TW202302896A - 過渡金屬硫族化物的低溫成長 - Google Patents

過渡金屬硫族化物的低溫成長 Download PDF

Info

Publication number
TW202302896A
TW202302896A TW111122175A TW111122175A TW202302896A TW 202302896 A TW202302896 A TW 202302896A TW 111122175 A TW111122175 A TW 111122175A TW 111122175 A TW111122175 A TW 111122175A TW 202302896 A TW202302896 A TW 202302896A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
transition metal
film
metal oxide
substrate
oxide film
Prior art date
Application number
TW111122175A
Other languages
English (en)
Inventor
昌丹 達斯
蘇密特 辛哈羅伊
巴斯卡爾喬帝 布洋
約翰 蘇迪喬諾
亞伯希吉特巴蘇 馬禮克
馬克 薩利
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
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 美商應用材料股份有限公司 filed Critical 美商應用材料股份有限公司
Publication of TW202302896A publication Critical patent/TW202302896A/zh

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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02186—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing titanium, e.g. TiO2
    • 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
    • C23C16/305—Sulfides, selenides, or tellurides
    • 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
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • 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
    • C23C16/06—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 metallic material
    • 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
    • C23C16/40—Oxides
    • 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
    • C23C16/448—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 generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4485—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 generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation without using carrier gas in contact with the source material
    • 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
    • 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
    • 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]
    • 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
    • C23C16/56—After-treatment
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02356—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment to change the morphology of the insulating layer, e.g. transformation of an amorphous layer into a crystalline layer
    • 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
    • H01L21/02568—Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
    • 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
    • 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
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • 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
    • H01L21/02614—Transformation of metal, e.g. oxidation, nitridation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本文描述了過渡金屬二硫族化物膜及用於在基板上沉積過渡金屬二硫族化物膜的方法。本文亦描述了用於將過渡金屬氧化物膜轉換為過渡金屬二硫族化物膜的方法。該基板經暴露於前驅物及硫族化物反應物以形成過渡金屬二硫族化物膜。該等暴露可為順序的或同時的。

Description

過渡金屬硫族化物的低溫成長
本案之實施例通常係關於形成過渡金屬二硫族化物(transition metal dichalcogenides; TMDC)的方法。特定言之，本案之實施例係針對用於形成記憶體及邏輯應用的TMDC膜的方法。
半導體處理工業持續尋求更大產量，同時增加沉積在具有更大表面區域的基板上的層的均勻性。該等相同因素結合新的材料亦提供了基板的每單位面積的更高的電路整合。隨著電路整合增加，對關於層厚度的更大的均勻性及製程控制的需求上升。結果，已開發各種技術以用成本高效的方式在基板上沉積層，同時保持對層特性的控制。
化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)是用於在基板上沉積層的最常見的沉積製程之一者。CVD是一種依賴於通量的沉積技術，該技術需要精確控制基板溫度及引入處理腔室的前驅物，以產生所需的均勻厚度的層。隨著基板尺寸的增加，該等要求變得更加關鍵，從而需要更加複雜的腔室設計及氣流技術以保持足夠的均勻性。
循環沉積或原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)為一種表現出優異階梯覆蓋率的CVD之變體。循環沉積基於原子層磊晶(atomic layer epitaxy; ALE)，並採用化學吸附技術在連續循環中將前驅物分子輸送至基板表面。該循環將基板表面暴露於第一前驅物、淨化氣體、第二前驅物及淨化氣體。第一和第二前驅物反應以在基板表面上形成作為膜的產物化合物。重複該循環以形成所需厚度的層。
先進微電子裝置的日益複雜性對當前使用的沉積技術提出了嚴格的要求。不幸的是，可用的可行化學前驅物數目有限，該等化學前驅物具有強大的熱穩定性、高反應性，及適合薄膜生長的蒸氣壓力的必要特性。
過渡金屬二硫族化物(Transition metal dichalcogenide; TMDC)已知為用於緩解與薄膜互連縮小化相關聯的金屬遷移問題的極佳候選者。此外，與三維反及(three-dimension NAND; 3D NAND)裝置中的當前製程相比，TMDC具有較佳的導電性及載子移動率。近期的TMDC方法需要高溫製程，此舉與裝置熱預算可能並非相容。
因此，在本技術中需要適合於溫度敏感結構中的裝置整合的可在低溫下生長的TMDC。
本案之一或多個實施例係針對一種沉積膜的方法，該方法包含：在基板表面上形成過渡金屬氧化物膜；並且將該過渡金屬氧化物膜轉換為過渡金屬二硫族化物膜。
本案之額外實施例係針對一種沉積膜的方法，該方法包含：在製程循環中形成過渡金屬二硫族化物膜，該製程循環包含順序暴露基板於過渡金屬氧化物前驅物、淨化氣體、硫族化物反應物，及淨化氣體。
本案之進一步實施例係針對一種沉積膜的方法，該方法包含在金屬氧化物製程循環中形成過渡金屬氧化物膜，該製程循環包含將基板順序暴露於過渡金屬前驅物、淨化氣體、氧化物反應物，及淨化其他；並且在硫族製程循環中將該過渡金屬氧化物膜轉換為過渡金屬二硫族化物膜，該硫族製程循環包含將過渡金屬氧化物膜順序暴露於硫族化物反應物及淨化氣體。
在描述本案的若干示例性實施例之前，應理解，本案不限於在以下描述中闡述的構造或製程步驟的細節。本案能夠具有其他實施例並且能夠以各種方式實踐或執行。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「基板」代表製程在其上起作用的表面，或表面的一部分。應亦將由熟習該項技術者所理解，對基板的參考亦可僅代表基板的一部分，除非上下文另有明確指示。另外地，對在基板上沉積的參考可意謂裸基板及具有一或多個膜或特徵沉積或形成於其上的基板兩者。
如本文所使用，術語「大體上無」意謂以原子計在過渡金屬二硫族化物膜中的氧小於約5%，包括小於約4%、小於約3%、小於約2%、小於約1%，及小於約0.5%。
如本文所使用的「基板」代表在製造製程期間於其上進行薄膜處理的任何基板或在基板上形成的材料表面。例如，取決於應用，可在其上執行處理的基板表面包括諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽(silicon on insulator; SOI)、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料，及諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金的任何其他材料，以及其他導電材料。基板包括但不限於半導體晶圓。基板可經暴露於預處理製程以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、紫外線(Ultra Violet; UV)固化、電子束固化及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上的薄膜處理之外，在本案中，所揭示的薄膜處理步驟中的任一者亦可在如下文中更詳細揭示的基板上形成的底層上執行，並且術語「基板表面」意欲包括如上下文指示的此底層。因此，例如，在薄膜/層或部分薄膜/層已經沉積至基板表面上的情況下，最新沉積的薄膜/層的暴露表面變為基板表面。
如本文中所使用，「基板表面」代表其上可形成層的任何基板表面。基板表面可具有形成於其中的一或多個特徵、形成於其上的一或多個層，及上述兩者的組合。可在沉積過渡金屬二硫族化物層之前，例如藉由拋光、蝕刻、還原、氧化、鹵化、羥基化、退火、烘烤等，對基板（或基板表面）進行預處理。
基板可為能夠在其上沉積材料的任何基板，諸如矽基板、III-V族化合物基板、矽鍺(SiGe)基板、磊晶基板、絕緣體上矽(SOI)基板、顯示基板（諸如液晶顯示器(liquid crystal display; LCD)、電漿顯示器、電致發光(electro luminescence; EL)燈顯示器）、太陽能陣列、太陽能電池板、發光二極體(light emitting diode; LED)基板、半導體晶圓等。在一些實施例中，一或多個附加層可經設置在基板上以使得過渡金屬二硫族化物層可至少部分地形成於該基板上。例如，在一些實施例中，包含金屬、氮化物、氧化物等或上述各者的組合的層可經設置在基板上，並且可具有形成於該一或多個層上的過渡金屬二硫族化物層。
根據一或多個實施例，相對於薄膜或薄膜層的術語「在……上」包括薄膜或層直接在表面（例如，基板表面）上，以及其中在薄膜或層與表面（例如，基板表面）之間存在一或多個底層。因此，在一或多個實施例中，片語「在……基板表面上」意欲包括一或多個底層。在其他實施例中，片語「直接在……上」代表在無中介層的情況下與表面（例如，基板表面）接觸的層或薄膜。因此，片語「直接在基板表面上的層」代表與基板表面直接接觸且該層與基板表面之間無層的層。
根據一或多個實施例，方法使用原子層沉積(ALD)製程。在該實施例中，基板表面順序地或大體上順序地暴露於前驅物（或反應性氣體）。如在整個說明書中使用的，「大體上順序地」意謂前驅物暴露的大部分持續時間不與對輔反應物的暴露重疊，儘管可能存在一些重疊。
如在本說明書及附加申請專利範圍中所使用，術語「前驅物」、「反應物」、「反應氣體」及類似術語經互換地使用以代表可與基板表面反應的任何氣態物種。
如本文使用的「原子層沉積」或「循環沉積」代表順序暴露兩種或兩種以上反應化合物以在基板表面上沉積一層材料。如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「反應化合物」、「反應氣體」、「反應物種」、「前驅物」、「製程氣體」及類似術語可互換使用以意謂具有在表面反應（例如，化學吸附、氧化、還原）中能夠與基板表面或基板表面上的材料反應的物種的物質。基板或基板的一部分經順序地暴露於引入至處理腔室的反應區中的兩種或兩種以上反應化合物。在時域ALD製程中，對每種反應化合物的暴露係藉由時間延遲來分離，以允許每種化合物黏附於基板表面及/或與基板表面反應。在空間ALD製程中，基板表面或者基板表面上的材料之不同部分經同時暴露於兩種或兩種以上反應化合物，以便基板上的任何給定點大體上不同時暴露於多於一種反應化合物。如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，如將由熟習該項技術者所理解，在此方面中使用的術語「大體上」意謂有可能小部分的基板可歸因於擴散而同時暴露於多種反應氣體，並且該同時暴露是非期望的。
在時域ALD製程的一個態樣中，第一反應氣體（亦即，第一前驅物或化合物A）經脈衝至反應區域中，隨後是第一時間延遲。接下來，第二前驅物或化合物B經脈衝至反應區域中，隨後是第二延遲。在每次時間延遲期間，諸如氬氣的淨化氣體經引入至處理腔室中以淨化反應區域，或以其他方式從反應區移除任何殘留反應化合物或反應副產物。或者，淨化氣體可在整個沉積製程中連續流動，以便在反應化合物脈衝之間的時間延遲期間僅淨化氣體流動。反應化合物經交替地脈衝，直至在基板表面上形成所需的膜或膜厚度為止。在任一情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B及淨化氣體的ALD製程是一個循環。循環可以化合物A或化合物B開始並且持續循環的相應順序，直至達成具有所需厚度的薄膜為止。在一些實施例中，可存在經交替脈衝且淨化兩種反應物A和B。在其他實施例中，可存在經交替脈衝及淨化的三種或更多種反應物A、B和C。
在空間ALD製程的一態樣中，第一反應氣體及第二反應氣體（例如，氫自由基）經同時傳遞至反應區域，但是經由惰性氣幕及/或真空氣幕分離。基板相對於氣體輸送裝置移動，以便在基板上的任何給定點經暴露於第一反應氣體及第二反應氣體。
本案之實施例在積體電路的小型化及縮放中用作通道材料、襯墊或阻障層的結晶性、晶粒大小、連續性及電導性方面，提供了形成高品質過渡金屬二硫族化物膜的方法。在一或多個實施例中，過渡金屬二硫族化物膜充當邏輯裝置中的阻障層。例如，過渡金屬二硫族化物膜可在邏輯裝置中充當銅層與鈷層之間的阻障層以防止銅原子及鈷原子的電遷移。在一或多個實施例中，過渡金屬二硫族化物膜充當3D NAND應用中的襯墊。例如，充當襯墊的過渡金屬二硫族化物膜可實現後續沉積金屬的成核，將金屬黏附地結合至下層介電材料，並且阻止元素至下層介電材料的擴散。在一或多個實施例中，過渡金屬二硫族化物膜充當3D NAND應用中的通道材料。在一或多個實施例中，例如，過渡金屬二硫族化物膜具有比多晶矽更好的載子移動率。過渡金屬二硫族化物膜的載子移動率可提高3D NAND裝置的效能。
本案之實施例提供一種用以為溫度敏感裝置架構達成高品質2D過渡金屬二硫族化物膜的低熱預算方法。
參看第1圖，圖示了包括其上具有至少一個特徵120的基板110的結構100。附圖為了說明目的圖示了具有三個特徵的基板；然而，本領域技藝人士將理解，可以有比三個特徵更多或更少的特徵。在一或多個實施例中，基板110包括至少一個特徵120。特徵120的形狀可為任何適當形狀，包括但不限於溝槽及圓柱形通孔。如在此方面中所使用，術語「特徵」意謂任何有意的表面不規則性。特徵的適當實例包括但不限於具有頂部、兩個側壁及底部的溝槽，及具有頂部及兩個側壁的尖峰。特徵可具有任何適當的深寬比（特徵深度與特徵寬度的比率）。在一些實施例中，深寬比大於或等於約5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。在一或多個實施例中，至少一個特徵120為溝槽。在一或多個實施例中，至少一個特徵120為介電材料及導電材料。在一或多個實施例中，過渡金屬氧化物膜（未圖示）在介電材料上選擇性地形成。
參看第2圖，圖示了包括其上具有至少一個特徵120的基板110的結構100。在一或多個實施例中，至少一個特徵120之每一者具有沉積於其上的過渡金屬二硫族化物膜140。在一或多個實施例中，結構100包括金屬填充150，該金屬填充沉積在基板110上及在至少一個特徵120之每一者上，該至少一個特徵具有在其上的過渡金屬二硫族化物膜140。在一或多個實施例中，金屬填充150具有過渡金屬，該過渡金屬包括鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈦(Ti)或釕(Ru)中的一或多者。
本案的實施例係針對沉積膜的方法。在一或多個實施例中，沉積膜的方法包含：在基板表面上形成過渡金屬氧化物膜；並且將該過渡金屬氧化物膜轉換為過渡金屬二硫族化物膜。
在一或多個實施例中，形成過渡金屬氧化物膜包含形成過渡金屬膜，然後氧化過渡金屬膜以形成過渡金屬氧化物膜。在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜包含將過渡金屬膜暴露於O 2及O 3中的一或多者的熱處理。在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜（即，過渡金屬氧化物膜）係使用熱Ar/H 2S或H 2/H 2S氣體硫化。在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜（即，過渡金屬氧化物膜）係使用電漿Ar/H 2S或H 2/H 2S氣體硫化。在特定實施例中，形成包含鎢(W)的過渡金屬膜，然後氧化過渡金屬膜以形成過渡金屬氧化物膜。在一或多個實施例中，氧化具有鎢(W)的過渡金屬膜包含將過渡金屬膜暴露於O 2及O 3中的一或多者的熱處理。在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜（即，過渡金屬氧化物膜）係使用熱Ar/H 2S或H 2/H 2S氣體硫化。在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜（即，過渡金屬氧化物膜）係使用電漿Ar/H 2S或H 2/H 2S氣體硫化。在一或多個實施例中，具有鎢(W)的過渡金屬氧化物膜係藉由本文所述的硫化製程中的一或多者轉換為WS 2。
在一或多個實施例中，氧化過渡金屬膜包含將過渡金屬膜暴露於O 2及O 3中的一或多者的電漿處理。在一或多個實施例中，發現用惰性氣體或反應性氣體進行電漿處理是有效的。在一或多個實施例中，電漿處理係由遠端電漿源(remote plasma source; RPS)或電容耦合電漿(capacitively coupled plasma; CCP)或電感耦合電漿(inductively coupled plasma; ICP)與周圍氣體產生，該周圍氣體如氬氣(Ar)、氦氣(He)、氨氣(NH 3)、氮氣(N 2)、氫氣(H 2)或上述氣體的混合物。
在一或多個實施例中，將過渡金屬氧化物膜轉換為過渡金屬二硫族化物膜係在範圍從25瓦(W)至500瓦(W)的電漿功率下進行。
在一或多個實施例中，在形成具有厚度在從15 Å至25 Å的範圍內的過渡金屬氧化物膜之後，過渡金屬氧化物膜經轉換為過渡金屬二硫族化物膜。在一或多個實施例中，在形成具有厚度在從16 Å至24 Å的範圍內、在從17 Å至23 Å的範圍內、在從18 Å至22 Å範圍內，或在從19 Å至21 Å的範圍內的過渡金屬氧化物膜之後，過渡金屬氧化物膜經轉換為過渡金屬二硫族化物膜。
在一或多個實施例中，該方法進一步包含重複形成過渡金屬氧化物膜，並且將過渡金屬氧化物膜轉化以形成最終厚度高達200 Å的過渡金屬二硫族化物膜。在一或多個實施例中，過渡金屬二硫族化物膜具有高達150 Å、高達100 Å或高達50 Å的最終厚度。
在一或多個實施例中，將過渡金屬氧化物膜轉化為過渡金屬二硫族化物膜係在350℃至500℃的範圍內的溫度下和1托至10托的範圍內的壓力下進行的。
在一或多個實施例中，將過渡金屬氧化物膜轉化為過渡金屬二硫族化物膜係進行30分鐘至60分鐘範圍內的時間段。在一或多個實施例中，將過渡金屬氧化物膜轉化為過渡金屬二硫族化物膜包含用硫(S)、硒(Se)及碲(Te)中的一或多者脈衝化過渡金屬氧化物膜。
參看第3圖，本案的一或多個實施例係針對沉積薄膜的方法200。第3圖中所示的方法表示原子層沉積(ALD)製程，其中基板或基板表面以防止或最小化反應氣體的氣相反應的方式順序地暴露於反應氣體。在一些實施例中，方法包含化學氣相沉積(CVD)製程，在該製程中反應氣體在處理腔室中混合以允許反應氣體的氣相反應及薄膜的沉積。
在本案的一或多個實施例中，方法200包含在操作205處視情況預處理基板，在沉積210的製程循環中形成過渡金屬二硫族化物膜，在操作212處將基板順序暴露於過渡金屬氧化物前驅物，視情況在操作214處淨化製程腔室，在操作216處將基板暴露於硫族化物反應物，並且視情況在操作218處淨化製程腔室。
在本案的一或多個實施例中，方法200包含將過渡金屬氧化物膜轉化為過渡金屬二硫族化物膜（未圖示）。在該等實施例中，方法200包括使用兩個製程循環。在一或多個實施例中，方法200包含視情況在操作205處預處理基板，在沉積210處於過渡金屬製程循環中形成過渡金屬氧化物膜，在操作212處將基板順序暴露於過渡金屬前驅物，視情況在操作214處淨化製程腔室，在操作216處將基板暴露於氧化物反應物，並且視情況在操作218處淨化製程腔室。在一或多個實施例中，方法200進一步包含藉由在沉積210處於硫族製程循環中形成過渡金屬二硫族化物膜來將過渡金屬氧化物膜轉化為過渡金屬二硫族化物膜，在操作216處將基板順序暴露於硫族化物反應物，以及在操作218處視情況淨化製程腔室，（未圖示）。
因此，第3圖圖示使用如本文所述的一或多個製程循環形成過渡金屬二硫族化物膜的方法200。
在一些實施例中，方法200視情況包括預處理操作205。預處理可為本領域技藝人士已知的任何適當預處理。適當的預處理包括但不限於預加熱、清洗、浸泡、原生氧化物移除，或黏著層（例如，氮化鈦(TiN)）的沉積。在一或多個實施例中，在操作205處沉積諸如氮化鈦的黏著層。在其他實施例中，不沉積黏著層。在一或多個實施例中，可選的預處理操作205包括流動電漿氣體，該電漿氣體包含Ar/O 2、Ar/H 2和Ar/H 2S中的一或多者，然後是Ar/H 2。
在沉積210處，執行製程以在基板（或基板表面）上沉積過渡金屬二硫族化物膜。沉積製程可包括在基板上形成膜的一或多個操作。在一或多個實施例中，沉積210包含在製程循環中形成過渡金屬二硫族化物膜。
在一或多個實施例中，沉積210包含在過渡金屬氧化物製程循環中形成過渡金屬氧化物膜。在一或多個實施例中，其中沉積210包含在過渡金屬氧化物製程循環中形成過渡金屬氧化物膜。
在一或多個實施例中，在操作212處，基板（或基板表面）經暴露於過渡金屬前驅物以在基板（或基板表面）上沉積膜。過渡金屬前驅物可為可與基板表面反應（即吸附或化學吸附至基板表面）以在基板表面上留下含過渡金屬物種的任何適當的含過渡金屬化合物。
在一或多個實施例中，在操作212處，基板（或基板表面）經暴露於過渡金屬氧化物前驅物以在基板（或基板表面）上沉積膜。過渡金屬前驅物可為可與基板表面反應（即吸附或化學吸附至基板表面）以在基板表面上留下含過渡金屬氧化物物種的任何適當的含過渡金屬氧化物化合物。在一種或多種實施方式中，過渡金屬氧化物前驅物包含WOF 4、WO 2F 2、WOCl 4、WO 2Cl 2、WOBr 4、WO 2Br 2、WOI 4、WO 2I 2、MoOF 4、MoO 2F 2、MoOCl 4、MoO 2Cl 2、MoOBr 4、MoO 2Br 2、MoOI 4、MoO 2I 2、TaOF 4、TaO 2F 2、TaOCl 4、TaO 2Cl 2、TaOBr 4、TaO 2Br 2、TaOI 4、TaO 2I 2、TiOF 4、TiO 2F 2、TiOCl 4、TiO 2Cl 2、TiOBr 4、TiO 2Br 2、TiOI 4、TiO 2I 2、RuOF 4、RuO 2F 2、RuOCl 4、RuO 2Cl 2、RuOBr 4、RuO 2Br 2、RuOI 4及RuO 2I 2中的一或多者。
