用于形成金属硅酸盐膜的方法和半导体装置结构制造方法及图纸

提供了通过循环沉积工艺在反应室中的衬底上形成金属硅酸盐膜的方法。所述方法可以包括：在引入所述反应室之前，将过氧化氢前体的温度调节至低于70℃的温度；以及通过执行循环沉积工艺的至少一个单位沉积循环，将所述金属硅酸盐膜沉积在所述衬底上。还提供了包括由本公开的方法沉积的金属硅酸盐膜的半导体装置结构。

Method for forming metal silicate film and structure of semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
用于形成金属硅酸盐膜的方法和半导体装置结构
本公开大体上涉及通过循环沉积工艺在反应室中的衬底上形成金属硅酸盐膜的方法，且尤其涉及利用过氧化氢前体作为氧化剂前体形成金属硅酸盐膜的方法。本公开还大体上涉及包括通过循环沉积工艺沉积的金属硅酸盐膜的半导体装置结构。
技术介绍
金属硅酸盐膜，例如硅酸铪膜(HfxSiyOz)、硅酸钇膜(YxSiyOz)、硅酸锆膜(ZrxSiyOz)或硅酸铝膜(AlxSiyOz)，可用于半导体装置
中的各种不同的应用。例如，在一些应用中，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)应用中，金属硅酸盐膜可用于代替氧化硅，因为金属硅酸盐膜可在半导体装置结构中提供优异的热稳定性和装置性能。循环沉积工艺，例如原子层沉积(ALD)和循环化学气相沉积(CCVD)，将两种或更多种前体(反应物)依次引入反应室，其中前体以依序方式一次一种地与衬底的表面反应。已经证实循环沉积工艺产生具有优异保形性和原子级厚度控制的金属硅酸盐膜。用于沉积金属硅酸盐膜的循环沉积工艺通常利用水(H2O)作为氧化剂前体。然而，由于水(H2O)的有限反应性，替代性氧化剂前体是合乎需要的。因此，需要用于形成金属硅酸盐膜的方法和包括金属硅酸盐膜的相关半导体装置结构，其与基于普通水(H2O)的循环沉积工艺相比时，利用具有增强的反应性的氧化剂前体。
技术实现思路
提供本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更详细地描述这些概念。本概述不打算标识所要求的主题的关键特征或必要特征，也不打算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反应室中的衬底上形成金属硅酸盐膜的方法。所述方法可以包含：在引入反应室之前，将过氧化氢前体的温度调节至低于70℃的温度；以及通过执行循环沉积工艺的至少一个单位沉积循环，将金属硅酸盐膜沉积在衬底上，其中单位沉积循环包含：使衬底与金属气相前体接触，使衬底与硅气相前体接触；以及使衬底与过氧化氢前体接触。在一些实施例中，还提供了半导体装置结构。半导体装置结构可以包含：硅锗(Si1-xGex)通道区域；界面层，其包含直接设置在硅锗(Si1-xGex)通道区域上的硅酸铝膜；以及直接设置在界面层上的高k电介质材料；其中对于中间间隙状态，在硅锗(Si1-xGex)通道区域和界面层之间的界面处的界面陷阱密度小于约7e11cm-2eV-1。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，应当理解，未必所有这些目的或优点都可以根据本专利技术的任何特定实施例来实现。因此，例如，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。所有这些实施例都旨在落入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根据参考附图的某些实施例的以下详细描述而变得显而易见，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，可以根据本公开的实施例的某些实例的描述更容易地确定本公开的实施例的优势，在附图中：图1示出了根据本公开的实施例的用于形成金属硅酸盐膜的非限制性示例性工艺流程；图2示出了包括根据本公开的实施例形成的金属硅酸盐膜的非限制性示例性半导体装置结构；以及图3示出了根据本公开的实施例的可用于形成金属硅酸盐膜的非限制性示例性半导体处理设备。具体实施方式尽管下文公开了某些实施例和实例，但所属领域的技术人员将理解，本专利技术延伸超出了本专利技术具体公开的实施例和/或用途以及显而易见的修改和其等效物。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。本文中呈现的图解不打算作为任何特定材料、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。如本文所使用，术语“循环沉积”可以指将前体(反应物)依序引入反应室中以在衬底上方沉积膜并且包含沉积技术，如原子层沉积和循环化学气相沉积。如本文所使用，术语“循环化学气相沉积”可以指使衬底依序暴露于两种或多于两种挥发性前体的任何工艺，所述挥发性前体在衬底上反应和/或分解以产生所需沉积。如本文所用，术语“衬底”可指可使用的或上面可形成装置、电路或膜的任何一种或多种下层材料。如本文所用，术语“原子层沉积”(ALD)可指其中在反应室中进行沉积循环、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，将前体化学吸附到沉积表面(例如衬底表面或先前沉积的下层表面，如来自先前ALD循环的材料)，由此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，必要时，可以随后将反应物(例如另一种前体或反应气体)引入到处理室中，以用于将用化学吸附的前体转换成沉积表面上的所需材料。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，还可以利用吹扫步骤以在转换化学吸附的前体之后从处理室去除过量前体和/或从处理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和化学束外延所指定的工艺。如本文所用，术语“膜”可指通过本文所公开的方法沉积的任何连续或不连续的结构、材料或多种材料。例如，“膜”可以包括2D材料、纳米棒、纳米管、纳米层合物或纳米颗粒，或甚至部分或全部分子层或部分或全部原子层或原子和/或分子的簇。“膜”可以包含具有针孔的一种或多种材料或层，但是仍然至少部分地连续。如本文所用，术语“金属硅酸盐膜”可以指包括金属组分、硅组分和氧组分的任何膜，并且可以具有通式MxSiyOz，其中M是金属组分，Si是硅组分，O是氧组分，并且x、y和z代表金属硅酸盐膜的组成。如本文所用，术语“温育期”可以指循环沉积的初始阶段中的循环沉积循环数目，其中未观察到可辨别的沉积。尽管贯穿本公开的多个实施例给出了许多种示例材料，但是应当指出，针对这些示例材料中的每一种给出的化学式不应被理解为限制性的，而且给出的非限制性示例材料不应受到给出的示例化学计量的限制。本公开包括可用于形成高质量、保形的金属硅酸盐膜的方法。本公开的方法可以采用循环沉积工艺，其利用过氧化氢前体作为沉积金属硅酸盐膜的氧化剂前体。另外，过氧化氢前体的温度可以在进入反应室之前被仔细调节，以防止过氧化氢前体的过早分解。用于形成金属硅酸盐膜的常见循环沉积工艺通常采用水(H2O)作为氧气前体。然而，即使水(H2O)是研究最多的金属硅酸盐沉积中使用的氧前体，但利用水作为金属硅酸盐沉积中的氧前体也有许多缺点。例如，水具有有限的反应性并且可能不适合沉积高纯度金属硅酸盐膜。例如，，利用水沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过循环沉积工艺在反应室中的衬底上形成金属硅酸盐膜的方法，所述方法包含：/n在引入所述反应室之前将过氧化氢前驱体的温度调节在70℃的温度下；以及/n通过执行循环沉积工艺的至少一个单位沉积循环，将所述金属硅酸盐膜沉积在所述衬底上，其中单位沉积循环包含：/n使所述衬底与金属气相前体接触；/n使所述衬底与硅气相前体接触；以及/n使所述衬底与所述过氧化氢前体接触。/n

