通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法和相关联的半导体器件结构技术

本发明专利技术公开了通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法和相关联的半导体器件结构。所述方法可以包括：把包括电介质表面的衬底放到反应室中；在所述电介质表面上直接沉积成核膜；然后在所述成核膜上直接沉积钼金属膜，其中沉积所述钼金属膜包括：使所述衬底与包含钼卤化物前体的第一气相反应物接触；然后使所述衬底与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。还公开了包括利用中间的成核膜设置在电介质材料的表面上的钼金属膜的半导体器件结构。

Method of depositing molybdenum metal films on dielectric surfaces of substrates by cyclic deposition and related semiconductor device structures

The invention discloses a method for depositing molybdenum metal film on the dielectric surface of a substrate through a cyclic deposition process and a related semiconductor device structure. The method may include: placing a substrate including a dielectric surface in a reaction chamber; directly depositing a nucleating film on the dielectric surface; and then directly depositing a molybdenum metal film on the nucleating film, in which the molybdenum metal film includes: contacting the substrate with a first gas phase reactant containing a molybdenum halide precursor; and then making the substrate contact with a reducing agent precursor containing a molybdenum halide precursor. The second gas phase reactant contacts. A semiconductor device structure comprising a molybdenum metal film disposed on the surface of a dielectric material using an intermediate nucleation film is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法和相关联的半导体器件结构相关申请的交叉引用本申请要求下列申请的优先权：2017年8月30日提交的名称为“LayerFormingMethod”的美国非临时专利申请号15/691,241；2017年12月18日提交的名称为“LayerFormingMethod”的美国临时专利申请号62/607,070；以及2018年1月19日提交的名称为“DepositionMethod”的美国临时专利申请号62/619,579。
本公开整体涉及用于在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法，尤其是用于在电介质表面上直接沉积成核膜、然后在该成核膜上直接沉积钼金属膜的方法。本公开还整体涉及半导体器件结构，这些结构包括直接设置在成核膜上的钼金属膜，该成核膜直接设置在电介质材料的表面上。
技术介绍
先进技术节点中的半导体器件制造过程通常需要目前最高水平的用于形成金属膜(例如钨金属膜和铜金属膜)的沉积方法。沉积金属膜的一个常见要求是，沉积过程必须具有极高的保形性。例如，通常需要保形沉积，以便在包括高纵横比特征的三维结构上均匀地沉积金属膜。沉积金属膜的另一个常见要求是，沉积过程能够沉积出在大的衬底区域上连续的超薄膜。在金属膜具有导电性的特定情况下，可能需要优化沉积过程来产生低电阻率膜。在目前最高水平的半导体器件应用中普遍使用的低电阻率金属膜可以包括钨(W)金属膜和/或铜(Cu)金属膜。然而，钨金属膜和铜金属膜常常需要在金属膜与电介质材料之间设置厚的阻挡层。这种厚的阻挡层可以用于防止金属物质扩散到下面的电介质材料中，从而提高器件可靠性和器件良率。但这种厚的阻挡层常常表现出高电阻率，因而造成半导体器件结构的总电阻率增大。循环沉积过程(诸如原子层沉积(ALD)和循环化学气相沉积(CCVD))将一种或多种前体(反应物)依序引入反应室，在反应室中，这些前体以依序的方式每次一个地与衬底表面反应。现已证实，循环沉积过程采用原子水平的厚度控制，产生了具有极佳保形性的金属膜。因此，期望开发出用来沉积和利用低电阻率金属膜的方法和相关联的器件结构，这些低电阻率金属膜是通过保形循环沉积过程沉积在电介质材料上的。
技术实现思路
提供此概述是为了以简化形式引入一系列概念。下文在本公开的实例实施方案的详细描述中进一步详细描述这些概念。此概述并不意图识别所要求的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求的主题的范围。在一些实施方案中，提供了通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法。这些方法可以包括：把包括电介质表面的衬底放到反应室中；在电介质表面上直接沉积成核膜；然后在成核层上直接沉积钼金属膜，其中沉积该钼金属膜包括：使衬底与包含钼卤化物前体的第一气相反应物接触；然后使衬底与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。在一些实施方案中，提供了半导体器件结构。这些半导体器件结构可以包括：包括电介质表面的衬底；直接设置在电介质表面上的成核膜；以及直接设置在成核膜上的钼金属膜。出于概述本专利技术和优于现有技术而实现的优势的目的，上文中描述了本专利技术的某些目标和优势。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可根据本专利技术的任一特定实施方案实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，本专利技术可以按实现或优化如本文中所教示或建议的一种优势或一组优势，但不一定实现如本文中可能教示或建议的其他目的或优势的方式来实施或进行。所有这些实施方案意欲在本文中所公开的本专利技术的范围内。对于所属领域的技术人员来说，这些和其他实施方案将从参考附图的某些实施方案的以下详细描述变得显而易见，本专利技术不限于所公开的任何特定实施方案。附图说明尽管本说明书结束于具体地指出被视为本专利技术多个实施方案的内容并且明显地要求这些内容的权利的权利要求，但是在结合附图阅读时，可以根据对本公开多个实施方案的某些实例的描述更容易地确定本公开多个实施方案的优点，在附图中：图1展示了根据本公开多个实施方案的非限制性示例性工序流程，从而演示了用于在电介质表面上直接沉积成核膜、随后在该成核膜上直接沉积钼金属膜的一种方法；图2展示了根据本公开多个实施方案的非限制性示例性工序流程，从而演示了用于在电介质表面上直接沉积成核膜的一种循环沉积过程；图3展示了根据本公开多个实施方案的非限制性示例性工序流程，从而演示了用于在成核膜上直接沉积钼金属膜的一种循环沉积过程；图4A、图4B和图4C展示了根据本公开多个实施方案的在具有竖直间隙特征的电介质表面上直接沉积成核膜、随后在该成核膜上直接沉积钼金属膜这样的过程期间形成的半导体器件结构的横截面示意图；并且图5A、图5B和图5C展示了根据本公开多个实施方案的在具有水平间隙特征的电介质表面上直接沉积成核膜、随后在该成核膜上直接沉积钼金属膜这样的过程期间形成的半导体器件结构的横截面示意图；并且图6展示了根据本公开多个实施方案的直接沉积在电介质表面上的钼金属膜和利用中间的成核膜沉积在电介质表面上的钼金属膜这两者的r.m.s.表面粗糙度(Ra)。具体实施方式尽管下文公开某些实施方案和实例，但所属领域的技术人员将理解，本专利技术延伸超出了所具体公开的实施方案和/或本专利技术的用途和显而易见的修改以及其等效物。因此，希望本专利技术所公开的范围不应受下文所描述特定公开实施方案的限制。本文中呈现的图解并不意味着任何特定材料、结构或器件的实际视图，而仅仅是用于描述本公开多个实施方案的理想化图示。如本文所用，术语“衬底”可以指代可以使用的，或者在其上可以形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。如本文所用，术语“循环沉积”可以指代将一种或多种前体(反应物)依序引入反应室以在衬底上沉积膜，并且包括诸如原子层沉积和循环化学气相沉积等沉积技术。如本文所用，术语“循环化学气相沉积”可以指代其中衬底依序暴露于一种或多种挥发性前体的任何过程，该一种或多种挥发性前体在衬底上反应和/或分解以产生期望的沉积。如本文所用，术语“原子层沉积”(ALD)可以指代在反应室中实施沉积循环(优选地多个连续的沉积循环)的气相沉积过程。通常，在每个循环期间，将前体用化学方法吸附沉积表面(例如，基材表面或先前沉积的底层表面，例如来自先前ALD循环的材料)，从而形成不易与额外前体反应的单层或亚单层(即，自限性反应)。此后，视需要，可以随后将反应物(例如，另一种前体或反应气体)引入到工艺腔室中以用于将用化学方法吸附的前体转化成沉积表面上的所要材料。通常，此反应物能够与前体进一步反应。此外，在每个循环期间还可利用冲洗步骤以在转换用化学方法吸附的前体之后从工艺腔室去除过量前体和/或从工艺腔室去除过量反应物和/或反应副产物。另外，如本文所用的术语“原子层沉积”在使用一种或多种前体组合物、反应气体和吹扫(例如，惰性载体)气体这三者的交替脉冲执行时，还意在包括由诸如“化学气相原子层沉积”、“原子层外延法”(ALE)、分子束外延法(MBE)、气体源MBE或有机金属MBE和化学束外延法等相关术语指定的那些过程。如本文所用，术语“膜”和“薄膜”可以指代利用本文公开的方法形成的任何连续或非连续的结构和材料。例如，“膜”和“薄膜”可以包括2D材料、纳米层压材料、纳米棒、纳米管或纳米粒子，或者甚至部分或完整的分子层，或者部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法，所述方法包括：把包括电介质表面的衬底放到反应室中；在所述电介质表面上直接沉积成核膜；以及在所述成核膜上直接沉积钼金属膜，其中沉积所述钼金属膜包括：使所述衬底与包含钼卤化物前体的第一气相反应物接触；以及使所述衬底与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。

