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    本文提供沉積N型金屬至基板上的方法。方法包括以下步驟：首先沉積起始層。起始層可包括鈷、鉭、鎳、鈦或TaAlC，或者起始層可由鈷、鉭、鎳、鈦或TaAlC所構成。該等起始層可被用來沉積TaCx。
    公开号:TW201301367A
    申请号:TW101121353
    申请日:2012-06-14
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Seshadri Ganguli；Xinliang Lu；Atif Noori；Maitreyee Mahajani；Shih-Chung Chen；Mei Chang
    申请人:Applied Materials Inc；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    具有起始層之N型金屬薄膜沉積
    本發明大體而言係關於形成半導體元件中的金屬閘極的方法。更特定言之，揭露的方法係關於沉積N型金屬膜TaCx至閘極絕緣基板上的方法。
    積體電路技術持續快速進步，且利用半導體製造製程來執行多種電路技術。可用多種導電材料來實現半導體積體電路的閘極中的層。
    如同技術中所習知般，已經主要將氧化矽膜應用作為MOSFET中的閘極絕緣膜的材料，並已經將聚矽膜應用作為閘極的材料。然而，隨著半導體元件的整合水平變得更高，需要降低閘極的線寬與閘極絕緣膜的厚度。在應用氧化矽膜作為閘極絕緣膜的材料的實例中，若閘極絕緣膜的厚度太薄，由於直接穿隧通過閘極絕緣膜導致漏電流變得更大，因此絕緣特徵並不穩定。近來已經有應用介電常數相對高於氧化矽膜的高介電常數材料作為閘極絕緣膜的材料的努力。再者，為了最小化聚矽閘極空乏效應，已經有應用金屬閘極而非應用聚矽閘極的努力。
    然而，無法輕易地將N型金屬膜(諸如，TaCx與TaSix)直接沉積至多種通常作為閘極絕緣層的基板(包括HfO2或TiN)上。在本發明之前，TaCx在任何基板上的沉積是非常慢的製程，且難以取得任何TaCx沉積。
    因此，有提供允許適當N型金屬膜沉積至閘極絕緣基板上的方法的需求。
    本文提供沉積N型金屬至基板上的方法。方法包括首先沉積起始層。起始層可包括鈷、鉭、鎳、鈦或TaAlC。該等起始層可被用來沉積TaCx。
    第一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，該方法包括沉積起始層至基板上，起始層包括選自鎳、鈷、鉭、鈦與TaAlC所構成的群組的金屬或金屬合金；沉積TaCx層至起始層上，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    本發明的第二態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，該方法包括置放基板進入製程腔室中；沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；以及依序暴露含有起始層的基板的表面至TaCl5氣體與碳氫化合物氣體，以形成TaCx層於起始層上，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    本發明的另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，該方法包括沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；依序暴露基板的表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體，以形成TaCx於起始層上，第一反應物氣體包含鹵化鉭而第二反應物氣體具有SiH4或Si2H6的化學式，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5；以及重複依序暴露基板表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    在描述本發明的多個示範性實施例之前，可理解本發明並不受限於下文描述中提出的結構或製程步驟的細節。本發明能夠具有其他實施例並可被用多種方式執行或實施。該等描述意圖僅作為實例，且該等描述並不被解釋成限制揭露結構至任何特定立體化學。
    本說明書通篇中提到「一實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「實施例」，意指連結實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性被包含於本發明的至少一實施例中。因此，本說明書通篇中許多地方出現的片語(諸如，「在一或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一實施例中」或「在實施例中」)並非必然提及本發明的相同實施例。再者，可在一或多個實施例中以任何適當方式結合特定特徵、結構、材料或特性。
    本發明的實施例涉及到沉積金屬層於基板上的方法。本文所述的某些實施例特別涉及到促進金屬層的沉積的起始層的沉積。再者，本發明的實施例關於TaCx的沉積。x的數值通常在約0.4至約1的範圍中變化。
    本文所用的「起始層」與「催化劑層」是同義地被應用。該等詞彙用來描述在期望金屬層(例如，TaC)的沉積之前沉積且用來幫助期望金屬層(例如，TaC)的沉積的沉積層。雖然不希望受限於特定理論，但根據本發明的一或多個實施例，起始層或成核層催化性地促進期望金屬層的生成，而上述生成在先前起始層或成核層不存在下是不可能的。
    如【先前技術】章節中所述，難以(若非不可能)將TaCx直接沉積至基板上。已經驚訝地發現起始層可被用來促進TaCx層的沉積。明確地說，包括選自Co、Ta、Ni及/或Ti的金屬或金屬合金的起始層是非常有效的。在進一步實施例中，起始層基本上由鎳、鈷、鉭或鈦所構成。此外，包括選自TaAlC的金屬或金屬合金的起始層也是非常有效的。該等起始層催化TaCx的沉積。該等起始層亦允許TaCx的沉積發生在低於約615℃的溫度下且可低至450℃。由於整合在高於600℃的溫度下變得困難，在低於615°的溫度下執行沉積是非常有利的。因此，TaAlC以及下文討論的鈷、鉭、鎳及/或鈦作為起始層或成核層可催化鉭與鈦化合物的沉積。
    因此，本發明的一態樣關於包括鈷、鉭、鈦或鎳的起始層。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。技術中習知該等元素的沉積。可透過習知的金屬沉積方法來沉積該等金屬，習知的金屬沉積方法包括(但不限於)化學氣相沉積、原子層沉積、電漿氣相沉積、電漿輔助原子層沉積、物理氣相沉積以及相關方法。此外，可藉由利用電漿輔助原子層沉積來沉積基本上由鉭構成的膜。
