[发明专利]沉积金属合金膜的方法

说明书

背景技术

本发明的实施方式大体涉及用于在基板表面上沉积膜的还原剂及方法。特定而言，本发明的实施方式针对用于在基板上沉积钛膜的还原剂及方法。

在基板表面上沉积薄膜为多种工业中的重要工艺，这些工业包括半导体处理、扩散阻挡涂层及用于磁性读/写头的电介质。在半导体工业中，尤其地，小型化要求对薄膜沉积的原子级控制，以在高深宽比结构上产生共形涂层。举例而言，TiAl膜已被用于45nm至20nm节点(node)中的平坦高-k金属栅中。

能通过化学气相沉积(CVD)工艺或循环沉积工艺来沉积金属膜(例如钛)。举例而言，可将基板暴露于钛有机金属前驱物和还原剂的混合物。钛有机金属前驱物与还原剂的反应可造成基板表面上的金属钛沉积。在循环工艺(比如原子层沉积(ALD))中，基板被暴露于，例如，钛有机金属前驱物，钛有机金属前驱物吸附或化学吸附至基板的表面。能用合适的还原剂将钛有机金属复合物还原为金属钛。在ALD工艺中，金属前驱物和还原剂分别暴露至基板，以避免用于CVD工艺中的气相反应。原子层沉积工艺可导致具有已知厚度的膜的受控沉积。

通常通过用有机金属还原剂来还原含钛前驱物的氯化物，而完成钛合金膜的沉积。用于沉积TiAl合金的一个惯用工艺涉及四氯化钛(TiCl₄)与有机铝前驱物的反应，以提供包含钛及铝的膜。然而，在相关技术领域中对用于沉积不同金属间膜(intermetallicfilm)的前驱物及方法有所需求。

发明内容

本发明的一或多个实施方式针对在处理腔室中沉积合金膜的方法。基板被安置在处理腔室中。基板的至少一部分被暴露于金属卤化物前驱物，以于基板上提供第一金属。从处理腔室清除未反应的金属卤化物前驱物。基板表面的该部分被暴露于包含第二金属的有机金属还原剂，第二金属不同于第一金属，以于基板上沉积第二金属，产生第一金属与第二金属的合金。

本发明的额外实施方式针对在处理腔室中，于基板上沉积合金膜的方法。基板被安置于处理腔室内。使提供第一金属的金属卤化物前驱物和包含第二金属(第二金属不同于第一金属)的有机金属还原剂同时流入处理腔室，以沉积包含第一金属及第二金属的合金膜。

本发明的进一步实施方式针对在处理腔室中，于基板上沉积合金膜的方法。基板被安置于处理腔室内。使提供第一金属的金属卤化物前驱物流入处理腔室以接触基板的一部分。使包含第二金属的有机金属还原剂流入处理腔室以接触基板的一部分，第二金属不同于第一金属。金属卤化物和有机金属还原剂同时流入处理腔室的不同区域，且由惰性气体帘幕分隔，以防止金属卤化物与有机金属还原剂的气相反应。

具体实施方式

如本文所用，“基板(substrate)”指的是任何基板或形成于基板上的材料表面或膜，在制造工艺期间，于所述基板、材料表面或膜上进行处理。举例而言，依据应用，能于基板表面上进行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、经掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料及任何其它材料(比如金属、金属氮化物、金属合金、电介质、高k电介质及其它导电材料)。基板包括但不限于半导体晶片。可将基板暴露于预处理工艺，例如，以研磨、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上进行的膜处理之外，所揭露的任何膜处理步骤也可于下层(下层形成在基板上)上进行，如下文更加详细揭露的，且当上下文指出时，术语“基板表面(substratesurface)”欲包括此类下层。术语“基板表面”可指整个基板表面或基板表面的一部分。

基板可具有各种尺寸(比如200mm或300mm直径的晶片)，也可为矩形或正方形片。可在基板上使用本发明的实施方式，所述基板包括但不限于半导体晶片(比如结晶硅(例如Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、硅锗、经掺杂或无掺杂的多晶硅、经掺杂或无掺杂的硅晶片)、III-V族材料(比如GaAs、GaN、InP等等)以及经图案化或未经图案化的晶片。可将基板暴露于预处理工艺，以研磨、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。

根据本发明的各种实施方式，所提供的是与沉积金属合金有关的方法，所述金属合金可适于作为N-金属膜。在一或多个实施方式中，合金膜具有可调整的功函数。

膜沉积可由任何合适的技术进行，所述技术包括但不限于化学气相沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)。在一或多个实施方式中，所提供的膜包含具有低碳含量的HfAl、TiAl或TaAl中的一或多种。