过渡金属氮化物沉积方法技术

本公开涉及在制造半导体器件领域中用于在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的方法和设备。根据本公开的方法包括循环沉积过程，其中在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供有机金属过渡金属前体，并且以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物。本公开还涉及过渡金属氮化物层、半导体结构和器件以及用于在衬底上沉积过渡金属氮化物的沉积组件。沉积组件。沉积组件。

【技术实现步骤摘要】
过渡金属氮化物沉积方法


[0001]本公开涉及用于制造半导体器件的方法和设备。更具体地，本公开涉及用于在衬底上沉积含金属氮化物的材料的方法和系统以及包含金属氮化物的层。

技术介绍

[0002]半导体器件制造过程通常使用先进的沉积方法来形成具有特定性质的含金属层。第4族(钛、锆、铪)、第5族(钒、铌、钽)和第6族(铬、钼和钨)的过渡金属氮化物潜在地可用于一系列半导体应用。特别地，这些材料被提议用于后段制程(BEOL)屏障和衬里应用，其中低电阻率是重要的。此外，由于集成热预算限制，许多应用需要低温沉积这些材料，通常为350℃或更低。尤其是含氮化钼的材料通常在与BEOL应用不相容的温度下沉积。
[0003]此外，避免氟(F)或氯(Cl)的方法优于在前体或共反应物中使用这些元素的方法。不幸的是，大多数避免F和Cl的方法是基于含有碳的金属有机或有机金属前体，碳以显著的浓度结合到膜中并用于增加电阻率。本专利技术提供了一种获得低碳含量的低电阻率金属氮化物膜的不含F和Cl的低温ALD途径。
[0004]该部分中阐述的任何讨论(包括对问题和解决方案的讨论)已被包括在本公开中仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本专利技术被做出时是已知的，或者构成现有技术。

技术实现思路

[0005]本
技术实现思路
可以简化的形式介绍一些概念，这将在下面进一步详细描述。本
技术实现思路
不旨在必要地标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
[0006]本公开的各种实施例涉及在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的方法、过渡金属氮化物层、半导体结构和器件以及用于在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的沉积组件。
[0007]一方面，公开了一种通过循环沉积过程在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的方法。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供有机金属过渡金属前体，以及以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物。在该方法中，过渡金属前体包括来自元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属。
[0008]在一些实施例中，过渡金属前体包括根据元素周期表的第6族过渡金属。在一些实施例中，第6族过渡金属选自钼和钨。在一些实施例中，第6族过渡金属是钼。在一些实施例中，过渡金属前体仅包含钼、碳和氢。在一些实施例中，过渡金属前体包括双(乙基苯)钼。在一些实施例中，过渡金属前体包含苯或环戊二烯基。在一些实施例中，氮前体仅包括氮和氢。在一些实施例中，氮前体选自NH3、NH2NH2以及气态H2和N2的混合物。
[0009]在一些实施例中，根据本公开的方法还包括以气相向反应室提供辅助反应物。在一些实施例中，辅助反应物包括选自溴和碘的卤素。在一些实施例中，辅助反应物包括有机
基团。在一些实施例中，辅助反应物包括卤代烃。在一些实施例中，辅助反应物包括两个或更多个卤素原子。在一些实施例中，至少两个卤素原子连接到不同的碳原子。在一些实施例中，辅助反应物中的两个卤素原子连接到碳链的相邻碳原子。在一些实施例中，辅助反应物包括1,2
‑
二卤代烷烃或1,2
‑
二卤代烯烃或1,2
‑
二卤代炔烃或1,2
‑
二卤代芳烃。在一些实施例中，辅助反应物的两个卤素原子是相同的卤素。在一些实施例中，辅助反应物包括1,2
‑
二碘乙烷。在一些实施例中，辅助反应物用于调节沉积的过渡金属氮化物材料的电阻率。
[0010]在一些实施例中，辅助反应物包括选自Si、Ge或Sn的第14族元素。在一些实施例中，辅助反应物具有通式R
a
MX
b
或R
c
X
d
M—MR
c
X
d
，其中a是0、1、2或3，b是4
‑
a，c是0、1或2，d是3
‑
c，R是烃，M是Si、Ge或Sn，并且每个X独立地是任何配体。在一些实施例中，辅助反应物中的X是氢、取代或未取代的烷基或芳基或卤素。在一些实施例中，循环沉积过程包括热沉积过程。
[0011]在一些实施例中，循环沉积过程包括在将过渡金属前体提供到反应室中之后吹扫反应室。在一些实施例中，过渡金属氮化物作为层沉积在衬底上。
[0012]另一方面，公开了通过循环沉积过程产生的过渡金属氮化物层。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供过渡金属前体；以及以气相向反应室提供辅助反应物，并以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物。该方法中的过渡金属前体包括来自元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属。在一些实施例中，根据本公开的过渡金属氮化物层具有小于约600μΩ
·
cm的电阻率。在一些实施例中，根据本公开的过渡金属氮化物层具有小于约20原子％的碳含量。
[0013]一方面，公开了一种包括通过循环沉积过程沉积的过渡金属氮化物的半导体结构。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供过渡金属前体，以及以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物。在该方法中，过渡金属前体包括来自元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属。因此，公开了一种包括根据本公开的方法沉积的过渡金属氮化物的半导体结构。
[0014]另一方面，公开了一种包括通过循环沉积过程沉积的过渡金属氮化物的半导体器件。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相向反应室提供过渡金属前体，以及以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物。在该方法中，过渡金属前体包括来自元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属。因此，公开了一种包括根据本公开的方法沉积的过渡金属氮化物的半导体器件。
[0015]又一方面，公开了一种用于在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的沉积组件，该沉积组件包括一个或多个反应室和前体注射器系统，所述反应室构造和布置成保持衬底，所述前体注射器系统构造和布置成以气相将过渡金属前体、辅助反应物和氮前体提供到反应室中。该沉积组件还包括前体容器，该前体容器构造和布置成容纳过渡金属前体，该过渡金属前体包括来自元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属，并且该组件构造和布置成通过前体注射器系统向反应室提供过渡金属前体、辅助反应物和氮前体，以在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料。
[0016]在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指示的变量任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。
此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...构成”或“由...构成”。在本公开中，在一些实施例中，任何定义的含义不一定排除普通和习惯的含义。
附图说明
[0017]被包括进来以提供对本公开的进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过循环沉积过程在衬底上沉积含过渡金属氮化物的材料的方法，该方法包括：在反应室中提供衬底；以气相向反应室提供有机金属过渡金属前体；以及以气相向反应室中提供氮前体，以在衬底上形成过渡金属氮化物；其中，过渡金属前体包括元素周期表的第4至6族中任何一族的过渡金属。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过渡金属前体包括第6族过渡金属。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第6族过渡金属选自钼和钨。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第6族过渡金属是钼。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述过渡金属前体仅包含钼、碳和氢。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述过渡金属前体包含苯或环戊二烯基。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氮前体仅包括氮和氢。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氮前体选自NH3、NH2NH2以及气态H2和N2的混合物。9.根据权利要求1所述的方法，还包括以气相向反应室提供辅助反应物。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述辅助反应物包括选自溴和碘的卤素。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述辅助反应物包括卤代烃。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述辅助反应物包括两个或更多个卤素原子。13.根据权利要求12所述的方法，其中，至少两个卤素原子连接到不同的碳原子。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述辅助反应物中的两个卤素原子连接到碳链的相邻碳原子。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述辅助反应物包括1,2
‑
二卤代烷烃或1...

【专利技术属性】
技术研发人员：E费尔姆，JW梅斯，C德泽拉，岩下信哉，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：