TW202039910A - 在還原共反應劑存在下沉積鎢或鉬層之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述將金屬膜或層沉積至基板上之氣相沉積方法，例如，其中該金屬為鉬或鎢；該等方法涉及在還原氣體(例如，氫氣)及含氮還原化合物存在下將金屬層自含金屬前驅體氣相沉積至基板上。

Description

在還原共反應劑存在下沉積鎢或鉬層之方法
本發明係關於用於將金屬膜或層沉積至基板上之氣相沉積方法，例如其中金屬為鉬或鎢。該等方法涉及在還原氣體(例如，氫氣)及含氮還原化合物存在下將金屬層自含金屬前驅體氣相沉積至基板上。
呈經純化形式之包括鉬及鎢之金屬為用於諸如記憶體、邏輯晶片之微電子裝置及含有多晶矽金屬閘極電極結構之其他裝置的低電阻率耐火金屬。藉由一系列原材料輸入之多種氣相沉積技術已用於沉積鉬或鎢之較薄金屬層用於此等應用。藉由氣相沉積技術，在含有基板之沉積腔室內部處理含有金屬之「前驅體化合物」，其中處理材料及條件(例如，高溫)有效地使得來自前驅體之金屬沉積為基板上之金屬薄膜層。
氣相沉積技術包括被稱作物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)及原子層沉積(ALD)技術之方法，其亦包括此等方法之多個衍生版本，諸如UV雷射光分解CVD、電漿輔助CVD及電漿輔助ALD，外加其他。為將高純度金屬沉積在二維或三維微電子裝置基板上，此等類型氣相沉積方法可為所需的，因為其可提供高純度水準之沉積金屬，通常具有在高度非平面微電子裝置幾何形狀上之良好保形階梯覆蓋率。
在典型氣相沉積方法中，氣化(氣態)前驅體與低壓或環境壓力沉積腔室中之視情況經加熱的基板(例如，晶圓)接觸。在沉積腔室之條件下，前驅體產生金屬原子，當引入至基板中時，該等金屬原子變得沉積至基板表面上以形成高度純淨的沉積金屬薄層(「膜」)。藉由流動穿過沉積腔室之氣體移除揮發性副產物。
連同氣態前驅體，氣相沉積製程典型地涉及在沉積期間將一或多種額外氣體(有時被稱作「反應物氣體」或「共反應物」)供應至反應腔室。以各種方式，反應物氣體可用以允許沉積製程更有效地執行或具有改良沉積結果。一些反應物氣體與一部分前驅體反應以便於釋放前驅體之金屬並形成穩定的氣體副產物。其他反應物氣體可執行多種不同功能，以使改良沉積膜之效能或使用壽命或降低膜之電阻率。
對於前驅體，鎢及鉬膜已藉由氣相沉積方法伴隨使用一些熟知含鹵化物前驅體而形成，該等含鹵化物前驅體包括含氟前驅體，諸如氟化鎢(例如，六氟化鎢、五氟化鎢)及含氯前驅體。儘管含氟前驅體已廣泛使用持續30年，但由於存在氟、需要特定處理注意事項及氟對於積體電路之長期效能之不利影響，基於氟之前驅體當前可能不受歡迎。
已開發出非氟化前驅體替代物，諸如含氯、含溴或含碘前驅體：五氯化鉬、五溴化鉬及鹵氧化鉬，諸如MoO2 Cl2 、MoO2 Br2 及MoOCl4 、五氯化鎢、六氯化鎢。使用此等含鹵素前驅體之困難為使用此等前驅體之彼等氣相沉積方法典型地涉及將基板加熱至至少約400℃或450℃且至多800℃之溫度。高溫使得處理設備複雜化且消耗熱敏裝置的熱預算，其意謂可能破壞熱敏基板，諸如邏輯裝置。可能允許金屬層在低溫下沉積的前驅體將藉由允許降低操作溫度、使用較便宜更簡單設備而為較佳的，且將特別有益於製造熱敏裝置，諸如邏輯裝置。
另外，其他類型之前驅體包括：含羰基前驅體，諸如六羰基鉬(Mo(CO)6 )及六羰基鎢(W(CO)6 )；醯亞胺-醯胺前驅體；及有機金屬前驅體，諸如含有諸如環戊二烯基、烷基環戊二烯基(alkylcyclopentadineyl)、芳基及烷基芳基配位體以及附接至金屬原子之氫化物(以及多個其他物質)之有機配位體的彼等前驅體。此等類型之前驅體的適用實例可在比鹵化物及鹵氧化前驅體所需的溫度更低的溫度下沉積。但沉積金屬結構可能受高電阻率影響，因為來自前驅體之碳及氧氣可變為污染物併入至沉積金屬中。同樣階梯覆蓋率可缺失充分品質，但可藉由較低沉積溫度改良。
由於需要將金屬層精確沉積至奈米級結構上，因此氣相沉積方法期間呈現多種不同類型之挑戰，該奈米級結構具有由可為溫度敏感或非高度耐化學性的材料製成之二維或三維特徵。基板可包括需要使用沉積金屬填充的形狀(包括高縱橫比電洞、通孔、溝槽或溝道)，或可由可易於化學降解(例如，「蝕刻」或「污染」)之諸如氮化鈦的敏感型材料製成。亦需要良好塗佈特性，包括關於三維基板之均一性、階梯覆蓋率及保形性。其他挑戰由所使用的前驅體類型呈現。含有碳或氧氣之前驅體，諸如金屬羧基及有機金屬前驅體可能產生來源於前驅體之氧氣及碳污染物且殘存於沉積金屬層中，其不利地影響沉積金屬層之效能特性(亦即，電阻率)。
基於此等考慮因素外加其他，需要改良用於將鉬及鎢金屬膜及金屬層沉積在諸如記憶體及邏輯裝置的多種基板上且包括用於膜生長的前驅體的方法。改良製程可為在較低沉積溫度下執行，可沉積而不對基板產生呈腐蝕、蝕刻等等或兩者形式的實際傷害，較佳亦同時實現極高純度沉積金屬層的製程。
在微電子工業中，鉬層及鎢層用於多種邏輯及記憶裝置。此等金屬層係藉由氣相沉積可經氟化、氯化的的含鎢及含鉬前驅體、有機金屬等等所形成。取決於基板及前驅體，不同氣相沉積方法伴隨不同技術性挑戰出現。在一般意義上，若可另外高效地且有效地執行該方法，則氣相沉積方法之低溫為所需的。相較於其他前驅體(例如，金屬羧基)，一些類型前驅體(例如，鹵化前驅體)典型地需要較高溫度。一些類型前驅體(諸如金屬羧基)可能產生具有呈氧氣或碳形式之非所需污染等級的金屬。考慮不同類型之基板，一些基板在沉積步驟期間易受化學影響傷害(例如，氮化鈦可受蝕刻影響)，其他基板需要極特定置放沉積金屬層且均一化沉積金屬層(例如需要良好均一性及階梯覆蓋率之三維NAND或其他記憶裝置)，同時仍其他基板(邏輯裝置基板)為溫度敏感的且無法曝露於使用某些類型前驅體(例如，鹵化前驅體)之氣相沉積方法可能需要的溫度。
根據申請人之發明，氣相沉積方法可藉由將氣態流體組合引入至含有基板之沉積腔室中來執行。氣態流體包括氣態含金屬前驅體、共反應物(亦即還原氣體)、視情況存在之惰性氣體及含氮還原氣體(其亦為鹼)。本發明引起特別適用或有效的自前驅體中將金屬氣相沉積至基板上。
作為一個潛在益處，執行氣相沉積步驟所需的溫度可相對地低於並不使用含氮還原化合物之類似製程所需的溫度。取決於前驅體的類型及基板的類型，亦可潛在地得到一或多個其他益處。其他潛在益處之實例可包括以下中之一或多者：沉積金屬層之改良的特徵或品質，諸如藉由減小金屬層中之污染物(例如，氧氣或碳)之存在，特別言之在可能產生存在於沉積金屬層中之此類型污染物之氣相沉積方法中；改良作為塗層之金屬層之形式，諸如就與某些基板(例如，具有尺寸形狀特徵之基板)之均一性而言；減小氣相沉積製程對於基板之負面化學影響，諸如蝕刻或腐蝕。
可為以如本文中不同地描述之任何適合方式、藉由原子層沉積方法、藉由化學氣相沉積方法、物理氣相沉積方法或藉由此等中之一者之修改版本或衍生版本來執行氣相沉積方法。使用製程參數及包括前驅體、還原氣體(例如，氫氣)及含氮還原氣體之流動的條件來執行該方法。
已發現適用的含氮還原化合物之實例包括由以下通式表徵之彼等實例： H-NR1 R2 其中R1 及R2 可經選定以包括以下組合中之一者： R1 及R2 中之各者為氫氣(亦即，化合物為NH3 )。 R1 為氫氣且R2 為低碳烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基等等)， R1 為=NH2 且R2 為氫氣， R1 為低碳烷基且R2 為低碳烷基，或 R1 及R2 連接以形成含氮環狀化合物。 此等非限制性及例示性化合物包括NH3 ；肼(H2 N=NH2 )；烷基肼及烷基胺；及二-烷基胺化合物，諸如甲胺、乙胺、丁胺、二甲胺、二乙胺等等；以及吡啶。
用於如所描述之氣相沉積方法的前驅體可為已知對沉積鎢或鉬之金屬層有效的多種前驅體中之任一者。前驅體為含有金屬(其為鎢或鉬)之化合物以及一或多種締合的化學殘基，諸如氟(以及視情況存在之氧氣)或氯(以及視情況存在之氧氣)。
可將鉬或鎢層沉積至任何所需基板及任何特定材料之基板上，其中實例基板為意謂製造製程尚未完成的「製程內」微電子裝置基板。微電子裝置可為提供記憶功能的微電子裝置或提供邏輯功能的微電子裝置。沉積鉬可具有有效地執行所需功能之厚度且可為連續的。
以下描述係關於適用於將高度純淨之鉬或鎢金屬層沉積至基板上之氣相沉積方法。氣相沉積方法包括使氣態含金屬前驅體，以及為還原化合物(例如氫氣)之第一共反應物及為含有氮氣之還原化合物的第二共反應物流動至含有用於沉積之基板的沉積腔室之內部。沉積腔室之條件(例如，高溫)，及前驅體、第一共反應物以及第二共反應物之流動及壓力組合以引起來自前驅體之鎢或鉬金屬變得沉積至基板的表面上作為實質上純的沉積金屬膜。
氣相沉積方法可為任何類型之氣相沉積方法，包括通常被稱作原子層沉積之彼等方法、通常被稱作化學氣相沉積之彼等方法、通常被稱作電漿增強型氣相沉積之彼等方法以及此等方法之修改。
化學氣相沉積(CVD)及原子層沉積(ALD)為將化學材料(被稱作前驅體)，視情況且典型地結合一或多種其他材料(諸如共反應物)引入至沉積腔室內之基板中，結果為使來源於前驅體之材料之薄「層」或「膜」形成至基板之表面上之化學製程。在化學氣相沉積製程或物理氣相沉積製程中，沉積材料之厚度可受諸如時間長度之沉積參數控制，在該時間長度期間，基板曝露於前驅體。在原子層沉積步驟中，沉積層之厚度可基於諸如選定沉積溫度、壓力及時間(脈衝持續時間)之製程條件「自限制」。
藉由本發明之氣相沉積方法，將含有鉬或鎢作為金屬之氣態含金屬前驅體，連同第一共反應物(其為還原化合物)及第二共反應物(其為含氮還原化合物)引入至含有基板之沉積腔室(亦稱為「反應腔室」)中。氣態含金屬前驅體為含有與鹵素原子及視情況存在之氧原子，或氯原子以及視情況存在之氧氣化學締合的金屬原子中心之化學化合物。前驅體及共反應物氣流之壓力及流動速率及沉積腔室條件(例如，溫度、壓力、基板之溫度以及其他條件)足以使得前驅體之金屬原子自沉積腔室內之其他前驅體組分(配位體)中釋出且使金屬變得沉積至基板之表面上作為原子金屬之實質上純的層之部分。可藉由流動穿過沉積腔室之氣體去除沉積製程之揮發性副產物。
視需要或希望可使用載氣將將氣態含金屬前驅體載送至沉積腔室，該載氣可為惰性氣體，諸如氦氣、氬氣、氮氣、氖氣、氙氣、氪氣或其組合。載氣可與氣態含金屬前驅體組合以允許載氣攜帶所需濃度及所需總量之氣態含金屬前驅體至沉積腔室及基板。氣態前驅體在載氣中之濃度及氣態載氣-前驅體混合物至沉積腔室之流速可在特定沉積製程期間視需要且有效地產生所需沉積金屬層，其中此等參數之特定值經選定與沉積製程之其他參數(諸如沉積腔室之大小(體積)、共反應物氣體之流速、基板溫度、沉積腔室壓力外加其他)組合。
氣相沉積方法可藉由使用不同有效的流動選項將氣態流體引入至沉積腔室中來執行。氣態流體各自流動至沉積腔室中係控制在所需速率、壓力及溫度下且可以連續(穩定、均一)或脈衝(例如，中斷)方式提供。非均一流動為不持續，亦即在時間及持續時間上週期性地中斷之流動。流動「經脈衝」或使得在流動時段期間流入沉積腔室中且在斷流階段期間不會流入沉積腔室中。視需要，在氣相沉積方法期間亦可包括吹掃或真空時段。
根據本發明，還原氣體用於氣相沉積方法中以與沉積腔室中之前驅體反應。還原氣體可為以自沉積腔室中之前驅化合物中釋放原子金屬以使得原子金屬沉積至基板上作為不斷膜之方式有效地與前驅體反應之任何氣態反應物。適用還原氣體為氫氣。
同樣根據本發明，含氮還原劑包括於沉積方法中以改良沉積方法。含氮還原化合物為具有鹼性本質之化合物。因此，如所描述之氣相沉積方法期間的含氮還原化合物之存在可有效地驅動還原氣體(例如，氫氣)與前驅體之反應熱力地朝向反應副產物之方向。益處可為降低的氣相沉積溫度。如所描述之適用或較佳的氣相沉積方法可在當與使用相同反應物、以相同量(壓力、溫度、流速)以及亦相同之沉積條件(壓力、溫度)但不存在含氮還原化合物之情況下執行的類似方法之沉積溫度相比較可比較地較低的沉積溫度下執行。
當在具有不同基板(基板形狀)或基板材料之氣相沉積方法中使用含氮化合物時，可潛在地亦得到一或多個其他益處。其他潛在益處之實例可包括以下中之一或多者：改良塗佈之形式，諸如就關於某些基板(例如，具有尺寸形狀特徵之基板)之塗佈均一性而言；及藉由幫助移除蝕刻劑相關副產物來減小氣相沉積製程對於基板之負面化學影響，諸如蝕刻或腐蝕。
含氮還原劑可為可以所需量及純度層級提供至氣相沉積製程且將在如本文所述之製程期間產生所需影響的任何化學材料。含氮還原化合物之一些非限制性實例包括表徵為以下通式之彼等實例： H-NR1 R2 其中R1 及R2 可經選定以包括以下組合中之一者： R1 及R2 中之各者為氫氣(亦即，化合物為NH3 )。 R1 為氫氣且R2 為低碳烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基等等)， R1 為=NH2 且R2 為氫氣， R1 為低碳烷基且R2 為低碳烷基，或 R1 及R2 連接以形成含氮環狀化合物。 此等非限制性及例示性化合物包括NH3 ；肼(H2 N=NH2 )；經烷基取代之肼及烷基胺；及二-烷基胺化合物，諸如甲胺、乙胺、丁胺、二甲胺、二乙胺等等；以及吡啶。
用於如所描述之氣相沉積方法的前驅體可為已知對沉積鎢或鉬之金屬層有效的多種前驅體中之任一者。前驅體為含有金屬(鎢或鉬)及一或多種締合的化學殘基(諸如附接至金屬原子之氟原子(以及視情況存在之氧氣)、氯原子(以及視情況存在之氧氣))之化合物。
一種類型之前驅體為氟化前驅體類。此等包括金屬(W或Mo)、氟及視情況存在之氧氣。此等一般被稱作氟化鉬、氧氟化鉬、氟化鎢以及氧氟化鎢。特定實例包括：五氟化鉬、六氟化鉬、五氯化鎢及六氟化鎢。
其他實例為鉬及鎢之氯化化合物及氧氯化化合物。實例包括五氯化鉬及氧氯化鉬，諸如MoCl5 、MoOCl4 、MoO2 Cl2 、WCl6 、WCl5 、WOCl4 及WO2 Cl3 。W及Mo之其他鹵化前驅體(包括溴化前驅體及碘化前驅體)對熟習此項技術者將為顯而易見的。
其上沉積鉬或鎢之基板及表面可包括任何二維或三維結構，其中微電子裝置基板之特定實例為記憶裝置，諸如DRAM裝置或3D NAND裝置，及「邏輯」裝置。實例記憶裝置可包括高度塑形、高縱橫比(例如，至少40:1、至少60:1或更大)表面及含有諸如氮化鈦之化學敏感型材料的表面。邏輯裝置可為包括微處理器之微電子裝置。實例包括具有藉由可程式化互連件連結在一起的可組態邏輯及正反器之可程式化邏輯裝置(PLD)。
其上將沉積如所描述之金屬層之記憶型或邏輯型基板之表面的特定化學組合物可為將適用於裝置以提供沉積鉬或鎢層的化學組合物。大體而言，該金屬層可沉積至介電層、陶瓷層、成核層或其上可有效地沉積鉬或鎢金屬層之另一層上。其上可沉積鉬或鎢之基板表面之材料的非限制性實例包括：矽、二氧化矽、氮化矽、其他矽類材料、氮化鈦(TiN)、鉬(金屬)、碳化鉬(MoC)、硼(B)、鎢(W)、及氮化鎢碳(WCN)、AlN、GaN、InN、TaN、ZrN、HfN、NbN、Mo2N、WN及其他金屬氮化物。諸如Al2 O3 、HFO2 、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、Ta2 O5 、Y2 O3 、RuO2 、IrO2 、La2 O3 之其他氧化物及來自鑭系元素系列之其他氧化物以及其組合。
當前描述之氣相沉積方法在併入至將來自某些特定類型之前驅體之鎢或鉬沉積且至某些特定類型之基板上之方法中時可發現特定有用程度或或優點。作為一實例，含氮還原化合物的使用可用於氣相沉積方法中，該氣相沉積方法產生自含鹵素(例如含氯前驅體)沉積至含有氮化鈦之基板上之金屬層。用於此等方法之實例反應流程包括以下。
用於比較，在並不包括含氮還原化合物之非本發明方法中，將原子鉬沉積至基板上作為金屬層之反應可如下： MoOCl4(g) + 3H2(g) → Mo + H2 O(g) + 4HCl(g) (I) 當將含氮還原化合物(例示為NH3 )添加至反應時，根據本說明書，反應包括以下： MoOCl4(g) + 3H2(g) + (X) NH3 → Mo + H2 O(g) + 4HCl(g) + (X) NH4 Cl + (其他可能反應產物)。                                    (II) 在整個本說明書(包括關於此等兩種反應流程及所有其他反應流程)中，本文中呈現之反應流程並不意欲表示在氣相沉積方法期間使用特定前驅體及共反應物進行的所有化學相互作用之完整描述。提供反應流程以說明各實例流程之反應物或反應產物可能受使用如所描述之含氮還原化合物影響之方式。
另外參考上文兩個實例反應流程，含氮還原化合物(尤其在以除了氫氣之另外充分化學計量比率之外的量存在於氣相沉積方法中作為還原氣體時)提供額外(莫耳)量之作為反應物存在的鹼性還原化合物；鹼性還原化合物之此添加量將反應自等式之側「反應物」側熱力學推動至等式之「反應產物」側。因此，相較於在不存在含氮還原化合物之情況下的反應，含氮還原化合物之存在具有引起反應以更快速率繼續進行之熱力學影響且亦可減小沉積製程之溫度。
作為另一優點，當反應為藉由可另外導致氮化鈦之蝕刻的前驅體及製程將金屬層沉積至在其表面處包括氮化鈦(例如，在結構上亦具有高縱橫比特徵)之基板上的氣相沉積方法之部分時，含氮還原氣體(例如，氨(NH3 ))可有效地減小或防止氮化鈦之蝕刻。產生氮化鈦之蝕刻之反應可如下描述(使用MoOCl4 作為引起蝕刻之實例前驅體)： 4MoOCl4 (g) + 1.5H2 (g) +TiN → 4MoOCl3 (g) + TiCl4 (g) + NH3 (g)。                                                              (III) 反應產物側上之氨具有抑制反應且減小基板的氮化鈦表面之蝕刻影響的熱力學影響。NH3 可改變反應機制且與HCl副產物協調，進而減小TiN層之蝕刻。
典型地，藉由氣相沉積含氯前驅體(參見流程I，上文)將金屬(例如，鉬或鎢)層沉積至基板上之方法係在至少480攝氏度的溫度下，例如在諸如低於100托之低壓下(例如，在60托下)執行。根據本發明，併入含氮鹼性化合物的使用之方法可在相對於無含氮鹼性化合物(其中其他反應物及條件為相同)之情況下所需的溫度而減小的溫度下執行。實例方法可在低於480攝氏度，例如低於450或400攝氏度之溫度下有效地執行。
使用如所描述之氣態含金屬前驅體(包括鉬或鎢及一或多種含碳配位體)沉積原子鉬或原子鎢可使用可獲得的氣相沉積設備及適於用以自鹵化前驅體及還原氣體沉積原子鉬或原子鎢層的一般理解技術，如本文所述，此外藉由將含氮還原氣體(其亦為鹼)引入至沉積腔室中來執行。
作為用於本說明書之方法之適用系統的一實例，圖1示意性地(且不按比例)展示可適用於進行如所描述之氣相沉積製程的系統，該氣相沉積製程可為化學氣相沉積、原子層沉積或此等製程中之任一者的修改版本或衍生物。圖1展示氣相沉積系統2，其包括具有內部12之沉積腔室10，該內部12含有支撐基板16之壓板14。如所說明，內部12大小設計為僅容納單一基板16，但可代替地具有所需用於含有多個基板之任何大小用於氣相沉積處理。
另外參看圖1，圓筒40、42、44及46連接至內部12以允許氣態流體自各圓筒選擇性地流動至內部12中。圓筒中之各者可含有待以氣態形式供應至內部12用於氣相沉積步驟之液體或氣態原材料。舉例而言，圓筒46可含有如所描述之氣態含金屬前驅體。圓筒44可含有用作載氣以將某一濃度之含金屬前驅體攜載至內部12之惰性氣體。在使用時，來自含載氣圓筒44之載氣可流動穿過亦可經由打開閥連接至含有前驅體之圓筒46之管道。載氣及前驅體的組合可經控制以流入內部12中。
圓筒42可含有(第一)共反應物，諸如還原氣體，例如氫氣。一或多種額外視情況存在之圓筒(未顯示)亦可存在以含有且供應其他多種適用或共反應物或另一氣態流體(諸如另一惰性氣體)(例如，用於吹掃步驟)中之任一者至內部12。
圓筒40含有如本文所述之含氮還原氣體。
即使未具體展示，但多種已知量測或流動控制裝置中之任一者亦可存在於系統2中以監測且調節來自圓筒之各氣態流之量及相對流動量，以及諸如氣態流之溫度或壓力、內部12之溫度或壓板14或基板16之溫度之條件；此等裝置可包括壓力調節器、流動調節器(例如，質量流調節器)、感測器(壓力感測器、溫度感測器)及其類似物。控制系統50(其可為或可包括電腦、中央處理單元(CPU)、可程式化邏輯控制器(PLC)、或其類似物)包括佈線52或其他(例如，無線)通信裝置以將控制系統50電子式連接至氣相沉積系統2之選擇閥、感測器或其他流動控制裝置。藉由控制閥及視情況存在之其他流動控制機制且藉由監測壓力及溫度感測器，控制系統50有效地控制圓筒之氣態流體中之各者的流動以提供氣態流體自圓筒至內部12中之所需流動組合。
如所描述之方法可在含有(例如，包含以下、由以下組成或主要由以下組成)如在使用期間大氣、實質上僅氣態前驅體、視情況存在之載氣、共反應物氣體(例如，諸如氫氣之還原氣體)、含氮還原氣體及視情況存在之惰性沖洗氣體之沉積腔室中執行。出於本發明之目的，認為主要由氣態材料之特定組合組成的沉積腔室或相關氣流或氣流組合含有氣態材料之特定組合及不超過非顯著量之任何其他氣態材料，例如不超過2、1、0.5、0.1、0.05、0.01或0.005% (按質量計)之任何其他氣態材料。
各自供應至沉積腔室之氣態前驅體(亦稱為前驅體蒸氣)之量、共反應物氣體(例如，諸如氫氣之還原氣體之量、視情況存在之沖洗氣體的量及含氮還原化合物之量可為各自將適用於產生各氣態流之所需影響，以產生作為該方法之結果的鉬或鎢之金屬層的量。供應至沉積腔室之個別氣體的量(就其個別流速而言)可基於包括其他處理參數、沉積金屬層之所需量(例如，厚度)、所需沉積速率、沉積腔室之大小(體積)及沉積腔室之內部壓力之因素。同樣，經描述為適用於供應至沉積腔室之各氣態流之實例量及範圍可相對於彼此為恆定的，但基於藉由所使用的沉積腔室的大小判定之類似數學因素而更大或更小。
各還原氣體之量(流動)應包括於沉積腔室中以提供在1至10,000莫耳各還原氣體/金屬前驅體之反應組分之範圍內的量。「反應組分」為鹵化或氧鹵化前驅體之鹵基或氧鹵基。因此，對於含有5種反應組分之前驅體(MoCl5 )，沉積方法可包括每1 sccm前驅體之2.5至25,000 sccm (標準立方公分/分鐘)氫氣(H2 )流動，連同2.5至25,000 sccm含氮還原氣體(例如，NH3 )流動。
沉積腔室之內部壓力可為有效沉積如所描述之金屬層的內部壓力。典型地，用於化學氣相沉積之沉積腔室在不超過大致環境壓力之壓力(典型地被理解為大致760托)下操作。通常，沉積腔室將與實質上低於大氣壓的壓力，諸如在0.1至300托之範圍內，例如在1、5或10托至40、60或100托之範圍內的內部壓力一起操作。
在沉積期間，基板可保持在根據本說明書有效將鉬或鎢沉積至基板上之任何溫度下。適用溫度可為將有效地允許自所描述前驅體中之任一者中沉積如所描述之金屬層的溫度。適用溫度將取決於所使用的基板類型及溫度。適用或較佳的沉積溫度(例如，基板溫度)可低於480、450、或400攝氏度(例如，在低於100托，例如約60托下之壓力下)。
如所描述之方法可藉由單獨或組合之沉積步驟執行，該等沉積步驟包括處理參數(包括本文中所述之彼等處理參數)，其將產生經處理基板之多個所需物理特性中之一者或理想地多個所需物理特性之組合。所需物理特性包括金屬層在基板之一或多個水平表面上之所需程度之均一性，或以產生互連件、接觸件、電極或其類似物；用於沉積至三維基板上之金屬層的所需程度之均一性、保形性、階梯覆蓋率或此等之組合；沉積金屬層之所需組合物，諸如低含量雜質(例如，碳或其他非金屬材料)；沉積金屬層之低電阻率或此等之組合中之一或多者。
根據如所描述之方法沉積在基板上之金屬層可具有所需高濃度之元素金屬(其為鉬或鎢)，例如至少99.5、99.9或99.99原子純度%鉬或鎢或更大。按金屬層之總量計，非金屬材料(亦即沉積金屬層中之總雜質)之量可較佳地低於0.5、0.1或0.01原子%之總非金屬雜質。作為雜質存在之碳的量可使用已知分析型技術，諸如x射線螢光方法(XRF)量測。
所需沉積鉬或鎢層可具有低電阻率，諸如低至10 µΩ-cm或低至30 µΩ-cm之電阻率以用於厚度為5奈米之鉬或鎢膜。
沉積鉬或鎢層可具有任何所需厚度，例如在10至5000埃或30至500埃之範圍內的厚度。
2:氣相沉積系統 10:沉積腔室 12:內部 14:壓板 16:基板 40:圓筒 42:圓筒 44:圓筒 46:圓筒 50:控制系統 52:佈線
圖1為如所描述的用於執行氣相沉積步驟之系統的示意圖。
2:氣相沉積系統
10:沉積腔室
12:內部
14:壓板
16:基板
40:圓筒
42:圓筒
44:圓筒
46:圓筒
50:控制系統
52:佈線

Claims (11)

  1. 一種將導電金屬自含金屬前驅體沉積至基板上之方法，該方法包含： 氣化該含金屬前驅體， 使該氣化前驅體流動至含有基板之沉積腔室， 使還原共反應物氣體流動至該沉積腔室，以及 使氣態含氮還原化合物流動至該沉積腔室，該含氮還原化合物具有式H-NR1 R2 ，其中： R1 及R2 中之各者為氫氣， R1 為氫氣且R2 為低碳烷基， R1 為=NH2 ，R2 為氫氣， R1 為低碳烷基且R2 為低碳烷基，或 R1 及R2 連接以形成含氮環狀化合物，以將該前驅體之金屬沉積在該基板上。
  2. 如請求項1之方法，其中該前驅體為鹵化物或鹵氧化物，且在該沉積期間，該含氮還原化合物之含氮部分與該前驅體之非金屬組分締合。
  3. 如請求項1之方法，其中該含氮還原化合物選自：氨(NH3 )、烷基胺(例如，甲胺、乙胺、丙胺、第三丁胺)、二烷基胺、吡啶、肼及烷基化肼。
  4. 如請求項1之方法，其中該含金屬前驅體包含金屬原子及鹵素(氯、溴或碘)。
  5. 如請求項4之方法，其中該含金屬前驅體選自MoCl5 、MoOCl4 、MoO2 Cl2 、WCl6 、WCl5 、WOCl4 及WO2 Cl3 。
  6. 如請求項4之方法，其中該沉積溫度低於480攝氏度。
  7. 如請求項4之方法，其中該方法包含使該含氮還原化合物以在每1 sccm前驅體2.5至25,000 sccm氫氣(H2 )連同2.5至25,000 sccm含氮還原氣體 (例如，NH3 )流之範圍內的量流動至該沉積腔室。
  8. 如請求項4之方法，其中該基板包含選自TiN、AlN、GaN、InN、TaN、ZrN、HfN、NbN、Mo2 N、WN及其他金屬氮化物之表面。
  9. 如請求項4之方法，其中該基板包含選自SiO2 、SiN、SiOC、SiOCN、Al2 O3 、HfO2 、ZrO2 、其他金屬氧化物及其組合的表面。
  10. 如請求項8之方法，其中該基板包含三維表面。
  11. 如請求項9之方法，其中該基板包含縱橫比為至少20:1之表面。
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