排出的更低的室壓力裝置，需要更長脈沖時間。一般地，處理條件被有利地選擇使得鈦先驅物的脈沖提供足夠量的先驅物使得至少單層鈦先驅物在基底上被吸收。以后，留在室中的過量的鈦先驅物可以結合真空系統通過恒量的運載氣流從沉積室移出。
[0109]鈦先驅物和反應物氣體的脈沖的每個的時間間隔具有相同的持續時間。S卩，鈦先驅物的脈沖的持續時間可以與反應物氣體的脈沖的持續時間一致。對于這樣的實施例，鈦先驅物(例如，TDMAT)的脈沖的時間間隔(T1)等于反應物氣體(例如，氮等離子體)的脈沖的時間間隔(T2)。
[0110]或者，鈦先驅物和反應物氣體的脈沖的每個的時間間隔具有不同的持續時間。即，鈦先驅物的脈沖的持續時間可以比反應物氣體的脈沖的持續時間更短或更長。對于這樣的實施例，鈦先驅物的脈沖的時間間隔(T1)不同于反應物氣體的脈沖的時間間隔(T2)。
[0111]此外，鈦先驅物和反應物氣體的脈沖的每個之間的非脈沖時段具有相同的持續時間。即，鈦先驅物的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間可以與反應物氣體的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間一致。對于這樣的實施例，鈦先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)等于反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)。在非脈沖的時間段中，僅恒定的運載氣流被提供到沉積室。
[0112]或者，鈦先驅物和反應物氣體的脈沖的每個之間的非脈沖時段具有不同的持續時間。即，鈦先驅物的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間可以比反應物氣體的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間更短或更長。對于這樣的實施例，鈦先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)不同于反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)。在非脈沖的時間段中，僅恒定的運載氣流被提供到沉積室。
[0113]此外，鈦先驅物、反應物氣體的脈沖的每個以其之間的非脈沖時段的時間間隔對于每個沉積周期具有相同的持續時間。對于這樣的實施例，鈦先驅物的時間間隔(T1)、反應物氣體的時間間隔(T2)、鈦先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)、反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)的每個對于每個沉積周期具有相同的值。例如，在第一沉積周期(C1)中的鈦先驅物的脈沖的時間間隔(T1)具有與隨后的沉積周期(C2...Cn)中的鈦先驅物的脈沖的時間間隔(T1)相同的持續時間。類似地，在第一沉積周期(C1)中的反應物氣體的每個脈沖以及鈦先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間分別與隨后的沉積周期(c2...Cn)中的反應物氣體的每個脈沖以及鈦先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間相同。
[0114]或者，鈦先驅物、反應物氣體的至少一個脈沖以其之間的非脈沖時段的時間間隔對于鈦材料沉積過程的一個或多個沉積周期具有不同的持續時間。對于這樣的實施例，一個或多個鈦先驅物的脈沖的時間間隔(Ti)、反應物氣體的脈沖的時間間隔(T2)、鈦先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)、反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)的每個對于鈦材料沉積過程的一個或多個沉積周期具有不同的值。例如，在第一沉積周期(C1)中的鈦先驅物的脈沖的時間間隔(T1)比隨后的沉積周期(C2...Cn)中的鈦先驅物的脈沖的一個或多個時間間隔(T1)更短或更長。類似地，在第一沉積周期(C1)中的反應物氣體的每個脈沖以及鈦先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間可以與隨后的沉積周期(c2...Cn)中的反應物氣體的每個脈沖以及鈦先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間相同或不同。
[0115]在一些實施例中，恒定的運載氣體或凈化氣體可以被提供到沉積室，沉積室被脈沖和非脈沖的交替的周期調制，其中脈沖的周期在與載體/凈化氣流一起的鈦先驅物和反應物氣體之間交替，同時非脈沖的周期僅包括載體/凈化氣流。
[0116]如本文所述的PE-ALD室可以用于形成許多材料，包括:鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、釕、鎢、氮化鎢、釕、鈷、鉿、其硅酸鹽、其氧化物、其衍生物、其組合、及其它材料。
[0117]在一個示例中，銅籽晶(seed)層可以通過CVD過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過ECP過程體銅被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，銅籽晶層可以通過PVD過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過ECP過程體銅被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，銅籽晶層可以通過無電鍍的過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過ECP過程體銅被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，通過ECP過程或無電鍍過程體銅充填直接沉積到用作為銅籽晶層的氮化鈦材料。
[0118]在另一個示例中，鎢籽晶層可以通過PE-ALD過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過CVD過程或脈沖CVD過程體鎢被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，鎢籽晶層可以通過PVD過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過CVD過程或脈沖CVD過程體鎢被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，鎢籽晶層可以通過PE-ALD過程形成在氮化鈦材料上，并且之后通過ECP過程體鎢被沉積以對互連進行充填。在另一個示例中，通過CVD過程或脈沖CVD過程體鎢充填直接沉積到用作為籽晶層的氮化鈦材料。[0119]幾個綜合順序被執行以在互聯內形成氮化鈦材料。在一個示例中，后來的步驟如下:a)對基底進行預清潔；b)沉積阻擋層(例如，TiN的ALD) ；c)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)在用ECP對體銅進行沉積后通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)沉積阻擋層(例如，TiN的PE-ALD) ；b)沖壓穿過的步驟；c)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)在用ECP對體銅進行沉積后通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)通過PE-ALD沉積氮化鈦；b)沖壓穿過的步驟；c)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)在用無電鍍、ECP或PVD對體銅進行沉積后通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)通過PE-ALD沉積氮化鈦山)沖壓穿過的步驟；c)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)通過無電鍍或ECP對銅進行沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)對基底進行預清潔；b)通過PE-ALD沉積氮化鈦；c)在用ECP對體銅進行沉積后通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)沉積阻擋層(例如，TiN的PE-ALD) ；b)通過PE-ALD沉積氮化鈦；c)沖壓穿過的步驟；d)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及e)在用ECP對體銅進行沉積后通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積。