沉积材料的方法及半导体器件技术

本公开涉及过渡金属硫族化物阻挡层的沉积。沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法包括：提供具有通向反应室的开口的衬底，在反应室中以气相提供过渡金属前体，以及在反应室中提供反应性硫族物质。该方法可以是等离子体增强原子层沉积方法。本公开还涉及包括过渡金属硫族化物阻挡层的互连。化物阻挡层的互连。化物阻挡层的互连。

【技术实现步骤摘要】
沉积材料的方法及半导体器件


[0001]本公开涉及沉积阻挡层的方法、包括阻挡层的半导体器件以及用于制造半导体器件的设备。更具体地，本公开涉及用于在半导体衬底上沉积非常薄的过渡金属硫族化物层的方法和系统。

技术介绍

[0002]例如，当前的互连技术包括使用物理气相沉积(PVD)来沉积薄的TaN阻挡层，以防止Cu在层间电介质(ILD)中的扩散。为了具有有效阻挡，需要几纳米厚的TaN层。然而，该层的厚度限制了用Cu填充通孔/沟槽的空间。特别是当将互连缩小到更小的尺寸时，阻挡层的厚度成为限制因素，导致电阻不可接受的增加。
[0003]包括2D材料(即几个分子层的连续层)在内的新材料正在被开发，以作为由减小互连尺寸引起的问题的解决方案。然而，在与后段制程(BEOL)处理兼容的条件下产生均匀层已被证明是非常具有挑战性的。
[0004]本节中阐述的任何讨论(包括对问题和解决方案的讨论)已经包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本专利技术被做出时是已知的，或者以其他方式构成现有技术。

技术实现思路

[0005]本
技术实现思路
可以简化的形式介绍一些概念，这将在下面进一步详细描述。本
技术实现思路
不旨在必要地标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
[0006]本公开的各种实施例涉及沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法。本公开的实施例还涉及包括过渡金属硫族化物阻挡层的互连结构。
[0007]在一方面，根据本公开的沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法包括：提供具有通向反应室的开口的衬底，在反应室中以气相提供过渡金属前体，以及在反应室中提供反应性硫属元素物质。
[0008]在另一方面，本专利技术涉及一种沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法，该方法包括：提供具有通向反应室的开口的衬底，在反应室中以气相提供过渡金属前体，在反应室中提供氧前体；以及在反应室中提供反应性硫属元素物质。
[0009]在第三方面，公开了一种互连结构。该互连结构包括：导电互连材料，该导电互连材料包括外表面；面向互连材料外表面的介电材料以及设置在外表面和介电材料之间的阻挡层，其中阻挡层基本包括使用金属有机过渡金属前体和反应性硫属元素物质沉积的过渡金属硫属化物，并且其中该阻挡层具有3nm或更小的厚度。
[0010]在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值
等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中可以独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...构成”或“由...构成”。在本公开中，任何定义的含义在一些实施例中不一定排除普通和习惯的含义。
附图说明
[0011]被包括进来以提供对本公开的进一步理解并构成本说明书的一部分的附图示出了示例性实施例，并与描述一起帮助解释本公开的原理。在附图中：
[0012]图1示出了根据本专利技术的包含阻挡层的互连的示例性实施例。
[0013]图2描绘了根据本公开的方法的示例性实施例。
[0014]图3描绘了根据本公开的方法的示例性实施例，其中通过沉积中间过渡金属氧化物层来沉积阻挡层。
[0015]图4描绘了根据本公开的方法的示例性实施例，其中使用了两种不同的过渡金属前体。
[0016]图5描绘了根据本公开的方法的另一示例性实施例，其中使用了两种不同的过渡金属前体。
[0017]图6描绘了根据本公开的方法的另一示例性实施例。
具体实施方式
[0018]下面提供的方法和结构的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅是为了说明的目的。以下描述不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所示特征的多个实施例的叙述并不旨在排除具有附加特征的其他实施例或者结合了所述特征的不同组合的其他实施例。例如，各种实施例被阐述为示例性实施例，并且可以在从属权利要求中叙述。除非另有说明，示例性实施例或其部件可以组合或可以彼此分开应用。
[0019]在一方面，公开了一种沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法，该方法包括提供具有通向反应室的开口的衬底，在反应室中以气相提供过渡金属前体，以及在反应室中提供反应性硫属元素物质。在一些实施例中，开口是接触开口。
[0020]阻挡层
[0021]阻挡层可用于将金属线与周围的介电材料比如氧化硅分开。在一些实施例中，周围材料是半导体材料。例如，金属线可以由铜制成。金属扩散到介电材料中可能导致导电路径，从而导致短路。然而，阻挡层沉积在其上的材料不必是介电或半导体材料。在一些实施例中，可以在两种金属或金属材料之间使用阻挡层。在一些实施例中，阻挡层用于将介电材料与周围的金属或金属材料分开。
[0022]因此，阻挡层可以有助于保持半导体器件的功能。例如，在金属线的情况下，线越窄，阻挡层可以越薄，以便线实现目标属性。诸如TaN/Ta的电流阻挡层材料不能有效地防止金属以未来半导体器件所需的厚度扩散到电介质中。然而，过渡金属硫族化物(TMC)可以是有效的阻挡层材料，也作为非常薄的层，例如小于3nm，或小于2nm，或小于1nm。传统的TMC沉积方法可能无法在足够低的温度下产生足够均匀的层，以提供可行的解决方案来提供阻挡材料。
[0023]本文所用的阻挡层是一种功能性结构，它可以由一层或者两层或更多层的组合形
成。阻挡层可以由单个TMC构成。根据本专利技术的阻挡层是基本或完全连续的层。在一些实施例中，阻挡层厚度可以仅为一个或几个分子层。在一些实施例中，阻挡层可以是晶体材料。具有几个分子层厚度的晶体层可被称为二维层。在一些实施例中，阻挡层在沉积后是无定形的。在一些实施例中，阻挡层在沉积后是结晶的。在一些实施例中，根据本公开的阻挡层可以包括、基本由或者由无定形材料构成。在一些实施例中，无定形材料形成基本封闭或完全封闭的层。在一些实施例中，阻挡层是基本连续的，并且具有3nm或更小的厚度。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约0.5nm到约3nm。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约1nm到约3nm。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约2nm到约3nm。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约0.5nm到约1nm。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约0.5nm到约1.5nm。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以从约0.5nm到约2nm。
[0024]例如，根据本公开的二硫化钼层可以具有约0.6nm的厚度，或者约0.8nm的厚度。在一些实施例中，单个单层可以具有约0.7nm的厚度。
[0025]过渡金属硫族化物可以各种相存在。除非另有说明，过渡金属硫族化物是指一般形式，没有指定一般相。在一些实施例中，过渡金属硫族化物是过渡金属二硫族化物。在一些实施例中，过渡金属硫族化物是过渡金属三硫族化物。在一些实施例中，TMC是二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉积过渡金属硫族化物阻挡层的方法，该方法包括：提供具有通向反应室的开口的衬底；在反应室中以气相提供过渡金属前体；以及在反应室中提供反应性硫属元素物质。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过渡金属前体包括金属有机化合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述金属有机化合物包括氮。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属有机化合物包含酰氨基和亚氨基中的至少一种。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述金属有机化合物包含叔丁基亚氨基和二甲氨基中的至少一种。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过渡金属前体的金属是第4族至第6族过渡金属。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过渡金属前体的金属选自由以下构成的组：钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铌(Nb)和钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)和铼(Re)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硫属元素是硫。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过渡金属前体和所述反应性硫属元素物质交替且顺序地提供在反应室中。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述反应性硫属元素物质由等离子体产生。11.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法包括使用至少两种不同的等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：JH戴伊克斯，AJM马库斯，AA波尔，WMM凯塞尔斯，H斯普雷，JW梅斯，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：