形成无杂质金属合金膜的方法与流程

本发明一般涉及金属膜的原子层沉积(atomic layer deposition；ald)的方法。尤其是，本发明的多个实施方式针对仅基于热的ald沉积。

背景技术：

1、晶体管是大多数集成电路的关键部件。因为晶体管的驱动电流，且因此速度与晶体管的栅极宽度成比例，所以更快的晶体管一般需要更大的栅极宽度。因此，在晶体管尺寸与速度之间存在折中，并且已开发“鳍式(fin)”场效应晶体管(finfet)以解决具有最大驱动电流与最小尺寸的晶体管的冲突目标。finfet的特征在于在不显著增加晶体管的占地面积之情况下极大增加晶体管的尺寸的鳍形信道区域，并且现在正被应用于许多集成电路中。然而，finfet具有它自身的缺陷。

2、随着晶体管装置的特征结构尺寸持续缩小以达成更大的电路密度和更高的效能，需要改良晶体管装置结构以提高静电耦合并降低负面效应，诸如寄生电容(parasiticcapacitance)和截止状态泄漏(off-state leakage)。晶体管装置的实例包括平面结构、鳍式场效应晶体管(fin field effect transistor；finfet)结构，和水平环绕式栅极(horizontal gate all around；hgaa)结构。hgaa装置结构包括以堆叠的配置悬置并且经由源极/汲极区域连接的若干晶格匹配的通道。普遍认为，hgaa结构提供了良好的静电控制并且可在互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；cmos)晶片制造中得到广泛采用。

3、功函数金属(work function metal)在金属氧化物半导体(metal oxide semi-conductor；mos)晶体管应用中很受关注。诸如碳化钽(tac)、碳化钛(tic)、碳化铝钛(tialc)和钛铝(tial)的金属膜已经评估为mos晶体管中的n金属(功函数金属)的候选。

4、典型地，金属和金属合金的有效功函数(work function；wf)受到有效电负性的控制。更多的电正性金属表现出n型金属氧化物半导体(n-type metal oxidesemiconductor；n-mos)功函数。最广泛使用的n金属膜包括钛(ti)、铝(al)、铪(hf)和镧(la)。在无等离子体的情况下，没有可行的选择来沉积这些纯金属膜。等离子体工艺对于晶体管制造通常是不期望的，因为等离子体可能对先前沉积的膜和所得装置造成不利效应。因此，在本领域中需要以最少的负电残留物来沉积这些膜。

技术实现思路

1、本公开内容的一个或多个实施方式针对一种沉积膜的方法。在一个或多个实施方式中，方法包含：将基板表面的至少一部分暴露于包含化合物的卤素前驱物，该化合物具有通式(i)mqzrm(i)，其中m是金属，q是选自cl、br、f或i的卤素，z是自1至6，r选自烷基、co、环戊二烯基、脒基(amidinate)、二氮杂二烯或酰胺基，并且m是从0至6；并且将基板表面的至少一部分暴露于有机硅烷反应物，该有机硅烷反应物包含具有以下通式(ii)或通式(iii)的化合物：

2、其中r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、ra、rb、rc、rd、re和rf独立地选自氢(h)、被取代烷基或未被取代烷基；并且x、y、x'和y’独立地选自氮(n)和碳(c)以将金属膜沉积在基板表面上，金属膜实质上(substantially)无碳。

3、本公开内容的多个额外实施方式针对电子装置。在一个或多个实施方式中，栅极堆叠物包含：在基板上的高介电常数介电层；在高介电常数介电层上的第一氮化钛层；在第一氮化钛层上的功函数层；在功函数层上的第二氮化钛层，其中功函数层包含实质上无碳的金属膜。

4、本公开内容的多个进一步实施方式针对包括指令的非暂时性计算机可读介质，当这些指令被处理腔室的控制器执行时，使得处理腔室执行以下操作：将卤化物前驱物流动至具有基板的处理腔室的处理空间中，该卤化物前驱物具有通式(i)mqzrm(i)，其中m是金属，q是选自cl、br、f或i的卤素，z是自1至6，r选自烷基、co、环戊二烯基、脒基、二氮杂二烯或酰胺基，并且m是自0至6，清除处理腔室的卤化物前驱物；将基板暴露于具有以下通式(ii)或通式(iii)的有机硅烷前驱物：

5、其中r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、ra、rb、rc、rd、re和rf独立地选自氢(h)，被取代烷基或未被取代烷基；并且x、y、x'和y’独立地选自氮(n)和碳(c)；并且清除处理腔室的有机硅烷前驱物。