在另一個示例中，后來的步驟如下:a)沉積阻擋層(例如，TiN的PE-ALD) ；b)沖壓穿過的步驟；c)沖壓穿過的步驟(例如，TiN的PE-ALD) ；d)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)通過無電鍍、ECP或PVD進行銅籽晶的沉積；以及e)用ECP對體銅進行沉積。在一個示例中，后來的步驟如下:a)對基底進行預清潔；b)沉積阻擋層(例如，TiN的ALD) ；c)通過PE-ALD沉積氮化鈦；以及d)用ECP對體銅進行沉積。
[0120]在一些實施例中，由本文描述的PE-ALD過程形成的氮化鈦材料具有很少或沒有氯的濃度或雜質。在一個示例中，鈦先驅物氣體含有TDMAT并且氮等離子體由氮(N2)形成。基底可以被加熱到從約340°C至約370°C范圍內的溫度。等離子體可以以約4kW至約IOkW范圍內的功率被施加。氮氣可以具有從約200seem至約2，OOOseem范圍內的流速。沉積室的內部壓力可以在從約500mTorr至約2Torr的范圍內。
[0121 ] 預清潔步驟包括清潔或凈化過孔的方法，例如將過孔的底部處的剩余物(例如，碳)移去或將銅氧化物還原為銅金屬。沖壓穿過的步驟包括將材料(例如，阻擋層)從過孔的底部移除以暴露導體層，例如銅。沖壓穿過的步驟的進一步的公開在共同指定的美國專利N0.6,498,091中更詳細地描述，在此通過引用引入其全文。沖壓穿過的步驟可以在沉積室中進行，例如阻擋室或凈化室。在本發明的實施例中，凈化步驟和沖壓穿過的步驟可以用于氮化鈦阻擋層。對整體結合的方法的進一步公開在共同指定的美國專利N0.7，049，226中更詳細地描述，在此通過弓I用引入其全文。
[0122]本文所述的在PE-ALD過程期間形成的氮化鈦材料一般具有小于約2，000 μ Ω -cm的薄層電阻，優選地小于約1,000 μ Ω-cm,更優選地,小于約500 μ Ω-cm。
[0123]本文使用的“基底表面”指的是形成在基底(加工過程中在其上執行膜處理)上的任意的基底或材料表面。例如，其上可以執行處理的基底表面包括以下材料，例如硅、二氧化碳、應變硅、絕緣體上硅(SOI)、碳摻雜二氧化碳、氮化硅、摻雜硅、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石和根據應用的其它的材料，如金屬、金屬氮化物、金屬合金及其它的導體金屬。阻擋層、基底表面上的金屬或金屬氮化物包括鈦、氮化鈦、氮化鎢、鉭、氮化鉭，其硅酸鹽、其衍生物或其組合物。基底可以具有不同尺寸，例如200mm或300mm直徑的硅片，以及矩形或正方形。除非另外說明，本文描述的實施例和示例優選地在200mm直徑或300mm直徑的基底上進行，更優選地，300mm的直徑。本文描述的一些實施例的過程可以用于在許多基底和表面上沉積氮化鈦和其它鈦材料(例如，金屬鈦或鈦氮化硅)。本發明的實施例在其上有用的基底包括但不限于半導體硅片，例如晶體硅(例如Si〈 100>或Si〈 111>)、二氧化碳、應變硅、鍺化硅、摻雜或不摻雜的多晶硅、摻雜或不摻雜的硅晶片及圖案化或非圖案化的硅片。基底可以暴露到預處理過程以拋光、刻蝕、還原、氧化、羥化、退火與/或烘烤基底表面。[0124]本文使用的“原子層沉積(ALD)”或“循環沉積”指的是連續地引入兩種或以上的反應成分以在基底表面上沉積一層材料。兩種、三種或更多的反應成分可以被選擇地引入沉積室的反應區域或處理區域。反應成分可以是以下狀態:氣體、等離子體、蒸氣、液體或對于氣相沉積過程有用的其它狀態。通常，各反應成分被分開達一定時間延遲以允許每種成分粘附并/或在基底表面上反應。在一個方面，第一先驅物或成分A被脈沖到反應區域后有第一時間延遲。接下來，第二先驅物或成分B被脈沖到反應區域后有第二時間延遲。成分A和成分B反應以形成沉積材料。在每個時間延遲期間，凈化氣體被引入沉積室以對反應區域進行凈化，或從反應區域移除任何殘留反應物或副產物。或者，凈化氣體可以連續地通過沉積過程，使得反應化合物的脈沖間時間延遲期間僅流過凈化氣體。反應化合物被交替地脈沖，直到沉積材料的理想的膜厚被形成在基底表面上。在任何情形下，脈沖成分A、凈化氣體以及脈沖成分B、凈化氣體的ALD過程是一個周期。周期可以從成分A或成分B開始并持續周期的各順序，直到獲得具有理想厚度的膜。在另一個實施例中，含有成分A的第一先驅物、含有成分B的第二先驅物和集成成分C的第三先驅物每個分別被脈沖到沉積室中。或者，第一先驅物的脈沖可以在時間上與第二先驅物的脈沖重疊，同時第三先驅物的脈沖在時間上不與第一先驅物或第二先驅物的脈沖重疊。
