CN114628232A - 形成用于阈值电压控制的结构的方法 - Google Patents

形成用于阈值电压控制的结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114628232A
CN114628232A CN202111504872.8A CN202111504872A CN114628232A CN 114628232 A CN114628232 A CN 114628232A CN 202111504872 A CN202111504872 A CN 202111504872A CN 114628232 A CN114628232 A CN 114628232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
precursor
rare earth
earth metal
carbide
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111504872.8A
Other languages
English (en)
Inventor
M.范德鲁宁
C.德泽拉
谢琦
P.德明斯基
G.A.沃尼
R-J.张
陈立甫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASM IP Holding BV
Original Assignee
ASM IP Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASM IP Holding BV filed Critical ASM IP Holding BV
Publication of CN114628232A publication Critical patent/CN114628232A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4966—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28088—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a composite, e.g. TiN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT

Abstract

公开了用于在衬底表面上沉积含稀土金属碳化物层的方法和系统以及使用该方法形成的结构和器件。示例性方法包括使用循环沉积过程，例如原子层沉积过程，用于将含稀土金属碳化物层沉积到衬底表面上。

Description

形成用于阈值电压控制的结构的方法
技术领域
本公开总体涉及适于在衬底表面上形成层的方法和系统以及包括该层的结构。更具体地，本公开涉及用于形成允许控制金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压的层的方法和系统以及使用该方法和系统形成的结构。
背景技术
半导体器件(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件)的规模已经导致集成电路的速度和密度的显著提高。然而，传统的设备扩展技术面临着未来技术节点的巨大挑战。例如，一个挑战是找到在场效应晶体管的栅极和沟道之间形成绝缘势垒的合适电介质叠层。这方面的一个特殊问题是控制场效应晶体管的阈值电压。
在本部分中阐述的任何讨论(包括问题和解决方案的讨论)已经包括在本公开中，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发明制造时是已知的或者构成现有技术。
发明内容
该发明内容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。该发明内容不一定旨在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。
本公开的各种实施例涉及形成包括含稀土金属碳化物层的结构的方法、使用这种方法形成的结构和器件以及用于执行该方法和/或用于形成该结构和/或器件的设备。含稀土金属碳化物层可用于各种应用，包括降低集成电路中的功耗。这些方法可以包括循环沉积过程。循环沉积过程可以包括原子层沉积过程和循环化学气相沉积过程中的一个或多个。循环沉积过程可以包括热过程，即不使用等离子体活化物种的过程。在一些情况下，反应物可以暴露于等离子体以形成活化反应物物种，例如自由基和/或离子。
本文描述了一种用于在衬底上沉积含稀土金属碳化物层的方法。该方法包括在反应室内提供衬底。衬底包括表面层。该方法还包括通过循环沉积过程将含稀土金属碳化物层沉积到表面层上。循环沉积过程包括一个或多个循环。循环包括前体脉冲和反应物脉冲。前体脉冲包括向反应室提供稀土金属前体。反应物脉冲包括向反应室提供碳反应物。因此，在衬底上形成含稀土金属碳化物层。
本文进一步描述了一种用于在衬底上形成电极的方法。该方法包括在反应室内提供衬底。衬底包括栅极电介质。该方法还包括在栅极电介质上沉积第一导电层，随后通过循环沉积过程将含稀土金属碳化物层沉积到第一导电层上。循环沉积过程包括一个或多个循环。循环包括前体脉冲和反应物脉冲。前体脉冲包括向反应室提供稀土金属前体。反应物脉冲包括向反应室提供碳反应物。然后，该方法包括在稀土金属碳化物上沉积第二导电层。因此，在衬底上形成电极。电极包括第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包括选自碳化镧、碳化钇、碳化铒、碳化钐、碳化铕、碳化镱和碳化铈的稀土金属碳化物；稀土金属前体选自镧前体、钇前体、铒前体、钐前体、铕前体、镱前体和铈前体。
在一些实施例中，稀土金属前体包括氧化态+3的稀土金属和氧化态+4的稀土金属中的至少一种。
在一些实施例中，稀土金属碳化物层包括碳化铈，并且稀土金属前体包括铈前体。
在一些实施例中，稀土金属前体包含取代或未取代的环戊二烯基配体。
在一些实施例中，稀土金属前体包含C1至C4烷基取代的环戊二烯基配体。
在一些实施例中，烷基取代的环戊二烯基配体选自EtCp、MeCp、iPrCp、nBuCp和tBuCp。
在一些实施例中，稀土金属前体包含烷基甲硅烷基取代的环戊二烯基配体。
在一些实施例中，铈前体是Ce(iPrCp)3。
在一些实施例中，碳反应物包括卤化的C1至C6烷烃或烯烃。
在一些实施例中，碳反应物包括碘。
在一些实施例中，碳反应物选自C2H5I,C2H4I2,CH2I2,CHI3,CH3I和CI4。
在一些实施例中，碳反应物包括C2H4I2。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属氮化物。
在一些实施例中，第一过渡金属氮化物包括氮化钛。
在一些实施例中，第二导电层包括第二过渡金属氮化物。
在一些实施例中，第二过渡金属氮化物包括氮化钛。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属碳化物。
在一些实施例中，第一过渡金属碳化物包括碳化钛。
在一些实施例中，第二导电层包括第二过渡金属碳化物。
在一些实施例中，第二过渡金属碳化物包括碳化钛。
在一些实施例中，第一导电层和第二导电层中的至少一个包括氮化硅。
在一些实施例中，第一导电层和第二导电层中的至少一个包括金属。
在一些实施例中，前体脉冲在反应物脉冲之前。
在一些实施例中，循环沉积过程还包括第一氢脉冲，并且第一氢脉冲包括向反应室提供第一含氢气体。
在一些实施例中，第一含氢气体包括H2。
在一些实施例中，第一氢脉冲发生在前体脉冲之后和反应物脉冲之前。
在一些实施例中，循环沉积过程还包括第二氢脉冲。第二氢脉冲包括向反应室提供第二含氢气体，并且第二氢脉冲发生在反应物脉冲之后。
在一些实施例中，第二含氢气体包括H2。
在一些实施例中，循环沉积过程包括另一前体脉冲。另一前体脉冲包括向反应室提供另一前体。
在一些实施例中，另一前体和稀土金属前体不同。
在一些实施例中，另一前体包括稀土金属和过渡金属中的至少一种。
在一些实施例中，另一前体脉冲之后是第三氢脉冲。第三氢脉冲包括向反应室提供第三含氢气体。
在一些实施例中，第三含氢气体包括H2。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层以每周期0.1nm或更低的生长速率生长。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层在至少350℃到至多500℃的温度下沉积。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层在至少0.5托到至多5托的压力下沉积。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层具有至少0.5nm到至多5.0nm的厚度。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在错流反应器中。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在喷淋头反应器中。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在热壁反应器中。
在一些实施例中，从温度受控的前体容器向反应室提供前体。
在一些实施例中，温度受控的前体容器保持在至少100℃到至多200℃的温度。
在一些实施例中，通过载气将前体提供给反应室。
