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    • 专利摘要:
    所提供的是用於在基板上沉積N型金屬的方法。部分方法包含以下步驟：提供TaM或TiM層之起始層於基板上，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；以及使具有該TaM或TiM層之基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層。
    公开号:TW201306130A
    申请号:TW101120287
    申请日:2012-06-06
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Seshadri Ganguli；Xinliang Lu；Atif Noori；Maitreyee Mahajani；Shih-Chung Chen；Mei Chang
    申请人:Applied Materials Inc；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    具有起始層之N型金屬薄膜沉積
    本發明大體而言係關於用於在半導體元件中形成金屬閘極的方法。更特定言之，所揭露之方法係關於一種用於在閘極絕緣基板上沉積N型金屬薄膜(例如TaCx或TaSix)的方法。
    積體電路技術係繼續快速在進步，其中許多電路技術都是使用半導體製程來實施。有多種導電金屬都可用於在半導體積體電路的閘極中實施層體。
    如該領域中所習知，在MOSFETs中主要係已使用氧化矽薄膜作為閘極絕緣薄膜的材料，並且已使用多晶矽薄膜來作為閘極材料。然而，隨著半導體元件的集成程度變得更高，就需要減少閘極的線寬與閘極絕緣薄膜的厚度。在使用氧化矽薄膜作為閘極絕緣薄膜材料的情形中，若閘極絕緣薄膜的厚度過薄，絕緣特性就會不穩定，因為直接穿隧通過閘極絕緣薄膜所致的洩漏電流會變更大。近年來，已經嘗試使用高介電常數材料(具有比氧化矽薄膜相對較高的介電常數)來作為閘極絕緣薄膜的材料。同時，為了使多晶矽閘極消耗效應最小化，已經嘗試使用金屬閘極來取代多晶矽閘極。
    然而，N型金屬薄膜(例如TaCx或TaSix)無法輕易地直接沉積在數種用於閘極絕緣層的基板(包含HfO2或TiN)上。在本發明之前，TaSix在任何基板上之沉積需要非常長的潛伏期來起始N型金屬的沉積；甚至在得到TaSix薄膜之後，基板在紋理上仍大致粗糙。
    因此，需要提供可在閘極絕緣基板上沉積適當的N型金屬薄膜的方法。
    所提供的是用於在基板上沉積N型金屬的方法。本發明之第一態樣係關於一種用於在基板表面上形成金屬層的方法。該方法包含以下步驟：於基板上提供TaM或TiM層之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；以及使具有該TaM或TiM層之基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層。
    此態樣之變化例包含選擇特定還原劑。在一或多個實施例中，該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。在一或多個實施例中，該方法進一步包含在該經處理起始層上沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。在一或多個實施例中，其中x的數值係具有約2.5至約0.1之範圍。在其他實施例中，該起始層或金屬層包含鋁摻質；在更進一步的實施例中，該金屬層包含摻有鋁之TaSix。在一或多個實施例中，該起始層包含TaAlC。與TaAlC相關的實施例可包含該TaAlC起始層，該TaAlC起始層係以TaCl5與三乙基鋁前驅物經由原子層沉積程序所沉積。在特定實施例中，其中該金屬層包含TaSix或TaCx。在一或多個實施例中，該基板包含氧化物、TiN、或TaN表面。在某些實施例中，該金屬層的層厚係小於約50埃。
    本發明之第二態樣亦係關於一種沉積金屬層的方法。該方法包含以下步驟：在基板上沉積一TaM或TiM之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；使具有該TaM或TiM層之基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層；以及在該經處理起始層上沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。可使用與第一態樣相同的變化例。因此，舉例而言，該起始層包含摻有鋁之TaSix或TaAlC。在另一實施例中，該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。在又一實施例中，該金屬層包含摻有鋁之TaSix。在一或多個實施例中，x的數值係具有約0.1至約2.5之範圍。
    本發明之第三態樣亦係關於一種用於在基板表面上形成金屬層的方法。該方法包含以下步驟：使基板暴露於第一反應氣體，該第一反應氣體包含TaCl5；使該基板暴露於包含三乙基鋁之第二反應氣體，以於原子層沉積程序中在該基板上形成TaAlC層；使具有該TaAlC層之該基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層；沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。同樣的，可使用任何的前述變化例。因此，舉例而言，在一實施例中，該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。在第二實施例中，起始層或金屬層包含鋁摻質。在第三實施例中，x的數值係具有約0.1至約2.5之範圍。
    在描述本發明的數個示例性實施例之前，應了解本發明並不限於下述說明中所提出的建構細節或處理步驟。本發明也可有其他實施例，且本發明可以各種方式來執行或實施。
    當在本說明書中指出「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」時，係意謂與該實施例相關描述的特定特徵、結構、材料或特性係包含於本發明的至少一個實施例中。因此，在本說明書中，例如「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」等用語的出現並不一定是指本發明的同一實施例。此外，特定特徵、結構、材料，或特性係可以任何適當方式而組合於一或多個實施例中。
    本發明之實施例係關於用於在基板上沉積金屬層的方法。本文所特地描述的某些實施例係關於起始層之沉積以促進金屬層之沉積。此外，本發明之某些實施例係關於TaSix的沉積。
    在本文中，所使用之「起始層」係與「成核層」、「觸媒層」同義。該等用語係用以描述在沉積所需要的N型金屬層(例如TaSix)之前就先沉積，以輔助所需要的N型金屬層之沉積的沉積層。不希望受特定理論所限定，根據一或多個實施例，起始層或成核層係催化促進了N型金屬層的成長(此成長在先前缺少起始層或成核層時是不可行的)。
    在本文中，所使用之「浸泡(soak或soaking)」是指一種程序，在該程序中物質係暴露於反應氣體，且該氣體係與表面反應、但不沉積層體。在一或多個實施例中，反應氣體包含還原劑。在一或多個實施例中，反應氣體可包含其他氣體，例如稀釋劑及/或惰性氣體；如此係有利於在腔室中達成所需分壓。此浸泡程序的非限制實例為使矽烷(SiH4)流至包含TiN薄膜的基板表面上。矽可被加至薄膜以形成TiSiN。所增加的Si量係與晶圓的溫度、浸泡的時間，以及反應氣體的分壓有關。
    已驚訝發現某些表面處理可大幅增加N型金屬薄膜的沉積效果與效率。在特定實施例中，已發現以TaAlC作為起始層係可大幅增進TaSix的沉積。此外，已發現到利用還原劑來浸泡基板表面(無論有無起始層)會產生平滑許多之表面；在使用高溫來沉積TaSix時，此舉是特別有用的。
    正常而言，要在基板上直接沉積TaSix需要非常長的潛伏期，且要在基板上直接沉積TaSix會產生粗糙的沉積表面。舉例而言，第1A圖與第1B圖圖示了利用TaF5與SiH4前驅物直接沉積在基板上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像。如圖所示，所產生的TaSix是非常粗糙的，該所產生的TaSix係不利於集成。相反的，第2A圖與第2B圖圖示利用TaF5與SiH4作為前驅物而沉積在TaAlC成核層上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像；該等影像顯示出一個平滑許多的外觀。因此，TaAlC與下述之相關化合物係作用為起始/成核層而催化了鉭與鈦化合物的沉積。
