[发明专利]形成共形金属硅化物膜的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及2012年1月27日提交的美国临时申请序号61/591843(参考编号TTCA-389Pro)并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及2012年3月22日提交的美国申请序号13/427343(参考编号TTCA-389)并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般性涉及使用气相沉积在衬底上形成共形金属硅化物膜。衬底可以包括用于半导体器件中的具有高深宽比的深沟槽。

背景技术

在半导体行业中，微电子器件的最小特征尺寸正在接近深亚微米时代，以满足对更快速、更低功耗的微处理器和数字电路的需求。例如低电阻率难熔金属硅化物层在动态随机存取存储器(DRAM)和增强型DRAM(EDRAM)制造中被广泛用作栅极堆叠的一部分。低电阻率金属硅化物层的另一应用在深沟槽DRAM的电容器中或者在堆叠的DRAM单元的过孔中。两种应用遭受如下事实：内电极(插头、深沟槽DRAM)或者过孔(堆叠的DRAM)的串联电阻随着接地规则的倒数的平方而增加。在增强型DRAM中，由于对恒定电容的需求导致较深的沟槽(或者相应地导致较高的堆叠)，所以该效果被进一步增强。

对深沟槽DRAM的关键需求为金属硅化物膜和层在具有高深宽比的沟槽中的良好阶梯覆盖。另外的需求包括：金属硅化物膜必须具有低电阻率并且必须在制造集成电路中所使用的常规处理温度下稳定。通常需要这些膜的共形沉积，而这对于非常深的沟槽而言是非常有挑战性的。

发明内容

本发明的实施方案描述了用于在衬底上(例如在形成在衬底中的深沟槽中)形成共形金属硅化物层的方法。金属硅化物层可以例如包含硅化钛、硅化钼、硅化钨、硅化钽、或硅化钒、或者其中的两种或更多种的组合。

根据一个实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；b)在第一衬底温度下将衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露在自限性过程(self-limiting process)中在衬底上沉积共形的含金属层；以及c)在第二衬底温度下将含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)和c)交替地进行至少一次以形成金属硅化物层，并且沉积气体不含还原气体。

根据另一实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；以及b)在第一衬底温度下将衬底暴露于由包含金属前体的沉积气体生成的等离子体，其中等离子体暴露以自限性过程在衬底上形成共形的含金属层。该方法还包括：c)在第二衬底温度下将衬底在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)和c)交替地进行至少一次以在衬底上形成金属膜，并且其中沉积气体不包含还原气体；以及d)在第三衬底温度下对衬底进行退火以形成金属硅化物膜，其中第三衬底温度大于第二衬底温度。该方法还可以包括：在d)中，在退火之前在金属膜上沉积硅。

根据又一实施方案，该方法包括：a)将衬底设置在处理室中；以及b)在第一衬底温度下将衬底在不存在等离子体的条件下热暴露于包含金属前体的沉积气体，其中热暴露以自限性过程在衬底上形成共形的含金属层。该方法还包括：c)通过暴露于包含稀有气体的等离子体来改性含金属层；以及d)在第二衬底温度下将改性的含金属层在不存在等离子体的条件下暴露于还原气体，其中将b)至d)依次且交替地进行至少一次以形成金属硅化物膜。

附图说明

在附图中：

图1为根据本发明的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的流程图；

图2A至图2C示出根据本发明的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的工艺流程的示意性截面图；

图3为根据本发明的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的流程图；

图4A至图4D示出根据本发明的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的工艺流程的示意性截面图；

图5A至图5B示出根据本发明的又一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的工艺流程的示意性截面图；

图6为根据本发明的另一实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的方法的流程图；以及

图7A至图7D示出根据本发明的一个实施方案的用于在衬底上形成金属硅化物膜的工艺流程的示意性截面图。

具体实施方式