金属薄膜的硅烷或硼烷处理制造技术

氧对一些金属膜的负面作用可以通过使所述膜与包含硅烷或硼烷的处理剂接触而减小或预防。在一些实施方案中，使NMOS栅极堆叠中的一个或多个膜在沉积期间或之后与包含硅烷或硼烷的处理剂接触。

【技术实现步骤摘要】
金属薄膜的硅烷或硼烷处理专利技术背景专利
本申请总体上涉及用于为金属薄膜提供保护性处理的工艺。在一些实施方案中，在沉积期间或之后，对在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(如η型沟道MOSFET (NMOS))的金属栅极和金属电极应用中使用的薄膜进行处理，以预防或减少氧化作用。相关技术的描述在许多加工步骤期间，金属薄膜可如因暴露于大气水分或氧气而易于发生氧化。在多步骤制造工艺中，可在沉积每一薄膜之间，如当在沉积模块之间转移晶片或衬底时发生氧化。氧化造成的问题在于它可以影响给定薄膜或整个堆叠的功函数。并且，一个薄膜的氧化可造成所述膜与第二膜之间界面的氧化，或如果氧能够通过第一膜扩散至第二膜，那么甚至造成第二膜自身的氧化。例如，在MOSFET的典型制造工艺中，蚀刻停止层可易于在形成PMOS堆叠之后并且在形成NMOS堆叠之前发生氧化。蚀刻停止层的氧化可以影响随后形成的NMOS堆叠的功函数，因为它可造成功函数例如从η型移变到P型。在形成栅极堆叠期间沉积的其它层还可以例如在沉积多个薄膜中的每一个之间暴露于氧。参照图1，示出典型的NMOS堆叠100。堆叠100包括电介质层102、第一金属氮化物层104、金属碳化物层106 (其中第一金属氮化物层104与金属碳化物层106之间的界面108包括由存在氧(“O”)原子表示的氧化部分)、第二金属氮化物层110以及金属层112。在第一金属氮化物层104与金属碳化物层106之间的界面108处存在氧可以不合需要地时堆叠100的功函数从η型移变到P型。在形成堆叠期间，多个层可以多种方式发生氧化；然而，常见的是，在沉积金属碳化物层106之前，第一金属氮化物层104就已经被氧化。即使能够在不存在氧下沉积金属碳化物层106以实现相对纯的金属碳化物层，第一金属氮化物层104中存在的氧也能够向上扩散到金属碳化物层106中。在金属碳化物层106中并且尤其是在界面108处的氧可以不合需要地移变总体堆叠100的功函数。专利技术概述根据本公开的一些实施方案，用于形成栅极堆叠的方法包括:提供衬底，所述衬底具有电介质材料和在所述电介质材料上的第一含金属薄膜；使第一薄膜与硅烷或硼烷化合物接触；以及，在第一含金属薄膜上沉积第二含金属薄膜。在一些实施方案中，第一薄膜包含选自T1、Ta、Hf、V、Nb和Zr的金属。在一些实施方案中，第一含金属薄膜为蚀刻停止层或屏障层，并且第二含金属薄膜为功函数设定层。在一些实施方案中，第一含金属薄膜为TiN、TiAlN, TaN 或 TiAlCN 薄膜。根据一些实施方案，第二含金属薄膜包含η型金属。并且在一些实施方案中，η型金属(n-type metal/n-metal)膜包含金属碳化物，如 TaC、TiC、HfC、TaAlC、TiAlSiC 或SiAlSiCo 在一些实施方案中，η 型金属为 TiAl、TiAlB, TaAlB、TiAlSiB, TaAl 或 HfAlSiB0在一些实施方案中，第二含金属薄膜为碳化钛膜。在一些实施方案中，第一含金属薄膜中的金属与第二含金属薄膜中的金属不同。根据用于形成栅极堆叠的方法的一些实施方案，使第一含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触包括:将第一含金属薄膜暴露于硅烷或硼烷化合物持续约I秒与约2分钟之间的持续时间。一些方法进一步包括使第二含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触。在一些方法中，沉积第二含金属薄膜包括原子层沉积工艺，所述原子层沉积工艺包括多个沉积循环。根据一些实施方案,在每一沉积循环中,将衬底暴露于娃烧或硼烧化合物。一些方法进一步包括在第二含金属薄膜上沉积第三含金属薄膜。第三含金属薄膜可包含与第二含金属薄膜不同的金属。在一些方法中，在沉积第二含金属薄膜期间或之后并且在沉积第三含金属薄膜之前，使衬底与硅烷或硼烷化合物接触。并且在一些方法中，在沉积第三含金属薄膜期间或之后，使衬底与硅烷或硼烷化合物接触。一些方法进一步包括在第三含金属薄膜上沉积金属。在一些实施方案中，金属为鹤。根据一些实施方案，硅烷或硼烷选自由以下组成的组:甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、硼烷、乙硼烷和丙硼烷。并且在一些实施方案中，硅烷或硼烷为丙硅烷。根据一些方法，原位沉积第一含金属薄膜和第二含金属薄膜。根据本公开的用于形成NMOS堆叠的方法的一些实施方案依次包括:提供衬底，所述衬底包括先前沉积的电介质材料和蚀刻停止层；使蚀刻停止层与硅烷或硼烷化合物接触；以及，在第一蚀刻停止层上沉积含金属层。在一些方法中，蚀刻停止层为氮化钛层，并且含金属层包含η型金属。在一些方法中，含金属层包含 TiAl、TaC、HfC、TaAlC、TiAlSiC、TiAl B、TaAlB、TiAlSiB、TaAl、TiAlSiC、TaAlSiB或HfAlSiB。一些方法还包括使含金属层与硅烷或硼烷化合物接触。在一些方法中，通过包括多个沉积循环的原子层沉积工艺沉积含金属层，并且在至少一个沉积循环期间，使衬底与硅烷或硼烷化合物接触。在一些实施方案中，硅烷或硼烷选自由以下组成的组:甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、硼烷、乙硼烷和丙硼烷。并且在一些方法中，使蚀刻停止层与硅烷或硼烷化合物接触不增加第一金属氮化物层的厚度。附图简述将根据旨在说明而非限制本专利技术的优选实施方案的详细描述和附图更好地理解本专利技术，并且在所述附图中:图1为含有氧化部分的栅极堆叠的示意性截面侧视图；图2为根据本专利技术的一些实施方案的电极结构的示意性横截面侧视图，其包括NMOS堆叠，所述NMOS堆叠包括电介质层、第一金属氮化物层、金属碳化物层、第二金属氮化物层和金属层；以及图3A至图3C为总体上示出根据一些实施方案，在形成薄膜堆叠的过程期间，对电介质层或氮化钛层进行保护性处理的流程图。图4A至图4C为总体上示出根据一些实施方案，在形成薄膜堆叠的过程期间，对氮化钛或碳化钛层进行保护性处理的流程图。图5为示出根据一些实施方案，通过ALD形成薄膜的方法的流程图，其中在去除过量第二反应物和副产物之后供给保护性处理。优选实施方案的详细描述本公开提供用于在一种或多种包含金属的薄膜中减少或预防不合需要的氧化作用的方法。可以使用已知的气相沉积工艺，如原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)工艺来沉积薄膜。在一些实施方案中，用于减少氧化的方法可以包括应用于沉积的薄膜的氧屏障材料或预防性处理。然而在一些实施方案中，可以作为用于形成薄膜的ALD或CVD方法的一部分提供保护性处理。保护性处理可包括将待处理薄膜暴露于硅烷或硼烷化合物。所述处理可减少或大致上预防薄膜氧化以及氧可能在薄膜与覆盖层的界面处的积累。在许多情况下，抗氧化性是重要的。例如，在栅极堆叠中，即使堆叠中的少量氧也可以改变堆叠的电性质(即eWF)，从而使得所述堆叠不适用于它的预期目的。此外，包括膜和膜堆叠的沉积，而不暴露于空气或环境湿气的加工可能是昂贵、困难和/或过于复杂的。在制造过程中，在一个膜沉积期间或之后，对其应用预防性处理可不仅减少或预防所述膜的氧化，而且可减少或预防在后续加工步骤期间的覆盖膜氧化。因此，使用保护性处理可以简化加工，同时也控制了成本。另外，尽管被描述为具有预防性，但是所述处理还可减少如因先前加工步骤或运输而已经存在于膜中的氧的有害作用。处理中使用的材料可去除或隔离薄膜中或薄膜表面上可能存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成栅极堆叠的方法，其包括：提供衬底，所述衬底包括电介质材料和在所述电介质材料上的第一含金属薄膜；使所述第一含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触；在所述衬底与所述硅烷或硼烷化合物接触之后，在所述第一薄膜上沉积第二含金属薄膜。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/830,3221.一种用于形成栅极堆叠的方法，其包括: 提供衬底，所述衬底包括电介质材料和在所述电介质材料上的第一含金属薄膜； 使所述第一含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触； 在所述衬底与所述硅烷或硼烷化合物接触之后，在所述第一薄膜上沉积第二含金属薄膜。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一薄膜包含选自T1、Ta、Hf、V、Nb和Zr的金属。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一含金属薄膜为蚀刻停止层或屏障层，并且所述第二含金属薄膜为功函数设定层。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一含金属薄膜为TiN、TiAlN,TaN或TiAlCN薄膜。5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二含金属薄膜包含η型金属。6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二含金属薄膜包含TiAl、TaC、HfC,TaAlC、TiAlSiC、TiAlB、TaAlB、TiAlSiB, TaAUSiAlSiC 或 HfAlSiB07.如权利要求1所述的方法，其中所述第二含金属薄膜为碳化钛膜。8.如权利要求1所述的方法，其中使所述第一含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触包括将所述第一含金属薄膜暴露于所述硅烷或硼烷化合物持续约I秒与约2分钟之间的持续时间。9.如权利要求1所述的方法，其另外包括使所述第二含金属薄膜与硅烷或硼烷化合物接触。10.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述第二含金属薄膜包括原子层沉积工艺，所述原子层沉积工艺包括多个沉积循环。11.如权利要求10所述的方法，其中将所述衬底在每个沉积循环中暴露于硅烷或硼烷化合物。12.如权利要求1所述的方法，其另外包括在所述第二含金属薄膜上沉积第三含金属薄膜。13.如权利要求12所述的方法，其中在沉积所述第二含金属薄膜期间或...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·希罗，S·豪克卡，
申请(专利权)人：ASMIP控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL