专利名称：低电阻氮化钛膜的制作方法
低电阻氮化钛膜主张优先权特此主张2005年7月20日申请的第11/185,423号美国专利申请案的优先权权益， 所述申请案以引用的方式并入本文中。 技术领域本申请案大体上涉及半导体装置和装置制造，且更明确地说涉及导电层及其制造方法。
背景技术：
半导体装置产业受市场驱策而需要减小例如晶体管、电容器和导电互连等装置的尺 寸。较小的晶体管会改进操作速度和时钟速率，且降低备用和操作模式中的功率要求。 较小的装置还需要较薄的介电层、较薄的扩散层和较薄的导电互连层。较薄的导体层在 薄导体线横越较陡的接触阶梯或边缘时可导致称为阶梯覆盖的问题。这些阶梯或边缘正 变得越来越深且窄。接触边缘可能充分深于接触孔的直径，这种情形称为高纵横比接触 孔，其还可引起阶梯覆盖和接触填充问题。较薄的层还可能对不同材料混合或扩散到其 可能引起潜在可靠性问题的区域中较为敏感。越来越小且可靠的集成电路(IC)将很可 能用于例如处理器芯片、移动电话和存储器装置(例如，动态随机存取存储器(DRAM)) 等产品中。 一种改进导体可靠性的已知方法是在例如铝或铜等其它导体下方或上方使用 导电性氮化钛(TiN)层以便防止金属扩散到周围的绝缘体层中。借助化学气相沉积 (CVD)或物理气相沉积(PVD)方法(例如，溅镀)沉积TiN通常形成具有较差导电 性(通常以ohm-cm或nohm-cm为单位的电阻率来表达)(利用CVD)的层，或者形成 具有较差保形性(利用PVD)的层，从而导致不完全覆盖。 发明内容本申请案解决上文提及的问题，且将通过阅读和学习以下说明书而了解所述问题。 可通过使用前体化学品借助原子层沉积(ALD)将钛沉积到衬底表面上以形成TiN 膜或某一其它氮化钕TiNx来形成所述结构，其中所述膜具有非常精确且可重复的厚度。 此过程可称为ALD循环。通过得知一个ALD循环的TiN膜厚度并视需要重复多次以形 成具有所要求的厚度的膜，来获得所需的最终厚度。与使用TDMAT (四(二甲氨基)钛)和氨通过例如化学气相沉积(CVD)等先前方法形成的氮化钛膜的6000 pohm-cm相比，通过ALD方法形成的氮化钛层可能非常具有 导电性(即，低电阻率)，例如600微欧姆-厘米(pohm-cm)。通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成具有第一厚度的氮化钛层的方法的一实施例 包含将衬底暴露于含有钛的至少一个前体，接着将衬底暴露于含有氮的至少一个反应物 和不含氮的至少一个反应物。反应物是应用于沉积循环中的初始前体之后的ALD前体 的术语，且仅用于帮助区分ALD反应中使用的材料。ALD的温度在约200'C到370°C的 范围内，且优选为约230。C。钛前体可以是四(二乙基氨)钛(TDEAT)，且所述前体可以 是具有55'C与115'C之间且优选为75'C的温度的流体。所述流体可通过具有50sccm到 150sccm的流量的惰性载气(优选为氦)而运输到ALD反应器。反应物可包含还原剂，且优选为氨(NH3)与一氧化碳(CO)的混合物，其典型比 率为约1份氨比7份一氧化碳。反应物还可循序地而非同时使用，或用于交替的ALD 循环中。ALD反应通常导致每ALD反应循环形成一TiN层，每循环的厚度通常约一埃。重 复循环以形成具有最终厚度的氮化钛膜。ALD反应可在每一前体或反应物流之间具有非反应性吹扫气体。 一般来说，前体与 反应物之间没有实质差异，且本文使用所述术语仅指示单一沉积循环中的使用次序。一 种通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成氮化钛层的方法可包含将衬底暴露于至少一个 含有钛的前体化学品，将衬底暴露于非反应性吹扫气流，将衬底暴露于具有至少一个含 有氮的反应气体的混合物，将衬底暴露于第三非反应性吹扫气流，以及重复循环直到实 现所需的最终厚度为止。非反应性吹扫气流可在循环开始之前存在，或者可在循环期间 的任何时间存在。通过ALD工艺形成的氮化钛层可具有化学式TiNx，其中0.5〈X〈2.0，但优选X^。 与CVD和溅镀方法相比，所述TiN层具有低电阻率，且可小于800 p ohm-cm。所述TiN层即使在具有高纵横比的接触阶梯上也具有优良的阶梯覆盖，且可具有大于75%的阶梯覆盖。通过此方法提供的TiN层可与氮化钛层下方或氮化钛层上方的导电层(例如，铝) 一起使用。TiN层可用作扩散势垒用于电迁移控制，或提供可靠的并联电流路径。此类 TiN层可用于在电容性装置上形成导电板，或在例如存储器装置(比如，快闪存储器、 EEPROM)或其它电子装置的晶体管装置上形成导电信号线，所述其它电子装置包含 CMOS和双极晶体管、数字和模拟电路、薄膜晶体管和电荧发光显示器。从以下描述和所参考的附图中将了解这些和其它方面、实施例、优点及特征。
图1说明用于制造形成为氮化钛层序列的氮化钛层的原子层沉积系统的实施例； 图2说明形成氮化钛层的方法的实施例的元素的流程图；图3说明具有通过原子层沉积而沉积在多晶硅栅极上以及不同的导电材料下方的氮 化钛层的晶体管的配置的实施例；图4展示具有原子层沉积的氮化钛层的介电层中的接触件的实施例；图5是耦合到电子装置的控制器的实施例的简化图；以及图6说明具有若干装置的电子系统的实施例的图。
具体实施方式
以下具体实施方式
参考附图，附图以说明的方式展示其中可实践本发明的特定方面 和实施例，充分详细地描述这些实施例以使所属领域的技术人员能够实践本申请案。可 利用其它实施例，且在不脱离本发明实施例的范围的情况下可作出结构、逻辑和电方面 的变化。各个实施例不一定相互排斥，因为一些实施例可与一个或一个以上其它实施例 组合以形成新的实施例。以下描述中使用的术语"晶片"和"衬底"包含用于形成集成电路(IC)结构的具有暴露表面的任何结构。术语"衬底"理解为包含半导体晶片。术语"衬底"还用于表示处理期间的半导体结构，且可包含已制造在上面的其它层。晶片和衬底两者均包含掺杂和未掺杂半导体、由基底半导体或绝缘体支撑的外延半导体层，以及所属领域的技术人员众所周知的其它半导体结构。术语"导体"理解为通常包含n型和p型半导体，且术语"绝缘体"或"电介质"界定为包含不如称为导体或称为半导体的材料那样导电的任何材料。术语"阶梯覆盖"用于表示材料在水平到垂直过渡上延伸的最小厚度与所述同一材料在平坦表面上的厚度的比率。本申请案中使用的术语"水平"界定为平行于晶片或衬底的常规平面或表面的平面，而不管所述晶片或衬底的定向如何。术语"垂直"表示与上文界定的水平垂直的方向。 例如"在...之上"、"侧部"(如在"侧壁"中)、"较高"、"较低"、"上方"和"下方"等 前置词是相对于处于晶片或衬底的顶部表面上的常规平面或表面而界定的，而不管所述 晶片或衬底的定向如何。因此，以下具体实施方式
不应在限定性意义上理解，且本发明 实施例的范围仅由所附权利要求书连同授权给此类权利要求的等效物的完全范围界定。 在一实施例中，使用原子层沉积(ALD)形成具有大致平滑表面的氮化钛(TiNx) 膜。使用原子层沉积形成此膜可实现控制材料层之间的过渡。由于这种控制的缘故，ALD200680026567.X说明书第4/10页TiN膜可具有经设计的过渡，其中衬底表面处于接触孔中，且ALDTiN膜可形成为具有 连续变化的材料成分的许多薄层以实现一个表面处的改进的粘附力，以及对大块TiNx 材料中增加的导电性的分级。ALD，其也可称为原子层外延生长(ALE)，是化学气相沉积(CVD)的修改形式 且还可称为"交替脉冲CVD"。在ALD中，以一次一个的方式将气态前体引入到安装在 反应室(反应器)内的衬底表面。气态前体的这种引入采取每一气态前体的连续脉冲的 形式。在前体气体的脉冲中，前体气体被迫流进特定区域或区中并持续较短时期。在脉 冲之间，用气体(其在许多情况下为惰性气体)吹扫，和/或抽空反应室。所引入的第一 前体材料可称为前体，且引入的下一材料可称为反应物，但两种材料均是通过ALD反 应形成的最终材料的前体。