CN104718314B - 包含铝合金的具有高铝含量的膜的沉积 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
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Abstract
所提供的是包括铝、碳和金属的膜，其中铝的元素含量是大于约16％的量，且碳含量小于约50％。还提供了沉积所述膜的方法。
Description
技术领域
本发明的实施方式大体涉及膜沉积，且特别涉及适合作为N-金属膜的膜的沉积。
背景技术
在基板表面上的薄膜沉积在多种工业中都是重要的工艺，这些工业包括半导体处理、用于磁性读取/写入磁头的电介质以及扩散阻挡涂层。特别地，在半导体工业中，微型化需要薄膜沉积的原子级控制，以于高深宽比结构上产生保形涂层。
膜的一种重要类型是金属碳化物。这些膜被结合于许多应用中，包括栅极堆叠。一些金属碳化物工艺是已知的，包括沉积含有相对低铝含量的膜的一些工艺。然而，目前还没有一种已知工艺可以沉积膜中包含相对高铝浓度(level)的铝碳化物膜。此外，因为外表特征(aspect features)的尺寸减少，所以需要调整电阻率，为了调整电阻率，将会需要降低碳含量。因此，需要有包含相对高铝含量和/或相对低碳含量的膜以及沉积所述膜的方法。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种包含铝、碳和金属的膜，其中铝的元素含量是大于约16％的量，且碳含量小于约50％。在一些实施方式中，所述金属选自由钛、钽和铪组成的群组。在一或更多个实施方式中，铝的元素含量是大于约20％的量。在一些实施方式中，碳的元素含量是小于约30％的量。在一或更多个实施方式中，金属与碳的元素含量比例小于约50％。
本发明的第二方面涉及一种沉积膜的方法，所述方法包括：使基板表面暴露于金属卤化物前驱物，所述金属卤化物前驱物包括金属卤化物，以于所述基板表面处提供金属卤化物；清除过剩的金属卤化物；使所述基板表面暴露于一或多种烷基铝前驱物，所述一或多种烷基铝前驱物包括以下物质的一或多种：三甲基铝(trimethyl aluminum)、三乙基铝(triethyl aluminum)、氢化二甲基铝(dimethyaluminum hydride；DMAH)、二乙基氢化铝(diethylhydridoaluminum)、甲基二氢化铝(methyldihydroaluminum)以及化学式是[(CxHy)3-aAlHa]n的氢化烷基铝，其中x具有1至3的数值，y具有2x+2的数值，a具有1至2的数值，以及n具有1至4的数值。在一些实施方式中，所述方法进一步包括使所述基板表面暴露于胺-铝烷(amine-alane)和稳定化胺，以提供包括金属铝合金的N-金属膜。在一或多个实施方式中，所述基板表面具有约200℃或300℃至约400℃的温度。
在一些实施方式中，在暴露于铝烷前驱物之前进行暴露于所述烷基铝前驱物。在一或多个实施方式中，在暴露于所述铝烷前驱物之后进行暴露于所述烷基铝前驱物。在一些实施方式中，所述稳定化胺选自二甲基环己胺(dimethylcyclohexylamine)和二环甲基己胺(dicyclomethylhexylamine)。在一或多个实施方式中，所述金属选自钛、钽和铪中的一或多种。
在一些实施方式中，所述金属卤化物选自选自由TiCl4、TaCl5、和HfCl4组成的群组的金属卤化物。在一或多个实施方式中，所述基板表面暴露于所述烷基铝与所述基板表面暴露于所述铝烷前驱物至少部分重叠。
所述方法可包括其他步骤。在一些实施方式中，所述方法进一步包括清除所述铝烷前驱物。在一或多个实施方式中，所述方法进一步包括使所述基板表面暴露于胺，其中在所述基板表面暴露于所述烷基铝和/或所述铝烷前驱物时所述基板表面暴露于所述胺。在一些实施方式中，用合金剂浸泡所述N-金属膜，其中所述合金剂包括SiH4、GeH4、三甲基镓(trimethylgallium)和B2H6中的一或多种。在一或多个实施方式中，所述方法进一步包括在所述基板暴露于所述第三前驱物期间，使所述基板表面暴露于第四前驱物，所述第四前驱物包括二甲基乙基胺、二甲基环己胺或吡咯烷铝烷(pyrrolidine alane)中的一或多种。