在操作214處，處理腔室視情況經淨化以移除未反應的過渡金屬氧化物前驅物、反應產物及副產物。如以此方式使用的，術語「處理腔室」亦包括的處理腔室的與基板表面相鄰的部分，而不包括處理腔室的整個內部容積。例如，在空間分離的處理腔室的扇區中，處理腔室的鄰近基板表面的部分係藉由任何適當的技術清除過渡金屬氧化物前驅物，包括但不限於，將基板穿過氣幕移動至處理腔室的不包含或大體上不包含過渡金屬前驅物（或在一些實施例中，過渡金屬氧化物前驅物）的部分或區段。在一或多個實施例中，淨化處理腔室包含施加真空。在一些實施例中，淨化處理腔室包含使淨化氣體流過基板。在一些實施例中，處理腔室的該部分代表處理腔室內的微容積或小容積製程站。關於基板表面的術語「相鄰」意謂緊鄰基板表面的實體空間，該空間可為表面反應（例如，前驅物吸附）發生提供足夠空間。在一或多個實施例中，淨化氣體係選自氮氣(N 2)、氦氣(He)及氬氣(Ar)中的一或多者。在一或多個實施例中，在將基板暴露於硫族化物反應物之前，清除基板表面的過渡金屬前驅物（或在一些實施例中，過渡金屬氧化物前驅物）。
在一或多個實施例中，在操作214處，處理腔室視情況經淨化以移除未反應的過渡金屬前驅物、反應產物及副產物。
在操作216處，基板（或基板表面）暴露於硫族化物反應物以在基板上形成過渡金屬二硫族化物膜。二硫族化物反應物可與基板表面上的含過渡金屬物種反應以形成過渡金屬二硫族化物膜。在一些實施例中，硫族化物反應物包含還原劑。在一或多個實施例中，還原劑可包含本領域技術者已知的任何還原劑。在其他實施例中，硫族化物反應物包括氧化劑。在一或多個實施例中，氧化劑可包含本領域技術者已知的任何氧化劑。在進一步的實施例中，硫族化物反應物包含一或多種氧化劑和還原劑。
在一或多個實施例中，在操作210處，基板（或基板表面）經暴露於氧化物反應物以在過渡金屬氧化物製程循環中形成過渡金屬氧化物膜。在過渡金屬氧化物製程循環中形成過渡金屬氧化物膜後，過渡金屬氧化物膜在另一製程循環中轉變為過渡金屬二硫族化物膜。
在操作218處，處理腔室在暴露於硫族化物反應物之後視情況經淨化。在操作218中淨化處理腔室可為與操作214中的淨化相同或不同的製程。淨化處理腔室、處理腔室的一部分、鄰近基板表面的區域等，從鄰近基板表面的區域中移除未反應的硫族化物反應物、氧化物反應物、反應產物及副產物。在一或多個實施例中，在操作218處，處理腔室在暴露於氧化物反應物之後視情況經淨化。
在決策220處，考慮沉積膜的厚度或前驅物及反應物的循環次數。若沉積膜已達到預定厚度或者已執行了預定數目的製程循環，則方法200移至可選的後處理操作230。若沉積膜的厚度或製程循環的數目未達到預定閾值，則方法200返回操作210以在操作212中再次將基板表面暴露於前驅物，並且繼續處理。
在一或多個實施例中，沉積膜大體上無氧。如本文所使用，「大體上無」意謂以原子計在沉積膜中的氧小於約5%，包括小於約4%、小於約3%、小於約2%、小於約1%，及小於約0.5%。因此，在不受理論束縛的情況下，認為形成的過渡金屬二硫族化物膜係在不產生作為副產物的氧的情況下形成，從而使蝕刻/腐蝕下層金屬層的可能性最小化。
可選的後處理操作230可為例如改質膜特性的製程（例如，退火）或用以生長附加膜的進一步的膜沉積製程（例如附加的ALD或CVD製程）。在一些實施例中，可選後處理操作230可為改質沉積膜的特性的製程。在一些實施例中，可選後處理操作230包含將所沉積的膜退火。在一些實施例中，退火在約300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃或1000℃的範圍內的溫度下進行。一些實施例的退火環境包含惰性氣體（例如，分子氮(N 2)、氬氣(Ar))或還原氣體（例如，分子氫(H 2)或氨（NH 3)）或氧化劑中的一或多者，該氧化劑諸如但不限於氧氣(O 2)、臭氧(O 3)或過氧化物。退火可進行任何適當長度的時間。在一些實施例中，薄膜可退火達在約15秒至約90分鐘的範圍中，或在約1分鐘至約60分鐘的範圍中的預定時間。在一些實施例中，將所沉積的薄膜退火增加了密度、減小了電阻率及/或增加了薄膜的純度及/或增加了薄膜的結晶度。
方法200可取決於例如過渡金屬前驅物、過渡金屬氧化物前驅物、硫族化物反應物、氧化物反應物或裝置的熱預算在任何適當溫度下執行。在一或多個實施例中，高溫處理的使用對於溫度敏感基板，諸如邏輯裝置可能並非期望的。在一些實施例中，對過渡金屬前驅物或過渡金屬氧化物前驅物（操作312）及硫族化物反應物或氧化物反應物（操作216）的暴露同時發生。在一些實施例中，基板係維持在350℃至約500℃的範圍中的溫度下。
在一些實施例中，暴露於過渡金屬前驅物或過渡金屬氧化物前驅物（操作212）發生在與暴露於硫族化物反應物或氧化物反應物（操作216）不同的溫度下。在一些實施例中，對於暴露於過渡金屬前驅物或過渡金屬氧化物前驅物，基板保持在350℃至500℃之範圍內的第一溫度下；以及對於暴露於硫族化物反應物或氧化物反應物，基板保持在350℃至500℃之範圍內的第二溫度下。在一些實施例中，金屬和硫族/氧化劑前驅物均在相同的基板溫度下輸送。僅在基板上吸附的金屬前驅物可為自限性的，並且在一些實施例中，金屬前驅物的多個脈衝不應提供無硫族元素/氧化劑的多層膜。在一些實施例中，兩種前驅物皆進行一個完整的循環，該循環在相同的基板溫度下進行。
在第3圖中所示的實施例中，在沉積操作210處，基板（或基板表面）經順序地暴露於過渡金屬氧化物鹵化物前驅物及硫族反應物。在另一實施例中（未圖示），基板（或基板表面）在CVD反應中同時暴露於過渡金屬氧化物前驅物和硫族反應物。在CVD反應中，基板（或基板表面）可暴露於過渡金屬氧化物前驅物與硫族反應物的氣體混合物以沉積具有預定厚度的過渡金屬二硫族化物膜。在CVD反應中，過渡金屬二硫族化物膜可在一次暴露於混合反應氣體中沉積，或者可多次暴露於其間具有淨化的混合反應氣體中。
在第3圖中所示的實施例中，在沉積操作210處，基板（或基板表面）經順序地暴露於過渡金屬前驅物及氧化物反應物。在另一實施例中（未圖示），基板（或基板表面）在CVD反應中同時暴露於過渡金屬前驅物和氧化物反應物。在CVD反應中，基板（或基板表面）可暴露於過渡金屬前驅物與氧化物反應物的氣體混合物以沉積具有預定厚度的過渡金屬二硫族化物膜。在CVD反應中，過渡金屬二硫族化物膜可在一次暴露於混合反應氣體中沉積，或者可多次暴露於其間具有淨化的混合反應氣體中。
在一個或多個實施例中，可重複沉積操作210以形成包含WOF 4、WO 2F 2、WOCl 4、WO 2Cl 2、WOBr 4、WO 2Br 2、WOI 4、WO 2I 2、MoOF 4、MoO 2F 2、MoOCl 4、MoO 2Cl 2、MoOBr 4、MoO 2Br 2、MoOI 4、MoO 2I 2、TaOF 4、TaO 2F 2、TaOCl 4、TaO 2Cl 2、TaOBr 4、TaO 2Br 2、TaOI 4、TaO 2I 2、TiOF 4、TiO 2F 2、TiOCl 4、TiO 2Cl 2、TiOBr 4、TiO 2Br 2、TiOI 4、TiO 2I 2、RuOF 4、RuO 2F 2、RuOCl 4、RuO 2Cl 2、RuOBr 4、RuO 2Br 2、RuOI 4及RuO 2I 2中的一或多者的具有預定厚度的膜。在一些實施例中，重複沉積操作210多次以提供厚度在從15 Å至25 Å的範圍內的膜。在一些實施例中，當前驅物在高於特定溫度時不穩定時，藉由在無另一反應物的情況下熱解產生預定厚度的沉積。
本案的一或多個實施例係針對在高深寬比特徵中沉積過渡金屬二硫族化物膜的方法。高深寬比特徵為高度：寬度比大於或等於約10、20，或50或更大的溝槽、通孔或支柱。在一些實施例中，含過渡金屬膜保形地沉積在高深寬比特徵上。如以此方式使用的，保形膜在特徵頂部附近具有在特徵底部處的厚度的大約80至120%之範圍內的厚度。
本案的一些實施例係針對用於特徵的自下而上間隙填充的方法。自下而上的間隙填充製程從底部填充特徵，而保形製程從底部和側面填充特徵。在一些實施例中，該特徵在底部具有第一材料（例如，氮化物）並且在側壁具有第二材料（例如，氧化物）。過渡金屬二硫族化物膜相對於第二材料選擇性地沉積在第一材料上，以便過渡金屬二硫族化物膜以自下而上的方式填充特徵。
根據一或多個實施例，基板在形成層之前及/或之後經歷處理。該處理可在同一腔室或一或多個單獨的處理腔室中進行。在一些實施例中，將基板從第一腔室移動至用於進一步處理的單獨的第二腔室。基板可自第一腔室直接地移動至單獨的處理腔室，或者基板可自第一腔室移動至一或多個移送腔室，且隨後移動至單獨的處理腔室。因此，處理設備可包含與移送站連通的多個腔室。此種設備可被稱為「群集工具」或「群集系統」及其類似者。
通常，群集工具為包含多個腔室的模組化系統，該多個腔室執行包括基板中心定位及定向、脫氣、退火、沉積及/或蝕刻的各種功能。根據一或多個實施例，群集工具包括至少第一腔室及中央移送腔室。中央移送腔室可容納機器人，該機器人可在處理腔室與裝載閘腔室之間或之中來回移動基板。移送腔室典型地維持在真空條件下，並且提供用於自一個腔室向另一腔室及/或向裝載閘腔室來回移動基板的中間平台，該裝載閘腔室位於群集工具的前端。可經調適用於本案的兩個眾所熟知的群集工具為Centura®及Endura®，上述工具均可獲自加利福尼亞聖克拉拉的Applied Materials, Inc.。然而，為了執行如本文所述的製程的特定步驟的目的，腔室的精確佈置及組合可改變。可使用的其他處理腔室包括但不限於循環層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清洗、化學清洗、熱處理（諸如快速熱處理(RTP)）、電漿氮化、脫氣、定向、羥基化及其他基板製程。藉由在群集工具上的腔室中進行製程，在沉積後續薄膜之前，可在無氧化的情況下避免大氣雜質對基板的表面污染。
根據一或多個實施例，當基板從一個腔室移動至下一腔室時，基板連續地處於真空或「裝載閘」條件下，並且不暴露於周圍空氣。移送腔室從而在真空下並且在真空壓力下被「抽真空」。惰性氣體可存在於處理腔室或移送腔室中。在一些實施例中，惰性氣體經用作用於移除一些或所有反應物（例如，反應物）的淨化氣體。根據一或多個實施例，淨化氣體經注入在沉積腔室的出口處以防止反應物（例如，反應物）自沉積腔室移動至移送腔室及/或另外的處理腔室。因此，惰性氣體的流動在腔室的出口處形成氣幕。
基板可在單個基板沉積腔室中處理，其中在處理另一基板之前，單個基板經裝載、處理及卸載。基板亦可類似於輸送系統以連續方式處理，其中多個基板個別地裝載至腔室的第一部分中，移動穿過腔室並且自腔室的第二部分卸載。腔室及相關聯輸送系統的形狀可形成直線路徑或彎曲路徑。另外，處理腔室可為旋轉料架，其中多個基板圍繞中央軸線移動，並且在整個旋轉料架路徑中暴露於沉積、蝕刻、退火、清潔等製程。
在處理期間，基板可被加熱或冷卻。此加熱或冷卻可經由任何適當的手段完成，包括但不限於，改變基板支撐件的溫度並且使加熱或冷卻氣體流動至基板表面。在一些實施例中，基板支撐件包括可經控制以傳導地改變基板溫度的加熱器/冷卻器。在一或多個實施例中，經使用的氣體（反應氣體或惰性氣體的任一者）被加熱或冷卻以局部改變基板溫度。在一些實施例中，加熱器/冷卻器位於與基板表面相鄰的腔室之內以傳導地改變基板溫度。
基板在處理期間亦可為靜止或旋轉的。旋轉基板可連續旋轉或分步（圍繞基板軸線）旋轉。例如，基板可在整個製程中旋轉，或者基板可在暴露於不同反應性氣體或淨化氣體之間少量旋轉。在處理期間旋轉基板（連續地或分步地）可有助於藉由最小化例如氣流幾何形狀中的局部可變性的效應來產生更均勻的沉積或蝕刻。
此外，諸如「在……下方」、「在……之下」、「下部」、「在……之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。應理解，空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。例如，若附圖中的裝置被翻轉，則描述為「在其他元件或特徵之下或下方」的元件將定向為「在其他元件或特徵之上」。因此，示例性術語「在……之上」可同時涵蓋「在……之上」及「在……之下」兩個定向。裝置可經其他方式定向（旋轉90度或以其他定向）並且相應地解釋本文所使用的空間相對描述詞。
在描述本文論述的材料及方法的上下文中使用的術語「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」及類似指示（尤其在以下申請專利範圍的上下文中）應被解釋為涵蓋單數及複數兩者，除非本文中另外指示或與上下文明顯矛盾。除非另有說明，否則對本文中的數值範圍的敘述意欲用作單獨提及落入該範圍內的每個單獨值的速記方法，並且將每個單獨值併入說明書中，正如其在本文中單獨敘述一樣。除非本文中另有說明或與上下文明顯矛盾，否則本文所述的所有方法皆可以任何適當的順序進行。除非另有主張，否則本文提供的任何及所有實例或示例性語言（例如，「諸如」）的使用僅意欲較佳地說明材料和方法並且不對範圍構成限制。說明書中的任何語言皆不應被解釋為指示任何非主張的元素對於所揭示的材料及方法的實踐是必不可少的。
