形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法技术

本申请设计形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法，描述了基底加工方法，其用于形成可以用于超导金属化或功函数调整应用的氮化钛材料。所述基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。

Method of forming titanium nitride film with (200) crystal texture

【技术实现步骤摘要】
形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年7月26日提交的题为“MethodforFormingTitaniumNitrideFilmswith(200)CrystallographicTexture”的美国临时专利申请第62/703,701号的优先权，其公开内容通过引用整体明确地并入本文。
本专利技术的实施方案属于半导体处理领域，并且特别地，描述了形成主要具有(200)晶体织构(crystallographictexture)的氮化钛膜的方法。例如，氮化钛膜可以用于超导和功函数调节应用。
技术介绍
诸如人工智能(AI)、物联网(IOT)、大数据等的新技术需要越来越大的计算能力，因此正在开发若干创新性的计算技术。例如，量子计算正在成为领先的计算创新之一。量子计算需要包括超导金属化的微电子电路，并且需要用于沉积超导材料的新方法。数十年来，氮化钛(TiN)是因其硬度而闻名并且已在许多工业中用作耐磨涂层的耐火材料。此外，TiN已经作为扩散阻挡材料和导电电极材料用于半导体器件中。已知TiN在微波频率下具有低损耗，这使得可以在许多新兴的量子器件结构中使用。TiN是块体Tc(bulkTc)为6.0K的超导体，因此是用于量子计算的有吸引力的材料。已经通过许多方法来生长TiN薄膜，包括原子层沉积(atomiclayerdeposition，ALD)、脉冲层沉积(pulsedlayerdeposition，PLD)和化学气相沉积(chemicalvapordeposition，CVD)，但是用于生长低损耗量子电路用TiN薄膜的最常用方法是其中使用Ar/N2等离子体来溅射钛靶的反应溅射(例如，磁控溅射)。然而，需要新的方法来沉积例如用于超导和功函数调节应用的具有优选晶体织构的TiN薄膜。
技术实现思路
描述了基底处理方法，其用于形成可以用于超导金属化或功函数调整应用的氮化钛材料。所述基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。描述了半导体器件，其包括通过气相沉积形成并且主要具有(200)晶体织构的氮化钛膜。附图说明包括在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施方案，并且与以上给出的本专利技术的一般描述和以下给出的详细描述一起用于说明本专利技术。图1示出了根据本专利技术的一个实施方案的用于形成TiN膜的工序(processsequence)；图2示出了根据本专利技术的一个实施方案的TiN膜的X射线衍射(XRD)图谱；图3是根据本专利技术的一个实施方案的配置用于形成TiN膜的沉积系统的示意性俯视图；图4是根据本专利技术的一个实施方案的用于处理TiN膜的包括微波等离子体源的等离子体处理系统的示意图；图5示出了图4中的等离子体处理系统的气体供应单元的平面图；图6示出了图4中的等离子体处理系统的天线部分的局部剖视图；图7A是用于形成TiN膜并将其集成到超导金属化中的群集工具(clustertool)的示意图；图7B是用于形成TiN膜并将其集成到功函数调节应用中的群集工具的示意图。具体实施方式本专利技术的实施方案描述了用于形成主要具有(200)晶体织构的TiN膜的方法。TiN膜可以例如用于超导和功函数调节应用。主要具有(200)晶体织构的TiN膜具有高的超导转变温度，并因此对于用于超导应用具有吸引力。此外，在沉积期间处理TiN膜以形成主要(200)晶体织构使得阈值电压正向移动约0.2V至约0.4V。这开辟了TiN膜用于功函数调节应用的各种应用。例如，TiN膜可以在晶体管中用作栅电极，其中TiN膜定位在高k介电膜的顶部并且TiN膜具有设定用于晶体管的阈值电压的特定有效功函数。根据一个实施方案，描述了基底处理方法。基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，此后，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，此后，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。根据本专利技术的实施方案，含氢气体可以选自H2、NH3、N2H4、H自由基及其组合。气相沉积可以例如包括ALD、CVD或物理气相沉积(PVD)。经处理的第一氮化钛膜主要具有(200)晶体织构，所述(200)晶体织构有助于形成也主要具有(200)晶体织构的第二氮化钛膜。第一氮化钛膜和第二氮化钛膜一起形成主要具有(200)晶体织构的氮化钛材料。图1示出了根据本专利技术的一个实施方案的用于形成TiN膜的工序。该工序100包括：在102中，通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，此后，在104中，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第一氮化钛膜，其中第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。该工序100还包括：在106中，在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，此后，在108中，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。102中的沉积可以通过进行第一复数次原子层沉积循环来进行，以及106中的沉积可以通过进行第二复数次原子层沉积循环来进行。根据一些实施方案，该工序还可以包括使第一钛膜、第二钛膜、或者第一钛膜和第二钛膜两者退火，以使钛材料的(200)晶体织构进一步增加。退火可以在沉积第一钛膜之后但在处理第一钛膜之前、在处理第一钛膜之后但在沉积第二钛膜之前、在沉积第二钛膜之后但在处理第二钛膜之前、在处理第二钛膜之后、或者其一者或更多者的组合进行。在一些实施方案中，该工序还可以包括进行另外的沉积和处理步骤以增加氮化钛材料的厚度。这由图1中的过程箭头110示意性地示出。在一些实例中，第一复数次循环可以为2至约50次、2至10次、10至30次、或30至50次。在一些实例中，第二复数次循环可以为2至约50次、2至10次、10至30次、30至50次。根据一个实施方案，处理步骤104和108使TiN膜的阈值电压正向移动，例如正向移动约0.2V至约0.4V。TiN膜可以通过ALD利用含Ti前体和含氮前体的交替暴露来沉积。含Ti前体可以选自氮化钛前体和钛前体。氮化钛前体可以在同一分子中包含钛和氮二者，但可以添加单独的氮前体(例如NH3或等离子体激发的N2)作为另外的氮源。具有“Ti-N”分子内键的氮化钛前体的代表性实例包括Ti(NEt2)4(TDEAT)、Ti(NMeEt)4(TEMAT)、Ti(NMe2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基底处理方法，包括：/n通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜；/n用等离子体激发的含氢气体处理所述第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使所述第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加；/n通过气相沉积在经处理的至少一个单层的所述第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜；以及/n用等离子体激发的含氢气体处理所述至少一个单层的第二氮化钛膜。/n

【技术特征摘要】
20180726 US 62/703,7011.一种基底处理方法，包括：
通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜；
用等离子体激发的含氢气体处理所述第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使所述第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加；
通过气相沉积在经处理的至少一个单层的所述第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜；以及
用等离子体激发的含氢气体处理所述至少一个单层的第二氮化钛膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其中包括经处理的第一氮化钛膜和经处理的第二氮化钛膜的氮化钛材料主要具有(200)晶体织构。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括依次重复以下步骤至少一次：通过气相沉积而沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理所述至少一个单层的第二氮化钛膜。


4.根据权利要求3所述的方法，其中包含所述第一氮化钛膜和所述第二氮化钛膜的氮化钛材料主要具有(200)晶体织构。


5.根据权利要求1所述的方法，其中通过气相沉积而沉积至少一个单层的所述第一氮化钛膜包括进行第一复数次原子层沉积循环。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一复数次原子层沉积循环包括TiCl4气体和NH3气体的交替暴露。


7.根据权利要求1所述的方法，其中通过气相沉积而沉积至少一个单层的所述第二氮化钛膜包括进行第二复数次原子层沉积循环。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二复数次原子层沉积循环包括TiCl4气体和NH3气体的交替暴露。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体激发的含氢气体使用微波等离子体源、电感耦合等离子体(ICP)源或电容耦合等离子体(CCP)源形成。


10.根据权利要求1所述的方法，其中处理步骤使包括所述第一氮化钛膜和所述第二氮化钛膜的氮化钛材料的阈值电压正向移动。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体选自：H2、NH3、N2H4、H自由基及其组合。


12.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：坎达巴拉·N·塔皮利，
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