[发明专利]过渡金属沉积方法

说明书

本公开涉及在衬底上沉积过渡金属的方法。本公开还涉及过渡金属层、包括过渡金属层的结构和器件。在该方法中，过渡金属通过循环沉积过程沉积在衬底上，并且该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供过渡金属前体，以及以气相向反应室提供反应物，以在衬底上形成过渡金属。过渡金属前体包括来自第4至6族中任一族的过渡金属，反应物包括选自Si,Ge或Sn的第14族元素。

技术领域

本公开涉及用于制造半导体器件的方法和设备。更具体地，本公开涉及用于在衬底上沉积过渡金属的方法和系统以及包含过渡金属的层。

背景技术

半导体器件制造过程通常使用先进的沉积方法来形成具有特定性能的金属和含金属层。第4族(钛、锆、铪)、第5族(钒、铌、钽)和第6族(铬、钼和钨)中的过渡金属可具有本领域寻求的许多优点。例如，它们可用作线路后端(BEOL)或线路中端(MEOL)应用中的导体材料，或用于掩埋电源轨或用于逻辑应用中的功函数层，以及用于高级存储器应用中的字线或位线。此外，它们可用于金属栅极应用。

通过原子层沉积来沉积高质量的金属薄膜仍然具有挑战性，尤其是对于正电性元素和容易形成氮化物或碳化物相的金属。正电性元素很难还原成元素形式，通常需要强有力的还原剂、异常条件或基于等离子体的方法。一些金属元素，尤其是来自第4、5和6族的金属元素，通常从金属前体配体或沉积中用于生成金属碳化物或金属氮化物的共反应物中引入碳或氮。避免含有碳和氮的配体和共反应物是困难的，并且严重限制可能的化学物质的选择。因此，本领域需要用于沉积过渡金属或含过渡金属层的替代或改进的方法。

在本部分中阐述的任何讨论(包括问题和解决方案的讨论)已经包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本发明制造时是已知的或者构成现有技术。

发明内容

本发明内容可以简化的形式介绍一些概念，这将在下面进一步详细描述。本发明内容不一定旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本公开的各种实施例涉及沉积过渡金属的方法。

在本公开中，公开了通过循环沉积过程在衬底上沉积过渡金属的方法。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供过渡金属前体，以及以气相向反应室提供反应物，以在衬底上形成过渡金属。根据本公开的过渡金属前体包括第4至6族中任一族的过渡金属，并且反应物包括选自Si,Ge或Sn的第14族元素。

本公开还涉及通过根据本公开的方法生产的过渡金属层。因此，在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供包含来自第4至6族中任一族的过渡金属的过渡金属前体，并且向反应室提供包含选自Si,Ge或Sn的第14族元素的反应物，以在衬底上形成过渡金属。

在另一方面，本公开涉及一种包括通过根据本公开的方法沉积的过渡金属的结构。包含在该结构中的过渡金属可以作为层沉积。换句话说，它可以是过渡金属层。如本文所用，“结构”可以是或包括本文所述的衬底。结构可以包括覆盖衬底的一层或多层，例如通过根据本公开的方法形成的一层或多层。该结构可以是例如BEOL中的通孔或线路，或者MEOL中的触点或局部互连。该结构也可以是栅电极中的功函数层，或逻辑应用中的掩埋电源轨，以及高级存储器应用中的字线或位线。

在又一方面，本公开涉及一种包含通过根据本公开的方法沉积的过渡金属的半导体器件。该器件可以是例如栅电极、逻辑或存储器件。