在整個說明書中對「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」的引用意謂結合實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性包括在本案的至少一個實施例中。因此，在本說明書的各個地方出現諸如「在一或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」之類的片語不一定代表本案的相同實施例。此外，特定特徵、結構、材料或特性可在一或多個實施例中以任何適當的方式組合。
儘管已經參考特定實施例描述了本文的揭示內容，但是熟習該項技術者將理解，所述的實施例僅是對本案的原理和應用的說明。將對熟習該項技術者顯而易見的是，在不脫離本案的精神和範圍的情況下，可以對本案的方法及裝置進行各種修改和變化。因此，本案可包括在所附申請專利範圍及其等效物的範圍內的修改及變化。
100:結構 110:基板 120:特徵 140:過渡金屬二硫族化物膜 150:金屬填充 200:方法 205:操作 210:沉積 212:操作 214:操作 216:操作 218:操作 220:決策 230:後處理操作
以能夠詳細理解本案之上述特徵的方式，可經由參考實施例獲得簡要概述於上文的本案之更特定描述，該等實施例之一些實施例圖示於附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示本案的典型實施例並且因此不被視為限制本案之範疇，因為本案可允許其他同等有效的實施例。
第1圖圖示根據本案之一或多個實施例的基板的橫截面圖；
第2圖圖示根據本案之一或多個實施例的基板的橫截面圖；以及
第3圖圖示根據本案之一或多個實施例的方法的製程流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:結構
110:基板
120:特徵
140:過渡金屬二硫族化物膜
150:金屬填充

Claims (20)

  1. 一種沉積一薄膜的方法，該方法包含以下步驟： 在一基板表面上形成一過渡金屬氧化物膜；以及 將該過渡金屬氧化物膜轉換為一過渡金屬二硫族化物膜。
  2. 如請求項1所述之方法，其中形成該過渡金屬氧化物膜之步驟包含以下步驟：形成一過渡金屬膜，然後氧化該過渡金屬膜以形成該過渡金屬氧化物膜。
  3. 如請求項2所述之方法，其中氧化該過渡金屬膜之步驟包含以下步驟：將該過渡金屬膜暴露於O 2及O 3中的一或多者的電漿處理或熱處理。
  4. 如請求項2所述之方法，其中在形成具有一厚度在從15 Å至25 Å的一範圍內的該過渡金屬氧化物膜之後，該過渡金屬氧化物膜經轉換為該過渡金屬二硫族化物膜。
  5. 如請求項4所述之方法，進一步包含以下步驟：重複形成該過渡金屬氧化物膜，並且將該過渡金屬氧化物膜轉化以形成一最終厚度高達200 Å的一過渡金屬二硫族化物膜。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該基板表面包含一介電材料及一導電材料。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該過渡金屬氧化物膜在該介電材料上選擇性地形成。
  8. 如請求項1所述之方法，其中將該過渡金屬氧化物膜轉化為該過渡金屬二硫族化物膜之步驟係在350℃至500℃的一範圍內的一溫度下和1托至10托的一範圍內的一壓力下進行。
  9. 如請求項1所述之方法，其中將該過渡金屬氧化物膜轉化為該過渡金屬二硫族化物膜之步驟係進行30分鐘至60分鐘的一範圍內的一時間段。
  10. 如請求項1所述之方法，其中將該過渡金屬氧化物膜轉化為該過渡金屬二硫族化物膜之步驟包含用硫(S)、硒(Se)及碲(Te)中的一或多者脈衝化該過渡金屬氧化物膜。
  11. 一種沉積一薄膜的方法，該方法包含以下步驟： 在一製程循環中形成一過渡金屬二硫族化物膜，該製程循環包含將一基板順序暴露於一過渡金屬氧化物前驅物、一淨化氣體、一硫族化物反應物，及淨化氣體。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該過渡金屬二硫族化物膜具有一過渡金屬，該過渡金屬包含鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈦(Ti)或釕(Ru)中的一或多者。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該過渡金屬氧化物前驅物包含WOF 4、WO 2F 2、WOCl 4、WO 2Cl 2、WOBr 4、WO 2Br 2、WOI 4、WO 2I 2、MoOF 4、MoO 2F 2、MoOCl 4、MoO 2Cl 2、MoOBr 4、MoO 2Br 2、MoOI 4、MoO 2I 2、TaOF 4、TaO 2F 2、TaOCl 4、TaO 2Cl 2、TaOBr 4、TaO 2Br 2、TaOI 4、TaO 2I 2、TiOF 4、TiO 2F 2、TiOCl 4、TiO 2Cl 2、TiOBr 4、TiO 2Br 2、TiOI 4、TiO 2I 2、RuOF 4、RuO 2F 2、RuOCl 4、RuO 2Cl 2、RuOBr 4、RuO 2Br 2、RuOI 4及RuO 2I 2中的一或多者。
  14. 如請求項11所述之方法，其中該過渡金屬二硫族化物膜大體上不含氧。
  15. 如請求項11所述之方法，進一步包含以下步驟：在將該基板暴露於該硫族化物反應物之前，淨化該基板的該過渡金屬氧化物前驅物。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該淨化之步驟包含以下步驟的一或多者：在該基板上施加一真空或流動一淨化氣體，該淨化氣體包含氮氣(N2)、氦氣(He)及氬氣(Ar)中的一或多者。
  17. 如請求項11所述之方法，其中該硫族化物反應物係選自由硫(S)、硒(Se)及碲(Te)組成的群組。
  18. 一種沉積一薄膜的方法，該方法包含以下步驟： 在一過渡金屬氧化物製程循環中形成一過渡金屬氧化物膜，該製程循環包含將一基板順序暴露於一過渡金屬前驅物、一淨化氣體、一氧化物反應物，及一淨化氣體;以及 在一硫族製程循環中將該過渡金屬氧化物膜轉換為一過渡金屬二硫族化物膜，該硫族製程循環包含將該過渡金屬氧化物膜順序暴露於一硫族化物反應物及一淨化氣體。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該硫族製程循環係在每一金屬氧化物製程循環之後進行。
  20. 如請求項18所述之方法，其中在執行該硫族製程循環之前，將該過渡金屬氧化物製程循環重複多次以形成具有一預定厚度的一過渡金屬氧化物膜。
TW111122175A 2021-06-28 2022-06-15 過渡金屬硫族化物的低溫成長 TW202302896A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/361,231 US20220411918A1 (en) 2021-06-28 2021-06-28 Low temperature growth of transition metal chalcogenides
US17/361,231 2021-06-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202302896A true TW202302896A (zh) 2023-01-16

Family

ID=84542947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111122175A TW202302896A (zh) 2021-06-28 2022-06-15 過渡金屬硫族化物的低溫成長

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220411918A1 (zh)
KR (1) KR20240017916A (zh)
CN (1) CN117460860A (zh)
TW (1) TW202302896A (zh)
WO (1) WO2023278389A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160233322A1 (en) * 2015-02-06 2016-08-11 G-Force Nanotechnology Ltd. Method for fabricating chalcogenide films
US9640391B2 (en) * 2015-06-23 2017-05-02 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Direct and pre-patterned synthesis of two-dimensional heterostructures
US9840764B2 (en) * 2015-09-30 2017-12-12 National Tsing Hua University Method of fabricating transition metal dichalcogenide
US10777410B2 (en) * 2017-02-03 2020-09-15 University Of South Carolina Synthesis and fabrication of transition metal dichalcogenide structures
KR102000338B1 (ko) * 2017-08-03 2019-07-15 한양대학교 산학협력단 금속 칼코겐 화합물 박막의 결정성 향상 방법 및 이종 접합 구조의 금속 칼코겐 화합물 제조 방법
US10847366B2 (en) * 2018-11-16 2020-11-24 Asm Ip Holding B.V. Methods for depositing a transition metal chalcogenide film on a substrate by a cyclical deposition process
US11430666B2 (en) * 2019-12-31 2022-08-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240017916A (ko) 2024-02-08
CN117460860A (zh) 2024-01-26
US20220411918A1 (en) 2022-12-29
WO2023278389A1 (en) 2023-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111492467B (zh) 钌的选择性原子层沉积
US9879341B2 (en) Method and apparatus for microwave assisted chalcogen radicals generation for 2-D materials
CN110622283A (zh) 减少或消除钨膜中缺陷的方法
TWI821661B (zh) 金屬阻障層之摻雜
US20220081769A1 (en) Methods of atomic layer deposition
US20220411918A1 (en) Low temperature growth of transition metal chalcogenides
US11527407B2 (en) Vapor deposition of carbon-based films
US20230207314A1 (en) Conformal metal dichalcogenides
US20230360967A1 (en) Conformal metal dichalcogenides
US11869806B2 (en) Methods of forming molybdenum contacts
US11854813B2 (en) Low temperature deposition of pure molybenum films
US11713507B2 (en) Low-k films
US11664215B2 (en) High selectivity atomic later deposition process
US20220277961A1 (en) Low Resistivity Metal Contact Stack
US20220380897A1 (en) Methods of Lowering Deposition Rate
US20240006235A1 (en) Composite barrier layers
TW202312300A (zh) 形成用於互連結構的金屬襯墊之方法
KR20220113482A (ko) 이원 금속 라이너 층들
WO2022226010A1 (en) Molybdenum(0) precursors for deposition of molybdenum films