形成共形金属硅化物膜的方法技术

提供了一种用于在衬底上形成金属硅化物层的方法。根据一个实施方案，该方法包括：将衬底设置在处理室中；以第一衬底温度将衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露以自限性过程在衬底上形成共形的含金属层。该方法还包括：以第二衬底温度将含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将上述暴露步骤交替地进行至少一次以形成金属硅化物层，并且沉积气体不包含还原气体。该方法提供了在具有高深宽比的深沟槽中形成共形金属硅化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉引用 本申请涉及2012年1月27日提交的美国临时申请序号61/591843(参考编号 TTCA-389Pro)并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及2012年3月 22日提交的美国申请序号13/427343(参考编号TTCA-389)并要求其优先权，其全部内容通 过引用并入本文。
本专利技术一般性涉及使用气相沉积在衬底上形成共形金属硅化物膜。衬底可以包括 用于半导体器件中的具有高深宽比的深沟槽。
技术介绍
在半导体行业中，微电子器件的最小特征尺寸正在接近深亚微米时代，以满足对 更快速、更低功耗的微处理器和数字电路的需求。例如低电阻率难熔金属硅化物层在动态 随机存取存储器（DRAM)和增强型DRAM(EDRAM)制造中被广泛用作栅极堆叠的一部分。低 电阻率金属硅化物层的另一应用在深沟槽DRAM的电容器中或者在堆叠的DRAM单元的过孔 中。两种应用遭受如下事实：内电极（插头、深沟槽DRAM)或者过孔（堆叠的DRAM)的串联 电阻随着接地规则的倒数的平方而增加。在增强型DRAM中，由于对恒定电容的需求导致较 深的沟槽（或者相应地导致较高的堆叠），所以该效果被进一步增强。 对深沟槽DRAM的关键需求为金属硅化物膜和层在具有高深宽比的沟槽中的良好 阶梯覆盖。另外的需求包括：金属硅化物膜必须具有低电阻率并且必须在制造集成电路中 所使用的常规处理温度下稳定。通常需要这些膜的共形沉积，而这对于非常深的沟槽而言 是非常有挑战性的。
技术实现思路
本专利技术的实施方案描述了用于在衬底上（例如在形成在衬底中的深沟槽中）形成 共形金属硅化物层的方法。金属硅化物层可以例如包含硅化钛、硅化钥、硅化钨、硅化钽、或 硅化钒、或者其中的两种或更多种的组合。 根据一个实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；b)在第一衬底温度 下将衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露在自限性 过程（self-limiting process)中在衬底上沉积共形的含金属层；以及c)在第二衬底温度 下将含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)和c)交替地进行至 少一次以形成金属硅化物层，并且沉积气体不含还原气体。 根据另一实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；以及b)在第一衬底 温度下将衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露以自 限性过程在衬底上形成共形的含金属层。该方法还包括：c)在第二衬底温度下将衬底在不 存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)和c)交替地进行至少一次以在衬底上 形成金属膜，并且其中沉积气体不包含还原气体；以及d)在第三衬底温度下对衬底进行退 火以形成金属硅化物膜，其中第三衬底温度大于第二衬底温度。该方法还可以包括：在d) 中，在退火之前在金属膜上沉积硅。 根据又一实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；以及b)在第一衬底 温度下将衬底在不存在等离子体的条件下热暴露于包含金属前体的沉积气体，其中热暴露 以自限性过程在衬底上形成共形的含金属层。该方法还包括：c)通过暴露于包含稀有气体 的等离子体来改性含金属层；以及d)在第二衬底温度下将改性的含金属层在不存在等离 子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)至d)依次且交替地进行至少一次以形成金属硅 化物膜。 【附图说明】 在附图中： 图1为根据本专利技术的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的 流程图； 图2A至图2C示出根据本专利技术的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜 的工艺流程的示意性截面图； 图3为根据本专利技术的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的 流程图； 图4A至图4D示出根据本专利技术的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜 的工艺流程的示意性截面图； 图5A至图5B示出根据本专利技术的又一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜 的工艺流程的示意性截面图； 图6为根据本专利技术的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的 流程图；以及 图7A至图7D示出根据本专利技术的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜 的工艺流程的示意性截面图。 【具体实施方式】 在多个实施方案中公开了用于在衬底上形成共形金属娃化物层的方法。金属娃化 物层可以例如包含硅化钛（例如TiSi x)、硅化钥（例如M〇Six)、硅化钨（WSix)、硅化钽（例 如TaSi x)、或硅化钒（VSix)、或者其中的两种或更多种的组合。 相关领域的技术人员将意识到，各个实施方案可以在没有一个或更多个具体细节 的情况下实施，或者可以用其它替代方案和/或另外的方法、材料或者组分来实施。在其它 情况下，未详细地示出或描述公知的结构、材料或者操作，以避免模糊本专利技术的各个实施方 案的方面。同样，为了说明的目的，阐述了具体的数目、材料和构造以提供对本专利技术的透彻 理解。此外，应理解，附图中示出的各个实施方案是说明性的表达并且不一定按比例绘制。 贯穿本说明书，所提及的一个实施方案或实施方案意味着结合该实施方案 描述的具体特征、结构、材料或特性包括在本专利技术的至少一个实施方案中，但并不表示其存 在于每一个实施方案中。因此，在整个说明书的各个地方中出现的短语在一个实施方案 中或者在实施方案中不一定指代本专利技术的相同实施方案。在该具体描述中，贯穿多个 附图，通过相似的附图标记来指代相似的部分。 图1为根据本专利技术的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的 流程图100。该方法包括：在102中，将衬底设置在处理室中。在一些实施方案中，衬底可 以为包含形成在其中的蚀刻特征的图案化衬底。蚀刻特征可以例如包括通常在半导体器件 中发现的沟槽、过孔或其组合。然而，本专利技术的实施方案还可以成功地应用于非图案化平面 衬底。 还参照图2A至图2C，图2A示出根据本专利技术的一个实施方案的图案化衬底20的 示意性截面图。衬底材料200可以包含体硅、单晶硅（掺杂或未掺杂的）、SiC、SiGe、SiGeC 或其任意组合。根据一个实施方案，衬底材料200可以包含SixGei_x化合物，其中X是Si的 原子分数，1-x是Ge的原子分数，并且0〈1-χ〈1。在一个实例中，衬底材料200可以包含沉 积在缓和的Si a5Gea5缓冲层上的拉伸应变的SixGei_x(x>0. 5)。图案化衬底20可以具有任 何尺寸，例如200mm的衬底、300mm的衬底、450mm的衬底或者甚至更大的衬底。在一个实例 中，图案化衬底20可以包括拉伸应变的Si层。 在图2A所描绘的实施方案中，图案化衬底20包含形成在衬底材料200中的沟槽 202。沟槽202可以例如具有大于或等于约2:1的深宽比（深度/宽度），例如3:1、5:1、 10:1、15:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1 或者大于 70:1。在一些实施方案中，沟槽 202 可以具有约20:1至约40:1、约40:1至约60:1、约60:1至约80:1、或者约80:1至约100:1 的深宽比。沟槽202可以具有约200nm(纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上形成金属硅化物层的方法，包括：a)将所述衬底设置在处理室中；b)在第一衬底温度下将所述衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露以自限性过程在所述衬底上形成共形的含金属层；以及c)在第二衬底温度下将所述含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)和c)交替地进行至少一次以形成所述金属硅化物层，并且其中所述沉积气体不包含所述还原气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.27 US 61/591,843;2012.03.22 US 13/427,3431. 一种在衬底上形成金属硅化物层的方法，包括： a) 将所述衬底设置在处理室中； b) 在第一衬底温度下将所述衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体， 其中等离子体暴露以自限性过程在所述衬底上形成共形的含金属层；以及 c) 在第二衬底温度下将所述含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其 中将b)和c)交替地进行至少一次以形成所述金属硅化物层，并且其中所述沉积气体不包 含所述还原气体。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述金属前体包含卤化钛、卤化钥、卤化钨、卤化 钽或卤化钒，或者其中的两种或更多种的组合。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述金属硅化物层包含硅化钛、硅化钥、硅化钨、 硅化钽或硅化钒，或者其中的两种或更多种的组合。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述金属硅化物层共形地沉积在形成在所述衬底 中的深沟槽的表面上。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述深沟槽具有约50nm至lOOnm的宽度、约 2000nm至5000nm的深度、以及约40:1至约100:1的深宽比。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述金属前体包括卤化钛，所述还原气体包括H2， 所述金属娃化物层包括娃化钛。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第一衬底温度和所述第二衬底温度为约 450°C 至约 650°C。8. -种在衬底上形成金属娃化物膜的方法，包括： a) 将所述衬底设置在处理室中； b) 在第一衬底温度下将所述衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体， 其中等离子体暴露以自限性过程在所述衬底上沉积共形的含金属层； c) 在第二衬底温度下将所述含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其 中将b)和c)交替地进行至少一次以在所述衬底上形成金属膜，并且其中所述沉积气体不 包含所述还原气体；以及 d) 在第三衬底温度下对所述衬底进行退火以形成所述金属硅化物膜，其中所述第三衬 底温度大于所述第二衬底温度。9. 根据权利要求8所述的方法，其中d)还包括： 在所述退火之前，在所述金属膜上沉积硅。...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川敏夫，多田国弘，山崎英亮，大卫·L·奥梅亚拉，格利特·J·莱乌辛克，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP