形成氮化钛层的方法技术

使用原子层沉积（ＡＬＤ）形成导电性氮化钛层会产生用于多种电子装置中的可靠结构。通过使用例如ＴＤＥＡＴ等含有钛的前体化学品，随后使用氨与一氧化碳的混合物或单独使用一氧化碳，借助原子层沉积将氮化钛沉积到衬底表面上，并进行重复以形成连续沉积的ＴｉＮ结构，而形成所述结构。此ＴｉＮ层可用作例如铝或铜等另一导体下方的扩散势垒，或用作铝导体上方的电迁移阻止层。ＡＬＤ沉积的ＴｉＮ层具有低电阻率、平滑拓扑、高沉积速率和优良的阶梯覆盖以及电气连续性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低电阻氮化钛膜主张优先权特此主张2005年7月20日申请的第11/185,423号美国专利申请案的优先权权益， 所述申请案以引用的方式并入本文中。
本申请案大体上涉及半导体装置和装置制造，且更明确地说涉及导电层及其制造方法。
技术介绍
半导体装置产业受市场驱策而需要减小例如晶体管、电容器和导电互连等装置的尺 寸。较小的晶体管会改进操作速度和时钟速率，且降低备用和操作模式中的功率要求。 较小的装置还需要较薄的介电层、较薄的扩散层和较薄的导电互连层。较薄的导体层在 薄导体线横越较陡的接触阶梯或边缘时可导致称为阶梯覆盖的问题。这些阶梯或边缘正 变得越来越深且窄。接触边缘可能充分深于接触孔的直径，这种情形称为高纵横比接触 孔，其还可引起阶梯覆盖和接触填充问题。较薄的层还可能对不同材料混合或扩散到其 可能引起潜在可靠性问题的区域中较为敏感。越来越小且可靠的集成电路(IC)将很可 能用于例如处理器芯片、移动电话和存储器装置(例如，动态随机存取存储器(DRAM)) 等产品中。 一种改进导体可靠性的已知方法是在例如铝或铜等其它导体下方或上方使用 导电性氮化钛(TiN)层以便防止金属扩散到周围的绝缘体层中。借助化学气相沉积 (CVD)或物理气相沉积(PVD)方法(例如，溅镀)沉积TiN通常形成具有较差导电 性(通常以ohm-cm或nohm-cm为单位的电阻率来表达)(利用CVD)的层，或者形成 具有较差保形性(利用PVD)的层，从而导致不完全覆盖。
技术实现思路
本申请案解决上文提及的问题，且将通过阅读和学习以下说明书而了解所述问题。 可通过使用前体化学品借助原子层沉积(ALD)将钛沉积到衬底表面上以形成TiN 膜或某一其它氮化钕TiNx来形成所述结构，其中所述膜具有非常精确且可重复的厚度。 此过程可称为ALD循环。通过得知一个ALD循环的TiN膜厚度并视需要重复多次以形 成具有所要求的厚度的膜，来获得所需的最终厚度。与使用TDMAT (四(二甲氨基)钛)和氨通过例如化学气相沉积(CVD)等先前方法形成的氮化钛膜的6000 pohm-cm相比，通过ALD方法形成的氮化钛层可能非常具有 导电性(即，低电阻率)，例如600微欧姆-厘米(pohm-cm)。通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成具有第一厚度的氮化钛层的方法的一实施例 包含将衬底暴露于含有钛的至少一个前体，接着将衬底暴露于含有氮的至少一个反应物 和不含氮的至少一个反应物。反应物是应用于沉积循环中的初始前体之后的ALD前体 的术语，且仅用于帮助区分ALD反应中使用的材料。ALD的温度在约200'C到370°C的 范围内，且优选为约230。C。钛前体可以是四(二乙基氨)钛(TDEAT)，且所述前体可以 是具有55'C与115'C之间且优选为75'C的温度的流体。所述流体可通过具有50sccm到 150sccm的流量的惰性载气(优选为氦)而运输到ALD反应器。反应物可包含还原剂，且优选为氨(NH3)与一氧化碳(CO)的混合物，其典型比 率为约1份氨比7份一氧化碳。反应物还可循序地而非同时使用，或用于交替的ALD 循环中。ALD反应通常导致每ALD反应循环形成一TiN层，每循环的厚度通常约一埃。重 复循环以形成具有最终厚度的氮化钛膜。ALD反应可在每一前体或反应物流之间具有非反应性吹扫气体。 一般来说，前体与 反应物之间没有实质差异，且本文使用所述术语仅指示单一沉积循环中的使用次序。一 种通过原子层沉积(ALD)在衬底上形成氮化钛层的方法可包含将衬底暴露于至少一个 含有钛的前体化学品，将衬底暴露于非反应性吹扫气流，将衬底暴露于具有至少一个含 有氮的反应气体的混合物，将衬底暴露于第三非反应性吹扫气流，以及重复循环直到实 现所需的最终厚度为止。非反应性吹扫气流可在循环开始之前存在，或者可在循环期间 的任何时间存在。通过ALD工艺形成的氮化钛层可具有化学式TiNx，其中0.5〈X〈2.0，但优选X^。 与CVD和溅镀方法相比，所述TiN层具有低电阻率，且可小于800 p ohm-cm。所述TiN层即使在具有高纵横比的接触阶梯上也具有优良的阶梯覆盖，且可具有大于75%的阶梯覆盖。通过此方法提供的TiN层可与氮化钛层下方或氮化钛层上方的导电层(例如，铝) 一起使用。TiN层可用作扩散势垒用于电迁移控制，或提供可靠的并联电流路径。此类 TiN层可用于在电容性装置上形成导电板，或在例如存储器装置(比如，快闪存储器、 EEPROM)或其它电子装置的晶体管装置上形成导电信号线，所述其它电子装置包含 CMOS和双极晶体管、数字和模拟电路、薄膜晶体管和电荧发光显示器。从以下描述和所参考的附图中将了解这些和其它方面、实施例、优点及特征。附图说明图1说明用于制造形成为氮化钛层序列的氮化钛层的原子层沉积系统的实施例； 图2说明形成氮化钛层的方法的实施例的元素的流程图；图3说明具有通过原子层沉积而沉积在多晶硅栅极上以及不同的导电材料下方的氮 化钛层的晶体管的配置的实施例；图4展示具有原子层沉积的氮化钛层的介电层中的接触件的实施例；图5是耦合到电子装置的控制器的实施例的简化图；以及图6说明具有若干装置的电子系统的实施例的图。具体实施方式以下具体实施方式参考附图，附图以说明的方式展示其中可实践本专利技术的特定方面 和实施例，充分详细地描述这些实施例以使所属领域的技术人员能够实践本申请案。可 利用其它实施例，且在不脱离本专利技术实施例的范围的情况下可作出结构、逻辑和电方面 的变化。各个实施例不一定相互排斥，因为一些实施例可与一个或一个以上其它实施例 组合以形成新的实施例。以下描述中使用的术语晶片和衬底包含用于形成集成电路(IC)结构的具有暴露表面的任何结构。术语衬底理解为包含半导体晶片。术语衬底还用于表示处理期间的半导体结构，且可包含已制造在上面的其它层。晶片和衬底两者均包含掺杂和未掺杂半导体、由基底半导体或绝缘体支撑的外延半导体层，以及所属领域的技术人员众所周知的其它半导体结构。术语导体理解为通常包含n型和p型半导体，且术语绝缘体或电介质界定为包含不如称为导体或称为半导体的材料那样导电的任何材料。术语阶梯覆盖用于表示材料在水平到垂直过渡上延伸的最小厚度与所述同一材料在平坦表面上的厚度的比率。本申请案中使用的术语水平界定为平行于晶片或衬底的常规平面或表面的平面，而不管所述晶片或衬底的定向如何。术语垂直表示与上文界定的水平垂直的方向。 例如在...之上、侧部(如在侧壁中)、较高、较低、上方和下方等 前置词是相对于处于晶片或衬底的顶部表面上的常规平面或表面而界定的，而不管所述 晶片或衬底的定向如何。因此，以下具体实施方式不应在限定性意义上理解，且本专利技术 实施例的范围仅由所附权利要求书连同授权给此类权利要求的等效物的完全范围界定。 在一实施例中，使用原子层沉积(ALD)形成具有大致平滑表面的氮化钛(TiNx) 膜。使用原子层沉积形成此膜可实现控制材料层之间的过渡。由于这种控制的缘故，ALD200680026567.X说明书第4/10页TiN膜可具有经设计的过渡，其中衬底表面处于接触孔中，且ALDTiN膜可形成为具有 连续变化的材料成分的许多薄层以实现一个表面处的改进的粘附力，以及对大块TiNx 材料中增加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过原子层沉积在衬底上形成氮化钛层的方法，其包括：将衬底暴露于含有钛的至少一个前体；以及将所述衬底暴露于含有氮的至少一个反应物和不含氮的至少一个反应物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-20 11/185,4231.一种通过原子层沉积在衬底上形成氮化钛层的方法，其包括将衬底暴露于含有钛的至少一个前体；以及将所述衬底暴露于含有氮的至少一个反应物和不含氮的至少一个反应物。2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述衬底的温度在约15(TC到37(TC的范围内。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述衬底的所述温度为约23(TC。4. 根据权利要求l所述的方法，其中所述至少一个前体包含四(二乙基氨)钛。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述前体是具有85'C与115'C之间的温度的流体， 且将具有50sccm到150sccm的流量的惰性载气通入所述前体中。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反应物中的至少一者包含还原剂。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含有氮的至少一个反应物包含氨(NH3)。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述不含氮的至少一个反应物包含一氧化碳(CO)。9. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述衬底暴露于所述含有氮的反应物和所述不 含氮的反应物大致同时发生。10. 根据权利要求l所述的方法，其中所述至少一个前体包含四(二乙基氨)钛，所述含 有氮的至少一个反应物包含氨(NH3)，且所述不含氮的至少一个反应物包含一氧 化碳(CO)。11. 根据权利要求1所述的方法，其中形成氮化钛层包括-将所述衬底暴露于至少一个含有钛的前体化学品； 将所述衬底暴露于第一非反应性吹扫气流；将所述衬底暴露于含有氮的至少一个反应气体和不含氮的至少一个反应气体； 将所述衬底暴露于第二非反应性吹扫气流； 其中所述氮化钛层具有第一厚度；以及 进行重复，直到实现预定的最终厚度为止。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一厚度在0.5埃到1.5埃的范围内。13. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述最终厚度是所述第一厚度的整数倍厚。14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一和第二非反应性吹扫气体是相同的。15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述吹扫气体是氩。16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述含有氮的至少一个反应气体包括氨(NH3)。17. 根据权利要求16所述的方法，其中一氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：布伦达D克劳斯，尤金P马什，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]