[发明专利]氧化物和氮化物的原子层沉积

说明书

使用沉积增强前体的气相沉积方法，例如原子层沉积(ALD)方法可用于形成多种氧化物和氮化物膜，包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、氧化硅和氮化硅膜。举例来说，所述方法可用于沉积过渡金属氮化物，例如TiN、过渡金属氧化物和氧化硅和氮化硅，例如SiO₂和SiN。在一些实施例中，所述沉积增强前体包含第II族金属，在一些实施例中例如Mg、Sr、Ba或Ca。在一些实施例中，提供包含沉积循环的原子层沉积方法，所述沉积循环包含第一子循环和第二子循环，在所述第一子循环中衬底与沉积增强前体和氧或氮反应物接触，在所述第二子循环中所述衬底与金属或硅前体和氧或氮反应物接触。在一些实施例中，所述方法有利地实现改进的薄膜形成，例如提高的沉积速率。由于沉积速率提高，可能需要更少沉积循环来获得所期望的膜。

相关申请的引用

本申请要求2019年2月14日提交的美国临时申请第62/805,634号的优先权，所述临时申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请大体上涉及用于通过原子层沉积将薄膜沉积在衬底上的方法，所述薄膜包括金属氧化物、金属氮化物、氧化硅和氮化硅。

背景技术

氧化物和氮化物膜在半导体行业中有广泛的用途。举例来说，氮化钛(TiN)是CMOS行业中最广泛使用的材料之一，并且因此出于许多目的(例如，衬套、硬掩模、金属门等)而沉积。因此，TiN层的材料要求通常由应用限定，并且各种沉积方法在行业中使用，所述沉积方法包括例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)。TiN的ALD已利用TiCl₄和NH₃前体进行，并且用于例如金属门制造中，并且用于沉积需要保形涂布的高纵横比结构(例如，VNAND结构)的衬套材料。然而，ALD TiN方法的典型的每循环生长(GPC)相对较慢。

发明内容

在一些方面，提供了用于形成氧化物或氮化物薄膜的气相沉积方法。在一些实施例中，提供用于形成过渡金属氧化物或过渡金属氮化物薄膜的原子层沉积(ALD)方法。ALD方法可包含至少一个沉积循环，所述沉积循环包括第一子循环和第二子循环。在一些实施例中，所述第一子循环包含使所述衬底与包含第II族金属的沉积增强前体和氧或氮反应物交替并依序接触。所述第二子循环可包含使所述衬底与过渡金属前体和氧或氮反应物交替并依序接触。在一些实施例中，所述第一子循环在所述沉积循环中连续重复1到10次。在一些实施例中，所述第二子循环在所述沉积循环中连续重复1到10次。在一些实施例中，所述第一和第二子循环在各沉积循环中连续重复1到10次。在一些实施例中，沉积温度为约300到600℃。

在一些实施例中，沉积增强前体包含金属有机、有机金属、烷基或环状化合物。在一些实施例中，沉积增强前体包含Mg、Sr、Ba或Ca。举例来说，沉积增强前体可以包含MgCp₂。

在一些实施例中，过渡金属前体包含过渡金属卤化物。在一些实施例中，过渡金属前体中的过渡金属可以是例如Ti、Ta、Nb、W、Mo、Zr、Hf或V。

在一些实施例中，ALD方法形成过渡金属氧化物，并且第一子循环包含使衬底与沉积增强前体和氧反应物交替并依序接触，并且第二子循环包含使衬底与过渡金属前体和氧反应物接触。举例来说，氧反应物可以包含O₂、H₂O、O₃、氧原子、氧自由基或氧等离子体。

在一些实施例中，ALD方法形成过渡金属氮化物，并且第一子循环包含使衬底与沉积增强前体和氮化物反应物交替并依序接触，并且第二子循环包含使衬底与过渡金属前体和氮反应物交替并依序接触。在一些实施例中，氮反应物是氮化物反应物。在一些实施例中，氮反应物包含N₂、NO₂、NH₃、N₂H₄、N₂H₂、氮原子、氮自由基或氮等离子体。