在一或多个实施方式中，所述N-金属膜含有少于20％的碳。在一些实施方式中，所述前驱物是蒸汽前驱物。在一或多个实施方式中，所述方法是通过CVD或ALD执行的。
本发明的另一方面涉及一种通过上述方法中任一方法制得的膜。
具体实施方式
在描述本发明的数个示例性实施方式之前，应了解本发明并不限于以下描述中所阐述的架构或工艺步骤的细节。本发明也可以有其他的实施方式，且能以各种方式来实施或执行。
在本文中所使用的“基板”是指任何基板或形成在基板上的材料表面，在制造工艺期间，于所述基板或材料表面上执行膜处理。举例而言，根据应用，在其上能进行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料以及任何其他材料，比如金属、金属氮化物、金属合金以及其他传导性材料。基板包括而不限于半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺，以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板表面本身上的膜处理之外，在本发明中，所揭露的任何膜处理步骤也可于形成在基板上的下层上进行，如下文更加详细揭示的，且术语“基板表面”旨在包括上下文所指的这类下层。
根据本发明的各种实施方式，提供关于适合作为N-金属膜的铝金属合金的沉积的方法。在一或多个实施方式中，这些膜包括铝、碳和另一金属。在一或多个实施方式中，本文所提供的膜含有大于约16％的元素含量的铝含量，这在以前从未达成过。在一些实施方式中，本文所述的膜为高度保形地沉积而成。此外，本文所述的膜的实施方式以能调的金属与铝含量为特征，因此能控制所沉积的膜的性质。
一般而言，方法的实施方式描述了将金属卤化物引至基板表面、清除所述金属卤化物、引入具有稳定化胺的铝烷源化学物以及将烷基铝或氢化烷基铝引入至腔室。烷基铝前驱物的引入可在具有稳定化胺的胺-铝烷的引入之前、期间或之后进行。视情况，可在基板暴露于铝烷和/或烷基铝前驱物之后进行清除。
因此，本发明的一个方面涉及一种包括铝、碳及金属的膜，其中铝的元素含量是大于约16％的量。在进一步的实施方式中，所述膜包括元素含量大于18％、20％、25％、30％或40％的铝。在进一步的实施方式中，所述膜包括元素含量小于约50％的铝。如上所述，在包含铝、碳和另一金属的膜中还未达到这种高浓度的铝含量。
先前已知的类似膜无法达到这么高浓度的铝。虽然不想被任何特定理论所限，但在使用金属卤化物(例如TiCl4和TaCl5)和烷基铝前驱物(例如三甲基铝或三乙基铝)的方法中，认为卤化物配位基与铝原子反应而产生包括铝且由一或多个卤化物原子替换烷基链的组成部分(moiety)。因为这是不稳定产物，故此循环产生了大部分烷基端接的金属表面。可能有与后续循环发生的表面反应，比如在金属卤化物暴露于烷基端接的金属表面时烷基基团与卤化物互换，但并无净生长反应发生，因而限制了铝含量。
因此，通过添加铝烷前驱物(例如铝烷胺)，认为烷基-金属终端能变为氢化物-金属终端。铝烷会经历CVD工艺，然后进行表面转变。一旦有富含铝的表面，钛即可在后续循环上沉积。在一或多个实施方式中，Al：Ti的比例受到铝烷与TiCl4脉冲的比例的影响。
然而，铝烷会是高反应性的，因此稳定化化合物在这些情况中会是有用的，特别是当温度相对高时。例如，在一或多个实施方式中，沉积的温度高于约200、250或300℃。在一实施方式中，在介于约225、250、275、300或325℃至约350、375、400或425℃之间的温度下进行沉积。因此，在本发明的一些实施方式中，利用胺使铝烷前躯物稳定化。在进一步的实施方式中，稳定化胺具有相对低的蒸汽压。这类胺的非限制实例为二甲基环己胺(DMCA)和二环甲基己胺。
所提供的膜的实施方式比先前遇到的具有更低的碳浓度。在一些实施方式中，所产生的膜中的碳小于约50、40、30、20、15、10或5％的原子比例。虽然不希望受限于任何特定理论，但认为在烷基铝与胺之间可能有相互作用，所述相互作用导致产生单体，所述单体具有由R3N→烷基铝所代表的结构，以致单体对所含的碳较不敏感。因此，举例而言，若使用DMAH，则会形成单体R3N→DMAH。
还想到在至少一些实施方式中，在卤化物端接的表面与烷基铝之间并无直接反应。亦即，认为铝烷移除了卤化物。因此，想到降低浓度的碳并入膜中。还想到烷基铝是以两种方式中的一种起作用：第一种可能途径是烷基铝沉积了保形CVD铝膜。在此情况中，所述方法可建构由铝烷前驱物、金属卤化物和烷基铝前驱物沉积的富含钛的TiAl膜的纳米叠层工艺。或者，烷基铝前驱物可浸泡由铝烷前驱物和金属卤化物用热稳定的CVD铝源沉积而成的富含钛的TiAl膜。通过浸泡来处理富含钛的TiAl膜，以增加铝含量。
因此，举例而言，本发明的一个方面涉及一种沉积膜的方法。所述方法包括：使基板表面暴露于金属卤化物前驱物，所述金属卤化物前驱物包括金属卤化物，以于所述基板表面处提供金属卤化物；清除过剩的金属卤化物；使所述基板表面暴露于一或多种烷基铝前驱物，所述一或多种烷基铝前驱物包括以下物质的一或多种：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)、氢化二甲基铝、二乙基氢化铝、甲基二氢化铝以及化学式是[(CxHy)3-aAlHa]n的氢化烷基铝，其中x具有1至3的数值，y具有2x+2的数值，a具有1至2的数值，以及n具有1至4的数值。在一些实施方式中，所述方法进一步包括使所述基板表面暴露于胺-铝烷与稳定化胺，以提供包括金属铝合金的N-金属膜。在一或多个实施方式中，所述基板表面具有约200或300至约400℃的温度。术语“清除”表示移除处理腔室内的任何过剩的前驱物、副产物及其他污染物。载气、清除气体或其他工艺气体可包括氮、氢、氩、氖、氦或前述气体的组合。如在本文中所使用的，关于前驱物的术语“过剩”是指不在表面处的前驱物和/或沉积反应中不可用或不需要的前驱物。在一或多个实施方式中，基板可暴露于多于一种的烷基铝。
在一或多个实施方式中，上述工艺可以各种次序来进行。举例而言，可在暴露于铝烷前驱物和稳定化胺之前或之后进行暴露于烷基铝前驱物，或反之亦然。在其他实施方式中，它们可以是共流的(co-flowed)。
在一或多个实施方式中，基板表面暴露于烷基铝与基板表面暴露于铝烷前驱物至少部分重叠。在又其他实施方式中，烷基铝与铝烷前驱物可交替，且可以、或可不以流动中的一些重叠为特征。
在一或多个实施方式中，所述方法可进一步包括在基板表面暴露于铝烷前驱物之后清除铝烷前驱物。这可以用来移除过剩的前驱物。
在又其他实施方式中，具有或不具有稳定化胺的铝烷前驱物和烷基铝可交替，但以流动中的一些重叠为特征。因此，举例而言，在一或多个实施方式中，基板表面暴露于烷基铝与基板表面暴露于DMEAA至少部分重叠。
本发明的各种实施方式涉及配位至胺的铝烷(氢化铝或AlH3)前驱物的使用。铝烷通常是不稳定的化合物，但在一些情况中能通过配位至胺而稳定化。这类前驱物可由化学式AlH3-NR3来表示。这些前驱物可根据下式1而合成：
LiAlH4+NR3-HCl→AlH3-NR3+H2+LiCl (式1)
这些胺的实例包括、但不限于二甲基乙基胺铝烷(DMEAA)、甲基吡咯烷铝烷(MPA)以及二(甲基吡咯烷)铝烷(MP2A)。
根据本发明的各种实施方式，金属卤化物也被使用做为前驱物。可根据所需要的金属膜来选择金属。在一或多个实施方式中，所述金属选自Ti、Ta和Hf。在一或多个实施方式中，所述卤化物选自Cl、I和Br，使得第二前驱物包括金属氯化物、金属碘化物或金属溴化物。因此，举例而言，所述金属卤化物前驱物可选自TiCl4、TaCl5和HfCl4。
本文的方法可以其他附属工艺为特征。举例而言，在一或多个实施方式中，上述方法进一步包括用合金剂浸泡N-金属膜。如在本文中所使用的，“浸泡”是指使基板暴露于反应物气体、且所述气体与所述表面反应但未沉积层的工艺。在进一步的实施方式中，所述合金剂包括SiH4、GeH4、三甲基镓以及B2H6中的一或多种。
本文所述方法的其他实施方式可进一步包括使基板表面暴露于胺，其中在基板表面暴露于烷基铝前驱物和/或铝烷前驱物时基板表面暴露于胺。
在一些实施方式中，所述方法可进一步包括在基板暴露于第三前驱物期间，使基板表面暴露于第四前驱物，所述第四前驱物包括二甲基乙基胺、二甲基环己胺或吡咯烷铝烷中的一或多种。在进一步的实施方式中，胺至少在基板暴露于铝烷前驱物和/或烷基铝前驱物期间流动。
在一或多个实施方式中，利用ALD、CVD或PVD工艺沉积膜。在涉及CVD工艺的实施方式中，基板可适当地连续同时地或实质同时地暴露于多于一种前驱物。
在其他实施方式中，利用原子层沉积(ALD)工艺来沉积膜。因此，在一个实施方式中，依序地或实质上依序地使基板表面与两种或更多种前驱物接触。在一更特定的实施方式中，所述方法包括金属卤化物暴露、接着清除、接着暴露于DMAH、接着另一次清除、接着暴露于DMAH、接着再另一次清除。在ALD工艺的示例性实施方式中，第一化学前驱物(“A”)(例如TiCl4或TaCl5)在第一半反应中脉冲地送至或流至基板表面。通常由真空泵减压和/或通过流动的惰性清除气体移除过剩的反应物和反应副产物。接着前驱物“B”(例如DMAH)被输送至表面，其中第一半反应的前驱物与来自“B”前驱物的新的配位基反应而产生交换副产物。“B”共反应物也与下面的反应性物种形成自饱和键，以提供饱和的第二半反应。第二清除时段一般用于移除未使用的反应物和反应副产物。“C”前驱物(例如DMEAA)可然后与稳定化胺或不与稳定化胺同时流动，以与下面的物种反应，然后移除过剩的“C”前驱物。“A”、“B”和“C”前驱物以及清除气体可然后再次流动。持续使表面交替暴露于反应物，直到达到所需厚度的膜为止，对大部分的预期应用而言，所述厚度将约在至的范围中，且更特定地从约或至约或将理解到反应物与清除气体能同时流动，且基板和/或气流喷嘴能摆动而使得基板可依需要而依序暴露于反应物和清除气体。当然，前述ALD循环仅为各种ALD工艺循环的示例，在这些ALD工艺循环中，通过交替前驱物和/或共反应物的层来形成沉积层。
沉积工艺条件可为适用于所使用的特定次序的任何条件。举例而言，在非共流的次序中，金属卤化物可以从约40、50或60sccm至约90、100或110sccm的速率流动，其中腔室压强为从约2、4或6T至约36、38、40或42T。清除和泵送时间范围可从约2、4或6秒至约18、20或22秒。暴露时间范围可从约3、5或7秒至约48、50或52秒。铝烷前驱物和/或稳定化胺可以约450、500或550sccm至约950、1000或1050sccm的速率流动，其中腔室压强为约2、4或6T至约38、40或42T。清除和泵送时间范围可从约2、4或6秒至约18、20或22秒。暴露时间范围可从约3、5或7秒至约18、20或22秒。烷基铝前驱物可以约450、500或550sccm至约950、1000或1050sccm的速率流动，其中腔室压强为约2、4或6T至约38、40或42T。清除和泵送时间范围可从约2、4或6秒至约18、20或22秒。在使用第四前驱物(亦即DMEA或DMCA)的实施方式中，前驱物可以从约40、50或60sccm至约90、100或110sccm的速率流动，其中腔室压强为从约2、4或6T至约36、38、40或42T。在一些实施方式中，第四前驱物可通过安瓿而与铝烷前驱物一起流动，或第四前驱物与铝烷前驱物可在盖处混合。在一些实施方式中，清除和泵送时间将与铝烷前驱物的时间相配。在一或多个实施方式中，在约250、275或300℃至约450、475或500℃的温度下对膜进行沉积后退火。
在涉及共流的实施方式中，金属卤化物可以从约40、50或60sccm至约90、100或110sccm的速率流动，其中腔室压强为从约2、4或6T至约36、38、40或42T。清除与泵送时间范围可从约2、4或6秒至约18、20或22秒。暴露时间范围可从约3、5或7秒至约48、50或52秒。铝烷和烷基铝前驱物可以约450、500或550sccm至约950、1000或1050sccm的速率共同流动，其中腔室压强为约2、4或6T至约38、40或42T。清除和泵送时间范围可从约2、4或6秒至约18、20或22秒。暴露时间范围可从约3、5或7秒至约18、20或22秒。在有第四前驱物的实施方式中，条件则依循上述条件。
