[发明专利]使用铝烷基的前驱物的金属薄膜沉积

说明书

技术领域

本发明的实施例大体而言涉及薄膜沉积，具体而言涉及使用金属卤化物和铝烷基(alane-based)的前驱物的薄膜沉积。

背景技术

在基板表面上沉积薄膜是多种产业中的重要工艺，这些产业包括半导体处理、扩散阻挡涂层和用于磁性读/写头的介电质。尤其，在半导体产业中，小型化要求原子等级的薄膜沉积控制，以在高纵横比的结构上产生保形的(conformal)涂层。

一种用于沉积薄膜的方法是原子层沉积(ALD)。大多数的ALD工艺是基于二元的反应序列，该二元的反应序列中两个表面反应每个按顺序发生。由于这些表面反应是按顺序的，故两个气相反应物未互相接触，而且可能形成和沉积颗粒的气相反应会受到限制。虽然ALD往往比传统的化学气相沉积(CVD)产生更保形的薄膜，但ALD的现有技术工艺已经是对于沉积金属氧化物和金属氮化物薄膜最有效的。虽然已经开发了几种可有效沉积元素钌和其他后过渡金属的工艺，但一般的用于沉积纯金属的ALD工艺仍不足以成功地被商业化使用。

特定而言，钛(Ti)和钽(Ta)的纯金属薄膜在集成电路制造工艺中有许多关键的应用。这样的应用包括作为钨、铝和铜衬垫，以及金属栅极材料。然而，许多这些纯金属必须使用等离子气相沉积(PVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)或等离子增强原子层沉积(PEALD)来沉积。这些方法会有不良阶梯覆盖或由等离子引起的基板损坏的问题。因此，需要有新的沉积化学品和方法，该新的沉积化学品和方法是商业上可行且无先前使用方法的缺点，特别是在元素金属薄膜的区域。本发明通过提供新颖的方法解决了这个问题，该新颖的方法经过特别设计和优化，以避免其他方法相关的问题。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种沉积薄膜的方法。以下列出各种实施例。应了解到，以下列出的实施例不仅可以如以下所列出的那样来组合，而且还可以以依据本发明范围的其他适当组合来组合。

在实施例1中，该方法包括使基板表面与第一前驱物和第二前驱物接触，该第一前驱物包含铝前驱物，该铝前驱物选自二甲基铝氢化物、配位于胺的铝烷和具有由下式表示的结构的化合物：

其中R为C1-C6烷基，而该第二前驱物包含金属卤化物。

实施例2包括对实施例1的修改，其中R为甲基。

实施例3包括对实施例1或2的修改，其中该配位于胺的铝烷包括二甲基乙基胺铝烷(dimethylethylamine alane)、三乙基胺铝烷(triethylamine alane)、三甲基胺铝烷(trimethylamine alane)或甲基吡咯烷铝烷(methylpyrrolidine alane)。

实施例4包括对实施例1至3任一者的修改，其中使该基板表面与该第一前驱物和该第二前驱物接触是按顺序地发生。

实施例5包括对实施例1-4任一者的修改，其中该金属选自钛(Ti)、钽(Ta)、锆(Zr)、镧(La)、铈(Ce)、硅(Si)、锗(Ge)、W(钨)和铪(Hf)。

实施例6包括对实施例1-5任一者的修改，其中该第二前驱物包含金属氯化物、金属碘化物或金属溴化物。

实施例7包括对实施例1-6任一者的修改，其中该金属氯化物选自TiCl₄和TaCl₅。

实施例8包括对实施例1-7任一者的修改，其中使用过量的胺。

实施例9包括对实施例1-8任一者的修改，其中该第一前驱物包含二甲基铝氢化物而该第二前驱物包含TiCl₄。

实施例10包括对实施例1-9任一者的修改，其中沉积是在约23℃至约300℃的温度下进行。

实施例11包括对实施例1-10任一者的修改，其中该沉积出的薄膜包含纯金属。

实施例12包括对实施例1-11任一者的修改，其中该沉积出的薄膜包含金属合金。

实施例13包括对实施例1-12任一者的修改，实施例13进一步包括在氢气或等离子处理中退火。

实施例14涉及一种沉积薄膜的方法，该方法包括使基板曝露于第一前驱物和第二前驱物，该第一前驱物包含铝前驱物，该铝前驱物选自二甲基铝氢化物、配位于胺的铝烷和具有由下式表示的结构的化合物：

其中R为C1-C6烷基，而该第二前驱物包含Ti(NR'₂)₄或Ta(NR'₂)₅，其中R'为C1-C4烷基、烯基、炔基、酮基或醛基。