用于在基材和相关半导体器件结构的介电表面上沉积钼金属膜的方法技术

本文公开了用于在基材和相关半导体器件结构的介电表面上沉积钼金属膜的方法。所述方法可包括：向反应室中提供包含介电表面的基材；和直接在所述介电表面上沉积钼金属膜，其中沉积包括：使基材与包含卤化钼前体的第一气相反应物接触；和使基材与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。还公开了半导体器件结构，其包含直接设置于通过本公开的方法沉积的介电材料的表面上的钼金属膜。

Method for Depositing Molybdenum Metal Films on Dielectric Surfaces of Substrates and Related Semiconductor Devices

A method for depositing molybdenum metal films on dielectric surfaces of substrates and related semiconductor devices is disclosed. The method includes: providing a substrate containing a dielectric surface to the reaction chamber; and directly depositing a molybdenum metal film on the dielectric surface, which includes: contacting the substrate with a first gas phase reactant containing a molybdenum halide precursor; and contacting the substrate with a second gas phase reactant containing a reducing agent precursor. A semiconductor device structure comprising a molybdenum metal film directly arranged on the surface of a dielectric material deposited by the method of the present disclosure is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
用于在基材和相关半导体器件结构的介电表面上沉积钼金属膜的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月30日提交的标题为“LayerFormingMethod”的美国非临时专利申请号15/691,241、2017年12月18日提交的标题为“LayerFormingMethod”的美国临时专利申请号62/607,070和2018年1月19日提交的标题为“DepositionMethod”的美国临时专利申请号62/619,579的优先权。
本公开一般涉及在基材的介电材料表面上沉积钼金属膜的方法及通过循环沉积工艺直接在介电材料的表面上沉积钼金属膜的特定方法。本公开还一般涉及包括直接设置在介电材料表面上的钼金属膜的半导体器件结构。
技术介绍
先进技术节点中的半导体器件制造工艺通常需要现有技术沉积方法来形成金属膜，如钨金属膜和铜金属膜。沉积金属膜的一个常见要件是沉积过程非常保形。例如，常需要保形沉积以在包括高纵横比特征的三维结构上方均匀地沉积金属膜。沉积金属膜的另一常见要求是沉积工艺能够在大的基材区域上方沉积连续的超薄膜。在其中金属膜是导电的这一特定情况下，可能需要优化沉积工艺以产生低电阻率膜。常用于现有技术半导体器件应用中的低电阻率金属膜可包括钨(W)和/或铜(Cu)。然而，钨金属膜和铜金属膜通常需要设置在金属膜和介电材料之间的厚阻挡层。厚阻挡层可用来防止金属物质扩散到下面的介电材料中，从而改善器件可靠性和器件产量。然而，厚阻挡层通常表现出高的电阻率并因此导致半导体器件结构总体电阻率的增大。循环沉积工艺，例如原子层沉积(ALD)和循环化学气相沉积(CCVD)，依序引入一种或多种前体(反应物)到反应室中，在这里，这些前体一次一种依序与基材的表面反应。已经证实循环沉积工艺产生具有优异保形性的金属膜，具有原子级厚度控制。因此，需要沉积和利用通过保形循环沉积工艺沉积的低电阻率金属膜的方法和相关半导体器件结构。
技术实现思路
提供此概述是为了以简化的形式引入一系列概念。下文在本公开的实例实施例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。在一些实施例中，提供了通过循环沉积工艺在基材的介电材料表面上沉积钼金属膜的方法。所述方法可包括：向反应室中提供包含介电表面的基材；和直接在所述介电表面上沉积钼金属膜，其中沉积包括：使基材与包含卤化钼前体的第一气相反应物接触；和使基材与包含还原剂前体的第二气相反应物接触。在一些实施例中，提供了半导体器件结构。所述半导体器件结构可包括：包含一个或多个间隙特征的基材，其中所述一个或多个间隙特征构成介电材料的表面；和设置于所述一个或多个间隙特征中并填充所述一个或多个间隙特征的钼金属膜，其中所述钼金属膜设置为与介电材料的表面直接接触。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例实现。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它目的或优势的方式来实施或进行。所有这些实施例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，这些和其它实施例将从参考附图的某些实施例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例。附图说明虽然本说明书以具体地指出并明确地要求保护被视为本专利技术实施例的内容的权利要求书结束，但在结合附图阅读时，可从本公开的实施例的某些实例的描述中更容易地确定本公开的实施例的优点，在附图中：图1示意了一个非限制性示例性流程图，显示了根据本公开的实施例直接在介电表面上沉积钼金属膜的原子层沉积工艺；图2示意了一个非限制性示例性流程图，显示了根据本公开的实施例直接在介电表面上沉积钼金属膜的循环化学气相沉积工艺；图3示意了从根据本公开的实施例直接在介电表面上沉积的钼金属膜获得的x-射线衍射(XRD)数据；和图4A和4B示意了包含根据本公开的实施例直接在介电表面上沉积的钼金属膜的半导体器件结构的横截面示意图。具体实施方式尽管下文公开某些实施例和实例，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例和/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例的限制。本文中呈现的示意不意图是任何特定材料、结构或装置的实际视图，而仅仅是用以描述本公开的实施例的理想化图示。如本文所用，术语“基材”可指可使用的或上面可形成器件、电路或膜的任何一种或多种下层材料。如本文所用，术语“循环沉积”可指依序引入一种或多种前体(反应物)到反应室中以在基材上方沉积膜并包括沉积技术如原子层沉积和循环化学气相沉积。如本文所用，术语“循环化学气相沉积”可指其中基材被依序暴露于一种或多种挥发性前体的任何工艺，所述挥发性前体在基材上反应和/或分解以产生所希望的沉积。如本文所用，术语“原子层沉积(ALD)”可指其中在处理室中进行沉积循环、优选地多个连续沉积循环的气相沉积工艺。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。此外，当使用前体组合物、反应性气体和吹扫(例如，惰性载体)气体的交替脉冲进行时，如本文所用的术语“原子层沉积”还意图包括由相关术语如“化学气相原子层沉积”、“原子层外延(ALE)”、分子束外延(MBE)、气体源MBE或有机金属MBE和化学束外延指定的工艺。如本文所用，术语“膜”和“薄膜”可指通过本文公开的方法形成的任何连续或非连续结构和材料。举例来说，“膜”和“薄膜”可包括2D材料、纳米层合物、纳米棒、纳米管或纳米颗粒或甚至部分或完整分子层或者部分或完整原子层或者原子和/或分子的簇。“膜”和“薄膜”可包含具有针孔的材料或层，但仍然是至少部分连续的。如本文所用，术语“卤化钼前体”可指包含至少钼组分和卤化物组分的反应物，其中所述卤化物组分可包括氯组分、碘组分或溴组分中的一者或多者。如本文所用，术语“硫属元素化物卤化钼”可指包含至少钼组分、卤化物组分和硫族组分的反应物，其中硫族为元素周期表第IV族的元素，包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Te)。如本文所用，术语“氧卤化钼”可指包含至少钼组分、氧组分和卤素组分的反应物。如本文所用，术语“还原剂前体”可指在氧化还原化学反应中向另一物质给予电子的反应物。如本文所用，术语“结晶膜”可指显示至少短程有序或甚至结晶结构的长程有序的膜，并包括单晶膜以及多晶膜。如本文所用，术语“间隙特征”可指设置在非平面表面的两个表面之间的开口或腔穴。术语“间隙特征”可指设置在从基材表面垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过循环沉积工艺直接在基材的介电材料表面上沉积钼金属膜的方法，所述方法包括：向反应室中提供包含介电表面的基材；和直接在所述介电表面上沉积钼金属膜，其中所述沉积包括：使所述基材与包含卤化钼前体的第一气相反应物接触；和使所述基材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;1.一种用于通过循环沉积工艺直接在基材的介电材料表面上沉积钼金属膜的方法，所述方法包括：向反应室中提供包含介电表面的基材；和直接在所述介电表面上沉积钼金属膜，其中所述沉积包括：使所述基材与包含卤化钼前体的第一气相反应物接触；和使所述基材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，所述方法还包括加热所述基材至400℃和700℃之间的基材温度。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括加热所述基材至500℃和600℃之间的基材温度。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在沉积过程中调节所述反应室内的压力至高于30托。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化钼包含硫属元素化物卤化钼。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述硫属元素化物卤化钼包含选自以下的氧卤化钼：氧氯化钼、氧碘化钼或氧溴化钼。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述氧氯化钼包含二氯二氧化钼(IV)(MoO2Cl2)。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原剂前体包含以下中的至少之一：分子氢(H2)、原子氢(H)、合成气体(H2+N2)、氨(NH3)、肼(N2H4)、肼衍生物、基于氢的等离子体、氢自由基、氢激发物种、醇、醛、羧酸、硼烷、胺或硅烷。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化钼包含氯化钼。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述氯化钼包含五氯化钼(MoCl5)。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括至少一个沉积循环，其中使所述基材交替且依序地与所述第一气相反应物和所述第二气相反应物接触。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述沉积循环重复一次或多次。13.根据权利要求11所述的方法，其中沉积所述钼金属膜包括原子层沉积工艺。14.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·佐普，S·斯瓦弥纳杉，K·史瑞斯萨，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