[0125]本文使用的“處理氣體”指的是一種氣體、多種氣體、含有等離子體的氣體、氣體與/或等離子體的組合。處理氣體可以包含用于氣相沉積過程的至少一種反應物化合物。反應化合物或反應物在氣相沉積過程中可以是以下狀態:氣體、等離子體、蒸氣或液體。并且，過程可以包含凈化氣體或運載氣體并不包含反應化合物。
[0126]其它ALD討稈
[0127]本發明的實施例提供了用于通過利用本文描述的PE-ALD室和過程用熱ALD過程或PE-ALD過程在基底上沉積各種材料(例如，含鉭或鎢的材料)的方法。在一個示例中，通過在PE-ALD過程中將基底連續地暴露到鉭先驅物和等離子體使氮化鉭被沉積。在另一個示例中，通過在PE-ALD過程中將基底連續地暴露到鎢先驅物和等離子體使氮化鎢被沉積。在其它示例中，通過在PE-ALD過程中將基底連續地暴露到鉭先驅物或鎢先驅物和等離子體使金屬鉭和金屬鎢被沉積。
[0128]在本文描述的氣相沉積過程中有用的鉭先驅物包括五(二甲氨基)鉭(PDMAT或Ta (Mfe2) 5)、五(乙基甲基氨基)鉭(PEMAT或Ta [N (Et) Me] 5)、五(二乙基氨基)鉭(PDEAT或Ta (NEt2) 5)、乙基酰亞胺基-三(二甲氨基)鉭((EtN) Ta (^e2) 3)、乙基酰亞胺基-三(二乙基氨基)鉭((EtN) Ta (NEt2) 3)、乙基酰亞胺基-三(乙基甲基氨基)鉭((EtN) Ta [N (Et) Me] 3)、叔丁基酰亞氨基-三(二甲氨基)鉭(TBTDMT或(tBuN) Ta(^e2)3)、叔丁基酰亞氨基-三(二乙基氨基)鉭(TBTDET或(tBuN) Ta (NEt2) 3)、叔丁基酰亞氨基-三(乙基甲基氨基)鉭(TBTEAT或(tBuN) Ta [N (Et) Me] 3)、叔戊基酰亞胺基-三(二甲氨基)鉭(TAIMATA 或(tAmylN)Ta(NMe2)3,其中tAmyl是叔戊基基團(C5Hn-或CH3CH2C(CHs)2-X叔戊基酰亞胺基-三(二乙基氨基)鉭(TAIEATA或(tAmylN)Ta(NEt2)3)、叔戊基酰亞胺基-三(乙基甲基氨基)鉭(TAIMATA或(tAmylN) Ta ([N (Et) Me] 3)、五鹵化鉭(例如TaF5或TaCI5)、其衍生物或其組合物。
[0129]在本文描述的氣相沉積過程中有用的鎢先驅物包括二 (叔丁基酰亞胺基)二 (叔丁基氨基)鎢((tBuN)2W(NODtBu)2)、二 (叔丁基酰亞胺基)二 (二甲氨基)鎢((tBuN)2W(NMe2)2)、二 (叔丁基酰亞胺基)二(二乙基氨基)鎢((tBuN) 2ff (NEt2) 2)、二 (叔丁基酰亞胺基)二(乙基甲基氨基)鎢(CBuN)2W(NEtMe)2)、六氟化鎢、其衍生物或其組合物。
[0130]在本文描述的氣相沉積過程中用于形成含金屬的材料的氮先驅物包括氮(例如等離子體、N2或原子N)、氨(NH3)、肼(N2H4)、甲基肼(Me (H)NNH2)、二甲基肼(Me2NNH2或Me⑶NN(H)Me)、叔丁基肼(tBu ODNNH2)、苯肼(C6H5 (H) NNH2)、氮等離子體源(例如 N、N2、N2/H2、NH3或N2H4等離子體)、2，2’-偶氮叔丁烷(tBuNNtBuh疊氮化合物源(例如疊氮乙烷(EtN3)、疊氮三甲基硅烷(Me3SiN3))、其衍生物或其組合物。
[0131]且于形成含金屬的材料的適當的反應物可以是還原氣體并包括氫(例如H2或原子H)、原子N、氨(NH3)、肼(N2H4)、娃燒(SiH4)、乙娃燒(Si2H6)、丙娃燒(Si3H8)、丁娃燒(Si4Hitl)、二甲基甲硅烷(SiC2H8)、甲基硅烷(SiCH6)、乙基硅烷(SiC2H8)、氯硅烷(CISiH3)、二氯硅烷(CI2SiH2)、六氯乙硅烷(Si2CI6)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、三硼烷、四硼烷、戊硼烷、三乙基硼(Et3B)、其衍生物、其等離子體或其組合物。
[0132]運載氣體、凈化氣體和處理氣體可以包含氮、氫、氨、氬、氖、氦或其組合。等離子體可以由含有這些氣體中的任何被激勵。優選地，在本文描述的氣相沉積過程期間可以用于形成含金屬材料的等離子體先驅物氣體包括氮、氫、氨、氬或其組合。在一個示例中，等離子體含有氮和氫。在另一個示例中，等離子體含有氮和氨。在另一個示例中，等離子體含有氨和氫。
[0133]可以在本文描述的熱ALD過程和PE-ALD過程期間形成的含金屬的材料包括鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、鈦、氮化鈦、其合金、其衍生物或其組合。在一個實施例中，含金屬的材料可以在PE-ALD過程期間形成，PE-ALD過程在提供金屬先驅物和等離子體的連續的脈沖的同時包含恒流的反應物氣體。在另一個實施例中，含金屬的材料可以在另一個PE-ALD過程期間形成，PE-ALD過程在提供金屬先驅物和反應物等離子體的連續的脈沖。在這兩個實施例中，反應物通常在過程中離子化。實施例規定等離子體可以從沉積室在外部產生，例如通過遠程等離子體發生器(RPS)系統。在PE-ALD過程期間，等離子體可以由微波(MW)頻率發生器或無線電頻率(RF)發生器產生。等離子體可以在RPS系統內被激勵并被傳遞到沉積室中。在許多實施例中，等離子體可以通過入口管道組件的中心通道、通過蓮噴頭組件被傳遞到沉積室中。
[0134]RF發生器可以設定在從約IOOKHz至約1.6MHz范圍內的頻率。在一個示例中，具有13.56MHz的頻率的RF發生器可以被設定為具有從約100瓦至約1000瓦范圍內的功率輸出，優選地，從約250瓦至約600瓦，更優選地，從約300瓦至約500瓦。在一個示例中，具有400KHz的頻率的RF發生器可以被設定為具有從約200瓦至約2000瓦范圍內的功率輸出，優選地，從約500瓦至約1500瓦。基底的表面可以暴露到具有從約0.01瓦/cm2至約10.0瓦/cm2的范圍內的單位表面功率值的等離子體,優選地,從約0.05瓦/cm2至約6.0瓦 / cm2。[0135]在ALD過程期間，沉積室可以在約0.1Torr至約80Torr范圍內的壓力下被加壓，優選地從約0.5Torr至約IOTorr,更優選地,從約ITorr至約5Torr。并且,在室或基底可以被加熱到低于約500°C的溫度，優選地，在約100°C至約450°C的范圍內，更優選地，從約150°C至約400°C，例如約300°C。在另一個實施例中，含金屬的材料可以在提供連續的金屬先驅物和反應物脈沖的熱ALD過程期間形成。
[0136]基底例如可以是具有互相連接形式的硅基底，互相連接形式由其上形成的一個或多個電介質材料層限定。在一個不例中，基底上包含阻擋層，而在另一個不例中，基底包含電介質表面。沉積室例如調節溫度和壓力，受到調節以提高基底上處理氣體的吸收來方便金屬先驅物和反應物氣體的反應。
[0137]在一個實施例中，基底可以通過整個ALD周期被暴露到反應物氣體。基底可以暴露到金屬先驅物氣體，使載體氣體(例如，氮或気)通過金屬先驅物安瓿來形成金屬先驅物氣體。安瓿可以根據處理期間使用的金屬先驅物被加熱。金屬先驅物氣體通常具有約IOOseem至約2，OOOseem范圍內的流速，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。金屬先驅物氣體和反應物氣體可以結合以形成沉積氣體。反應物氣體通常具有約IOOseem至約3，OOOseem的流速,優選地,從約200seem至約2，OOOseem,更優選地,從約500seem至約1，500seem。在一個示例中，氨用作為具有約1，500seem的流速的反應物氣體。基底可以被暴露到金屬先驅物氣體或含有金屬先驅物和反應物氣體的沉積氣體達約0.1秒至約8秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。一旦鈦先驅物層被吸收在基底上，鈦先驅物氣體的流動可以停止。金屬先驅物層可以是不連續的層、連續的層或甚至多層。
[0138]基底和沉積室在金屬先驅物氣體的流動停止后可以被暴露到凈化步驟。反應物氣體的流速在凈化步驟期間可以被保持或從之前的步驟進行調節。優選地，反應物氣體的流動從之后的步驟被保持。可選地，凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的流速被引入沉積室中，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。凈化步驟將沉積室內的過量的金屬先驅物和其它污染物移出。凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。運載氣體、凈化氣體和處理氣體可以包含氮、氫、氨、氬、氖、氦或其組合。在優選實施例中，運載氣體包含氮。
[0139]以下，反應物氣體的流動可以在激發等離子之前被調節或被保持。基底可以被暴露到等離子體達從約0.1秒至約20秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約10秒，更優選地，從約2秒至約8秒。以下，等離子體激勵被關閉。在一個示例中，反應物可以是氨、氮、氫或其組合以形成氨等離子體、氮等離子體、氫等離子體或組合等離子體。反應物等離子體與基底上吸收的金屬先驅物反應以在其上形成含金屬的材料。在一個示例中，反應物等離子體用作為還原劑以形成金屬釕、鉭、鎢、鈦或其合金。然而，可以使用各種反應物以形成具有很寬的組成范圍的含金屬的材料。在一個示例中，含硼的還原化合物(例如，乙硼烷)被用于形成含有硼化物的含金屬的材料。在另一個示例中，含硅的還原化合物(例如，硅烷)被用于形成含有硅酸鹽的含金屬的材料。
[0140]沉積室被暴露到第二凈化步驟，以移除之前的步驟中過量的先驅物或污染物。反應物氣體的流速在凈化步驟期間可以被保持或從之前的步驟進行調節。優選的凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的流速被引入沉積室中，優選地，從約200seem至約
I,OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。第二凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。
[0141]ALD周期可以被重復，直到在基底上沉積預定厚度的含金屬的材料。含金屬的材料可以被沉積為具有小于I ,OOOA厚度,優選地，小于500人，更優選地,從約10 A至約
100 Λ,,例如約30 Λ。本文描述的過程可以以至少0.15 A /周期的速度沉積含金屬的材
料,優選地,至少0.25人/周期,更優選地,至少0.35 Λ /周期或更快。在另一個實施例
中，本文描述的過程克服了現有技術關于成核現象延遲的缺陷。在許多(如果不是大多數)沉積含金屬的材料的實驗中沒有可檢測的成核現象延遲。
[0142]在另一個實施例中，含金屬的材料可以在另一個PE-ALD過程期間形成，該PE-ALD過程將基底連續地暴露到金屬先驅物和活性反應物，例如，反應物等離子體。基底可以暴露到金屬先驅物氣體，金屬先驅物氣體由運載氣體通過含有金屬先驅物的安瓿形成，如本文所述。金屬先驅物氣體通常具有約IOOseem至約2，OOOseem范圍內的流速,優選地,從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。基底可以被暴露到金屬先驅物和反應物氣體的沉積氣體達約0.1秒至約8秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。一旦金屬先驅物層被吸收在基底上，金屬先驅物氣體的流動可以停止。金屬先驅物層可以是不連續的層、連續的層或甚至多層。
[0143]隨后，基底和室被暴露到凈化步驟。可以使凈化氣體在凈化步驟期間進入沉積室。一方面，凈化氣體是反應物氣體，例如氨、氮或氫。另一方面，凈化氣體可以不同于反應物氣體。例如，反應物氣體可以是氨，凈化氣體可以是氮、氫或氬。凈化氣體可以具有約IOOseem至約2，OOOseem的范圍內的流速，優選地，從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。凈化步驟將沉積室內的過量的金屬先驅物和其它污染物移出。凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。運載氣體、凈化氣體和處理氣體可以包含氮、氫、氨、氬、氖、氦或其組合。
[0144]基底和其上吸收的金屬先驅物可以在ALD過程的下一個步驟被暴露到反應物氣體。可選地，可以在反應物氣體進行沉積室的同時給予運載氣體。反應物氣體可以被RPS激勵以形成等離子體。反應物氣體通常具有約IOOseem至約3，OOOseem的流速,優選地,從約200seem至約2，OOOseem,更優選地，從約500seem至約1，500seem。在一個示例中，氨用作為具有約1，500seem的流速的反應物氣體。基底可以被暴露到等離子體達約0.1秒至約20秒的范圍內的時段，優選地，從約I秒至約10秒，更優選地，從約2秒至約8秒。以下，等離子體激勵被關閉。在一個示例中，反應物可以是氨、氮、氫或其組合，而等離子體可以是氨等離子體、氮等離子體、氫等離子體或組合。反應物等離子體與基底上吸收的金屬先驅物反應以在其上形成含金屬的材料。優選地，反應物等離子體用作為還原劑或氮源以形成釕、鉭、鎢、鈦或其合金的金屬層或氮層。然而，可以使用各種反應物以形成具有很寬的組成范圍的含金屬的材料，如本文所述。[0145]沉積室可以被暴露到第二凈化步驟，以從沉積室移除過量的先驅物或污染物。如果反應物氣體被用作為凈化氣體，反應物氣流可以在之前的步驟停止并在凈化步驟期間開始。或者，可以使與反應物氣體不同的凈化氣體進入沉積室。反應物氣體或凈化氣體可以以從約IOOseem至約2，OOOseem的范圍內的流速,優選地,從約200seem至約1，OOOseem,更優選地，從約300seem至約700seem,例如約500seem。第二凈化步驟可以被執行從約0.1秒至約8秒范圍內的時段，優選地，從約I秒至約5秒，更優選地，從約2秒至約4秒。
[0146]ALD周期可以被重復，直到在基底上沉積預定厚度的含金屬的材料。含金屬的材
料可以被沉積為具有小于丨,000A厚度，優選地，小于500人，更優選地,從約10 A至約100人，例如約30 Λ。本文描述的過程可以以至少0.15人/周期的速度沉積含金屬的材
料,優選地,至少0.25 A /周期,更優選地,至少0.35 A /周期或更快。在另一個實施例
中，本文描述的過程克服了現有技術關于成核現象延遲的缺陷。在許多(如果不是大多數)沉積鈦材料的實驗中沒有可檢測的成核現象延遲。
[0147]金屬先驅物的脈沖的時間間隔根據一些因素改變，例如所采用的沉積室、與其連接的真空系統的容量以及ALD過程期間使用的反應物的揮發性/反應性。例如，(I)大體積沉積室可能導致更長的時間以穩定處理條件，例如載體/凈化氣流和溫度，需要更長的脈沖時間；(2)處理氣體更低的流速也可能導致更長的時間以穩定處理條件，需要更長脈沖時間；以及(3)處理氣體更快地從沉積室排出的更低的室壓力裝置，需要更長脈沖時間。一般地，處理條件被有利地選擇使得金屬先驅物的脈沖提供足夠量的先驅物使得至少單層金屬先驅物在基底上被吸收。以后，留在室中的過量的金屬先驅物可以結合真空系統通過恒量的運載氣流從沉積室移出。
[0148]金屬先驅物和反應物氣體的脈沖的每個的時間間隔具有相同的持續時間。S卩，金屬先驅物的脈沖的持續時間可以與反應物氣體的脈沖的持續時間一致。對于這樣的實施例，金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)等于反應物氣體的脈沖的時間間隔(T2)。
[0149]或者，金屬先驅物和反應物氣體的脈沖的每個的時間間隔具有不同的持續時間。即，金屬先驅物的脈沖的持續時間可以比反應物氣體的脈沖的持續時間更短或更長。對于這樣的實施例，金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)不同于反應物氣體的脈沖的時間間隔(T2)。
[0150]此外，金屬先驅物和反應物氣體的脈沖的每個之間的非脈沖時段具有相同的持續時間。即，金屬先驅物的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間可以與反應物氣體的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間一致。對于這樣的實施例，金屬先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)等于反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)。在非脈沖的時間段中，僅恒定的運載氣流被提供到沉積室。
[0151]或者，金屬先驅物和反應物氣體的脈沖的每個之間的非脈沖時段具有不同的持續時間。即，金屬先驅物的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間可以比反應物氣體的每個脈沖之間的非脈沖時段的持續時間更短或更長。對于這樣的實施例，金屬先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)不同于反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)。在非脈沖的時間段中，僅恒定的運載氣流被提供到沉積室。
[0152]此外，金屬先驅物、反應物氣體的脈沖的每個以其之間的非脈沖時段的時間間隔對于每個沉積周期具有相同的持續時間。對于這樣的實施例，金屬先驅物的時間間隔(T1)、反應物氣體的時間間隔(T2)、金屬先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)、反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)的每個對于每個沉積周期具有相同的值。例如，在第一沉積周期(C1)中的金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)具有與隨后的沉積周期(C2...Cn)中的金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)相同的持續時間。類似地，在第一沉積周期(C1)中的反應物氣體的每個脈沖以及金屬先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間分別與隨后的沉積周期(c2...Cn)中的反應物氣體的每個脈沖以及金屬先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間相同。
[0153]或者，金屬先驅物、反應物氣體的至少一個脈沖以其之間的非脈沖時段的時間間隔對于金屬材料沉積過程的一個或多個沉積周期具有不同的持續時間。對于這樣的實施例，一個或多個金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)、反應物氣體的脈沖的時間間隔(T2)、金屬先驅物的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T3)、反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時間間隔(T4)的每個對于沉積過程的一個或多個沉積周期具有不同的值。例如，在第一沉積周期(C1)中的金屬先驅物的脈沖的時間間隔(T1)比隨后的沉積周期(C2...Cn)中的金屬先驅物的脈沖的一個或多個時間間隔(T1)更短或更長。類似地，在第一沉積周期(C1)中的反應物氣體的每個脈沖以及金屬先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間可以與隨后的沉積周期(c2...Cn)中的反應物氣體的每個脈沖以及金屬先驅物和反應物氣體的脈沖之間的非脈沖的時段的持續時間相同或不同。
[0154]在一些實施例中，恒定的運載氣體或凈化氣體可以被提供到沉積室，沉積室被脈沖和非脈沖的交替的周期調制，其中脈沖的周期在與載體/凈化氣流一起的金屬先驅物和反應物氣體之間交替，同時非脈沖的周期僅包括載體/凈化氣流。
[0155]盡管上文是關于本發明的具體實施例，可設計本發明的其它及進一步具體實施例而不脫離其基本范疇，且其范疇通過權利要求來確定。
【權利要求】
1.一種入口管道組件,包括: 環形通道，所述環行通道包圍中心通道，其中所述中心通道延伸通過所述入口管道組件；以及 注入孔，從所述環形通道延伸通過所述中心通道的側壁并延伸到所述中心通道，其中所述注入孔包括第一多個注入孔，所述第一多個注入孔朝向或基本上朝向所述中心通道的中心軸延伸，這些注入孔包括第二多個注入孔，所述第二多個注入孔相切地朝向或基本上相切地朝向所述中心通道的側壁延伸。
2.如權利要求1所述的入口管道組件，其中所述第一多個注入孔含有三個或更多的注入孔，并且所述第二多個注入孔含有三個或更多的注入孔。
3.如權利要求1所述的入口管道組件，其中所述入口管道組件包括鋁或鋁合金。
4.如權利要求3所述的入口管道組件，其中所述入口管道組件包括鋁合金，并且所述鋁合金進一步包括鎂和硅。
5.如權利要求1所述的入口管道組件，其中每個注入孔具有在從約0.06英寸至約0.12英寸的范圍內的直徑。
6.一種用于等離子體增強原子層沉積過程的室，包括: 基底支撐，包含接收基底的表面，并且被置于室體內； 室蓋組件，與所述室體連接并包括: 入口管道組件，所述入口管道組件包括包圍中心通道的環形通道，其中所述中心通道延伸通過所述入口管道組件，所述入口管道組件進一步包括注入孔，所述注入孔從所述環形通道延伸通過所述中心通道的側壁并延伸到所述中心通道； 蓮噴頭組件，包括設置在所述入口管道組件下方的蓮噴頭板； 水箱，設置在所述入口管道組件和所述蓮噴頭組件之間；以及 遠程等離子體系統，設置在所述入口管道組件上方并與所述入口管道組件連接，并且與所述中心通道流體相通；以及 處理區域，設置在所述接收基底的表面和所述蓮噴頭板的下表面之間。
【文檔編號】H01L21/205GK103531448SQ201310367635
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2009年7月2日 優先權日:2008年7月3日
【發明者】哈曼·拉姆, 博·鄭, 愛·華, 邁克爾·杰克遜, 小雄·袁, 侯·功·王, 薩爾瓦多·P·安摩托伊, 薩恩·河·裕 申請人:應用材料公司