一种制备钛铝合金薄膜的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备TiAl合金薄膜的方法，其中，提供反应腔室，该反应腔室内放置有至少一个衬底；向反应腔室中引入铝前驱物和钛前驱物，所述铝前驱物具有结构式(I)的分子结构；使所述铝前驱物和所述钛前驱物与所述衬底接触，通过气相沉积在所述衬底表面形成钛铝合金薄膜。本发明专利技术提供的方法解决了传统PVD在小尺寸器件中的台阶覆盖问题及不完全填充的问题，同时也避免了采用等离子体辅助形成钛铝合金薄膜，使得基底不受等离子体损伤，保证器件性能和/或可靠性不受影响。

Method for preparing titanium aluminium alloy film

The present invention provides a method for preparing TiAl alloy thin film which provides a reaction chamber, the reaction chamber is placed at least one substrate; introducing aluminum precursor and titanium precursor to the reaction chamber, the aluminum precursor having the structure of formula (I) molecular structure; the aluminum precursor and the titanium precursor in contact with the substrate by vapor deposition on titanium Aluminum Alloy film formed by the substrate surface. The invention provides a method to solve the traditional PVD in small size devices in step coverage problems and incomplete filling problems, but also to avoid the formation of titanium by plasma assisted Aluminum Alloy films, the substrate by plasma damage, ensure the device performance and / or reliability is not affected.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种制备钛铝合金薄膜的方法。
技术介绍
过去几十年里集成电路技术得到突飞猛进的发展，关键尺寸为22纳米及以下技术是半导体集成电路技术发展的方向。金属栅后栅工艺的栅极不需要承受1000℃左右的高温退火，能采用高k介质层/金属栅的结构提升器件性能，被认为是主流工艺发展的方向。后栅工艺在假栅去除后涉及到金属功函数层沉积的问题，钛铝(TiAl)合金薄膜目前是比较常用的nMOSFET的金属功函数调节层，假栅去除后形成的沟槽，具有深宽比大的特性，传统的物理气相沉积(PVD)方法受限于该方法形成的薄膜的台阶覆盖能力较差的缺点，以及存在悬垂(overhang)1011的现象，如图1所示，已经很难满足关键尺寸小于22纳米的应用需求。为了满足TiAl合金薄膜在小尺寸器件中的应用需求，即保证良好的台阶覆盖及填充，采用原子层沉积(ALD)方法来制备TiAl合金薄膜是最优的解决方案，但受前驱物的影响使用ALD方法较难获得TiAl合金薄膜。此外，现有技术中生长纯金属的ALD方法，通常辅助以等离子体，但是，该等离子体虽然能辅助前驱物反应，但是同时也会损伤基底。
技术实现思路
本专利技术提供了制备钛铝合金薄膜的方法，以解决现有技术中难以在不损害基底的前提下制备出具有较好台阶覆盖能力的TiAl合金薄膜的问题。本专利技术提供了一种制备钛铝合金薄膜的方法，包括：提供反应腔室，该反应腔室内放置有至少一个衬底；向反应腔室中引入铝前驱物和钛前驱物，所述铝前驱物具有结构式(I)的分子结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基、C6～C10芳基或—Si(R0)3、以及上述基团的卤素取代基团，其中R0为C1～C6烷基或者其卤素取代基团，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7相同或相异；使所述铝前驱物和所述钛前驱物与所述衬底接触，通过气相沉积在所述衬底表面形成钛铝合金薄膜。优选地，通过降解具有结构式(II)的分子结构获得具有所述结构式(I)的分子结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基、C6～C10芳基或—Si(R0)3、以及上述基团的卤素取代基团，其中R0为C1～C6烷基或者其卤素取代基团，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7相同或相异，所述结构式(II)的分子结构通过具有所述结构式(I)的分子结构的络合反应形成。优选地，所述方法还包括：对具有所述结构式(II)的分子结构进行加热，降解为具有所述结构式(I)的分子结构。优选地，所述钛前驱物包括以下任意一种或多种：卤化钛、有机钛。优选地，所述气相沉积为原子层沉积ALD和/或化学气相沉积CVD。优选地，所述ALD为热型ALD优选地，以四氯化钛作为所述钛前驱物进行ALD工艺，其中：腔室压力范围为0.1～10Torr；惰性气体流量范围为50～1000sccm；衬底温度范围为100～500℃；铝前驱物的脉冲时间范围为0.1s～20s，吹扫时间范围为0.1s～20s；四氯化钛的脉冲时间范围为0.1s～20s，吹扫时间范围为0.1s～20s。优选地，通过调整生长温度、所述铝前驱物和/或所述钛前驱物的比例来调整所述钛铝合金薄膜的组分比。优选地，以四氯化钛作为所述钛前驱物进行CVD工艺，其中：腔室压力范围为0.1Torr～10Torr；惰性气体流量范围为50～1000sccm；衬底温度范围为100～500℃；铝前驱物的流量范围1-100sccm；钛前驱物的流量范围1-100sccm。优选地，所述方法还包括：在向反应腔室中引入铝前驱物和钛前驱物之前，对所述衬底进行热处理。优选地，所述衬底上有沟槽，所述沟槽的深宽比≤10。本专利技术提供了制备钛铝合金薄膜的方法，在该方法中，通过采用具有结构式(I)的分子结构作为铝前驱物，能够使其与钛前驱物通过热型ALD法形成钛铝合金薄膜，解决了传统PVD在小尺寸器件中的台阶覆盖问题及不完全填充的问题，同时也避免了采用等离子体辅助形成钛铝合金薄膜，使得基底不受等离子体损伤，保证器件性能和/或可靠性不受影响。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为PVD法在具有高深宽比的沟槽的衬底表面沉积薄膜的截面结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的制备钛铝合金薄膜的方法的流程图；图3为现有技术中假栅去除后形成有沟槽的器件的截面结构示意图；图4为根据本专利技术实施例的表面沉积有TiAl合金薄膜的器件的截面结构示意图；图5为根据本专利技术实施例制备的nMOS晶体管的截面结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。金属栅后栅工艺，即栅极替代工艺，器件的栅极在源漏区生成之后形成，在此工艺中，栅极不需要承受很高的退火温度，对栅介质层的影响较小，因此，后栅工艺可以采用厚度仅为几纳米的高k介质层来提高器件性能。随着器件尺寸不断减小，越来越多的采用后栅工艺形成高性能的器件，包括传统的平面器件以及鳍式场效应晶体管等立体器件等。在金属栅后栅工艺中，首先，形成假栅以及源漏区；接着，将假栅去除，形成沟槽；而后，在沟槽中重新形成栅极，该栅极包括金属栅介质层、金属功函数层以及金属栅电极层。在形成nMOS的栅极的过程中，需要在沟槽中形成TiAl合金薄膜作为金属功函数层，该金属功函数层形成于金属栅介质层之后，在制备TiAl合金薄膜时要尽量避免对金属栅介质层的损伤，同时该TiAl合金薄膜应具有高的阶梯覆盖率以及综合性能，以提高器件的性能。本专利技术提出了一种制备钛铝合金薄膜的方法，通过采用特殊的铝前驱物，降低了现有技术中铝前驱物与钛前驱物反应形成钛铝合金的难度，使得铝前驱物与钛前驱物可以通过热型ALD的方法形成钛铝合金薄膜，从而避免了现有技术中以等离子体促使铝前驱物与钛前驱物形成钛铝合金，导致等离子体对基底造成损伤，而引起的器件性能及可靠性衰退的问题。为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合流程图和具体的实施例进行详细的描述，流程图如图2所示，制备nMOS的过程参考图3至图5所示该方法是在具有沟槽结构的衬底上制备钛铝合金薄膜，该沟槽为去除假栅后形成的沟槽，可以为平面器件或立体器件的假栅去除后形成的沟槽。在本实施例中，是在nMOS平面器件上形成沟槽及金属栅介质层后制备钛铝合金薄膜作为金属功函数层，具体的，由以下步骤来形成沟槽：首先，提供衬底100，所述衬底100为半导体衬底，可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，SiliconOnInsulator)或GOI(绝缘体上锗，GermaniumOnInsulator)等。在其他实施例中，所述半导体衬底还可以为包括其他元素半导体或化合物半导体的衬底，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钛铝合金薄膜的方法，其特征在于，包括：提供反应腔室，该反应腔室内放置有至少一个衬底；向反应腔室中引入铝前驱物和钛前驱物，所述铝前驱物具有结构式(I)的分子结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基、C6～C10芳基或—Si(R0)3、以及上述基团的卤素取代基团，其中R0为C1～C6烷基或者其卤素取代基团，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7相同或相异；使所述铝前驱物和所述钛前驱物与所述衬底接触，通过气相沉积在所述衬底表面形成钛铝合金薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种制备钛铝合金薄膜的方法，其特征在于，包括：提供反应腔室，该反应腔室内放置有至少一个衬底；向反应腔室中引入铝前驱物和钛前驱物，所述铝前驱物具有结构式(I)的分子结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基、C6～C10芳基或—Si(R0)3、以及上述基团的卤素取代基团，其中R0为C1～C6烷基或者其卤素取代基团，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7相同或相异；使所述铝前驱物和所述钛前驱物与所述衬底接触，通过气相沉积在所述衬底表面形成钛铝合金薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过降解具有结构式(II)的分子结构获得具有所述结构式(I)的分子结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示氢原子、C1～C6烷基、C2～C5链烯基、C3～C10环烷基、C6～C10芳基或—Si(R0)3、以及上述基团的卤素取
\t代基团，其中R0为C1～C6烷基或者其卤素取代基团，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7相同或相异，所述结构式(II)的分子结构通过具有所述结构式(I)的分子结构的络合反应形成。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对具有所述结构式(II)的分子结构进行加热，降解为具有所述结构式(I)的分子结构。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述钛前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁玉强，赵超，项金娟，杨淑艳，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，江南大学，
类型：发明
国别省市：北京;11