[发明专利]三元化合物的气相沉积方法

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及沉积材料的方法，更具体地，涉及用来形成包含三元化合物的材料的气相沉积工艺。

背景技术

在半导体处理、平板显示器处理或其它电子器件处理的领域中，气相沉积工艺在向衬底上沉积材料时担任重要的角色。随着电子器件的几何形状不断缩小并且器件的密度不断增大，各特征的尺寸和纵横比变得更有挑战性，例如0.07μm的特征尺寸以及10或更大的纵横比。因此，用于形成这些器件的材料的共形沉积变得日益重要。

虽然常规的化学气相沉积(CVD)已经证明可成功使器件几何形状和纵横比降低至0.15μm，但是更具挑战性的器件几何形状要求可选择的沉积技术。一种受到相当关注的技术是原子层沉积(ALD)。在传统的ALD工艺中，反应气体被顺次引入到包含衬底的处理室中。

热感ALD工艺是最普通的ALD技术，其使用加热来造成两种反应物之间的化学反应。虽然热ALD工艺对于沉积一些材料效果很好，但是该工艺经常具有很慢的沉积速度。因此，会将制造产量影响到不可以接受的水平。在更高的沉积温度下可以增加沉积速度，但是许多化学前体，尤其是金属有机化合物，在升高的温度下会分解。

通过等离子体增强ALD(PE-ALD)工艺形成材料也是一种已知的技术。在传统PE-ALD工艺的一些实例中，材料可以通过与热ALD工艺相同的化学前体形成，但是具有更高的沉积速度，且在更低的温度下形成。虽然存在多种技术变型，但是通常PE-ALD工艺规定：反应气体和反应等离子体都被顺次引入到包含衬底的处理室中。

虽然由于在等离子体中反应物基团的高反应度，PE-ALD工艺克服了热ALD工艺的一些缺点，但是PE-ALD工艺具有许多局限性。例如，PE-ALD工艺会造成等离子体对衬底的损害(例如蚀刻)，与某些化学前体无法共存，以及需要额外的硬件。

因此，需要一种工艺，用以通过气相沉积技术，优选通过等离子体增强技术，如通过PE-ALD技术，在衬底上沉积或形成材料。

发明内容

本发明的实施例提供一种在气相沉积工艺如原子层沉积(ALD)、等离子体增强ALD(PE-ALD)、化学气相沉积(CVD)或等离子体增强CVD(PE-CVD)期间，在衬底上沉积或形成氮化钛和氮化铝钛材料的方法。构造处理室以在气相沉积工艺期间将衬底顺序暴露于气体和/或等离子体。在一个实施例中，提供一种用于在衬底表面上形成钛材料的方法，其包括将衬底顺次暴露于钛前体气体和氮前体(例如等离子体或气体)同时在其上面形成氮化钛层，在处理工艺期间将氮化钛层暴露于等离子体，将氮化钛层暴露于铝前体气体同时在上面沉积铝层，以及加热衬底以由氮化钛层和铝层形成氮化铝钛材料。

在另一实施例中，提供一种用于在衬底表面上形成钛材料的方法，其包括将衬底顺次暴露于钛前体气体和氮前体(例如等离子体或气体)同时在其上面形成第一氮化钛层，在处理工艺期间将第一氮化钛层暴露于等离子体，以及将第一氮化钛层暴露于铝前体气体同时在上面沉积第一铝层。该方法进一步包括将衬底顺次暴露于钛前体气体和氮前体同时在第一铝层上形成第二氮化钛层，在处理工艺期间将第二氮化钛层暴露于等离子体，以及将第二氮化钛层暴露于铝前体气体同时在上面沉积第二铝层。可以重复沉积氮化钛层、处理和沉积铝层的循环多次以形成多层。随后，可以加热或以其他方式退火衬底以由多层形成氮化铝钛材料。在一些实施例中，沉积和处理氮化钛层以及在上面沉积铝层的循环也可以包括在沉积下一氮化钛层之前处理每个铝层(例如，惰性气体等离子体或氮等离子体)。

在另一实施例中，提供一种用于在衬底表面上形成钛材料的方法，其包括在PE-ALD工艺期间在衬底上形成氮化钛层，在处理工艺期间将氮化钛层暴露于等离子体，以及在气相沉积工艺期间将氮化钛层暴露于铝前体气体同时在上面沉积铝层。该方法进一步包括顺次重复PE-ALD工艺、处理工艺和气相沉积工艺以由多个氮化钛层和铝层形成氮化铝钛材料。在其他实例中，该方法进一步包括在等离子体处理工艺期间将铝层暴露于惰性气体等离子体或氮等离子体，然后顺次重复PE-ALD工艺、处理工艺、气相沉积工艺和等离子体处理工艺以由多个氮化钛层和铝层形成氮化铝钛材料。

在其它实施例中，形成氮化铝钛材料的方法包括将衬底暴露于包含钛前体和铝前体的沉积气体同时在其上面形成吸收层，将吸收层暴露于氮等离子体同时在衬底上形成氮化铝钛层，以及顺次重复沉积气体和氮等离子体以在衬底上形成多个氮化铝钛层。