[发明专利]用于沉积钨薄膜或钼薄膜的方法

说明书

本文描述用于沉积金属薄膜或层到衬底上的气相沉积方法，其中所述金属是钼或钨；所述方法涉及含有所述金属及一或多种含碳配体的有机金属前驱物化合物，并包含沉积由所述前驱物的所述金属形成的金属层到衬底上，随后将氧化剂引入到所述形成的金属层。

技术领域

本发明涉及用于沉积金属薄膜、金属层或其它金属结构到衬底上的气相沉积方法，其中所述金属是钼或钨。所述方法涉及包含金属及一或多种含碳配体的金属前驱物化合物(或“络合物”)，并包括沉积由前驱物的金属形成的金属层到衬底上，然后在加热下引入氧化剂到形成的金属层中。

背景技术

钼及钨(特别是呈纯化形式)是低电阻率难熔金属，其是用于微电子装置，例如存储器、逻辑晶片、及包含多晶硅-金属栅极电极结构的其它装置。这些应用已使用各种气相沉积技术及多种初始物质输入来沉积钼或钨的薄金属层。通过气相沉积技术，在包含衬底的沉积腔室内部处理包含金属的“前驱”化合物，且处理物质及条件是足以使来自前驱物的金属呈金属层沉积在衬底上。

气相沉积技术包括化学气相沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)技术，其包括其中任何一者的许多衍生版本，例如UV激光光解离CVD、等离子体-辅助CVD及等离子体-ALD等等。为在二维或三维微电子装置衬底上沉积高纯度的金属，可能需要CVD及ALD工艺，因为其可提供高纯度，通常，在高度非平坦微电子装置几何结构上具有良好保形阶梯覆盖。然而，等离子体-辅助沉积及高温沉积系统的成本及复杂性会增加生产成本及工具成本。例如这些的需要特定较高温度的工艺还可损坏先前沉积或底层结构，尤其是已知对温度敏感的逻辑设备的结构。

在一种典型CVD工艺中，使汽化(气态)前驱物与可任选地经加热的衬底(例如晶片)在低压或环境压力沉积腔室中接触。引入到衬底的前驱物分解，在衬底表面上留下含金属沉积物以形成高度纯沉积金属的薄层(或“薄膜”)。通过通过沉积腔室的气流去除易失性副产物。

除气态前驱物外，气相沉积工艺通常可涉及供应一或多种其它气体(有时称为“反应物气体”或“共反应物”)到沉积腔室。反应物气体可发挥作用以使沉积工艺更有效地发生或具有改善的沉积结果。一些反应物气体与前驱物反应以释放前驱物分子的金属，以元素金属沉积到衬底上。其它反应物气体可进行各种不同功能，例如改善沉积腔室或沉积腔室组件的性能或使用寿命。

对于前驱物，已通过使用一些熟知的含氟前驱物(例如氟化钨(例如，六氟化钨、五氟化钨))通过气相沉积方法形成钨薄膜及钼薄膜。然而，由于存在氟，可能会不利于使用含氟前驱物，从而导致装置性能问题及需要“特定”处理措施。已开发出非氟化前驱物替代物，例如含氯前驱物，例如：五氯化钼、氯氧化钼(例如MoO₂Cl₂及MoOCl₄)、五氯化钨、六氯化钨。将这些含氯前驱物用于气相沉积方法的困难通常涉及将衬底加热到至少约400℃，例如高达800℃的温度。这些高温需要复杂的处理设备并会消耗温度敏感设备的热预算，意指例如逻辑设备的温度敏感衬底可能会受到损坏。通过允许较低的操作温度及使用较便宜且较不复杂的设备，可允许在较低温度下沉积金属层的前驱物将是优选的，并对于制造例如逻辑设备的温度敏感装置将是特别有益的。

其它非氟化前驱物包括含羰基的前驱物(例如六羰基钼(Mo(CO)₆)及六羰基钨(W(CO)₆))及酰亚胺-酰胺前驱物。这些可在低于氯化物及氯氧化物前驱物所需的温度的温度下沉积。然而，沉积的金属结构会遭受高电阻率的影响，因为来自前驱物的碳、氧或氮可作为污染物并入到沉积的金属中。此外，阶梯覆盖可能缺乏用于商业应用的足够的质量。

基于这些考虑，需要在较低沉积温度下在各种衬底(例如逻辑设备)上制造钼及钨金属薄膜及涂层，同时从各种有机金属前驱物获得极高纯度的沉积的金属层。

发明内容