【技术特征摘要】
2017.08.30 US 15/691,241;2017.12.18 US 62/607,070;1.一种通过循环沉积过程在衬底的电介质表面上沉积钼金属膜的方法，所述方法包括：把包括电介质表面的衬底放到反应室中；在所述电介质表面上直接沉积成核膜；以及在所述成核膜上直接沉积钼金属膜，其中沉积所述钼金属膜包括：使所述衬底与包含钼卤化物前体的第一气相反应物接触；以及使所述衬底与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成核膜是不连续膜。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述成核膜是连续膜。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述成核膜包含化合物材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述化合物材料包括二元化合物材料。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述二元化合物材料包括硅二元化合物材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述硅二元化合物材料包括氮化硅、碳化硅或氧化硅中的至少一种。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述二元化合物材料包括钼二元化合物材料。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述钼二元化合物材料包括氮化钼、碳化钼、氧化钼或硅化钼中的至少一种。10.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述成核膜还包括将所述衬底加热到低于600℃的衬底温度。11.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述成核膜还包括将所述反应室内的压力调节到大于15托的压力。12.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述成核膜还包括执行循环沉积过程的至少一个单位循环，其中单位循环包括：使所述衬底与第一气相反应物接触，所述第一气相反应物包括第一硅前体或钼前体中的至少一种；以及使所述衬底与第二气相反应物接触，所述第二气相反应物包括氮前体、氧前体或第二硅前体中的至少一种。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述成核膜的厚度小于20埃。14.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述钼金属膜还包括将所述衬底加热到介于400℃与700℃之间的衬底温度。15.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述钼金属膜还包括在所述沉积期间将所述反应室内的所述压力调节到大于30托。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述钼卤化物包括钼硫族化物卤化物。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述钼硫族化物卤化物包括钼卤氧化物，所述钼卤氧化物选自包括下列各项的组：氯氧化钼、碘氧化钼或溴氧化钼。18.根据权利要求17所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·佐普，K·史瑞斯萨，S·斯瓦弥纳杉，朱驰宇，H·T·A·朱希拉，谢琦，
申请(专利权)人：ASMIP控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL