[发明专利]用于形成包含钒和氮的层的方法和系统

说明书

公开了用于沉积包含金属和氮的层的方法和系统。这些层形成在衬底的表面上。沉积过程可以是循环沉积过程。可以结合这些层的示例性结构包括场效应晶体管、VNAND单元、金属‑绝缘体‑金属(MIM)结构和DRAM电容器。

技术领域

本公开总体涉及半导体处理方法和系统的领域，并且涉及集成电路制造的领域。具体地，公开了适用于形成包含金属和氮的层的方法和系统。

背景技术

半导体器件(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件)的尺寸缩小已经导致集成电路的速度和密度显著提高。然而，传统的器件缩放技术面临着未来技术节点的重大挑战。

例如，一个挑战是找到合适的导电材料用作大规模CMOS器件中的栅电极。可以使用各种栅极材料，例如金属，比如氮化钛层。然而，在一些情况下，当需要比氮化钛层获得的功函数值更高的功函数值时，例如在CMOS器件的PMOS区域中，需要用于栅电极的改进材料。具体而言，这种材料可以包括p-偶极偏移层，并且可以用于例如阈值电压调节。

此外，在诸如MIM(金属-绝缘体-金属)结构、DRAM电容器和VNAND单元的其它半导体器件中仍然需要新材料。

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被制造时是已知的或以其他方式构成现有技术。

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包含金属和氮的材料的方法、使用这种方法形成的结构和器件以及用于执行该方法和/或用于形成该结构和/或器件的设备。层可用于各种应用，包括功函数调节层和阈值电压调节层。例如，它们可用于n-或p-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETS)的栅电极。

本文描述了一种在衬底上形成包含金属氮化物的层的方法。该方法包括将衬底提供给反应室，在衬底上沉积金属氧化物，并将衬底暴露于含氮反应物。因此，金属氧化物转化为金属氮化物。

在一些实施例中，在衬底上沉积金属氧化物包括沉积循环。沉积循环包括金属前体脉冲和氧反应物脉冲。金属前体脉冲包括将衬底暴露于金属前体。氧反应物脉冲包括将衬底暴露于氧反应物。

在一些实施例中，氧反应物选自O₂,H₂O和H₂O₂。

在一些实施例中，金属氮化物包括过渡金属氮化物，金属氧化物包括过渡金属氧化物。

在一些实施例中，金属氮化物包括氮化钒，金属氧化物包括氧化钒。

在一些实施例中，金属前体包括过渡金属前体。

在一些实施例中，金属前体选自卤化物、卤氧化物和有机金属化合物。

在一些实施例中，金属前体包括钒前体。

在一些实施例中，钒前体包括卤化钒。

在一些实施例中，卤化钒包括氯化钒。

在一些实施例中，金属前体包括β-二酮化钒。

在一些实施例中，该方法包括多个沉积循环。

在一些实施例中，后续沉积循环由沉积循环间吹扫分开。

在一些实施例中，金属前体脉冲和氧反应物脉冲由沉积循环内吹扫分开。

在一些实施例中，在衬底上沉积金属氧化物和将衬底暴露于含氮反应物由后金属氧化物沉积吹扫分开。