如果存在处于气相时彼此不起反应的两种前体或两种反应 物，那么可修改ALD工艺以允许两种前体或反应物同时流进反应室中。在ALD工艺的第一反应步骤中，在第一脉冲期间，第一前体饱和且化学吸附在衬 底表面处。利用吹扫气体进行的后续脉冲从反应室中去除过量的前体，明确地说去除未 被化学吸附的前体。第二脉冲阶段将第二前体(本文称为反应物)引入到衬底，在衬底处发生所需膜的 成长反应，反应厚度部分取决于被化学吸附的第一前体的量。膜成长反应之后，从反应 室中吹扫反应副产物和过量的前体。在前体被吸收并在衬底上彼此剧烈地起反应的前体 化学性质的情况下，可在适当设计的流型反应室中在不到一秒内执行一个ALD循环。 通常，前体脉冲时间范围为约0.5秒到约IO秒。在ALD工艺中，所有反应和吹扫阶段的饱和使膜成长自我限制。这种自我限制的 成长产生较大面积均一性和保形性，其对于例如平坦衬底、深沟槽或高纵横比接触孔等 情况，以及在处理多孔硅和高表面面积硅石和氧化铝粉末的过程中具有重要应用。值得 注意的是，ALD实现通过控制成长循环的数目以简单的方式控制膜厚度。最初开发ALD是用于制造电荧发光显示器中所需的发光和介电膜。已研究ALD用 于成长不同的外延II-V和II-VI膜、非外延晶体或非晶氧化物和氮化物膜以及这些膜的 多层结构。对硅和锗膜的ALD成长也已投入相当大的关注，但由于复杂的前体化学性 质的缘故，至今仍不太成功。ALD工艺中使用的前体可以是气态、液态或固态的。然而，液态或固态的前体在高 蒸汽压力或低升华温度下将挥发。蒸汽压力应足够高以实现有效的质量运输。另外，固 态和一些液态的前体可能需要在反应室内部加热并通过加热管引入到衬底。必要的蒸汽 压力应达到衬底温度以下的温度以免前体在衬底上冷凝。由于ALD的自我限制的成长机制的缘故，可使用蒸汽压力相对较低的固态前体，但蒸发速率可能由于表面面积的变 化而在工艺期间略有变化。ALD前体的其它合乎需要的特性包含衬底温度下的热稳定性，因为分解可能破坏表 面控制(且因此破坏ALD方法的优点之一)，表面控制依赖于前体在衬底表面处的反应。 可容许轻微的分解(如果与ALD成长相比较缓慢)。前体将化学吸附在表面上或与表面 起反应，但前体与表面之间的相互作用以及化学吸附(类似于吸收)的机制对于不同的 前体是不同的。衬底表面处的分子将与第二前体(其可称为反应物)剧烈反应以形成所 需的膜。另外，前体不应与膜反应而导致蚀刻，且前体不应溶解于膜中。在ALD工艺中使 用高度反应性前体的能力可与用于常规金属-有机CVD (MOCVD)型反应的前体形成对 比。此外，反应的副产物应为气态以便允许在吹扫阶段期间容易将其从反应室中去除。 最后，副产物不应在衬底表面上起反应或吸附在衬底表面上。在反应序列ALD (RS-ALD)工艺中，自我限制的工艺序列涉及连续的表面化学反 应。ALD依赖于反应性表面与反应性分子前体之间的化学性质。在ALD工艺中，将分 子前体单独脉冲到ALD反应室中，但使用两种不互相反应的材料的情况是例外。衬底 处的金属前体反应之后通常是惰性气体脉冲(或吹扫)，以在制造序列的下一前体的输 入脉冲之前从反应室中去除过量的前体和副产物。通过使用ALD工艺，膜可以在化学动力学、每循环的沉积厚度、成分和厚度方面 均相同的相等计量序列进行分层。ALD序列通常每循环沉积少于完整的层。通常，可实 现每ALD循环约0.25到约2.00 A的沉积或成长速率。ALD的优点包含界面或拓扑阶梯处的连续性，以及避免对于薄化学气相沉积(< 20A)和薄物理气相沉积(<50A)循环是典型的不良界定的成核区，由于其逐层沉积技 术而实现的多种衬底拓扑上的保形性、使用较低温度、不依赖于反应室几何形状、成长 厚度仅取决于所执行的循环的数目，以及能够以一个到两个单层的解析度设计多层层压 膜。ALD工艺实现单一单层级别的沉积控制，以及沉积非晶膜单层的能力。ALD沉积序列的循环可包含脉冲例如TDEAT (或其它热稳定前体)等前体材料持 续2秒，脉冲针对前体的吹扫气体(例如，氩)持续2秒并将系统抽吸回到基础压力持 续(说明性的)5秒，脉冲反应物前体(例如， 一氧化碳与氨的混合物)持续3秒，以 及脉冲反应物的吹扫气体(例如，氩)持续2秒并抽吸系统持续IO秒。ALD工艺取决 于前体和反应物在表面上的化学吸收(化学吸附)，其是自我限制的，因此产生非常一致的沉积厚度，所述沉积厚度取决于吸收到表面上并达到饱和的第一前体的量。可重复此循环直到在单一材料层中实现所需厚度为止，或者此循环可与以下操作交替脉冲第 三前体材料、脉冲针对第三前体的吹扫气体、脉冲第四反应物前体，以及脉冲反应物的 吹扫气体以在第一材料上形成第二材料层。如果前体可直接与衬底相互作用(如掺杂剂 金属层沉积在介电层上的情况下)，那么不需要存在反应气体。在第一系列的循环的厚 度产生仅数分子层厚的介电层且第二系列的循环也产生仅数分子层厚的不同介电层的 情况下，这可称为纳米层材料或纳米叠层。纳米叠层是指分层堆叠中两种或两种以上不 同材料的超薄层的复合膜，其中所述层是具有纳米级厚度的不同材料的交替层，且每一 纳米层可以是所述材料的仅单一单层厚的连续膜。纳米层不限于每一材料的交替单一 层，而是可包含使一种材料的若干层与另一材料的单一层交替，以获得两种或两种以上 材料的所需比率。不同材料层在沉积之后可保持分离，或者其可彼此起反应以形成合金 层。所述合金层可视为掺杂层，且介电层的特性可通过此类掺杂而发生变化。如先前注意到，整个氮化钛层可逐单层地变化以改进表面特性和与硅衬底、与介电 层或与其它导电层的界面。为了简单起见，在本文论述的实施例中，TiNx层将在整个层 上具有一致的成分，且X将等于一，即氮化钛将具有TiN的结构。在一实施例中，使用原子层沉积在安装于反应室中的衬底上形成氮化钛层。 一实施 例包含使用例如TDEAT (四(二乙基氨)钛)等前体形成氮化钛层，所述TDEAT化学式 为Ti[(C2H5)2N]4。反应物前体是氨(NH3)与一氧化碳(CO)的混合物。TDEAT是液 态前体，其可使用氦作为载气在约IO(TC的温度下用于起泡器中。在ALD反应室中使用此类前体可产生20(TC到45(TC范围内且优选为230'C左右的 范围内的较低衬底沉积温度。前体与反应注射气体之间使用的吹扫气体可包含氮、氦、 氩或氖。所形成的TiN膜可具有良好的热和电特性，具有约600 pohm-cm的高导电性。 TiN膜具有好于80%的良好阶梯覆盖值，和针孔值较低的高连续性。图1展示用于形成TiN膜的原子层沉积系统100的实施例。所描绘的元素允许大体上论述ALD沉积的原理，且可用于实践本发明主题。图1中，加热元件/晶片固持器106上的衬底108位于ALD系统100的反应室102内部。加热元件106热耦合到衬底108以控制衬底温度。气体分配设备110将前体、反应物和吹扫气体以均一方式引入到衬底108。由气体分配设备(有时称为莲蓬头)引入的气体与衬底108起反应，且通过真空汞104穿过控制阀105从室102中去除任何过量的气体和反应产物。每一气体源自个别气体源114、 118、 122、 126、 130和134,其流动速率和时间分别由质量流控制器116、120、 124、 128、 132和136控制。所说明的质量流控制器与控制阀(为了简单起见未图示)组合以提供安全的关闭位置。气体源122或130可通过存储前体作为气体，或者通过提供加热器以使固态源缓慢蒸发或提供起泡器以带走液态材料来提供前体气体，从而 形成选定的前体材料。起泡器可具有穿过液态前体起泡的载气，或者可在流体表面上通 过以从前体流体输送所蒸发的蒸汽。该图展示一个以上前体源，但主题不限于此，且在 所揭示的实施例中仅使用单一前体源。所述系统中还包含吹扫气体源114和118，其分别耦合到质量流控制器116和120。 所揭示的实施例可仅使用所述吹扫气体中的一者用于所有揭示的说明性吹扫步骤，或者 可根据特定所需结果的要求而同时或交替地使用两种吹扫气体。对于针对多个前体气体 使用同一吹扫气体的工艺，ALD系统IOO可能需要较少的吹扫气体源。前体、反应物和 吹扫气体源通过其相关联的质量流控制器耦合到共同气体线路或导管112，所述共同气 体线路或导管112耦合到反应室102内部的气体分配设备110。气体导管112还可耦合 到另一真空泵或排气泵(未图示)以在吹扫序列结束时从气体导管112中去除过量的前 体气体、吹扫气体和副产物气体。真空泵或排气泵104通过控制阀105耦合到室102，控制阀105可以是质量流阀， 用于在吹扫序列结束时从反应室102中去除过量的前体气体、吹扫气体和副产物气体。 为了方便，图1中未展示所属领域的技术人员己知的控制显示器、安装设备、温度感测 装置、衬底操纵设备和必要的电连接。尽管ALD系统IOO非常适于实践本发明实施例， 但也可使用其它市售的ALD系统。半导体制造领域的一般技术人员了解用于膜的沉积的反应室的使用和操作。本发明实施例可在多种此类反应室上实践，而无需过度的实验。此外，所属领域的 一般技术人员在阅读揭示内容之后将理解半导体制造领域中的必要的检测、测量和控制 技术。ALD系统100的元素可由计算机控制，所述计算机使用含有计算机可执行指令的计 算机可读媒体来控制ALD系统100内例如压力、温度和气流等个别元素。在所提供的 各个实施例中为了集中于ALD系统IOO的使用，未展示计算机，但所属领域的技术人 员可了解，系统IOO可处于计算机控制下。图2说明形成TiN层的方法的实施例的操作步骤的流程图。在202处，准备衬底以与第一前体气体直接反应或化学吸附所述第一前体气体。此准备将从衬底表面处去除例如有机薄膜、污垢和原始氧化物等污染物，且可包含反应室102中的氢氟酸漂洗或溅镀蚀刻。在206处，第一前体材料进入反应室并持续预定时长，例如0.5-2.0秒。第一前体材料化学吸收到衬底表面上，化学吸收的量取决于衬底的温度(一个实施例中为230°C),且在存在充分的前体材料流的情况下进行。另外，前体的脉冲可使用在衬底表面上提供被吸收单层的均一覆盖的脉冲周期，或者可使用在衬底表面上提供单层的部分形 成的脉冲周期。 一实施例具有包含TDEAT的前体气体。在208处，第一吹扫气体进入反应室并持续预定时长，其足以去除大致所有未化学 吸附的第一前体材料。典型的时间可为1.0-2.0秒，其中吹扫气体包括氮、氩、氖、其组 合，或例如氢等其它气体。在210处，第一反应气体进入室并持续预定时长，其足以提 供足够的反应物以与衬底表面上被化学吸附的第一前体材料的量化学组合。在一实施例 中，反应材料包含氨和一氧化碳，其同时、循序或以交替循环脉冲。在212处，第二吹 扫气体(其可与第一吹扫气体相同或不同)进入室并持续预定时长，其足以去除大致所 有未反应的材料和来自室的任何反应副产物。尽管所描述的实施例包含两个不同的吹扫 操作，但存在不限于此的实施例。可能存在单一连续或可变的吹扫，或者可能完全不存 在吹扫气体，仅通过抽吸机构来去除反应材料。或者，可单独通过吹扫气体流来去除反 应物和反应产物。在214处，确定电介质中的第一介电材料的厚度是否已达到所需厚度，或者是否需 要另一沉积循环。如果需要另一沉积循环，那么操作返回到206，直到所需的第一介电 层完成为止，此时过程继续前进到沉积工艺的末尾(216处)。图3说明一种用于形成由多个ALD沉积的氮化钛层形成的导电TiN层的方法的实 施例中的单一晶体管。此实施例可用用作原子层沉积系统的图1的系统IOO来实施。准 备衬底302，其通常为硅或含有硅的材料。在其它实施例中，也可使用锗、砷化镓、蓝 宝石上硅衬底或其它适宜的衬底。准备过程可包含清洁衬底302，以及形成衬底的各个 层和区，例如说明性的金属氧化物半导体(MOS)晶体管300的源极-漏极扩散部分304 和源极-漏极扩散部分306。正被处理的晶体管300的区的形成的先后次序可遵循所属领 域的技术人员众所周知的MOS晶体管的一般了解的制造法。覆盖衬底302上的源极与漏极扩散区304与306之间的区域的电介质310可称为栅 极氧化物层。覆盖栅极氧化物310的是栅电极312，其可由导电多晶硅或各种金属形成， 这取决于所需的晶体管300阈值电压。覆盖栅电极312的是ALD沉积的导电TiN层314， 其由金属层318 (通常为铝合金或铜)覆盖。TiN层314可用作扩散势垒层以防止来自 层318的金属由于扩散穿过多晶硅栅极312和栅极氧化物310并用金属污染衬底302而 影响晶体管装置300的电特性。形成通过ALD沉积形成的导电TiN层的方法的实施例还可适于形成电容器中的金 属板，形成各种集成电路、存储器装置和电子系统中的导电迹线。图4说明具有向扩散结构提供电信号传导的至少一部分的导电TiN层的接触孔。导电性填充接触件400具有衬底402 (通常为例如硅等半导体)，其具有扩散结构404，例 如形成在衬底中的二极管或源极/漏极区。介电层(例如，氧化硅层)406将具有孔或接 触件408，其穿过电介质406而形成以接触扩散区404。 ALD沉积的导电TiN层410横 越介电层406的平坦顶部并具有第一厚度tl。TiN层410还在位置412处横越接触件408 的边缘并覆盖接触件408的侧壁和底部414。ALD沉积的TiN层的说明性实施例将在412 处的顶部拐角处、在408处的侧壁上或在接触件的底部414的内部拐角处具有最小厚度。 TiN层410的最薄部分与平坦顶部410处的厚度的比率将大于80%。这称为具有80%的 阶梯覆盖。TiN层410展示为单一层，但主旨不限于此，且通常TiN层410将具有50 到200埃的厚度，且由100到400个别TiN层形成，每一层在一个ALD循环中形成。 所述个别层可具有分级成分，或者其可具有相同成分。TiN层410将由另一金属层(例 如，铝)覆盖。例如图3和4所示的结构可用于任何集成电路或晶体管装置中，例如快闪存储器装 置以及其它存储器、逻辑或信息处理装置和系统。这些信息处理装置的实施例包含无线 系统、电信系统、计算机和集成电路。图5说明具有一个或一个以上装置的电子系统500的图，所述一个或一个以上装置 具有根据各个实施例形成的原子层沉积的TiN层。电子系统500包含控制器502、总线 504和电子装置506，其中总线504提供控制器502与电子装置506之间的导电性。在 各个实施例中，控制器502和/或电子装置506包含如本文先前论述的ALD导电TiN层 的实施例。电子系统500可包含(但不限于)信息处理装置、无线系统、电信系统、光 纤系统、电光系统和计算机。图6描绘具有控制器602和存储器606的系统600的实施例的图。控制器602和/ 或存储器606包含ALDTiN导电层。系统600还包含电子设备608和总线604，其中总 线604可提供控制器602与电子设备608之间以及控制器602与存储器606之间的导电 性和数据传输。总线604可包含地址、数据总线和控制总线，其每一者独立地配置。总 线604还使用用于提供地址、数据和/或控制的共同导电线，其用途可由控制器602管理。 在一实施例中，电子设备608包含类似于存储器606而配置的额外存储器装置。 一实施 例包含耦合到总线604的额外外围装置(一或多个)610。在一实施例中，控制器602 是处理器。控制器602、存储器606、总线604、电子设备608和外围装置(一或多个) 610中的任一者可包含具有根据所揭示的实施例的ALD沉积的TiN层的信号导体层。系统600可包含(但不限于)信息处理装置、电信系统和计算机。外围装置610可包含显示器、额外存储存储器，或可结合控制器602和/或存储器606操作的其它控制装置。将了解，实施例同等地适用于任何尺寸和类型的存储器电路，且不希望限于特定类 型的存储器装置。存储器类型包含DRAM、 SRAM (静态随机存取存储器)或快闪存储器。使用TDEAT前体和氨与一氧化碳的1比7的混合物通过ALD形成的TiN导电层具 有600到800 pohm-cm范围内的电阻率(与利用先前沉积方法的6,000 pohm-cm相比)， 且具有大于80%的阶梯覆盖(与利用先前沉积方法的小于60%相比)。