技术特征：

1.一种沉积膜的方法，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其中m选自钪(sc)、钇(y)、镧(la)、锕(ac)、钛(ti)、镐(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钼(mo)、钨(w)、锰(mn)、铼(re)、锝(tc)、铁(fe)、钌(ru)、锇(os)、钴(co)、铑(rh)、铱(ir)、镍(ni)、钯(pd)、铂(pt)、铜(cu)、银(ag)、金(au)、锌(zn)、镉(cd)、汞(hg)、锡(sn)和硅(si)的一种或多种。

3.如权利要求2所述的方法，其中m选自钛(ti)和铝(al)的一种或多种。

4.如权利要求1所述的方法，其中q是cl或br。

5.如权利要求1所述的方法，其中q是cl。

6.如权利要求1所述的方法，其中ra、rb、rc、rd、re和rf的至少一个包含甲基。

7.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板表面暴露于所述卤化物前驱物和有机硅烷反应物顺序地发生。

8.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板表面暴露于所述第一卤化物前驱物和所述有机硅烷反应物是同时发生。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述有机硅烷反应物选自双(三甲基甲硅基)环己二烯、双(三甲基甲硅基)二氮杂-环己二烯、双(三甲基甲硅基)-氮杂-环己二烯、双(三甲基甲硅基)-二氢-联吡啶、3,6-双(三甲基甲硅基)-1,4-环己二烯、1-甲基-3,6-双(三甲基甲硅基)-1,4-环己二烯和1,4-双-(三甲基甲硅基)-1,4-二氮杂-2,5-环己二烯的一种或多种。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：重复所述方法以提供包含多于一种金属m的金属膜。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述金属膜包含钛铝(tial)膜。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述基板在处理腔室中。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包含以下步骤：在将所述基板暴露于所述有机硅烷反应物之前，净化所述处理腔室的所述卤化物前驱物。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包含以下步骤：净化所述处理腔室的所述有机硅烷反应物。

15.如权利要求14所述的方法，其中净化所述处理腔室的步骤包含以下步骤：将净化气体流入所述处理腔室中，所述净化气体选自氮(n2)、氦(he)和氩(ar)的一种或多种。

16.一种栅极堆叠物，包含：

17.如权利要求16所述的栅极堆叠物，其中所述金属膜包含选自钪(sc)、钇(y)、镧(la)、锕(ac)、钛(ti)、镐(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钼(mo)、钨(w)、锰(mn)、铼(re)、锝(tc)、铁(fe)、钌(ru)、锇(os)、钴(co)、铑(rh)、铱(ir)、镍(ni)、钯(pd)、铂(pt)、铜(cu)、银(ag)、金(au)、锌(zn)、镉(cd)、汞(hg)、锡(sn)，或硅(si)的一种或多种金属。

18.如权利要求17所述的栅极堆叠物，其中所述金属膜包含钛(ti)和铝(al)的一种或多种。

19.如权利要求18所述的栅极堆叠物，其中所述功函数层包含碳化钛铝(tialc)。

20.一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令被处理腔室的控制器执行时，使得所述处理腔室执行以下操作：

技术总结
本发明描述了通过将基板表面暴露于卤化物前驱物和有机硅烷反应物来沉积金属膜的方法。该卤化物前驱物包含具有以下通式(I)的化合物：MQ<subgt;z</subgt;R<subgt;m</subgt;，其中M是金属，Q是选自Cl、Br、F或I的卤素，z是自1至6，R选自烷基、CO，和环戊二烯基，并且m是0至6。铝反应物包含具有以下通式(II)或通式(III)的化合物，其中R<supgt;1</supgt;、R<supgt;2</supgt;、R<supgt;3</supgt;、R<supgt;4</supgt;、R<supgt;5</supgt;、R<supgt;6</supgt;、R<supgt;7</supgt;、R<supgt;8</supgt;、R<supgt;a</supgt;、R<supgt;b</supgt;、R<supgt;c</supgt;、R<supgt;d</supgt;、R<supgt;e</supgt;，和R<supgt;f</supgt;独立的选自氢(H)、被取代烷基或未被取代烷基；并且X、Y、X'，和Y’独立地选自氮(N)和碳(C)。

技术研发人员：吉蒂卡·巴贾,达尔尚·撒卡尔,普莉娜·古拉迪雅,罗伯特·詹·维瑟,杨逸雄,杰奎琳·S·阮奇,斯里尼瓦斯·甘迪科塔
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13