    因此，本發明之其一態樣係關於一種用於在基板表面上形成金屬層的方法，該方法包含以下步驟：於基板上提供TaM或TiM層之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；以及使具有該TaM或TiM層之基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層。
    在本文中，「貴金屬」是指釕、銠、鈀、銀、鋨、銥、鉑與金。此程序也可包含依序重複原子層沉積程序與處理程序。
    該方法係視情況而包含以下步驟：在該經處理起始層上沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。在一或多個實施例中，該起始層或金屬層包含鋁摻質。例如，該金屬層可包含摻有鋁之TaSix。摻雜鋁可減降低薄膜的工作函數。
    因此，本發明之另一態樣係關於一種金屬層的沉積方法，該方法包含以下步驟：在基板上沉積一TaM或TiM之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；使具有該TaM或TiM層之基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層；以及在該經處理起始層上沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。
    本文所述方法可有許多變化例。舉例而言，在所沉積的金屬層中，「x」的數值係與兩種因子有關。第一個因子是工作函數。工作函數是從固體中將電子移除至固體表面外的一點所需要的最小能量(或是將電子從費米能階移動至真空所需的能量)(一般係以電子伏特為量測單位)。一般而言，n型材料的工作函數之數值需低於或等於4。N型金屬的工作函數一般係低於4.5 eV，該數值係根據閘極通道的摻雜而改變。第二個因子是薄膜電阻率。一般而言，x的數值係介於約0.1至約2.5的範圍內。
    還原劑可為該領域中所習知的任何適當還原劑。實例包括、但不限於：包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者之還原劑。
    在特定實施例中，起始層包含TaAlC。TaAlC係利用TaCl5與TEA作為前驅物、以原子層沉積程序沉積而成。在本發明之另一實施例中，基板包含了氧化物、TiN或TaN表面。在又一實施例中，金屬層係包含TaSix或TaCx。TaSix係可利用自TaCl5、TaF5、SiH4、Si2H6與上述物質之組合中所選出的前驅物而於原子層沉積中沉積而成。TaCx也可經由原子層沉積、使用TaCl5與碳源作為前驅物沉積而成。碳源氣體可具有雙鍵或三鍵中至少其一，且碳源氣體可介於C1至C6的範圍。適合TaCx沉積的碳源氣體的其中一個實例是乙烯。
    因此，本發明之另一態樣係關於一種用於在基板表面上形成金屬層的方法，該方法包含以下步驟：使基板暴露於第一反應氣體，該第一反應氣體包含TaCl5；使該基板暴露於第二反應氣體，該第二反應氣體包含三乙基鋁，以於原子層沉積程序期間在基板上形成TaAlC層；使具有該TaAlC層之該基板暴露於處理程序，該處理程序包含以還原劑浸泡該基板的該表面，以提供經處理起始層；以及沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。先前所述的相同變化例亦可用於此程序。因此，舉例而言，該還原劑可包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。在一或多個實施例中，起始層或金屬層包含鋁摻質，或是x的數值係具有約0.1至約2.5之範圍。
    沉積在起始層上的金屬層在厚度上係可加以變化。商業上需求通常是需要約為50埃或更薄的金屬層(可有約5埃之誤差餘裕)。因此，在一實施例中，金屬層係小於約50埃，此舉在溝槽中的填充材料與工作函數材料不同的情況下係特別為真。然而，因為有特定N型金屬(例如TaSix)，電阻率會足夠低而使得整個溝槽都僅填有一種金屬。因此在另一實施例中，當僅使用TaSix時，金屬層會比50埃更厚。
    此外，需要非常高的控制等級來監測沉積厚度達5埃以內。要在基板上直接進行TaSix之沉積所需的長潛伏期係使得控制沉積厚度非常困難。然而，由於有起始層，即可獲得沉積厚度的控制。因此，以起始層來進行沉積可產生優越的結果。
    本發明之另一態樣係關於一種用於沉積金屬層的方法，該方法包含以下步驟：於基板上沉積TaM或TiM層之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。同樣的，x的數值可具有約0.1至約2.5之範圍。在特定實施例中，該起始層包含TaAlC。在另一實施例中，該程序更包含以SiH4浸泡該基板的表面。在又一實施例中，該金屬層包含TaSix，該金屬層係可使用選自由TaCl5、TaF5、SiH4、Si2H6與上述物質之組合所組成之群組的前驅物來進行沉積。正如先前所述，基板可包含氧化物、TiN、或TaN表面。金屬層可具有任何適合所需終端使用的厚度。適當厚度的實例包含小於約100埃，或小於約50埃之厚度。
    或者是，該程序基本上是由沉積金屬層所組成，該方法包含以下步驟：在基板上沉積TaM或TiM之起始層，其中M是選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺與上述物質之組合；沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。
    有數種沉積TaAlC層的方式。舉例而言，TaAlC可利用TaCl5與三乙基鋁(TEA)前驅物、經由原子層沉積而加以沉積。因此，本發明之另一態樣係關於一種用於在基板表面上形成金屬層的方法，該方法包含以下步驟：使基板暴露於第一反應氣體，該第一反應氣體具有化學式TaCl5，並且使該基板暴露於包含三乙基鋁之第二反應氣體，以於原子層沉積程序中在該基板上形成TaAlC層；使具有該TaAlC層之該基板暴露於處理程序，以移除至少部分的未反應之第一與第二反應氣體；沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。該基板可依序或同時暴露於兩種前驅物氣體。如先前所述，本方法可進一步包含以SiH4浸泡該基板，且該基板可包含氧化物、TiN或TaN表面。金屬層化合物中x的數值可具有約0.1至約2.5之範圍。同樣的，金屬層可小於約50埃。此外，當金屬層包含TaSix時，可利用選自TaCl5、TaF5、SiH4、Si2H6與上述物質之組合所組成之群組的前驅物來進行沉積。
    或者是，此程序基本上由下列步驟所組成：使基板暴露至具有化學式為TaCl5之第一反應氣體以及三乙基鋁之第二反應氣體，以於原子層沉積程序中在基板上形成TaAlC層；使具有TaAlC層之基板暴露至處理程序，以移除至少部分的未反應之第一與第二反應氣體；沉積金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的金屬合金。
    任何的沉積層係可利用原子層沉積、化學氣相沉積、電漿氣相沉積，以及電漿增強之原子層沉積來形成。可依據具體情況來選擇特定方法，而該特定方法皆為該領域中具通常技術之人士所熟知。
    舉例而言，在某些實施例中，係於電漿增強之原子層沉積(PEALD)程序中形成一或多層。在某些程序中，使用電漿係提供了充足的能量來促使物種達到激發態，使表面反應變得更為容易及可能。可以連續式或脈衝式將電漿導入程序中。在某些實施例中，係使用前驅物(或反應氣體)與電漿之依序脈衝來處理層體。在某些實施例中，反應物可被局部地(亦即在處理區內)或遠端地(亦即在處理區外部)離子化。在某些實施例中，可在沉積腔室的上游處進行遠端離子化，使得離子或是其他激能或發光物種不直接接觸沉積薄膜。在某些PEALD程序中，電漿係於處理腔室外部產生，例如藉由遠端電漿產生器系統而產生。可經由該領域技術人士所知的任何適當的電漿產生程序或技術來產生電漿。舉例而言，可藉由微波(MW)頻率產生器或射頻(RF)產生器中的一或多者來產生電漿。可依據所使用的特定反應物種來調整電漿的頻率，適合的頻率包含、但不限於：2 MHz、13.56 MHz、40 MHz、60 MHz以及100 MHz。在本文中，雖然在沉積程序期間使用電漿，但應注意亦可不需要電漿。的確，其他實施例係關於在非常適度條件下、無電漿之沉積程序。
    根據一或多個實施例，基板是在形成層體之前及/或之後進行處理。此處理可在相同腔室中執行，或此處理是在一或多個分離的處理腔室中執行。在某些實施例中，基板是從第一腔室移動至分離的第二腔室以進行進一步處理。基板係可直接從第一腔室移動至分離的處理腔室，或是基板也可從第一腔室移動至一或多個傳送腔室、然後基板再移動至所需的分離處理腔室。因此，處理設備可包含與傳送站連通的多個腔室。此類型之設備可稱之為「叢集工具」或「叢集系統」等。
    一般而言，叢集工具係模組化系統，該模組化系統包含執行各種功能的多個腔室，該各種功能包含了基板中心定位與定向、除氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一或多個實施例，叢集工具包含至少一第一腔室與中央傳送腔室。中央傳送腔室可圍繞一自動機器，該自動機器可將基板往返運送於處理腔室與負載鎖定腔室之間。傳送腔室一般係保持為真空條件，並且傳送腔室提供中間階段以於腔室與另一腔室之間，及/或腔室至位於叢集工具前端的負載鎖定腔室之間往返運送基板。可適用於本發明的兩種習知的叢集工具係Centura®與Endura®，該兩種習知的叢集工具皆由加州聖塔克萊之應用材料公司所販售提供。此類分段式真空基板處理設備係揭露於Tepman等人於1993年2月16日所獲准之美國專利第5,186,718號(名稱為「分段式真空晶圓處理設備與方法(Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method)」)中。然而，腔室的精確配置與組合係可基於執行本文所述之程序的具體步驟而加以調整。可使用的其他處理腔室包含、但不限於：循環式層體沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清潔、化學清潔、熱處理(例如RTP)、電漿氮化、除氣、定向、氫氧化、以及其他基板處理程序。藉由在叢集工具上的腔室中進行處理程序，即可在沉積後續薄膜之前避免大氣中雜質造成基板表面污染而無須氧化。
    根據一或多個實施例，在從一腔室移動至下一個腔室時，基板係連續地在真空或「負載鎖定」條件下，且基板不暴露於周圍空氣。傳送腔室係因而處於真空下，且傳送腔室在真空壓力下進行排空(pumped down)。在處理腔室或傳送腔室中可存在惰性氣體。在某些實施例中，係使用惰性氣體作為清潔氣體，以在基板表面上形成矽層之後移除部分或全部的反應物。根據一或多個實施例，清潔氣體係於沉積腔室的出口處注入，以避免反應物從沉積腔室移動至傳送腔室及/或其他處理腔室。因此，惰性氣體地流動係於腔室出口處形成風幕(curtain)。
    基板可在單一基板沉積腔室中進行處理，在該處單一基板係受負載、處理以及在處理另一個基板之前卸除負載。基板也可以連續方式加以處理，例如輸送器係統，其中多個基板係被個別地負載至腔室的第一部分中、移動通過腔室，並自腔室的第二部分卸除負載。腔室的形狀與相關輸送器系統係可形成直線路徑或曲線路徑。此外，處理腔室可為旋轉料架，其中可有多個基板沿著中心軸而移動並且可有多個基板於旋轉料架路徑中暴露至沉積、蝕刻、退火、清潔等程序。因此，在與浸泡還原劑有關的實施例中，有利的是可在浸泡時於同一腔室中進行一或多次薄膜沉積。或者是，沉積與浸泡可實施於不同腔室中而不破真空。在其他實施例中，沉積與浸泡係可於不同腔室中進行。
    在處理期間，基板可經加熱或冷卻。此類加熱或冷卻係可藉由任何適當方式來完成，包含、但不限於：改變基板支座的溫度，以及使加熱或冷卻氣體流至基板表面。在某些實施例中，基板支座包含加熱器/冷卻器，該加熱器/冷卻器係可受控制以傳導方式改變基板溫度。在一或多個實施例中，所使用之氣體(無論是反應氣體或惰性氣體)可經加熱或冷卻，以局部改變基板溫度。在某些實施例中，加熱器/冷卻器係置放在腔室內與基板表面相鄰處，以利用對流方式改變基板溫度。
    在處理期間，基板也可為靜止或旋轉。旋轉基板係可連續地，或以分離的步驟旋轉。舉例而言，基板可在整個程序期間旋轉，或是基板也可在暴露至不同的反應或清潔氣體之間小量旋轉。在處理期間旋轉基板(無論是連續式或步驟式)係可藉由使例如氣流幾何中的局部變動性效應降至最低而助於產生更均勻的沉積或蝕刻。 實例 實例1(比較例)
    利用TaF5與SiH4作為前驅物、在基板上直接沉積TaSix。第1A圖與第1B圖分別圖示了所產生的TaSix沉積層的掃描式電子顯微鏡影像中之上視影像與截面影像，表面明顯為粗糙，且表面在本質上並不均勻。 實例2
    在原子層沉積程序中利用TaF5與SiH4作為前驅物而在基板上直接沉積TaSix。在以矽烷浸泡基板之後，接著使用相同的前驅物來沉積TaSix。第2A圖與第2B圖為所產生之薄膜的掃描式電子顯微鏡影像，第2A圖與第2B圖分別圖示上視影像與截面影像。薄膜顯現了更平滑且均勻的外觀。第3圖為沉積之TaSix厚度與沉積循環次數間關係的表示圖表。該圖表顯示經SiH4浸泡(深三角形標記)與不經SiH4浸泡(淡方形標記)的TaSix之厚度。經矽烷浸泡之表面顯現了比無矽烷浸泡者更快速、更大的沉積厚度。 實例3
    TaSix係利用TaAlC成核層而沉積在基板上。TaSix係於原子層沉積程序中利用TaF5與SiH4作為前驅物而加以沉積。沉積係於250°下進行。第4圖是展示TaSix厚度與沉積循環間之關係的圖表，該沉積循環係於250°下實施。薄膜電阻率約為250-300 μohm-cm。 實例4
    TaSix係利用TaAlC成核層而沉積在基板上。TaSix係於原子層沉積程序中利用TaF5與SiH4作為前驅物而加以沉積。沉積係於300°下進行。第5圖是展示TaSix厚度與沉積循環間之關係的圖表，該沉積循環係於300℃下實施。薄膜電阻率約為250-300 μohm-cm。 實例5(比較例)
    TaSix係直接沉積在氧化物基板上，未沉積起始層。TaSix係於原子層沉積程序中利用TaCl5與SiH4作為前驅物而加以沉積。第6圖為展示TaSix沉積厚度與在400℃下進行之沉積循環間之關係的圖表。 實例6
    TaSix係沉積在一次沉積循環之TaAlC成核層上。TaSix係於原子層沉積程序中利用TaCl5與SiH4作為前驅物形成。第7圖為展示在攝氏400度下之沉積循環與TaSix厚度之間的關係圖表。 實例7
    TaSix係沉積在五次沉積循環之TaAlC成核層上。第8圖為展示在攝氏400度下、沉積循環與TaSix厚度之間的關係圖表。TaSix係利用TaCl5與SiH4作為前驅物而形成。
    TaAlC可作用為成核層，即使是在如第6圖至第8圖所說明之一次沉積循環下。第6圖圖示利用TaCl4與SiH4前驅物在400℃下進行之TaSix沉積。第7圖圖示相同情形、但是TaSix是沉積在一次沉積循環之TaAlC上。第6圖所示之長潛伏期係可藉由僅一層TaAlC而大量減少。同樣的，第8圖圖示在五次沉積循環之TaAlC上沉積之TaSix；第8圖之數值與速率非常類似於第7圖，顯示即使是只有一次循環的TaAlC起始層，對於減少潛伏期及增加TaSix沉積速率而言都非常有效果。 實例8
    TaSix係利用TaAlC成核層而沉積在基板上，第9A圖至第9D圖圖示結果之掃瞄式電子顯微鏡影像。第9A圖與第9B圖圖示在350℃下利用TaAlC成核層沉積在HfO2基板上之所沉積的25次循環之TaSix。第9C圖與第9D圖圖示在400℃下利用TaAlC成核層沉積在SiO2基板上之所沉積的25次循環之TaSix。
    TaSix係利用TaAlC成核層而沉積至基板上，第10A圖至第10D圖圖示結果之掃瞄式電子顯微鏡影像。第10A圖與第10B圖圖示在450℃下利用TaAlC成核層沉積在HfO2基板上之所沉積的25次循環之TaSix。第10C圖與第10D圖圖示在500℃下利用TaAlC成核層沉積在HfO2基板上之所沉積的25次循環之TaSix。 實例9
    可量測沉積速率對溫度之關係。TaSix係利用TaCl5與SiH4作為前驅物而加以沉積。第11圖為在攝氏450度下利用TaCl5與SiH4作為前驅物而沉積在TaAlC成核層上之TaSix的厚度與沉積循環關係圖。第12圖為在攝氏500度下利用TaCl5與SiH4作為前驅物而沉積在TaAlC成核層上之TaSix的厚度與沉積循環關係圖。
    沉積速率係隨著溫度而增加，如第11圖至第12圖所示。在所有情況下，係利用TaCl5與SiH4前驅物而在TaAlC起始層上沉積TaSix。第11圖至第12圖分別圖示在350℃與450℃下之TaSix的沉積速率。在350℃下之TaSix沉積仍顯現輕微潛伏時間；然而沉積速率在高於該兩個溫度時會增加。第11圖中的趨勢線的線性速率為3.5，而在第12圖中的趨勢線的線性速率為4.7。如此顯示了速率係大幅增加。
    雖然本發明係已參照特定實施例而加以描述，但應了解該等實施例僅為說明本發明之原理與應用，該領域技術人士可知可對本發明之方法與裝置進行諸般修飾與變化而不背離本發明之精神與範疇。因此，本發明意欲涵蓋在如附申請專利範圍與該如附申請專利範圍之等效例的範疇內之修飾例與變化例。
    為能詳細了解本發明之上述記載特徵，上述簡要記載之本發明的更為特定之說明係參照實施例而行，其中某些實施例係圖示於如附圖式中。需注意，如附圖式僅用以圖示本發明的典型實施例，因此不應被視為發明範疇的限制，因為本發明也可允許其他的等效實施例。
    第1A圖與第1B圖(先前技術)圖示利用TaF5與SiH4前驅物直接沉積在基板上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像。
    第2A圖與第2B圖圖示利用TaF5與SiH4前驅物而沉積在TaAlC成核層上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像。
    第3圖為沉積之TaSix厚度與沉積循環次數間關係的表示圖表。該圖表顯示浸泡SiH4(三角形標記)與不浸泡SiH4(方形標記)的TaSix之厚度。
    第4圖為圖示TaSix厚度與沉積循環間之關係的圖表，該沉積循環係使用TaAlC作為成核層而於攝氏250度下實施。TaSix係使用TaF5與SiH4作為前驅物。
    第5圖為圖示TaSix厚度與沉積循環間之關係的圖表，該沉積循環係使用TaAlC作為成核層而於攝氏300度下實施。TaSix係使用TaF5與SiH4作為前驅物。
    第6圖(先前技術)為圖示TaSix沉積厚度與沉積循環間之關係的圖表，其中該TaSix係直接沉積在氧化物基板上，且該沉積循環係於攝氏400度下實施。TaSix係使用TaCl5與SiH4作為前驅物。
    第7圖為圖示在攝氏400度下、沉積循環與TaSix厚度之間的關係圖表。該TaSix係沉積在一次沉積循環之TaAlC成核層上。TaSix係使用TaCl5與SiH4作為前驅物而形成。
    第8圖為圖示在攝氏400度下、沉積循環與TaSix厚度之間的關係圖表。該TaSix係沉積在五次沉積循環之TaAlC成核層上。TaSix係使用TaCl5與SiH4作為前驅物而形成。
    第9A圖至第9D圖圖示利用TaAlC成核層而沉積在基板上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像。第9A圖與第9B圖圖示在攝氏350度下利用TaAlC成核層而沉積在HfO2基板上的25次循環之TaSix。第9C圖與第9D圖圖示在攝氏400度下利用TaAlC成核層而沉積在SiO2基板上的25次循環之TaSix。
    第10A圖至第10D圖圖示利用TaAlC成核層而沉積在基板上的TaSix的掃描電子顯微鏡影像。第10A圖與第10B圖圖示在攝氏450度下利用TaAlC成核層而沉積在HfO2基板上的25次循環之TaSix。第10C圖與第10D圖圖示在攝氏500度下利用TaAlC成核層而沉積在HfO2基板上的25次循環之TaSix。
    第11圖為在攝氏450度下利用TaCl5與SiH4作為前驅物而沉積在TaAlC成核層上之TaSix的厚度與沉積循環關係圖。
    第12圖為在攝氏500度下利用TaCl5與SiH4作為前驅物而沉積在TaAlC成核層上之TaSix的厚度與沉積循環關係圖。
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種用於在一基板表面上形成一金屬層之方法，該方法包含以下步驟：於一基板上提供TaM或TiM層之一起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺、及上述物質之組合；以及使具有該TaM或TiM層之該基板暴露於一處理程序，該處理程序包含以一還原劑浸泡該基板的該表面，以提供一經處理起始層。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含以下步驟：在該經處理起始層上沉積一金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的一金屬合金。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該起始層或金屬層包含鋁摻質。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該金屬層包含摻有鋁之TaSix。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該起始層包含TaAlC。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該TaAlC起始層係以TaCl5與三乙基鋁前驅物經由一原子層沉積程序所沉積。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板包含一氧化物、TiN，或TaN表面。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中x的數值係具有約2.5至約0.1之一範圍。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層的層厚係小於約50埃。
    [11] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層包含TaSix或TaCx。
    [12] 一種用於沉積一金屬層的方法，該方法包含以下步驟：在一基板上沉積一TaM或TiM之起始層，其中M係選自鋁、碳、貴金屬、鎵、矽、鍺，及上述物質之組合；使具有該TaM或TiM層之該基板暴露於一處理程序，該處理程序包含以一還原劑浸泡該基板的該表面，以提供一經處理起始層；及在該經處理起始層上沉積一金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的一金屬合金。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該起始層包含摻有鋁之TaSix或TaAlC。
    [14] 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。
    [15] 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該金屬層包含摻有鋁之TaSix。
    [16] 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中x的數值係具有約2.5至約0.1之一範圍。
    [17] 一種用於在一基板表面上形成一金屬層之方法，該方法包含以下步驟：使一基板暴露於一第一反應氣體，該第一反應氣體包含TaCl5；使該基板暴露於包含三乙基鋁之一第二反應氣體，以於一原子層沉積程序中在該基板上形成一TaAlC層；使具有該TaAlC層之該基板暴露於一處理程序，該處理程序包含以一還原劑浸泡該基板的該表面，以提供一經處理起始層；沉積一金屬層，其中該金屬層包含選自由TaSix、TiSix、TaGex、TiGex與TaCx所組成之群組的一金屬合金。
    [18] 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該還原劑包含SiH4、B2H6、烷基錫、烷基鋅與三氫化鋁中的一或多者。
    [19] 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該起始層或金屬層包含鋁摻質。
    [20] 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中x的數值係具有約2.5至約0.1之一範圍。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    TWI508176B|2015-11-11|
    WO2013103379A2|2013-07-11|
    US20120322250A1|2012-12-20|
    WO2013103379A3|2013-09-19|
    US8895443B2|2014-11-25|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US5055246A|1991-01-22|1991-10-08|L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude|Method of forming high purity metal silicides targets for sputtering|
    US7405158B2|2000-06-28|2008-07-29|Applied Materials, Inc.|Methods for depositing tungsten layers employing atomic layer deposition techniques|
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    优先权:
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