沉积速率在与先 前沉积方法相同的范围内，且厚度控制和膜厚度变化的标准偏差也相同，从而产生仍然 拥有制造稳健性的改进的工艺。尽管本文已说明和描述了特定实施例，但所属领域的一般技术人员将了解，预计实 现相同目的的任何配置可代替所展示的特定实施例。本申请案希望涵盖包含具有分级成 分的TiN层的所揭示的实施例的任何修改或变化。应了解，以上描述内容希望为说明性 而非限定性的，且本文使用的措辞或术语是出于描述而不是限制的目的。所属领域的技 术人员在学习了以上描述内容之后将了解以上实施例与其它实施例的组合。本发明所揭 示实施例的范围包含其中使用以上结构和制造方法的实施例的任何其它应用。应参考所 附权利要求书连同授权给此类权利要求的等效物的完全范围来确定实施例的范围。
权利要求
1.一种通过原子层沉积在衬底上形成氮化钛层的方法，其包括将衬底暴露于含有钛的至少一个前体；以及将所述衬底暴露于含有氮的至少一个反应物和不含氮的至少一个反应物。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述衬底的温度在约15(TC到37(TC的范围内。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述衬底的所述温度为约23(TC。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中所述至少一个前体包含四(二乙基氨)钛。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述前体是具有85'C与115'C之间的温度的流体， 且将具有50sccm到150sccm的流量的惰性载气通入所述前体中。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反应物中的至少一者包含还原剂。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含有氮的至少一个反应物包含氨(NH3)。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述不含氮的至少一个反应物包含一氧化碳(CO)。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述衬底暴露于所述含有氮的反应物和所述不 含氮的反应物大致同时发生。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中所述至少一个前体包含四(二乙基氨)钛，所述含 有氮的至少一个反应物包含氨(NH3)，且所述不含氮的至少一个反应物包含一氧 化碳(CO)。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中形成氮化钛层包括-将所述衬底暴露于至少一个含有钛的前体化学品； 将所述衬底暴露于第一非反应性吹扫气流；将所述衬底暴露于含有氮的至少一个反应气体和不含氮的至少一个反应气体； 将所述衬底暴露于第二非反应性吹扫气流； 其中所述氮化钛层具有第一厚度；以及 进行重复，直到实现预定的最终厚度为止。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一厚度在0.5埃到1.5埃的范围内。
13. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述最终厚度是所述第一厚度的整数倍厚。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一和第二非反应性吹扫气体是相同的。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述吹扫气体是氩。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述含有氮的至少一个反应气体包括氨(NH3)。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中一氧化碳(CO)与所述氨(NH3)大致同时存在。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述CO的体积是所述NH3的体积的七倍。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中所述CO的体积为约3500 sccm，且所述NH3 的体积为约500 sccm。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述衬底的温度在约15(TC到37(TC的范围内， 且所述含有钛的前体化学品包括四(二乙基氨)钛。
21. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述氮化钛层具有化学式TiNx，其中0.5<乂< 2.0，且具有小于800 nohm-cm的电阻率。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述氮化钛层在所述衬底的地形阶梯上具有大 于75%的阶梯覆盖。
23. 根据权利要求11所述的方法，其中所述衬底包含设置在所述氮化钛层下方的导电层。
24. 根据权利要求11所述的方法，其中所述方法是在电容性装置上形成至少一个导电 板的方法、在晶体管装置上形成导电信号线的方法和形成存储器装置的方法中的至 少一者。
25. 根据权利要求11所述的方法，其中通过多个原子层沉积循环形成所述氮化钛层， 每一原子层沉积循环形成厚度为约0.1 nm的氮化钛的连续单层。
26. 根据权利要求23所述的方法，其中在将所述导电层形成到经图案化金属化线中之后在H2环境中使所述导电层退火。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中其是形成电子装置的方法，所述电子装置包含集成电路中的含有原子层沉积的氮化钛层的导电层；所述导电层由四(二乙基氨)钛、氨(NH3)和一氧化碳(CO)形成，且具有大于 80%的阶梯覆盖和小于600 nohm-cm的电阻率；其中所述氮化钛膜具有分子式TiNx，其中0.7<乂<1.1，且所述氮化钛膜包括氮 化钛的多个连续单层，每一单层具有0.05到0.15 nm范围内的大致类似的厚度。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述电子装置包含存储器，所述存储器将所述 氮化钛作为晶体管装置中的信号金属化迹线的下伏部分和晶体管装置中的信号金 属化迹线的上覆部分中的至少一者。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述电子装置包含所述集成电路中的CMOS晶 体管，所述CMOS晶体管将所述钕层作为扩散势垒和电迁移势垒中的至少一者。
全文摘要
使用原子层沉积(ALD)形成导电性氮化钛层会产生用于多种电子装置中的可靠结构。通过使用例如TDEAT等含有钛的前体化学品，随后使用氨与一氧化碳的混合物或单独使用一氧化碳，借助原子层沉积将氮化钛沉积到衬底表面上，并进行重复以形成连续沉积的TiN结构，而形成所述结构。此TiN层可用作例如铝或铜等另一导体下方的扩散势垒，或用作铝导体上方的电迁移阻止层。ALD沉积的TiN层具有低电阻率、平滑拓扑、高沉积速率和优良的阶梯覆盖以及电气连续性。
文档编号H01L21/205GK101228617SQ200680026567
公开日2008年7月23日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月20日
发明者尤金·P·马什, 布伦达·D·克劳斯 申请人:美光科技公司