[发明专利]一种基于单原子层沉积的金属生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件制造技术领域，尤其涉及一种基于单原子层沉积的金属生长方法。

背景技术

目前，晶体管的尺寸正在迅速缩小，性能不断提高，在相同面积的芯片上集成更多的器件能够使得集成电路的功能更强大并降低单位功能成本。但当传统多晶硅栅晶体管尺寸缩小到一定程度后，过高的栅电阻、多晶硅耗尽效应等将阻碍晶体管性能的提升。经过大量的研究，难熔金属栅被认为是最有希望的替代技术，用钛、钽等合金做栅电极，能够获得非常低的栅极薄层电阻，从根本上消除多晶硅栅耗尽效应，在不减少栅氧化层物理厚度的条件下获得更低的栅氧化层等效电学厚度，消除多晶硅栅潜在的PMOS管B穿透薄栅氧化层进入硅衬底的问题，并且与下一代栅介质材料及高K栅介质兼容。

传统的栅电极主要采用PVD技术进行沉积，具有高真空系统，可以保证非常低的含氧量，以得到低电阻率。然而，CMOS器件尺寸正在持续微缩到16/14纳米及其以下技术节点，对于金属栅提出更高的要求。面对高深宽比的后栅工艺结构，PVD已不能满足填充要求，必须使用单原子层沉积技术(ALD)进行替代。然而，由于ALD不是高真空反应过程，对于水氧的控制在技术上更加困难。当ALD金属薄膜中存在过量的氧时，不仅会引起电阻率增加，而且会引起功函数的漂移，给器件带来巨大的不稳定性。

因此，亟需设计一种基于ALD的金属生长方法，降低ALD薄膜中的水氧含量，提高器件的可靠性。

发明内容

本发明提供的基于单原子层沉积的金属生长方法，能够针对现有ALD技术的不足，降低金属栅极材料中的水氧含量。

第一方面，本发明提供一种基于单原子层沉积的金属生长方法，其中，包括：

步骤一：提供单原子层沉积设备；

步骤二：对所述单原子层沉积设备中的单原子层沉积反应腔进行除湿除氧处理；

步骤三：在所述反应腔中通入第一前驱体反应物，用于在基片表面进行反应；

步骤四：从所述反应腔中排出过剩所述第一前驱体反应物及反应副产物；

步骤五：在所述反应腔中通入第二前驱体反应物，用于与所述基片上的所述第一前驱体反应物进行反应；

步骤六：从所述反应腔中排出过剩所述第二前驱体反应物及反应副产物。

可选地，上述步骤二中的除湿除氧处理包括在所述反应腔中重复多次进行抽真空再放入惰性气体的步骤。

可选地，上述惰性气体包括Ar或N₂。

可选地，上述抽真空的压力范围为0.5Torr-3Torr，所述放入惰性气体后腔体的到达压力范围为10Torr-700Torr。

可选地，上述步骤二的温度范围为100℃-450℃。

可选地，上述步骤二中的除湿除氧处理包括在所述反应腔中预淀积金属薄膜。

可选地，上述预淀积金属薄膜与目标生长金属的位置和种类相同。

可选地，上述预淀积金属薄膜的材料为钛合金、钽合金或钨。

可选地，上述预淀积金属薄膜的厚度范围为5nm-100nm。

可选地，上述步骤二中的除湿除氧处理包括使用高真空载片腔进行抽真空处理。

可选地，上述使用高真空载片腔进行抽真空处理依次包括在所述高真空载片腔内装载基片、将所述高真空载片腔抽至本底真空、将所述基片传送到所述反应腔的步骤。

可选地，上述将基片传送到所述反应腔的步骤可以通过机械手、传动带或轮轴装置进行传送。

可选地，上述步骤二中的除湿除氧处理包括使用高真空反应腔进行抽真空处理。

可选地，上述使用高真空反应腔进行抽真空处理依次包括将所述反应腔抽至本底真空、再升至所述步骤三至步骤五的压力范围。

可选地，上述步骤三至步骤五的压力范围为中真空。

本发明实施例提供的基于单原子层沉积的金属生长方法，能够实现金属栅极材料中氧含量的控制，以降低电阻率，控制ALD薄膜的有效功函数，提高器件可靠性。

附图说明

图1为现有技术的ALD设备结构示意图；

图2为现有技术的ALD沉积周期流程图；

图3为本发明的基于ALD的金属生长方法流程图；

图4为本发明一实施例的ALD设备结构示意图；

图5为本发明一实施例的ALD设备结构示意图。

具体实施方式