【技术特征摘要】
20181116 US 16/194,0411.一种通过循环沉积工艺在反应室中的衬底上形成金属硅酸盐膜的方法，所述方法包含：
在引入所述反应室之前将过氧化氢前驱体的温度调节在70℃的温度下；以及
通过执行循环沉积工艺的至少一个单位沉积循环，将所述金属硅酸盐膜沉积在所述衬底上，其中单位沉积循环包含：
使所述衬底与金属气相前体接触；
使所述衬底与硅气相前体接触；以及
使所述衬底与所述过氧化氢前体接触。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过氧化氢前体在所述衬底附近分解。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应室包含喷头反应器，其利用喷头气体分配机构将所述金属气相前体、所述硅气相前体和所述过氧化氢前体引入所述反应室中，并且所述方法还包含将所述喷头气体分配机构的温度调节至低于70℃的温度。


4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含至少在至少一个室壁的暴露于所述金属气相前体、所述硅气相前体和所述氢前体的那些部分处，将所述反应室的至少一个室壁的温度调节至低于70℃的温度。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属气相前体包含以下至少一种：铪前体、钇前体、锆前体、铝前体、钪前体、铈前体、铒前体或锶前体。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述铝前体包含以下至少一种：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)、三氯化铝(AlCl3)、氢化二甲基铝(DMAH)或异丙醇二甲基铝(DMAI)。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属硅酸盐膜包含硅原子百分比在约10原子％与约60原子％之间的硅酸铝膜(AlxSiyOz)。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属硅酸盐膜包含硅原子百分比在约10原子％与约30原子％之间的硅酸铝膜(AlxSiyOz)。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属硅酸盐膜包含硅原子百分比小于10原子％的硅酸铝膜(AlxSiyOz)。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅气相反应物包含以下至少一种：N,N,N`,N-四乙基硅烷二胺(C8H22N2...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤福，徐鹏富，ME吉文斯，谢琦，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL