包含鋁合金的具有高鋁含量的膜的沉積的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及膜沉積，且特別涉及適合作為N-金屬膜的膜的沉積。
【背景技術(shù)】
[0002] 在基板表面上的薄膜沉積在多種工業(yè)中都是重要的工藝，這些工業(yè)包括半導(dǎo)體處 理、用于磁性讀取/寫入磁頭的電介質(zhì)以及擴(kuò)散阻擋涂層。特別地，在半導(dǎo)體工業(yè)中，微型 化需要薄膜沉積的原子級(jí)控制，以于高深寬比結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生保形涂層。
[0003] 膜的一種重要類型是金屬碳化物。這些膜被結(jié)合于許多應(yīng)用中，包括柵極堆疊。一 些金屬碳化物工藝是已知的，包括沉積含有相對(duì)低鋁含量的膜的一些工藝。然而，目前還沒 有一種已知工藝可以沉積膜中包含相對(duì)高鋁濃度（level)的鋁碳化物膜。此外，因?yàn)橥獗?特征（aspect features)的尺寸減少，所以需要調(diào)整電阻率，為了調(diào)整電阻率，將會(huì)需要降 低碳含量。因此，需要有包含相對(duì)高鋁含量和/或相對(duì)低碳含量的膜以及沉積所述膜的方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種包含鋁、碳和金屬的膜，其中鋁的元素含量是大于約 16%的量，且碳含量小于約50%。在一些實(shí)施方式中，所述金屬選自由鈦、鉭和鉿組成的群 組。在一或更多個(gè)實(shí)施方式中，鋁的元素含量是大于約20%的量。在一些實(shí)施方式中，碳的 元素含量是小于約30%的量。在一或更多個(gè)實(shí)施方式中，金屬與碳的元素含量比例小于約 50%〇
[0005] 本發(fā)明的第二方面涉及一種沉積膜的方法，所述方法包括：使基板表面暴露于金 屬鹵化物前驅(qū)物，所述金屬鹵化物前驅(qū)物包括金屬鹵化物，以于所述基板表面處提供金屬 鹵化物；清除過(guò)剩的金屬鹵化物；使所述基板表面暴露于一或多種烷基鋁前驅(qū)物，所述一 或多種烷基錯(cuò)前驅(qū)物包括以下物質(zhì)的一或多種：三甲基錯(cuò)（trimethyl aluminum)、三乙基 錯(cuò)（triethyl aluminum)、氫化二甲基錯(cuò)（dimethyaluminum hydride ;DMAH)、二乙基氫化 錯(cuò)（diethylhydridoaluminum)、甲基二氫化錯(cuò)（methyldihydroaluminum)以及化學(xué)式是 [(CxHy) 3_aAlHa]n的氫化烷基鋁，其中X具有1至3的數(shù)值，y具有2x+2的數(shù)值，a具有1至 2的數(shù)值，以及η具有1至4的數(shù)值。在一些實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括使所述基板 表面暴露于胺-錯(cuò)燒（amine-alane)和穩(wěn)定化胺，以提供包括金屬錯(cuò)合金的N-金屬膜。在 一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述基板表面具有約200°C或300°C至約400°C的溫度。
[0006] 在一些實(shí)施方式中，在暴露于鋁烷前驅(qū)物之前進(jìn)行暴露于所述烷基鋁前驅(qū)物。在 一或多個(gè)實(shí)施方式中，在暴露于所述鋁烷前驅(qū)物之后進(jìn)行暴露于所述烷基鋁前驅(qū)物。在一 些實(shí)施方式中，所述穩(wěn)定化胺選自二甲基環(huán)己胺（dimethylcyclohexylamine)和二環(huán)甲基 己胺（dicyclomethylhexylamine)。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述金屬選自鈦、鉭和鉿中的 一或多種。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，所述金屬鹵化物選自選自由TiCl4、TaCl5、和HfClji成的群 組的金屬鹵化物。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述基板表面暴露于所述烷基鋁與所述基板表 面暴露于所述鋁烷前驅(qū)物至少部分重疊。
[0008] 所述方法可包括其他步驟。在一些實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括清除所述鋁 烷前驅(qū)物。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括使所述基板表面暴露于胺，其中在 所述基板表面暴露于所述烷基鋁和/或所述鋁烷前驅(qū)物時(shí)所述基板表面暴露于所述胺。在 一些實(shí)施方式中，用合金劑浸泡所述N-金屬膜，其中所述合金劑包括SiH 4、GeH4、三甲基鎵 (trimethylgallium)和B2H 6中的一或多種。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括 在所述基板暴露于所述第三前驅(qū)物期間，使所述基板表面暴露于第四前驅(qū)物，所述第四前 驅(qū)物包括二甲基乙基胺、二甲基環(huán)己胺或吡咯烷鋁烷（pyrrolidine alane)中的一或多種。
[0009] 在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述N-金屬膜含有少于20%的碳。在一些實(shí)施方式中， 所述前驅(qū)物是蒸汽前驅(qū)物。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，所述方法是通過(guò)CVD或ALD執(zhí)行的。
[0010] 本發(fā)明的另一方面涉及一種通過(guò)上述方法中任一方法制得的膜。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 在描述本發(fā)明的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施方式之前，應(yīng)了解本發(fā)明并不限于以下描述中所 闡述的架構(gòu)或工藝步驟的細(xì)節(jié)。本發(fā)明也可以有其他的實(shí)施方式，且能以各種方式來(lái)實(shí)施 或執(zhí)行。
[0012] 在本文中所使用的"基板"是指任何基板或形成在基板上的材料表面，在制造工藝 期間，于所述基板或材料表面上執(zhí)行膜處理。舉例而言，根據(jù)應(yīng)用，在其上能進(jìn)行處理的基 板表面包括諸如硅、氧化硅、應(yīng)變硅、絕緣體上硅（SOI)、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、摻雜硅、 鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石之類的材料以及任何其他材料，比如金屬、金屬氮化物、金屬合金 以及其他傳導(dǎo)性材料?；灏ǘ幌抻诎雽?dǎo)體晶片?；蹇杀┞队陬A(yù)處理工藝，以拋光、 蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板表面本身上的膜處理 之外，在本發(fā)明中，所揭露的任何膜處理步驟也可于形成在基板上的下層上進(jìn)行，如下文更 加詳細(xì)揭示的，且術(shù)語(yǔ)"基板表面"旨在包括上下文所指的這類下層。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，提供關(guān)于適合作為N-金屬膜的鋁金屬合金的沉積 的方法。在一或多個(gè)實(shí)施方式中，這些膜包括鋁、碳和另一金屬。在一或多個(gè)實(shí)施方式中， 本文所提供的膜含有大于約16%的元素含量的鋁含量，這在以前從未達(dá)成過(guò)。在一些實(shí)施 方式中，本文所述的膜為高度保形地沉積而成。此外，本文所述的膜的實(shí)施方式以能調(diào)的金 屬與鋁含量為特征，因此能控制所沉積的膜的性質(zhì)。
[0014] 一般而言，方法的實(shí)施方式描述了將金屬鹵化物引至基板表面、清除所述金屬鹵 化物、引入具有穩(wěn)定化胺的鋁烷源化學(xué)物以及將烷基鋁或氫化烷基鋁引入至腔室。烷基鋁 前驅(qū)物的引入可在具有穩(wěn)定化胺的胺-鋁烷的引入之前、期間或之后進(jìn)行。視情況，可在基 板暴露于鋁烷和/或烷基鋁前驅(qū)物之后進(jìn)行清除。
[0015] 因此，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種包括鋁、碳及金屬的膜，其中鋁的元素含量是大 于約16%的量。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述膜包括元素含量大于18%、20%、25%、30% 或40%的錯(cuò)。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述膜包括元素含量小于約50%的錯(cuò)。如上所述， 在包含鋁、碳和另一金屬的膜中還未達(dá)到這種高濃度的鋁含量。
[0016] 先前已知的類似膜無(wú)法達(dá)到這么高濃度的鋁。雖然不想被任何特定理論所限，但 在使用金屬鹵化物（例如TiCljP TaCl5)和烷基鋁前驅(qū)物（例如三甲基鋁或三乙基鋁）的 方法中，認(rèn)為鹵化物配位基與鋁原子反應(yīng)而產(chǎn)生包括鋁且由一或多個(gè)鹵化物原子替換烷基 鏈的組成部分（moiety)。因?yàn)檫@是不穩(wěn)定產(chǎn)物，故此循環(huán)產(chǎn)生了大部分烷基端接的金屬表 面?？赡苡信c后續(xù)循環(huán)發(fā)生的表面反應(yīng)，比如在金屬鹵化物暴露于烷基端接的金屬表面時(shí) 烷基基團(tuán)與鹵化物互換，但并無(wú)凈生長(zhǎng)反應(yīng)發(fā)生，因而限制了鋁含量。
[0017] 因此，通過(guò)添加鋁烷前驅(qū)物（例如鋁烷胺），認(rèn)為烷基-金屬終端能變?yōu)闅浠?物-金屬終端。鋁烷會(huì)經(jīng)歷CVD工藝，然后進(jìn)行表面轉(zhuǎn)變。一旦有富含鋁的表面，鈦即可在 后續(xù)循環(huán)上沉積。在一