[发明专利]形成多晶钼膜的方法和包含多晶钼膜的相关结构

说明书

公开了用于在衬底表面上形成多晶钼膜的方法。所述方法可以包括：将衬底提供到反应室中；将成核膜直接沉积在衬底的暴露表面上，其中成核膜包含金属氧化物成核膜或金属氮化物成核膜中的一种；以及将多晶钼膜直接沉积在成核膜上；其中多晶钼膜包含多个具有小于的平均微晶尺寸的钼微晶。还公开了包括安置在具有中间成核膜的衬底表面上的多晶钼膜的结构。

相关申请的交叉引用

本申请涉及共同申请的题为“通过循环沉积工艺将氮化钼膜沉积在衬底表面上的方法和包括氮化钼膜的相关半导体器件结构”的申请(申请序列号62/891,254)，其在与本申请相同的日期提交并且全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开一般涉及用于在衬底表面上形成多晶钼膜的方法，尤其是用于直接在衬底表面上沉积成核膜、然后在成核膜上直接沉积多晶钼膜的方法。本公开还一般涉及包括直接安置在成核膜上的多晶钼膜的结构。

背景技术

先进技术节点中的半导体器件制造工艺通常需要现有技术沉积工艺来形成金属膜，如例如多晶钼膜。

沉积金属膜的一个常见要求是沉积工艺非常保形。例如，常需要保形沉积以在包括高纵横比非平面特征的三维结构上方均匀地沉积金属膜。沉积金属膜的另一常见要求是沉积工艺能够在大的衬底区域上方沉积连续的超薄膜。在其中金属膜是导电的这一特定情况下，可能需要优化沉积工艺以产生低电阻率膜。举例来说，常用于现有技术半导体器件应用中的低电阻率金属膜可以包括钨和/或铜。然而，钨膜和铜膜通常需要在金属膜和介电材料之间安置厚阻挡层。厚阻挡层可用来防止金属物质扩散到下面的介电材料中，从而改善器件可靠性和器件产量。然而，厚阻挡层通常表现出高的电阻率，因此导致半导体器件结构总体电阻率的增大。

下一代器件中的钨和铜膜的潜在替换可以包括钼膜。举例来说，钼(Mo)是低电阻率的耐火金属，其可潜在地替换钨，作为存储器、逻辑电路和使用多晶硅-金属栅电极结构的其它器件中的材料。还可以在一些有机发光二极管、液晶显示器以及薄膜太阳能电池和光伏电池中使用钼膜。

另外，在特定半导体制造工艺中，可能需要在安置在衬底中/上的非平面特征(例如竖直和/或水平沟槽)内形成金属膜，例如多晶钼膜。在非平面特征内形成金属膜可以用金属膜至少部分或完全填充非平面特征，所述方法通常被称为“间隙填充”。随着半导体器件结构几何形状已减小，并且高纵横比的非平面特征在如DRAM、3D-NAND、闪速存储器和逻辑电路等器件结构中已变得越来越普遍，所以用具有所需特性的金属膜填充非平面特征已变得越来越困难。

因此，需要用于形成具有低电阻率和能够在包括非平面特征的衬底上实现多晶钼间隙填充工艺的物理特性的多晶钼膜的方法和相关结构。

发明内容

提供此概述是为了以简化的形式引入一系列概念。下文在本公开的示例实施例的详细描述中更详细地描述这些概念。本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

在一些实施例中，提供了用于在衬底表面上方形成多晶钼膜的方法。所述方法可以包含：将衬底提供到反应室中；将成核膜直接沉积在衬底的暴露表面上，其中成核膜包含金属氧化物成核膜或金属氮化物成核膜中的一个；以及将多晶钼膜直接沉积在成核膜上，其中多晶钼膜包含具有小于的平均微晶尺寸的多个钼微晶。

在一些实施例中，提供了包括多晶钼膜的结构。结构可以包含：衬底表面；直接安置在衬底表面上的成核膜，其中成核膜包含金属氧化物成核膜或金属氮化物成核膜中的至少一个；以及直接安置在成核膜上的多晶钼膜；其中多晶钼膜包含具有小于的平均微晶尺寸的多个钼微晶。