前驱物和/或反应物可为气体或蒸汽状态、或能用于气相沉积工艺的其他物质状态。在清除期间，一般而言，惰性气体被引入至处理腔室中以清除反应区或另外移除反应区中的任何残余反应性化合物或副产物。或者，清除气体可于整个沉积工艺中持续地流动，使得在前驱物与共反应物的脉冲之间的时间延迟期间仅有清除气体流动。
本文所使用的沉积气体或工艺气体是指单一气体、多种气体、含有等离子体的气体、气体和/或等离子体的组合。沉积气体可含有至少一种用于气相沉积工艺的反应性化合物。所述反应性化合物在气相沉积工艺期间可为气体、等离子体、蒸汽的状态。工艺也可含有清除气体或载气，且不含反应性化合物。
本文中所使用的“基板表面”是指任何基板或形成在基板上的材料表面，在制造工艺期间于所述基板或材料表面上执行膜处理。举例而言，在其上能执行处理的基板表面根据应用而包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料以及任何其他材料，比如金属、金属氮化物、金属合金以及其他传导性材料。在基板表面上的阻挡层、金属或金属氮化物包括钛、氮化钛、氮化钨、钽和氮化钽、铝、铜或能用于装置制造的任何其他导体或传导性或非传导性阻挡层。基板可具有各种尺寸，比如直径为200mm或300mm的晶片以及矩形或方形板。可在其上使用本发明的实施方式的基板包括、但不限于半导体晶片，例如结晶硅(例如Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的硅晶片、III-V族材料(比如GaAs、GaN、InP等)以及图案化或未图案化的晶片。基板可暴露于预处理工艺，以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。
在一些实施方式中，可在等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺期间形成一或多层。在一些工艺中，等离子体的使用提供了充足的能量，以促使物种进入激发态而使表面反应变得可行与可能。可持续地或脉冲式地将等离子体导入工艺。在一些实施方式中，使用前驱物(或反应性气体)和等离子体的连续脉冲来处理层。在一些实施方式中，反应试剂可本地地(亦即在处理区域内)或远程地(亦即在处理区域外部)离子化。在一些实施方式中，远程离子化可在沉积腔室的上游处进行，使得离子或其他高能或发光物种不直接接触沉积的膜。在一些PEALD工艺中，从处理腔室外部产生等离子体，比如通过远程等离子体发生器系统来从处理腔室外部产生等离子体。等离子体可通过本领域技术人员所熟知的任何适合的等离子体产生工艺或技术而产生。举例而言，等离子体可通过微波(MW)频率发生器或射频(RF)发生器中的一或多个来产生。可根据所使用的具体反应性物种来调整等离子体的频率。合适的频率包括、但不限于2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz以及100MHz。虽然在本文所揭露的沉积工艺期间可使用等离子体，但应注意到等离子体可并非必须。实际上，其他实施方式涉及在没有等离子体的非常温和的条件下的沉积工艺。
根据一或多个实施方式，在形成层之前和/或之后对基板进行处理。此处理可在同一腔室中或在一或多个分开的处理腔室中进行。在一些实施方式中，基板从第一腔室移动至分开的第二腔室以进行进一步处理。基板可从第一腔室直接移动至分开的处理腔室，或者基板可从第一腔室移动至一或多个移送腔室，然后再移动至所需的分开的处理腔室。因此，处理设备可包括与移送台连通的多个腔室。此种类的设备可称为“群集工具”或“群集式系统”及类似设备。
一般而言，群集工具是一种包括多个腔室的模块化系统，这些腔室执行各种功能，包括基板中心寻找与定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一或多个实施方式，群集工具包括至少第一腔室和中央移送腔室。中央移送腔室可容纳能于处理腔室和装载锁定腔室之间往返移动基板的机械手。移送腔室通常保持在真空条件下，并且提供了中间台以使基板从一个腔室往返移动至另一腔室和/或至位于群集工具的前端的装载锁定腔室。可适用于本发明的两种熟知群集工具为可从加州圣克拉拉市的应用材料公司得到的与一个这种阶段式真空基板处理设备的细节揭示于Tepman等人的美国专利第5,186,718号中，该专利于1993年2月16日核准，名称为“Staged-Vacuum Wafer ProcessingApparatus and Method”(阶段式真空晶片处理设备和方法)。然而，可为了执行本文所述工艺的具体步骤的目的而改变腔室的精确布置和组合。可使用的其他处理腔室包括、但不限于循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、热处理(比如RTP)、等离子体氮化、除气、定向、羟基化以及其他基板工艺。通过在群集工具上的腔室中实施工艺，能避免因大气杂质所致的基板表面污染，而在沉积后续膜之前不致氧化。
根据一或多个实施方式，在基板从一个腔室移动至下一个腔室时，基板持续处于真空下或“装载锁定”条件下而不暴露于周围空气。移送腔室因此在真空下并在真空压强下“排空”(pumped down)。惰性气体可存在于处理腔室中或移送腔室中。在一些实施方式中，惰性气体被用作为清除气体，以于在基板表面上形成硅层之后移除一些或全部的反应物。根据一或多个实施方式，在沉积腔室的出口处注入清除气体，以避免反应物从沉积腔室移动至移送腔室和/或其他处理腔室。因此，惰性气体的流动在腔室的出口处形成气幕(curtain)。
可在单一基板沉积腔室中处理基板，单一基板在另一基板被处理之前在所述单一基板沉积腔室中进行装载、处理及卸载。也可以连续方式来处理基板，类似于运送系统，在所述运送系统中多个基板被分别地载入至腔室的第一部分中、移动通过腔室并从腔室的第二部分卸载。腔室和相关运送系统的形状可形成直线路径或弯曲路径。此外，处理腔室可为旋转架(carousel)，在所述旋转架中多个基板围绕中心轴移动并在旋转架路径中暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等工艺。
在处理期间，基板可被加热或冷却。这类加热或冷却能通过任何适合方式完成，包括、但不限于改变基板支撑件的温度以及使加热或冷却气体流至基板表面。在一些实施方式中，基板支撑件包括加热器/冷却器，所述加热器/冷却器能受控制以传导地改变基板温度。在一或多个实施方式中，所使用的气体(反应性气体或惰性气体)被加热或冷却，以局部地改变基板温度。在一些实施方式中，加热器/冷却器被放置在腔室内与基板表面相邻，以对流地改变基板温度。
在处理期间，基板亦可为静止或旋转。旋转基板可连续地旋转或小步式地旋转。举例而言，基板可于整个工艺中旋转，或者基板可在暴露至不同反应性或清除气体之间少量旋转。在处理期间旋转基板(连续地或步进式)可通过使例如气流几何形状的局部变化的影响降至最低而帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
由上述工艺提供的膜的一或多个实施方式适合为能调整的N-金属膜。膜的功函数(work function)能从四分之一能隙调整至能带边缘。可通过控制膜的厚度或通过增加/减少负电性物种的浓度来调整功函数。功函数调整能通过以负电性物种(亦即硼、碳、氮、氧、氯、氟)或硅进行掺杂而完成。本领域中已知的任何适合方法都可用于实现掺杂。因为可用于低电阻率填充的体积受到限制，因此需要更低电阻率的功函数材料。在一或多个实施方式中，所提供的N-金属允许有较低的电阻率，且因而允许使用较薄的层。盖层的厚度也是重要的。典型的盖层具有介于能隙中间和PMOS能带边缘之间功函数。在一或多个实施方式中，盖层为包括TaN、TiN及TiN中的一或多种的保形层，且可掺有Si、Al、C、O或W。在一或多个实施方式中，盖层为包括WN、WCN、W及Co中的一或多种的保形层。在一些实施方式中，功函数材料具有范围为从约15、20、25或至35、40或的厚度。
在此整个说明书中，在指称“一个实施方式”、“某些实施方式”、“一或多个实施方式”或“实施方式”时，意指结合实施方式而描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在此说明书中各个地方出现的诸如“在一或多个实施方式中”、“在某些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”之类的用语并不是必须参照本发明的同一个实施方式。此外，在一或多个实施方式中，特定的特征、结构、材料或特性可以任何适合的方式组合。
虽然在本文中已参照特定实施方式描述本发明，但应理解这些实施方式仅描述本发明的原理和应用。将对本领域技术人员明显的是，在不背离本发明的精神与范围的情况下，可对本发明的方法和设备进行各种修改和变化。因此，旨在使本发明包含在所附权利要求书及他们的等同物的范围内的修改与变化。
Claims (18)
1.一种沉积膜的方法，所述方法包括以下步骤：
使基板表面暴露于金属卤化物前驱物，所述金属卤化物前驱物包括金属卤化物以于所述基板表面处提供金属卤化物；
清除过剩的金属卤化物；
使所述基板表面暴露于烷基铝前驱物和铝烷前驱物，以提供包括金属铝合金的N-金属膜，所述烷基铝前驱物包括以下物质中的一或多种：三甲基铝、三乙基铝、氢化二甲基铝、二乙基氢化铝、甲基二氢化铝、C1-C3单烷基氢化铝或C1-C3二烷基氢化铝，所述铝烷前驱物包括胺-铝烷和稳定化胺，所述稳定化胺选自二甲基环己胺和二环甲基己胺中的一或多种。
2.如权利要求1所述的方法，其中在暴露于所述铝烷前驱物之前进行暴露于所述烷基铝前驱物。
3.如权利要求1所述的方法，其中在暴露于所述铝烷前驱物之后进行暴露于所述烷基铝前驱物。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述金属选自钛、钽和铪中的一或多种。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述基板表面具有200至400℃的温度。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述基板表面暴露于所述烷基铝与所述基板表面暴露于所述铝烷前驱物至少部分重叠。
7.如权利要求2所述的方法，进一步包括清除所述铝烷前驱物。
8.如权利要求2所述的方法，进一步包括使所述基板表面暴露于胺，其中在所述基板表面暴露于所述烷基铝和/或所述铝烷前驱物时所述基板表面暴露于所述胺。
9.如权利要求2所述的方法，进一步包括用合金剂浸泡所述N-金属膜，其中所述合金剂包括SiH4、GeH4、三甲基镓和B2H6中的一或多种。
10.如权利要求2所述的方法，其中所述N-金属膜含有小于20％的碳。
11.如权利要求2所述的方法，进一步包括在所述基板暴露于所述铝烷前驱物期间，使所述基板表面暴露于第四前驱物，所述第四前驱物包括二甲基乙基胺、二甲基环己胺或吡咯烷铝烷中的一或多种。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第四前驱物是蒸汽前驱物。
13.一种通过权利要求1所述的方法形成的包含铝、碳和另一金属的铝金属合金膜，所述另一金属不同于铝，其中所述铝的元素含量是大于16％的量，且碳含量小于50％。
14.如权利要求13所述的膜，其中所述另一金属选自由钛、钽和铪组成的群组。
15.如权利要求13所述的膜，其中所述铝的元素含量是大于20％的量。
16.如权利要求15所述的膜，其中所述碳的元素含量是小于30％的量。
17.如权利要求13所述的膜，其中金属与碳的元素含量比例小于50％。
18.一种通过权利要求1所述的方法制得的膜。
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