[发明专利]使用四碘化钛前体低温沉积纯钛薄膜的方法和装置

说明书

提供了使用四碘化钛前体低温沉积纯钛薄膜的方法和装置，具体提供了在低温下沉积高度保形和纯的钛薄膜的方法。方法包括将衬底暴露于四碘化钛，吹扫室，将衬底暴露于等离子体，吹扫室，并重复这些操作。在低于约450℃的低温下沉积钛膜。

技术领域

本发明总体上涉及半导体处理领域，更具体涉及使用四碘化钛前体低温沉积纯钛薄膜的方法和装置。

背景技术

半导体制造工艺通常涉及钛或含钛化合物的沉积。通常，钛薄膜已通过物理气相沉积溅射方法沉积。随着半导体器件缩小以及更小的技术节点，缩小的特征尺寸使得高度保形的和纯的钛膜的沉积更有挑战性。增大的深宽比能够导致特征表面的不完整的阶梯覆盖，导致半导体设备的阻隔性能差。沉积钛薄膜所使用的其它方法由于所使用的前体导致钛膜具有杂质，或导致热预算问题。

发明内容

本文提供了沉积钛或含钛化合物的方法。一个方面包括通过在低于约450℃的温度下使用原子层沉积循环在半导体衬底上沉积钛，其中每个循环包括：(i)将所述衬底暴露于四碘化钛，(ii)吹扫所述室，(iii)将所述衬底暴露于点燃的等离子体，以及(iv)吹扫所述室；以及重复(i)至(iv)直至在所述衬底上沉积了期望厚度的钛。每个循环可沉积具有厚度为约的钛。

在各种实施方式中，所述方法还包括在将所述衬底暴露于四碘化钛之前，预清洁所述衬底。在一些实施方式中，在整个(i)至(v)，将所述衬底暴露于载气。所述载气可从如下群组中选择：氩气、氢气、和它们的组合。所述等离子体可以远程地或在所述室中产生。

在各种实施方式中，所述方法还包括将所沉积的钛退火以形成硅化钛。在一些实施方式中，在(i)中将所述衬底暴露于四碘化钛介于1秒和约30秒之间的持续时间，在(ii)和(iv)中吹扫所述衬底，每个持续时间为介于1秒和5秒之间，并且在(iii)中将所述衬底暴露于等离子体介于1秒和10秒之间的持续时间。

在一些实施方式中，所沉积的钛具有小于约1％的污染物，或小于约0.1％的污染物。在一些实施方式中，所沉积的钛具有至少约4.0克/立方厘米的膜密度。所沉积的钛可具有介于约70％至约100％之间的阶梯覆盖。在一些实施方式中，所述室压强可介于约0.1乇与约20乇之间。在一些实施方式中，在所述衬底上的所述特征可以具有介于约3∶1与约10∶1之间的深宽比。

在各种实施方式中，所述方法还包括在低于约450℃的温度下使用原子层沉积循环沉积氮化钛，其中每个循环包括：(i)将所述衬底暴露于四碘化钛，(ii)吹扫所述室，(iii)将所述衬底暴露于含氮气体并点燃等离子体；以及(iv)吹扫所述室；以及重复(i)至(iv)直至在所述衬底上沉积了期望厚度的钛。在一些实施方式中，所述含氮气体从如下群组中选择：氮气、氨气、肼和胺。

另一方面涉及一种用于在半导体衬底上沉积钛的装置，其中所述装置包括：反应室，其包括用于保持所述衬底的底座；至少一个出口，其用于耦接至真空；一个或多个处理气体入口，其耦接至一个或多个前体源；射频(RF)产生器；以及用于控制所述装置中的操作的控制器。所述控制器包括用于以下操作的机器可读指令：(a)将所述反应室中的所述底座的温度设置为低于约450℃的温度，(b)将四碘化钛导入所述室，(c)吹扫所述室，(d)向所述室中提供等离子体，以及(e)吹扫所述室，以及(f)重复(b)至(e)。

在一些实施方式中，所述指令被配置在(b)至(e)的每个循环中沉积约的钛。在一些实施方式中，所述控制器还包括用于以下操作的机器可读指令：(g)将四碘化钛导入所述室，(h)吹扫所述室，(i)向所述室中提供等离子体，(j)将含氮气体导入所述室，以及(k)吹扫所述室；以及(1)重复(g)至(k)。在一些实施方式中，所述气体从如下群组中选择：氮气、氨气、肼和胺。

这些和其他方面将在下文进一步参考附图来说明。

附图说明

图1示出根据各种实施方式的沉积钛的方法中的操作的工艺流程图。