[发明专利]在还原共反应剂存在下沉积钨或钼层的方法

说明书

本发明描述将金属膜或层沉积到衬底上的气相沉积方法，例如，其中所述金属为钼或钨；所述方法涉及在还原气体(例如，氢气)及含氮还原化合物存在下将金属层从含金属前体气相沉积到衬底上。

技术领域

本发明涉及用于将金属膜或层沉积到衬底上的气相沉积方法，例如其中金属为钼或钨。所述方法涉及在还原气体(例如，氢气)和含氮还原化合物存在下将金属层从含金属前体气相沉积到衬底上。

背景技术

呈经纯化形式的包含钼及钨的金属为用于例如存储器、逻辑芯片的微电子装置及含有多晶硅金属栅极电极结构的其它装置的低电阻率耐火金属。通过一系列原材料输入的多种气相沉积技术已用于沉积钼或钨的较薄金属层用于这些应用。通过气相沉积技术，在含有衬底的沉积腔室内部处理含有金属的“前体”化合物，其中处理材料及条件(例如，高温)有效地使得来自前体的金属沉积为衬底上的金属薄膜层。

气相沉积技术包含被称作物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)技术的方法，其还包含这些方法的多个衍生版本，例如UV激光光分解CVD、等离子辅助CVD及等离子辅助ALD，外加其它。为将高纯度金属沉积在二维或三维微电子装置衬底上，这些类型的气相沉积方法可为所需的，因为其可提供高纯度水平的沉积金属，通常具有在高度非平面微电子装置几何形状上的良好保形阶梯覆盖率。

在典型气相沉积方法中，气化(气态)前体与低压或环境压力沉积腔室中的任选地经加热的衬底(例如，芯片)接触。在沉积腔室的条件下，前体产生金属原子，当引入到衬底中时，所述金属原子变得沉积到衬底表面上以形成高度纯净的沉积金属薄层(“膜”)。通过流动穿过沉积腔室的气体去除挥发性副产物。

连同气态前体，气相沉积工艺通常涉及在沉积期间将一或多种额外气体(有时被称作“反应物气体”或“共反应物”)供应到反应腔室。以各种方式，反应物气体可用以允许沉积工艺更有效地执行或具有改进沉积结果。一些反应物气体与一部分前体反应以便于释放前体的金属并形成稳定的气体副产物。其它反应物气体可执行多种不同功能，以使改进沉积膜的性能或使用寿命或降低膜的电阻率。

对于前体，钨及钼膜已通过气相沉积方法伴随使用一些熟知含卤化物前体而形成，所述含卤化物前体包含含氟前体，例如氟化钨(例如，六氟化钨、五氟化钨)及含氯前体。尽管含氟前体已广泛使用持续30年，但由于存在氟，需要特定处理注意事项及氟对集成电路的长期性能的不利影响，基于氟的前体当前可能不受欢迎。

已开发出非氟化前体替代物，例如含氯、含溴或含碘前体：五氯化钼、五溴化钼及卤氧化钼，例如MoO₂Cl₂、MoO₂Br₂及MoOCl₄、五氯化钨、六氯化钨。使用这些含卤素前体的困难为使用这些前体的那些气相沉积方法通常涉及将衬底加热到至少约400℃或450℃且至多800℃的温度。这些高温使得处理设备复杂化且消耗热敏装置的热预算，其意味可能破坏热敏衬底，例如逻辑装置。可能允许金属层在低温下沉积的前体将通过允许降低操作温度、使用较便宜更简单设备而为优选的，且将特别有益于制造热敏装置，例如逻辑装置。

另外，其它类型的前体包含：含羰基前体，例如六羰基钼(Mo(CO)₆)及六羰基钨(W(CO)₆)；酰亚胺-酰胺前体；及有机金属前体，例如含有例如环戊二烯基、烷基环戊二烯基(alkylcyclopentadineyl)、芳基及烷基芳基配位体以及附接到金属原子的氢化物(以及多个其它物质)的有机配位体的那些前体。这些类型的前体的适用实例可在比卤化物及卤氧化前体所需的温度更低的温度下沉积。但由于来自前体的碳及氧可变为污染物并入到沉积金属中，因而沉积金属结构可能遭受高电阻率。同样阶梯覆盖率可缺失充分质量，但可通过较低沉积温度改进。