在一些实施例中，载气是氮气或稀有气体。
在一些实施例中，循环沉积过程包括热过程。
本文进一步描述了一种系统。该系统包括一个或多个反应室；包含前体的前体气体源；包含反应物的反应气体源；排气源；以及控制器。控制器配置成控制气体流入一个或多个反应室中的至少一个，以执行本文所述的方法。
本文进一步描述了一种电极。电极包括按以下顺序的叠层：第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包括选自碳化镧、碳化钇、碳化铒和碳化铈的稀土金属碳化物。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包括碳化铈。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属氮化物。
在一些实施例中，第一过渡金属氮化物包括氮化钛。
在一些实施例中，第二导电层包括第二过渡金属氮化物。
在一些实施例中，第二过渡金属氮化物包括氮化钛。
在一些实施例中，第一导电层具有至少0.8nm到至多4.5nm的厚度。
在一些实施例中，第二导电层具有至少1nm到至多20nm的厚度。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层具有至少0.07nm到至多5nm的厚度。
本文进一步描述了一种通过本文描述的方法形成的如本文所述的电极。
进一步描述了一种包括栅极叠层的金属氧化物半导体场效应晶体管。栅极叠层包括如本文所述的电极。
在一些实施例中，金属氧化物半导体场效应晶体管具有栅极环绕结构。
参考附图，通过下面对某些实施例的详细描述，这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开实施例的更完整理解。
图1示出了根据本公开示例性实施例的方法。
图2示出了根据本公开示例性实施例的方法。
图3示出了根据本公开示例性实施例的方法。
图4示出了根据本公开示例性实施例的结构400。
图5示出了根据本公开示例性实施例的结构500。
图6示出了根据本公开示例性实施例的结构600。
图7示出了根据本公开示例性实施例的系统700。
图8示出了通过根据本公开的方法的实施例沉积的示例性含碳化铈层的透射电子显微照片。
图9示出了与参考相比，在包含通过根据本公开的方法的实施例沉积的含碳化铈层的测试结构上的电容电压测量。
图10示出了与参考相比，从在包含通过根据本公开的方法的实施例沉积的含碳化铈层的测试结构上的电容电压测量获得的测试结果。
图11示出了根据本公开的示例性实施例的方法。
应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以帮助提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
下面提供的方法、结构、器件和系统的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅是为了说明的目的；以下描述不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所述特征的多个实施例的叙述并不旨在排除具有附加特征的其他实施例或包含所述特征的不同组合的其他实施例。例如，各种实施例被阐述为示例性实施例，并且可以在从属权利要求中陈述。除非另有说明，示例性实施例或其部件可以组合或者可以彼此分开应用。
如下文更详细阐述，本公开的各种实施例提供了用于形成结构的方法，比如其用于场效应晶体管的栅极电介质或其部分。示例性方法可用于例如形成CMOS器件或这种器件的一部分。然而，除非另有说明，本发明不一定局限于这些示例。
在本公开中，“气体”可以包括在常温常压(NTP)下为气体的材料、蒸发的固体和/或蒸发的液体，并且可以由单一气体或气体混合物构成，这取决于情况。除了处理气体之外的气体，即不经过气体分配组件、其他气体分配装置等而引入的气体，可以用于例如密封反应空间，并且可以包括密封气体，比如稀有气体。在一些情况下，术语“前体”可以指参与产生另一种化合物的化学反应的化合物，特别是构成膜基质或膜主骨架的化合物；术语“反应物”可以与术语前体互换使用。
如本文所用，术语“衬底”可以指可用于形成或者可在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。衬底可以包括块体材料，比如硅(例如单晶硅)、其他第四族材料，比如锗，或者其他半导体材料，比如第二-第六族或第三-第五族半导体材料，并且可以包括在块体材料之上或之下的一个或多个层。此外，衬底可以包括各种特征，比如形成在衬底层的至少一部分之内或之上的凹陷、突起等。举例来说，衬底可以包括块体半导体材料和覆盖至少一部分块体半导体材料的绝缘或电介质材料层。
如本文所用，术语“膜”和/或“层”可以指任何连续或非连续的结构和材料，比如通过本文公开的方法沉积的材料。例如，膜和/或层可以包括二维材料、三维材料、纳米颗粒或者甚至部分或全部分子层或部分或全部原子层或原子和/或分子簇，或者由隔离的原子和/或分子构成的层。膜或层可以包括具有针孔的材料或层，其可以是连续的，也可以不是连续的。
如本文所用，术语“栅极环绕晶体管”可以指包括缠绕在半导体沟道区周围的导电材料的器件。如本文所用，术语“栅极环绕晶体管”也可以指各种器件架构，比如纳米片器件、叉片器件、竖直场效应晶体管、堆叠器件架构等。
术语“循环沉积过程”或“循环的沉积过程”可以指将前体(和/或反应物)顺序引入反应室以在衬底上沉积层，并且包括处理技术，比如原子层沉积(ALD)、循环化学气相沉积(循环CVD)和包括ALD成分和循环CVD成分的混合循环沉积过程。在优选实施例中，本文公开的循环沉积过程是指原子层沉积过程。
术语“原子层沉积”可以指气相沉积过程，其中沉积循环通常是多个连续的沉积循环在处理室中进行。本文使用的术语原子层沉积也意味着包括由相关术语指定的过程，比如化学气相原子层沉积、原子层外延(ALE)、分子束外延(MBE)、气源MBE、有机金属MBE以及当用前体/反应气体和吹扫气体(例如惰性载气)的交替脉冲执行时的化学束外延。
通常，对于ALD过程，在每个循环期间，前体被引入到反应室，并被化学吸附到沉积表面(例如可以包括来自先前ALD循环的先前沉积的材料或其它材料的衬底表面)，并形成不容易与另外前体反应(即自限制反应)的材料，例如关于单层或亚单层材料。此后，在一些情况下，可以随后将反应物(例如另一种前体或反应气体)引入处理室，用于将化学吸附的前体转化为沉积表面上的所需材料。反应物能够与前体进一步反应。在一个或多个循环期间，例如在每个循环的每个步骤期间，可以利用吹扫步骤来从处理室去除任何过量的前体和/或从反应室去除任何过量的反应物和/或反应副产物。注意，如本文所用，ALD过程不一定由一系列自限制表面反应构成。
此外，在本公开中，变量的任何两个数字可以构成变量的可工作范围，并且指示的任何范围可以包括或排除端点。此外，指示的变量任何值(不管它们是否用“约”来指示)可以指精确值或近似值且包括等同物，并且可以指平均值、中值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，在一些实施例中，术语“包括”、“由…构成”和“具有”可以独立地指“通常或广泛地包括”、“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。
在本公开中，使用了以下缩写：RE-M代表稀土金属，Cp代表环戊二烯基，MeCp代表甲基环戊二烯基，EtCp代表乙基环戊二烯基，iPrCp代表异丙基环戊二烯基，nPrCp代表正丙基环戊二烯基，tBuCp代表叔丁基环戊二烯基，TMSCp代表三甲基甲硅烷基环戊二烯基。Me代表甲基；Et代表乙基；iPr代表异丙基；nPr代表正丙基；nBu代表正丁基；acac代表乙酰丙酮化物；hfac代表六氟乙酰丙酮；NR,R’R”-amd”或NR R″-amd在R等于R′时指脒基配体[R—N—C(R″)═N—R′]，其中R,R′和R″是C1-C5烃基，例如C1-C5烃基；R2-fmd”代表脒基配体，其中R等于R’，R”等于H；R2-amd”代表脒基配体，其中R等于R’，R”等于CH3；thd代表2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二烯酸酯；phen代表菲咯啉。
目前描述的方法和器件对于控制场效应晶体管的阈值电压是有用的。在一些实施例中，本方法和器件对于控制n沟道场效应晶体管的阈值电压特别有用，比如n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，比如n沟道栅极环绕金属氧化物半导体场效应晶体管。在一些实施例中，本方法和器件对于控制p沟道场效应晶体管的阈值电压特别有用，比如p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，比如p沟道栅极环绕金属氧化物半导体场效应晶体管。在一些实施例中，本方法和器件对于诱导金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的负平带电压偏移特别有用。因此，本方法和器件对于降低栅极电压可能特别有用，在栅极电压下，在n-MOSFET的源极和漏极之间产生导电沟道。例如，n-MOSFET可以包含在基于CMOS的集成电路中。另外或可替代地，本方法和器件对于增加栅极电压可能特别有用，在该栅极电压下，在p-MOSFET的源极和漏极之间产生导电沟道。例如，p-MOSFET可以包含在基于CMOS的集成电路中。换句话说，本方法和器件对于降低n-MOSFET从关断状态切换到导通状态的电压和增加p-MOSFET从关断状态切换到导通状态的电压可能特别有用。类似地，本方法和器件对于降低n-MOSFET的平带电压和增加p-MOSFET的平带电压可能特别有用。目前的方法和器件对于制造具有栅极环绕结构的n-MOSFET和p-MOSFET可能特别有用。另外或可替代地，本方法和器件可以在片上系统的情况下特别有用。
在一些实施例中，本方法和器件特别用于诱导金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的正平带电压偏移。因此，本方法和器件对于增加栅极电压特别有用，在栅极电压下，在n-MOSFET的源极和漏极之间产生导电沟道。例如，n-MOSFET可以包含在基于CMOS的集成电路中。另外或可替代地，本方法和器件对于降低栅极电压可能特别有用，在栅极电压下，在p-MOSFET的源极和漏极之间产生导电沟道。例如，p-MOSFET可以包含在基于CMOS的集成电路中。换句话说，本方法和器件对于增加n-MOSFET从关断状态切换到导通状态的电压和降低p-MOSFET从关断状态切换到导通状态的电压可能特别有用。类似地，本方法和器件对于增加n-MOSFET的平带电压和降低p-MOSFET的平带电压可能特别有用。目前的方法和器件对于制造具有栅极环绕架构的n-MOSFET和p-MOSFET可能特别有用。另外或可替代地，本方法和器件可以在片上系统的情况下特别有用。
应当理解，当金属氮化物或碳化物借助于化学式缩写时，该化学式可以表示给定化学计量或任何其它化学计量的金属氮化物或碳化物，包括非化学计量形式，这取决于例如所讨论的金属的氧化态。例如，当氮化钛缩写为“TiN”时，术语TiN可以表示含钛和氮材料，其中钛和氮以1:1的比例存在，或者以任何其他合适的比例存在，例如0.8:1、0.9:1、0.95:1、1:1.05、1:1.1、1.2、1.5等。
本文描述了用于在衬底上沉积含稀土金属碳化物层的方法。该方法包括在反应室中提供衬底的步骤。合适的衬底包括单晶硅晶片，例如p型单晶硅晶片。衬底包括表面层。该方法还包括以下步骤：通过循环沉积过程，例如原子层沉积过程或循环化学气相沉积过程，将含稀土金属碳化物层沉积到表面层上。在一些实施例中，循环沉积过程包括一个或多个循环。循环包括两个或更多个脉冲。在一些实施例中，至少一个脉冲涉及自限制表面反应。在一些实施例中，所有脉冲都涉及自限制表面反应。循环包括前体脉冲和反应物脉冲。以前体脉冲向反应室提供稀土金属前体，以反应物脉冲向反应室提供碳反应物。因此，在衬底上形成含稀土金属碳化物层。
在一些实施例中，目前描述的用于在衬底上沉积含稀土金属碳化物层的方法可以用于形成CMOS例如n-MOS或p-MOS晶体管的金属栅电极。因此，本文进一步描述了用于在衬底上形成电极的方法。该方法包括在反应室中提供衬底的步骤。衬底包括栅极电介质。合适的栅极电介质包括高k电介质，例如氧化铪、氧化锆、氧化铝及其混合物。该方法还包括在栅极电介质上沉积第一导电层。该方法还包括采用循环沉积过程将含稀土金属碳化物层沉积到第一导电层上。循环沉积过程包括一个或多个循环。循环包括以前体脉冲向反应室提供稀土金属前体。循环还包括以反应物脉冲向反应室提供碳反应物。该方法还包括在稀土金属碳化物层上沉积第二导电层。因此，在衬底上形成包括第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层的电极。
在一些实施例中，前体脉冲先于反应物脉冲。尽管如此，在其他实施例中，反应物脉冲可以在前体脉冲之前。
在一些实施例中，循环沉积过程还包括第一氢脉冲。第一氢脉冲包括向反应室提供第一含氢气体。合适地，第一含氢气体可以包括H2。
在一些实施例中，第一氢脉冲发生在前体脉冲之后和反应物脉冲之前。有利地，这样做允许控制含稀土金属碳化物层的稀土金属和碳含量。换句话说，第一氢脉冲有利地允许控制含稀土金属碳化物层的化学计量。在当前公开的主题不受任何特定理论或操作模式约束的情况下，据信第一氢脉冲会导致稀土金属和稀土金属前体中的配体之间的化学键减弱和/或断裂。另外或可替代地，据信第一氢脉冲可以将稀土金属前体中包含的含碳和氢的配体转化为挥发性副产物，例如CH4，其容易从衬底表面和反应室中去除。因此，第一氢脉冲有利地允许去除残余碳。
在一些实施例中，循环沉积过程还包括第二氢脉冲。第二氢脉冲包括向反应室提供第二含氢气体，例如H2。应当理解，第二氢脉冲可以发生在反应物脉冲之后。换句话说，当循环过程正在进行时，第二氢脉冲可以适当地发生在反应物脉冲之后和前体脉冲之前。
在一些实施例中，循环沉积过程包括第一氢脉冲和第二氢脉冲。在这样的实施例中，第一氢脉冲发生在前体脉冲之后和反应物脉冲之前，第二氢脉冲发生在反应物脉冲之后。
在一些实施例中，循环沉积过程包括另一前体脉冲。另一前体脉冲包括向反应室提供另一前体。有利地，另一前体和稀土金属前体不同。因此，可以沉积进一步包含附加元素的含稀土碳化物层。在一些实施例中，另一前体包括稀土金属和过渡金属中的至少一种。示例性其它前体包括过渡金属前体和稀土金属前体。例如，合适的过渡金属前体包括铁前体、钛前体和钒前体。合适的稀土金属前体包括镧前体、钇前体、铒前体、钐前体、铕前体、镱前体、钆前体、钕前体和铈前体。在一些实施例中，另一前体包含取代或未取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，另一前体包含C1至C4烷基取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，烷基取代的环戊二烯基配体选自EtCp、MeCp、iPrCp、nPrCp、Cp和tBuCp。在一些实施例中，另一前体包括铝前体。
在一些实施例中，另一前体脉冲之后是第三氢脉冲，其中第三氢脉冲包括向反应室提供第三含氢气体。在一些实施例中，第三含氢气体包括H2。
应当理解，任何两个步骤和/或脉冲都可以通过吹扫分离。因此，在一些实施例中，沉积第一导电层的步骤和沉积含稀土金属碳化物层的步骤通过吹扫分离。在一些实施例中，沉积含稀土金属碳化物层的步骤和沉积第二导电层的步骤通过吹扫分离。在一些实施例中，前体脉冲和反应物脉冲通过吹扫分离。在一些实施例中，反应物脉冲和另一前体脉冲通过吹扫分离。在一些实施例中，反应物脉冲和第二氢脉冲通过吹扫分离。在一些实施例中，第二氢脉冲和另一前体脉冲通过吹扫分离。在一些实施例中，另一前体脉冲和第三氢脉冲通过吹扫分离。在一些实施例中，随后的循环通过吹扫分离。
含稀土金属碳化物层可以包括任何稀土金属碳化物。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层由稀土金属碳化物构成。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包括选自碳化镧、碳化钇、碳化铒、碳化钐、碳化铕、碳化镱、碳化钆、碳化钕和碳化铈的稀土金属碳化物；稀土金属前体选自镧前体、钇前体、铒前体、钐前体、铕前体、镱前体和铈前体。
含稀土金属碳化物层可以包含任何合适氧化态的稀土金属，例如氧化态+2、氧化态+3或氧化态+4。在一些实施例中，稀土金属前体包括氧化态+3的稀土金属。
在一些实施例中，稀土金属前体包含取代或未取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，稀土金属前体包含C1至C4烷基取代的环戊二烯基配体。
在一些实施例中，烷基取代的环戊二烯基配体选自EtCp、MeCp、iPrCp、nBuCp和tBuCp。当包含在稀土金属前体中的稀土金属具有+3的氧化态时，则在一些实施例中，稀土金属前体包括选自RE-M(Cp)3、RE-M(EtCp)3、RE-M(MeCp)3、RE-M(iPrCp)3、RE-M(nPrCp)3、RE-M(nBuCp)3和RE-M(tBuCp)3的化合物。当包含在稀土金属前体中的稀土金属具有+4的氧化态时，则在一些实施例中，稀土金属前体包括选自RE-M(Cp)4、RE-M(EtCp)4、RE-M(MeCp)4、RE-M(iPrCp)4、RE-M(nPrCp)4、RE-M(nBuCp)4和RE-M(tBuCp)4的化合物。
在一些实施例中，稀土金属前体包含烷基甲硅烷基取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，烷基甲硅烷基取代的环戊二烯基配体选自三甲基甲硅烷基环戊二烯基、三乙基甲硅烷基环戊二烯基和三异丙基甲硅烷基环戊二烯基。当包含在稀土金属前体中的稀土金属具有+3的氧化态时，则在一些实施例中，稀土金属前体包括RE-M(TMSCp)3。
在一些实施例中，稀土金属前体包括稀土金属二酮。在一些实施例中，稀土金属前体选自：RE-M(acac)4,RE-M(hfac)3,RE-M(hfac)4,RE-M(thd)3,RE-M(thd)4和RE-M(thd)3phen。
在一些实施例中，稀土金属前体包含脒基配体。在一些实施例中，稀土金属前体包含甲脒盐(fmd)配体。在一些实施例中，稀土金属前体包含乙酰胺基(amd)配体。在一些实施例中，稀土金属前体包含选自R2-amd和R2-fmd的脒基配体，其中R是直链或支链C1至C4烷基。在一些实施例中，稀土金属前体包括形式为RE-M(R1 2-amd)3,RE-M(R1 2-fmd)3,RE-M(R2 2Cp)2(R1 2-amd)和RE-M(R2 2Cp)2(R1 2-fmd),RE-M(R1 2-amd)4,RE-M(R1 2-fmd)4,RE-M(R2 2Cp)3(R1 2-amd),RE-M(R2 2Cp)2(R1 2-amd)2,RE-M(R2 2Cp)(R1 2-amd)3,RE-M(R2 2Cp)3(R1 2-fmd),RE-M(R2 2Cp)2(R1 2-fmd)2和RE-M(R2 2Cp)(R1 2-fmd)3的化合物，其中R1和R2独立地选自直链或支链C1至C4烷基。在一些实施例中，稀土金属前体包括RE-M(iPr2-amd)3,RE-M(tBu2-amd)3和RE-M(iPrCp)2(iPr2-amd),RE-M(Cp)2(iPr2-amd),RE-M(MeCp)2(iPr2-amd),RE-M(EtCp)2(iPr2-amd),RE-M(nPrCp)2(iPr2-amd),RE-M(tBuCp)2(iPr2-amd),RE-M(iPr2-amd)4,RE-M(tBu2-amd)4,RE-M(iPrCp)3(iPr2-amd),RE-M(iPrCp)2(iPr2-amd)2,RE-M(iPrCp)(iPr2-amd)3,RE-M(Cp)3(iPr2-amd),RE-M(Cp)2(iPr2-amd)2,RE-M(Cp)(iPr2-amd)3,RE-M(MeCp)3(iPr2-amd),RE-M(MECp)2(iPr2-amd)2,RE-M(MeCp)(iPr2-amd)3,RE-M(EtCp)3(iPr2-amd),RE-M(EtCp)2(iPr2-amd)2,RE-M(EtCp)(iPr2-amd)3,RE-M(nPrCp)3(iPr2-amd),RE-M(nPrCp)2(iPr2-amd)2,RE-M(nPrCp)(iPr2-amd)3,RE-M(tBuCp)3(iPr2-amd),RE-M(tBuCp)2(iPr2-amd)2,RE-M(tBuCp)(iPr2-amd)3中的至少一种。在一些实施例中，稀土金属前体包括RE-M(iPr2-fmd)3,RE-M(tBu2-fmd)3和RE-M(iPrCp)2(iPr2-fmd),RE-M(Cp)2(iPr2-fmd),RE-M(MeCp)2(iPr2-fmd),RE-M(EtCp)2(iPr2-fmd),RE-M(nPrCp)2(iPr2-fmd),RE-M(tBuCp)2(iPr2-fmd),RE-M(iPr2-fmd)4,RE-M(tBu2-fmd)4,RE-M(iPrCp)3(iPr2-fmd),RE-M(iPrCp)2(iPr2-fmd)2,RE-M(iPrCp)(iPr2-fmd)3,RE-M(Cp)3(iPr2-fmd),RE-M(Cp)2(iPr2-fmd)2,RE-M(Cp)(iPr2-fmd)3,RE-M(MeCp)3(iPr2-fmd),RE-M(MECp)2(iPr2-fmd)2,RE-M(MeCp)(iPr2-fmd)3,RE-M(EtCp)3(iPr2-fmd),RE-M(EtCp)2(iPr2-fmd)2,RE-M(EtCp)(iPr2-fmd)3,RE-M(nPrCp)3(iPr2-fmd),RE-M(nPrCp)2(iPr2-fmd)2,RE-M(nPrCp)(iPr2-fmd)3,RE-M(tBuCp)3(iPr2-fmd),RE-M(tBuCp)2(iPr2-fmd)2和RE-M(tBuCp)(iPr2-fmd)3中的至少一种。
在一些实施例中，稀土金属前体包括稀土金属醇盐，例如RE-M(OCMe2CH2OMe)4。
在一些实施例中，稀土金属前体包括一种或多种稀土金属烷基硅烷胺。示例性稀土金属烷基甲硅烷基胺包括Ce[N(SiMe3)2]3。
在一些实施例中，稀土金属碳化物层包括碳化铈，并且稀土金属前体包括铈前体。发明人惊奇地发现，含碳化铈层对于提高p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压可能特别有利。此外，发明人惊奇地发现，含碳化铈层对于降低n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压可能特别有利。
示例性铈前体包括铈二酮化物、铈脒化物、铈环戊二烯基、铈醇盐和铈烷基甲硅烷基胺。
在一些实施例中，铈前体包含取代或未取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，铈前体包含C1至C4烷基取代的环戊二烯基配体。
在一些实施例中，烷基取代的环戊二烯基配体选自EtCp、MeCp、iPrCp、Cp、nBuCp和tBuCp。在一些实施例中，铈前体包含选自Ce(Cp)3,Ce(EtCp)3,Ce(MeCp)3,Ce(iPrCp)3,Ce(nPrCp)3,Ce(nBuCp)3和Ce(tBuCp)3的化合物。在一些实施例中，铈前体包含Ce(iPrCp)3。在一些实施例中，铈前体包含选自Ce(Cp)4,Ce(EtCp)4,Ce(MeCp)4,Ce(iPrCp)4,Ce(nPrCp)4,Ce(nBuCp)4和Ce(tBuCp)4的化合物。在一些实施例中，铈前体包含Ce(iPrCp)4。
在一些实施例中，铈前体包含烷基甲硅烷基取代的环戊二烯基配体。在一些实施例中，烷基甲硅烷基取代的环戊二烯基配体选自三甲基甲硅烷基环戊二烯基、三乙基甲硅烷基环戊二烯基和三异丙基甲硅烷基环戊二烯基。在一些实施例中，铈前体包含Ce(TMSCp)3。
在一些实施例中，铈前体包括二酮铈。在一些实施例中，铈前体选自：Ce(acac)4,Ce(hfac)4,Ce(thd)4和Ce(thd)3phen。
在一些实施例中，铈前体包含脒基配体。在一些实施例中，铈前体包含甲脒盐配体。在一些实施例中，铈前体包含乙酰胺基配体。在一些实施例中，铈包含选自R2-amd和R2-fmd的脒基配体，其中R是直链或支链C1至C4烷基。在一些实施例中，铈前体包含选自Ce(R1 2-amd)3,Ce(R1 2-fmd)3,Ce(R2 2Cp)2(R1 2-amd),Ce(R2 2Cp)2(R1 2-fmd),Ce(R1 2-amd)4,Ce(R1 2-fmd)4,Ce(R2 2Cp)3(R1 2-amd),Ce(R2 2Cp)2(R1 2-amd)2,Ce(R2 2Cp)(R1 2-amd)3,Ce(R2 2Cp)3(R1 2-fmd),Ce(R2 2Cp)2(R1 2-fmd)2和Ce(R2 2Cp)(R1 2-fmd)3的化合物，其中R1和R2独立地选自直链或支链C1至C4烷基。在一些实施例中，铈前体包含Ce(iPr2-amd)3,Ce(tBu2-amd)3和Ce(iPrCp)2(iPr2-amd),Ce(Cp)2(iPr2-amd),Ce(MeCp)2(iPr2-amd),Ce(EtCp)2(iPr2-amd),Ce(nPrCp)2(iPr2-amd),Ce(tBuCp)2(iPr2-amd),Ce(iPr2-amd)4,Ce(tBu2-amd)4,Ce(iPrCp)3(iPr2-amd),Ce(iPrCp)2(iPr2-amd)2,Ce(iPrCp)(iPr2-amd)3,Ce(Cp)3(iPr2-amd),Ce(Cp)2(iPr2-amd)2,Ce(Cp)(iPr2-amd)3,Ce(MeCp)3(iPr2-amd),Ce(MECp)2(iPr2-amd)2,Ce(MeCp)(iPr2-amd)3,Ce(EtCp)3(iPr2-amd),Ce(EtCp)2(iPr2-amd)2,Ce(EtCp)(iPr2-amd)3,Ce(nPrCp)3(iPr2-amd),Ce(nPrCp)2(iPr2-amd)2,Ce(nPrCp)(iPr2-amd)3,Ce(tBuCp)3(iPr2-amd),Ce(tBuCp)2(iPr2-amd)2和Ce(tBuCp)(iPr2-amd)3中的至少一种。在一些实施例中，铈前体包含Ce(iPr2-fmd)3,Ce(tBu2-fmd)3和Ce(iPrCp)2(iPr2-fmd),Ce(Cp)2(iPr2-fmd),Ce(MeCp)2(iPr2-fmd),Ce(EtCp)2(iPr2-fmd),Ce(nPrCp)2(iPr2-fmd),Ce(tBuCp)2(iPr2-fmd),Ce(iPr2-fmd)4,Ce(tBu2-fmd)4,Ce(iPrCp)3(iPr2-fmd),Ce(iPrCp)2(iPr2-fmd)2,Ce(iPrCp)(iPr2-fmd)3,Ce(Cp)3(iPr2-fmd),Ce(Cp)2(iPr2-fmd)2,Ce(Cp)(iPr2-fmd)3,Ce(MeCp)3(iPr2-fmd),Ce(MECp)2(iPr2-fmd)2,Ce(MeCp)(iPr2-fmd)3,Ce(EtCp)3(iPr2-fmd),Ce(EtCp)2(iPr2-fmd)2,Ce(EtCp)(iPr2-fmd)3,Ce(nPrCp)3(iPr2-fmd),Ce(nPrCp)2(iPr2-fmd)2,Ce(nPrCp)(iPr2-fmd)3,Ce(tBuCp)3(iPr2-fmd),Ce(tBuCp)2(iPr2-fmd)2和Ce(tBuCp)(iPr2-fmd)3中的至少一种。
在一些实施例中，铈前体包含环戊二烯基配体。换句话说，在一些实施例中，铈前体包含铈环戊二烯基。在一些实施例中，铈前体包含选自Ce(Cp)3,Ce(EtCp)3,Ce(MeCp)3,Ce(nPrCp)3,Ce(tBuCp)3,Ce(nBuCp)3和Ce(iPrCp)3的化合物。在一些实施例中，铈前体包含选自Ce(Cp)4,Ce(EtCp)4,Ce(MeCp)4,Ce(nPrCp)4,Ce(tBuCp)4,Ce(nBuCp)4和Ce(iPrCp)4的化合物。
在一些实施例中，铈前体包含铈醇盐，例如Ce(OCMe2CH2OMe)4。
在一些实施例中，铈前体包含一种或多种烷基酰亚胺铈。示例性铈烷基甲硅烷基胺包括Ce[N(SiMe3)2]3。
在一些实施例中，稀土金属碳化物层包括碳化钇，并且稀土金属前体包括钇前体。在一些实施例中，钇前体包含环戊二烯基配体和/或烷基取代的环戊二烯基配体，例如EtCp。在一些实施例中，钇前体包含脒基配体，例如烷基脒基配体，比如iPr-amd。示例性钇前体包括Y(EtCp)2(iPr-amd)。
在一些实施例中，稀土金属碳化物层包括碳化镧，稀土金属前体包括镧前体。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包含镧，前体包含镧前体。
在一些实施例中，镧前体包含一种或多种环戊二烯基配体或其烷基取代的变体。
在一些实施例中，镧前体包括脒化镧。
在一些实施例中，镧前体选自La(iPrCp)3,La(Cp)3,La(EtCp)3,La(MeCp)3,La(nPrCp)3,La(tBuCp)3和La(nBuCp)3。
在一些实施例中，镧前体包含一种或多种取代或未取代的环戊二烯基配体。另外或可替代地，镧前体包含选自烷基甲硅烷基胺、二氮杂二烯和脒基化物的一种或多种配体。
在一些实施例中，碳反应物包括卤化的C1至C6烷烃或烯烃。因此，在一些实施例中，碳反应物包括C、H和卤素。合适的卤素包括F、Cl、Br和I。在一些实施例中，碳反应物包括碘。合适的含碘碳反应物包括C2H5I,C2H4I2,CH2I2,CHI3,CH3I和CI4。在一些实施例中，碳反应物包括C2H4I2。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属氮化物。用作第一过渡金属氮化物的合适的过渡金属氮化物包括TiN,ZrN,HfN,VN,Mo,NbN,TaN,ScN,CrN,MoN和WN。
在一些实施例中，第二导电层包括不同于第一过渡金属氮化物的第二过渡金属氮化物。用作第二过渡金属氮化物的合适的过渡金属氮化物包括TiN,ZrN,HfN,VN,Mo,NbN,TaN,ScN,CrN,MoN和WN。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属碳化物。用作第一过渡金属碳化物的合适的过渡金属碳化物包括TiC,VC,HfC,TaC,ZrC,ScC,NbC。
在一些实施例中，第二导电层还包括不同于第一过渡金属碳化物的第二过渡金属碳化物。用作第二过渡金属碳化物的合适的过渡金属碳化物包括TiC,VC,HfC,TaC,ZrC,ScC和NbC。
在一些实施例中，第二导电层包括碳化铝。在一些实施例中，第二导电层包括碳化钛和碳化铝。
在一些实施例中，第一导电层和第二导电层中的至少一个包括氮化硅。在一些实施例中，第一导电层包括氮化硅。在一些实施例中，第二导电层包括氮化硅。
在一些实施例中，第一导电层和第二导电层中的至少一个包括金属。在一些实施例中，第一导电层包括金属。在一些实施例中，第二导电层包括金属。合适的金属包括Cu,Co,Al,V,Cr,Y,Re,Ru,Mo,W和Ti。
应当理解，当含稀土金属碳化物层沉积在第一导电层上时，和/或当第二导电层沉积在含稀土金属碳化物层上时，这些层的构成成分可能在某种程度上发生混合。例如，当含铈碳化物层沉积在氮化钛层上时，钛和氮中的至少一种可以结合到含铈碳化物层中，例如通过扩散、表面偏析或另一过程。在一些实施例中，这种混合可导致包含导电层和含稀土金属碳化物层两种成分的中间层的形成。例如，当含碳化铈层沉积在氮化钛层上时，这种中间层可以包括碳氮化铈。在一些实施例中，混合可导致含稀土金属碳化物层的合金化或掺杂。例如，当含稀土金属碳化物层沉积在透射金属氮化物上时，含稀土金属碳化物层可以掺杂氮。
应当理解，以下实施例可应用于本文公开的任何一种方法，而不管这些方法中使用的前体和/或反应物，除非相应的实施例会使所讨论的方法不可行。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层以每循环0.1nm或更低的生长速率生长。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层在至少100℃到至多500℃的温度下，或在至少200℃到至多450℃的温度下，或在至少300℃到至多400℃的温度下，或在至少350℃到至多450℃的温度下沉积。
在一些实施例中，前体从保持在至少25℃到至多200℃的温度，或至少50℃到至多150℃的温度，或至少75℃到至多125℃的温度的前体源提供给反应室。
在一些实施例中，反应物从保持在至少25℃到至多200℃的温度，或至少50℃到至多150℃的温度，或至少75℃到至多125℃的温度的反应物源提供给反应室。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层在至少0.01托到至多100托的压力下，或在至少0.1托到至多50托的压力下，或在至少0.5托到至多25托的压力下，或在至少1托到至多10托的压力下，或在至少2托到至多5托的压力下沉积。
在一些实施例中，含稀土金属碳化物层具有至少0.3nm到至多5.0nm的厚度。
含稀土金属碳化物层可以沉积在任何合适的反应器中。因此，在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在错流反应器中。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在喷淋头反应器中。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层沉积在热壁反应器中。这样做可以有利地提高含稀土金属碳化物层沉积过程的均匀性和/或可重复性。
在一些实施例中，在循环沉积过程之后，衬底在包含氢和氮的环境中经受退火步骤。合适地，退火步骤可以在至少300℃到至多600℃的温度下进行。可替代地，退火步骤可以在至少300℃到至多1000℃的温度下进行。
在一些实施例中，从温度受控的前体容器向反应室提供前体。在一些实施例中，温度受控的前体容器配置用于冷却前体。在一些实施例中，温度受控的前体容器配置用于加热前体。在一些实施例中，温度受控的前体容器保持在至少-50℃到至多20℃的温度，或至少20℃到至多250℃的温度，或至少100℃到至多200℃的温度。
在一些实施例中，通过载气将前体提供给反应室。示例性载气包括氮和稀有气体，比如He,Ne,Ar,Xe或Kr。
在一些实施例中，前体脉冲持续至少0.01秒到至多120秒，或至少0.01秒到至多0.1秒，或至少0.01秒到至多0.02秒，或至少0.02秒到至多0.05秒，或至少0.05秒到至多0.1秒，或至少0.1秒到至多20秒，或至少0.1秒到至多0.2秒，或至少0.2秒到至多0.5秒，或至少0.5秒到至多1.0秒，或至少1.0秒到至多2.0秒，或至少2.0秒到至多5.0秒，或至少5.0秒到至多10.0秒，或至少10.0秒到至多20.0秒。在一些实施例中，反应物脉冲持续至少0.1秒到至多20秒，或至少0.1秒到至多0.2秒，或至少0.2秒到至多0.5秒，或至少0.5秒到至多1.0秒，或至少1.0秒到至多2.0秒，或至少2.0秒到至多5.0秒，或至少5.0秒到至多10.0秒，或至少10.0秒到至多20.0秒，或至少20.0秒到至多120.0秒，或至少20.0秒到至多50.0秒，或至少50.0秒到至多80.0秒，或至少80.0秒到至多120.0秒。
有利地，本文公开的循环沉积过程可以是热沉积过程。换句话说，在一些实施例中，循环沉积过程中的脉冲或吹扫都不使用等离子体。在热循环沉积过程的情况下，向反应室提供前体的步骤的持续时间、向反应室提供反应物的步骤的持续时间、向反应室提供另一前体的步骤的持续时间和/或向反应室提供含氢气体的步骤的持续时间可以相对较长，以允许前体、反应物、另一前体和/或含氢气体与衬底表面反应。例如，持续时间可以大于或等于5秒，或者大于或等于10秒，或者在约5秒和10秒之间。
在一些实施例中，循环沉积过程采用等离子体增强沉积技术。例如，循环沉积过程可以包括等离子体增强原子层沉积过程和/或等离子体增强化学气相沉积过程。在这种情况下，循环沉积过程中的任何一个脉冲可以包括在反应室中产生等离子体。
本文进一步描述了一种系统，包括：一个或多个反应室；包含前体的前体气体源；包含反应物的反应气体源；排气源；以及控制器。控制器配置成控制气体流入一个或多个反应室中的至少一个，以执行本文所述的方法。
本文进一步描述了一种电极。电极包括按以下顺序的叠层：第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层。合适地，含稀土金属碳化物层可以包括选自碳化镧、碳化钇、碳化铒、碳化钆、碳化钕和碳化铈的稀土金属碳化物。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层包括碳化铈。合适地，电极可以通过本文描述的方法制造。
在一些实施例中，第一导电层包括第一过渡金属氮化物，例如TiN、MoN、VN、HfN、TaN、ZrN、ScN或NbN。
在一些实施例中，第二导电层包括第二过渡金属氮化物，例如TiN、MoN、VN、HfN、TaN、ZrN、ScN或NbN。在一些实施例中，第一层和第二层具有相同的构成。在一些实施例中，第一层和第二层具有不同的构成。
第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层可以具有任何合适的厚度，尽管这些层的厚度通常小于50nm。在一些实施例中，第一导电层的厚度为至少0.3nm到至多3nm，或至少0.5nm到至多2nm，或至少1nm到至多2nm。在一些实施例中，第二导电层的厚度为至少0.3nm到至多50nm，或至少0.5nm到至多30nm，或至少1nm到至多20nm，或至少5nm到至多10nm。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层的厚度为至少0.3nm到至多10nm，或至少1nm到至多5nm。
本文进一步描述了一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其包括栅极叠层，该栅极叠层包括如本文所述的电极。在一些实施例中，金属氧化物半导体场效应晶体管是p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。在其他实施例中，金属氧化物半导体场效应晶体管是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。合适地，电极完全包围金属氧化物半导体场效应晶体管的沟道区，如具有栅极环绕结构的金属氧化物半导体场效应晶体管的情况。
现在转向附图，图1示出了根据本公开示例性实施例的方法。这种方法可以用于例如沉积含稀土金属碳化物层，用于适用于NMOS和/或CMOS器件的栅电极。本发明的层特别适合用作p沟道或n沟道MOSFET中的阈值电压控制层。然而，除非另有说明，方法不限于这种应用。该方法在衬底已被提供给反应室之后开始111，并且包括通过可以重复116一次或多次的循环沉积过程在衬底上沉积含稀土金属碳化物层。反应室可以是或包括配置为执行循环沉积过程的化学气相沉积反应器系统的反应室。另外或可替代地，反应室可以是或可以包括配置为执行循环沉积过程的原子层沉积反应器系统的反应室。反应室可以是独立的反应室，也可以是组合工具的一部分。循环沉积过程包括以前体脉冲112向反应室提供含稀土金属碳化物层。在一些实施例中，该方法包括多个循环，例如2、5、10或20或更多个循环。可选地，在前体脉冲112之后，吹扫113反应室。然后，以反应物脉冲114向反应室提供碳反应物。可选地，反应室可以在反应物脉冲之后被吹扫115。前体脉冲112、反应物脉冲114和可选的吹扫113、115可以重复116任何次数，以获得具有期望厚度的含稀土金属碳化物层。当具有期望厚度的含稀土金属碳化物层已经沉积时，该方法结束117。一旦该方法结束，衬底可以例如经受额外的过程以形成器件结构和/或器件。
图2示出了根据本公开示例性实施例的另一种方法。类似于图1的方法，图2的方法可以用于例如在用于金属氧化物半导体场效应晶体管的栅电极结构中形成含稀土金属碳化物层。该方法在衬底已被提供给反应室之后开始211，并且包括通过可以重复218一次或多次的循环沉积过程在衬底上沉积含稀土金属碳化物层。在一些实施例中，该方法包括多个循环，例如2、5、10或20或更多个循环。反应室可以是或包括配置为执行循环沉积过程的化学气相沉积反应器系统的反应室。另外或可替代地，反应室可以是或可以包括配置为执行循环沉积过程的原子层沉积反应器系统的反应室。反应室可以是独立的反应室，也可以是组合工具的一部分。循环沉积过程包括以前体脉冲212向反应室提供含稀土金属碳化物层。可选地，然后以第一氢脉冲213向反应室提供第一含氢气体。然后，以反应物脉冲214向反应室提供碳反应物。可选地，然后以第二氢脉冲215向反应室提供第二含氢气体。然后以另一前体脉冲216向反应室提供另一前体。在另一前体脉冲216之后，第三含氢气体然后可选地以第三氢脉冲217提供给反应室。循环沉积过程可以重复218一次或多次，直到含稀土金属碳化物层达到期望的厚度，之后该方法结束219。一旦该方法结束，衬底可以例如经受额外的过程以形成器件结构和/或器件。
可选地，任何前述脉冲可以通过吹扫分离。因此，在一些实施例中，前体脉冲212和第一氢脉冲213通过吹扫分离。在一些实施例中，前体脉冲212和反应物脉冲214通过吹扫分离。在一些实施例中，第一氢脉冲213和反应物脉冲214通过吹扫分离。在一些实施例中，反应物脉冲214和第二氢脉冲215通过吹扫分离。在一些实施例中，反应物脉冲214和另一前体脉冲216通过吹扫分离。在一些实施例中，第二氢脉冲215和另一前体脉冲216通过吹扫分离。在一些实施例中，另一前体脉冲216和第三氢脉冲217通过吹扫分离。在一些实施例中，第三氢脉冲217之后是吹扫。
图3示出了根据本公开示例性实施例的另一种方法。该方法可以用于例如形成用于金属氧化物半导体场效应晶体管的栅电极结构。图3的方法包括将衬底定位在包含在反应室中的衬底支撑件上311。该方法还包括沉积第一导电层312。可选地，该方法然后包括吹扫反应室313。然后，该方法包括在第一导电层上沉积含稀土金属碳化物层314。可选地，该方法然后包括吹扫反应室315。然后，该方法包括在含稀土金属碳化物层上沉积第二导电层316。可选地，该方法然后包括吹扫反应室317。然后，该方法结束318。一旦该方法结束，衬底可以例如经受额外的过程以形成器件结构和/或器件。注意，第一和第二导电层可以包括任何导电材料，比如金属或氮化物或碳化物，例如过渡金属氮化物比如TiN、过渡金属比如Ti或过渡金属碳化物比如TiC。可选地，根据图3的过程之后可以是热处理步骤，例如形成气体退火或快速热退火。
应当理解，在根据图3的方法中，含稀土金属碳化物层可以使用本文公开的循环沉积过程来沉积。循环沉积过程可以包括循环CVD、ALD过程或混合CVD/ALD过程。优选地，循环沉积过程采用当与选定的前体-反应物对结合时允许发生自限制表面反应的反应条件。例如，在一些实施例中，与CVD过程相比，特定ALD过程的生长速率可能较低。
根据图1、2或3的任何一种方法可以包括在反应室内将衬底加热到期望的沉积温度。在本公开的一些实施例中，该方法包括将衬底加热到低于500℃的温度。例如，在本公开的一些实施例中，将衬底加热到沉积温度可以包括将衬底加热到至少100℃到至多400℃的温度，或者至少150℃到至多350℃的温度，或者至少200℃到至多300℃的温度。除了控制衬底的温度，还可以调节反应室内的压力。例如，在本公开的一些实施例中，在循环沉积过程中，反应室内的压力可以小于760托或在0.2托和760托之间，约1托和100托之间，或约1托和10托之间。
根据图1、2或3的任何一种方法可以包括一次或多次吹扫。在吹扫期间，可以使用真空和/或惰性气体吹扫反应室，以减轻前体和反应物之间的气相反应，并实现部分或完全自饱和的表面反应，例如在ALD的情况下。另外或可替代地，可以移动衬底以分别接触第一气相反应物(例如前体)和第二气相反应物(例如反应物)。另外或可替代地，气态物种可以在任何一次吹扫过程中通过气体去除装置比如泵从反应室中去除。多余的化学物质和反应副产物(如果有的话)可以在衬底与下一个反应化学物质接触之前从衬底表面或反应室中去除，例如通过吹扫反应空间或通过移动衬底。
图4示出了根据本公开的附加示例的器件400的结构/一部分。器件或结构400包括衬底410、电介质或绝缘材料，即栅极电介质420和栅电极430。衬底400可以是或包括本文所述的任何衬底材料。栅极电介质420可以包括一个或多个电介质或绝缘材料层。举例来说，栅极电介质420可以包括界面层421和沉积在界面层421上的高k材料422。在一些情况下，界面层421可能不存在或者可能不存在到可感知的程度。界面层421可以包括氧化物，比如氧化硅，其可以例如使用例如化学氧化过程或氧化物沉积过程形成在衬底410的例如单晶硅表面上。高k材料422可以是或包括例如介电常数大于约7的金属氧化物。在一些实施例中，高k材料的介电常数高于氧化硅的介电常数。示例性高k材料包括氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、硅酸铪(HfSiOx)、氧化铝(Al2O3)或氧化镧(La2O3)、它们的混合物以及它们的层压材料。栅电极430包括第一导电层431、含稀土金属碳化物层432和第二导电层433。这些层和用于形成这些层的沉积方法在本文的别处有更详细的描述。在示例性实施例中，第一导电层431和第二导电层433中的至少一个包括氮化钛，并且含稀土金属碳化物层432包括碳化铈。
包括含稀土金属碳化物层432的栅电极430的有效功函数可以从至少4.0eV到至多5.6eV。使用如本文所述的含稀土金属碳化物层，栅极叠层的有效功函数可以偏移约10meV至约400meV，或约30meV至约300meV，或约50meV至约200meV。
含稀土金属碳化物层432可以形成厚度小于<5nm、<4nm、<3nm、<2nm、<1.5nm、<1.2nm、<1.0nm或<0.9nm的连续膜。含稀土金属碳化物层432可以相对平滑，具有相对低的晶界形成。在一些情况下，含稀土金属碳化物层432可以是至少部分非晶的。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层432可以完全或基本完全是非晶的。在小于10nm的厚度下，示例性含稀土金属碳化物层432的RMS粗糙度可以是<1.0nm、<0.7nm、<0.5nm、<0.4nm、<0.35nm或<0.3nm。在一些实施例中，含稀土金属碳化物层432可以包括孤立的岛、间隙和/或孔。含稀土金属碳化物层432甚至可以完全由多个孤立的原子和/或原子团构成。
图5示出了根据本公开示例的另一示例性结构500。该器件或结构500包括衬底510、栅极电介质520和栅电极530。栅极电介质520包括界面层521和高k电介质层522。合适的界面层包括氧化硅。该结构还包括栅电极530，其包括第一导电层531、含稀土金属碳化物层532和第二导电层533。在所示示例中，衬底510包括源区511、漏区512和沟道区513。通过向栅电极530施加偏压，即负或正电压，可以在沟道区513中形成源区511和漏区512之间的导电沟道。栅极电介质520和栅电极530的性质特别是含稀土金属碳化物层的性质决定了该导电沟道的电压。尽管被示为水平结构，但根据本公开示例的结构和器件可以包括竖直和/或三维结构和器件，比如FinFET器件、栅极环绕场效应晶体管和堆叠器件结构。
图6示出了根据本公开示例的另一结构600。该结构600适用于栅极环绕场效应晶体管(GAA FET)(也称为横向纳米线FET)器件等。在所示示例中，结构600包括半导体材料，即沟道区610和围绕沟道区620的栅极电介质620。结构600还包括围绕栅极电介质620的栅电极。栅电极包括第一导电层631、如本文所述的含稀土金属碳化物层632和第二导电层633。沟道区620可以包括任何合适的半导体材料。例如，半导体材料可以包括第四族、第三-第五族或第二-第六族半导体材料。举例来说，半导体材料包括硅，或者更具体地说是单晶硅。
图7示出了根据本公开又一示例性实施例的系统700。系统700可用于执行本文所述的方法和/或形成本文所述的结构或器件部分。
在所示示例中，系统700包括一个或多个反应室702、前体气体源704、反应物气体源706、吹扫气体源708、排气装置710和控制器712。反应室702可以包括任何合适的反应室，例如ALD或CVD反应室。可选地，系统700包括另外的气体源，例如可选的含氢气体源705和可选的另外的前体源(未示出)。
前体气体源704可包括容器和本文所述的一种或多种前体—单独或与一种或多种载气(例如惰性气体)混合。反应物气体源706可包括容器和如本文所述的一种或多种反应物—单独或与一种或多种载气混合。吹扫气体源708可包括如本文所述的一种或多种惰性气体，比如N2气体或稀有气体。系统700可以包括任何合适数量的气体源。气体源704-708可以通过管线714-718联接到反应室702，每个管线可以包括流量控制器、阀、加热器等。排气装置710可以包括一个或多个真空泵。
控制器712包括电子电路和软件，以选择性地操作包括在系统700中的阀、歧管、加热器、泵和其他部件。这种电路和部件操作成从各自的源704-708引入前体、反应物和吹扫气体。控制器712可以控制气体脉冲序列的定时、衬底和/或反应室的温度、反应室内的压力以及各种其他操作，以提供系统700的正确操作。控制器712可以包括控制软件，以电动或气动地控制阀来控制前体、反应物和吹扫气体流入和流出反应室702。控制器712可以包括执行特定任务的模块，比如软件或硬件部件，例如FPGA或ASIC。模块可以有利地配置为驻留在控制系统的可寻址存储介质上，并且配置为执行一个或多个过程。
系统700的其他配置是可能的，包括不同数量和种类的前体和反应物源以及吹扫气体源。此外，应当理解，有许多阀、导管、前体源和吹扫气体源的布置可以用于实现选择性地将气体供给到反应室702中的目标。此外，作为系统的示意性表示，为了简化说明，省略了许多部件，并且这些部件可以包括例如各种阀、歧管、净化器、加热器、容器、通风口和/或旁路。
在反应器系统700的操作期间，诸如半导体晶片(未示出)的衬底从例如衬底处理系统转移到反应室702。一旦衬底被转移到反应室702，来自气体源704-708的一种或多种气体比如前体、反应物、载气和/或吹扫气体被引入反应室702。
图8示出了高纵横比测试结构的透射电子显微照片，该结构包括通过本文公开的方法的实施例沉积的含稀土金属碳化物层。特别地，图a)提供了测试结构的缩小视图，图b)示出了更高分辨率的显微照片。测试结构包括以下共形沉积层的叠层：作为高k电介质的HfO2，作为第一导电层的1.5TiN，以及作为含稀土金属碳化物层的5nm碳化铈。如图a)和b)所示，本文公开的方法允许获得极好的台阶覆盖。样品制备如下：在FEI Strata 400双束FIB/SEM上使用原位聚焦离子束(FIB)提拉技术制备TEM就绪样品。在研磨之前，用溅射的Ir和e-Pt/I-Pt覆盖样品。TEM薄层厚度为～100nm。样品用FEI Tecnai TF-20FEG/TEM在200kV下以(BF)TEM模式、高分辨率(HR)TEM模式和大角度环形暗场(HAADF)STEM模式进行成像。STEM探针的标称直径为0.2nm。利用FEI Osiris 4SDD系统在STEM模式下获得EDS光谱。
图9示出了用于金属氧化物半导体电容器(MOSCAP)测试结构的电容-电压(CV)曲线，该测试结构包括具有和不具有含稀土金属碳化物层的栅电极。测试结构具体包括与p型衬底的欧姆接触、栅极电介质和栅电极。左曲线910示出了当使用TiN电极即没有含稀土金属碳化物层的电极时作为栅极偏压的函数的CV测量。右曲线920示出了当使用包括含稀土金属碳化物层的电极时作为栅极偏压的函数的CV测量。具体而言，电极包括以下层：作为第一导电层的1.5nmTiN、作为含稀土金属碳化物层的3nm碳化铈以及作为第二导电层的10nmTiN。碳化铈沉积在425℃和1.3托的压力下进行。Ce(iPrCp)3用作前体。前体脉冲时间为6秒，循环内吹扫时间为10秒。二碘乙烷用作反应物。保持在130℃的温度的容器用作前体源。二碘乙烷保持在室温的容器中。反应物脉冲时间为5秒，循环间吹扫时间为10秒。使用400个脉冲沉积碳化铈层。图9所示的CV测量示出，当在栅电极中引入3nm碳化铈层时，电极的有效功函数增加0.8eV。CV曲线在至少1kHz到至多100kHz的频率下进行。
图10示出了对测试结构的CV电压测量的进一步结果，除了碳化铈层的厚度之外，该测试结构与图9的情况下描述的测试结构相同。特别地，图10示出了厚度为1.5nm、2.2nm和3nm的碳化铈层的结果。使用400次循环沉积1.5nm厚的层，使用600次循环沉积2.2nm厚的层，使用800次循环沉积3nm厚的层。示出的0nm数据点是对电极不包含碳化铈层的结构的参考测量。测量表明，即使对于厚度仅为1.5nm的碳化铈层，有效功函数也可以增加0.8eV。当碳化铈层厚度进一步增加时，有效功函数基本不再增加。测量结果还表明，当使用厚度仅为1.5nm的碳化铈层时，平带电压–0.7伏下的栅极电流降低3个数量级。当使用较厚的碳化铈层时，栅极电流基本不变。当使用仅1.5nm的碳化铈层时，MOSCAP栅极叠层的等效氧化物厚度仅增加0.1nm。等效氧化物厚度随着碳化铈层厚度的增加而逐渐增加。
图11示出了本文描述的方法的另一实施例。特别地，图11示出了可用于沉积含稀土金属碳化物层的方法，例如在根据图3的方法的实施例中作为沉积含稀土金属碳化物层的步骤314。根据图11的方法在衬底已被提供给反应室之后开始1111。反应室可以是或可以包括配置为执行循环沉积过程的化学气相沉积反应器系统的反应室。另外或可替代地，反应室可以是或可以包括配置为执行循环沉积过程的原子层沉积反应器系统的反应室。反应室可以是独立的反应室，也可以是组合工具的一部分。根据图11的方法包括两个子循环：第一子循环1119和第二子循环1120。在一些实施例中，第一子循环1119和第二子循环1120中的至少一个被重复一次或多次。第一子循环1119包括通过可重复1119一次或多次的循环沉积过程沉积含稀土金属碳化物的子层。重复的次数决定了该含稀土金属碳化物子层的厚度。第一子循环1119包括第一前体脉冲1112，其中稀土金属前体被提供给反应室。本文提到的任何稀土金属前体都可用于第一前体脉冲1112。第一子循环1119还包括第一反应物脉冲1113，其中第一反应物被提供给反应室。本文提到的任何碳反应物都可以第一反应物脉冲1113提供给反应室。第二子循环1120包括第二前体脉冲1114和第二反应物脉冲1115。在第二前体脉冲1114中，过渡金属前体被提供给反应室。本文提到的任何过渡金属前体都可以用于第二前体脉冲1114。在第二反应物脉冲中，可以使用任何氮反应物。合适的氮反应物包括含氮气体，比如N2和NH3。可替代地，碳反应物可用于第二反应物脉冲。合适的碳反应物包括本文别处提到的碳反应物。在一些实施例中，第一子循环1119和第二子循环1120中的至少一个被重复一次或多次。在一些实施例中，第一子循环1119重复至少1次至至多2、5、10或20次。在一些实施例中，第二子循环1120重复至少1次至至多2、5、10或20次。重复的次数决定了在第一子循环1119和第二子循环1120期间沉积的子层的厚度。该方法还包括超级循环1118。超级循环1118包括第一子循环1119和第二子循环1120。在一些实施例中，超级循环1118被重复一次或多次。在一些实施例中，超级循环1118被重复至少1次至至多2、5、10或20次。通过多次重复超级循环1118，可以获得包括多个交替子层的层。超级循环1118可以重复任何次数，以便获得期望的层厚度。可选地，可以在第一前体脉冲1112之后吹扫反应室。可选地，反应室可以在第一反应物脉冲1113之后被吹扫。可选地，可以在第二前体脉冲1114之后吹扫反应室。可选地，反应室可以在第二反应物脉冲1115之后被吹扫。当已经沉积了具有期望厚度的层时，该方法结束1121。一旦该方法结束，衬底可以例如经受额外的过程以形成器件结构和/或器件。
上述公开的示例性实施例并不限制本发明的范围，因为这些实施例仅仅是本发明实施例的示例，本发明由所附权利要求及其合法等同物限定。任何等同的实施例都在本发明的范围内。实际上，除了在此示出和描述的那些之外，本公开的各种修改比如所描述的元件的替代有用组合对于本领域技术人员来说从描述中变得显而易见。这种修改和实施例也旨在落入所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在衬底上沉积含稀土金属碳化物层的方法，该方法包括以下步骤：
-在反应室内提供衬底，该衬底包括表面层；
-通过循环沉积过程将含稀土金属碳化物层沉积到表面层上，循环沉积过程包括一个或多个循环，循环包括：
-以前体脉冲向反应室提供稀土金属前体；以及
-以反应物脉冲向反应室提供碳反应物；
从而在衬底上形成含稀土金属碳化物层。
2.一种用于在衬底上形成电极的方法，该方法包括以下步骤：
-在反应室内提供衬底，该衬底包括栅极电介质；
-在栅极电介质上沉积第一导电层；
-通过循环沉积过程将含稀土金属碳化物层沉积到第一导电层上，循环沉积过程包括一个或多个循环，循环包括：
-以前体脉冲向反应室提供稀土金属前体；以及
-以反应物脉冲向反应室提供碳反应物；并且
-在稀土金属碳化物层上沉积第二导电层；
从而在衬底上形成电极，该电极包括第一导电层、含稀土金属碳化物层和第二导电层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述含稀土金属碳化物层包括选自碳化镧、碳化钇、碳化铒、碳化钐、碳化铕、碳化镱和碳化铈的稀土金属碳化物；并且其中，所述稀土金属前体选自镧前体、钇前体、铒前体、钐前体、铕前体、镱前体和铈前体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述稀土金属前体包括氧化态+3的稀土金属和氧化态+4的稀土金属中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述稀土金属碳化物层包括碳化铈，并且其中，所述稀土金属前体包括铈前体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述稀土金属前体包括取代或未取代的环戊二烯基配体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述稀土金属前体包括Ce(iPrCp)3。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述碳反应物包括卤化的C1至C6烷烃或烯烃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述碳反应物包括碘。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，所述第一导电层包括第一过渡金属氮化物。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中，所述第二导电层包括第二过渡金属氮化物。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法，其中，所述第一导电层包括第一过渡金属碳化物。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中，所述第二导电层包括第二过渡金属碳化物。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述前体脉冲在所述反应物脉冲之前。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述循环沉积过程还包括第一氢脉冲，并且其中，所述第一氢脉冲包括向反应室提供第一含氢气体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一氢脉冲发生在所述前体脉冲之后并且在所述反应物脉冲之前。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述循环沉积过程还包括第二氢脉冲，其中，所述第二氢脉冲包括向反应室提供第二含氢气体，并且其中，所述第二氢脉冲发生在所述反应物脉冲之后。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述循环沉积过程包括另一前体脉冲，其中，所述另一前体脉冲包括向反应室提供另一前体，并且其中，所述另一前体和所述稀土金属前体不同。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述另一前体包括稀土金属和过渡金属中的至少一种。
20.一种系统，包括：
一个或多个反应室；
包含前体的前体气体源；
包含反应物的反应物气体源；
排气源；以及
控制器，
其中，所述控制器配置成控制气体流入所述一个或多个反应室中的至少一个，以执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
CN202111504872.8A 2020-12-14 2021-12-10 形成用于阈值电压控制的结构的方法 Pending CN114628232A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063125194P 2020-12-14 2020-12-14
US63/125,194 2020-12-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114628232A true CN114628232A (zh) 2022-06-14

Family

ID=81898978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111504872.8A Pending CN114628232A (zh) 2020-12-14 2021-12-10 形成用于阈值电压控制的结构的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220189775A1 (zh)
KR (1) KR20220085020A (zh)
CN (1) CN114628232A (zh)
TW (1) TW202233884A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
TW202233884A (zh) 2022-09-01
US20220189775A1 (en) 2022-06-16
KR20220085020A (ko) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11056567B2 (en) Method of forming a doped metal carbide film on a substrate and related semiconductor device structures
US20210327715A1 (en) Method of forming chromium nitride layer and structure including the chromium nitride layer
TWI797232B (zh) 於反應腔室內藉由循環沉積製程於基板上沉積材料膜之方法及相關裝置結構
US11286558B2 (en) Methods for depositing a molybdenum nitride film on a surface of a substrate by a cyclical deposition process and related semiconductor device structures including a molybdenum nitride film
KR20210078405A (ko) 바나듐 나이트라이드 층을 형성하는 방법 및 바나듐 나이트라이드 층을 포함하는 구조
US11139383B2 (en) Titanium aluminum and tantalum aluminum thin films
KR20200099986A (ko) 반응 챔버에서 주기적 증착 공정에 의해 기판 상에 하프늄 란타늄 산화물 막을 증착하는 방법
KR20220071114A (ko) 임계 전압 제어용 구조체를 형성하는 방법
US20220189775A1 (en) Method of forming structures for threshold voltage control
CN112420489A (zh) 沉积氮化钼膜的方法和包括氮化钼膜的半导体装置结构
US20220285147A1 (en) Methods and systems for forming a layer comprising aluminum, titanium, and carbon
US20220285146A1 (en) Methods and systems for forming a layer comprising vanadium and nitrogen
US11887857B2 (en) Methods and systems for depositing a layer comprising vanadium, nitrogen, and a further element
US11898243B2 (en) Method of forming vanadium nitride-containing layer
KR20230012422A (ko) 전이 금속과 13족 원소를 포함한 층을 형성하기 위한 방법 및 시스템
TW202331841A (zh) 半導體結構和其形成方法以及用於執行方法之設備
KR20220020210A (ko) 기판 상에 티타늄 알루미늄 카바이드 막 구조체 및 관련 반도체 구조체를 증착하는 방법
CN113555280A (zh) 形成包括硼化钒和磷化钒层的结构的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination