[发明专利]含金属-硅的薄膜的循环化学气相沉积

说明书

本申请是申请号为200710300368.X，申请日为2007年12月13日，发明名称为“含金属-硅的薄膜的循环化学气相沉积”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

该专利申请要求申请号为60/874,653，于2006年12月13日提交的美国临时专利申请的权益。

技术领域

本发明涉及含金属-硅的薄膜的循环化学气相沉积。

背景技术

金属硅氮化物薄膜具有作为铜互连的扩散阻挡层或作为栅电极或作为相变存储器的加热体的潜在应用。现在，金属氨化物、硅烷和氨已被研究用来制备金属硅氮化物。硅烷是一种自燃的气体，隐含有潜在的危险。

发明内容

本发明是在热的基底上沉积金属硅氮化物的方法，包括：

a.将热的基底和金属氨化物接触以将金属氨化物吸附在该热的基底上，

b.吹扫走任何未吸附的金属氨化物，

c.将热的基底和具有一个或更多Si-H₃片段的含硅源接触，以和吸附的金属氨化物反应，其中的含硅源具有一个或更多的H₃Si-NR⁰₂(R⁰＝SiH₃、R、R¹或R²，在下面定义)基团，这些基团选自于一个或多个：

其中，结构式中的R和R¹代表脂族基团、典型地具有3到约10个碳原子，例如，支化烷基，在式A中具有R和R¹的环烷基也可结合到环状基团中，和R²代表单键、(CH₂)_n、环或SiH₂，和

d.吹扫走未反应的含硅源。

通过实行本发明可获得一些优点，其中的一些优点如下：

制备出高质量的三元金属硅氮化物薄膜的能力；

在消除了一些表现出显著的安全性和腐蚀问题的常见的前体的同时，形成高质量的薄膜的能力；

在通常低于常规方法的温度下，例如低于500℃，在TiN中结合所需水平的硅的能力；

通过控制循环沉积方法例如CVD方法中硅源的脉冲时间来控制金属硅氮化物中硅含量的能力；

在循环CVD中达到极好的沉积速率的能力，因此使在工业生产规模上提高晶片生产量成为可能；

在消除了独立的氮源例如氨的使用的同时，使用两种前体制造金属硅氮化物薄膜的能力；

减少所得到的金属硅中金属中心(metal center)的能力，因此而降低了所得到的薄膜的电阻率；

调整结果所得到的薄膜的物理性能例如电阻率的能力。

本发明涉及一种使用循环化学气相沉积或者原子层沉积技术来制备三元的含金属-硅的薄膜的方法。本发明涉及通过循环沉积制备三元金属硅氮化物薄膜的方法中的改进。通过化学气相沉积和原子层沉积技术顺序地沉积选定的前体，提供了质量极好的薄膜并降低了和很多前体配方(formulation)有关的相关危险。

本文所使用的术语“循环沉积”指的是顺序导入前体(反应物)以在基底结构上沉积薄层，并包括例如原子层沉积和快速顺序化学气相沉积的处理技术。顺序导入反应物导致了在基底上多个薄层的沉积，根据需要重复该过程以形成具有预期厚度的薄膜层。

原子层沉积(“ALD”)是循环沉积的一种形式，并包含顺序导入第一前体和在该情况下，第二前体，的脉冲。在很多现有技术的工艺过程中，使用了第三前体的脉冲。例如，在ALD过程中，存在顺序导入第一前体的脉冲，继之以吹扫气的脉冲和/或泵抽真空，继之以第二前体的脉冲，继之以吹扫气的脉冲和/或泵抽真空。如有必要或需要，可以有第三前体的脉冲。顺序导入分离的脉冲导致了在基底表面上每种前体的单层的交替自限制化学吸附，并且每个循环形成沉积物的单层。根据需要可以重复这样的循环直至产生预期厚度的薄膜。

与常规的CVD方法相比，ALD的生长速率很低。ALD方法典型的生长速率是1-2埃/周期。提高生长速率的一个途径是通过在比ALD更高的基底温度下进行操作来改进ALD方法，从而导致了类似化学气相沉积(“CVD”)的方法，但是仍然利用了顺序导入前体。这个方法被称作循环CVD。