    本發明的另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，方法包括沉積起始層至基板上，起始層包括選自鎳、鈷、鉭、鈦與TaAlC所構成的群組的金屬或金屬合金；沉積TaCx層至起始層上，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5。在一實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。可應用任何適當的基板。此基板包括(但不限於)HfO2、SiO2、TaN、TiN或上述之組合。在一實施例中，可利用電漿氣相沉積、化學氣相沉積或原子層沉積來沉積起始層。在某些實施例中，利用化學氣相沉積或原子層沉積來沉積TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦。在某些實施例中，起始層是鈷或鉭，並透過利用包括氫的電漿的電漿輔助原子層沉積來沉積鈷或鉭。
    本發明的此態樣也關於沉積TaCx至基板上的方法，方法基本上由起始層構成，起始層包括選自鎳、鈷、鉭、鈦與TaAlC所構成的群組的金屬或金屬合金；沉積TaCx層至起始層上，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    如上文所討論般，可期望在低於約600℃的溫度下沉積金屬至基板上以促進整合。因此，本發明的一或多個實施例關於在低於約600℃的溫度下沉積TaCx。
    測試過程中，發現最少10埃的鈷可提供一致的TaCx沉積。因此，在本發明的一實施例中，起始層的厚度範圍是約2至約20埃。在更特定實施例中，起始層的厚度至少約10埃。在又更特定實施例中，起始層的厚度是約10埃。然而，若在較高溫度下沉積TaCx的話，鈷層可更薄。
    本發明的另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，方法包括：置放基板進入製程腔室中；沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；以及依序暴露含有起始層的基板至TaCl5氣體與碳氫化合物氣體，以形成TaCx層於起始層上，其中x的範圍是約0.4至約1.5。當應用鉭作為起始層時，可利用相同腔室來沉積TaC。在進一步實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。因此，在特定實施例中，起始層包括鉭，並可在與起始層相同的製程腔室中沉積TaCx層。或者，若應用另一金屬的話，可期望在不同製程腔室中沉積TaC。因此，在另一實施例中，方法更包括在沉積TaCx層至基板上之前置放基板進入第二製程腔室。在又另一實施例中，在低於約600℃的溫度下執行整個方法。在進一步實施例中，僅有TaCx的沉積在低於約600℃的溫度下沉積。
    本發明的另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，方法基本上由下列步驟所構成：置放基板進入製程腔室中；沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；以及依序暴露含有起始層的基板至TaCl5氣體與碳氫化合物氣體，以形成TaCx層於起始層上，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5。在一或多個實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    本發明的又另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，方法包括：沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；依序暴露基板的表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體，以形成TaCx於起始層上，第一反應物氣體包含鹵化鉭而第二反應物氣體具有SiH4或Si2H6的化學式，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5；以及重複依序暴露基板表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體。在某些實施例中，起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。在一實施例中，在低於約600℃的溫度下沉積TaCx。應用的基板包括(但不限於)HfO2、SiO2、TaN、TiN或上述之組合。
    本發明的另一態樣關於沉積TaCx至基板上的方法，方法基本上由下列步驟所構成：沉積起始層至基板上，起始層包括選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成的群組的金屬或金屬合金；依序暴露基板的表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體，以形成TaCx於起始層上，第一反應物氣體包含鹵化鉭而第二反應物氣體具有SiH4或Si2H6的化學式，其中x的數值範圍是約0.4至約1.5；以及重複依序暴露基板表面至第一反應物氣體與第二反應物氣體。
    在特定實施例中，起始層基本上由鈷所構成。在另一實施例中，起始層基本上由鉭所構成。在相關實施例中，可利用化學氣相沉積來沉積基本上由鈷所構成的層。在另一實施例中，利用電漿輔助原子層沉積來沉積鉭。在進一步實施例中，電漿輔助原子層沉積製程利用包括氫的電漿。
    如所討論般，用於沉積的一個選項是利用包括氫的電漿。可藉由改變電漿類型(諸如，感應耦合電漿或電容耦合電漿)及/或產生電漿的頻率，來達成進入氫物種的離子能量中的變化。在利用電容耦合電漿的應用中，氫物種通常具有較高的離子能量。當電容耦合電漿中較高能量的氫物種被用來處理基板時，已經發現基板表面上的高能量氫物種的碰撞造成表面的傷害。因此，本文所述的方法通常藉由改變產生電漿的頻率來改變離子能量。亦可應用配方參數(諸如，壓力、流動與功率)來改變進入氫物種的能量，以在氫物種還原吸附的金屬前驅物的能力以及氫物種造成下方部分處理的元件晶圓的傷害的能力之間調整選擇性。
    應用本文所述的包括氫的電漿的方法可被併入化學氣相沉積(CVD)及/或原子層沉積(ALD)製程，利用通常與上述製程相關的硬體。因此，在本發明的一實施例中，可藉由化學氣相沉積來沉積鈷，接著為氫電漿處理。方法可用來選擇性還原吸附在部分處理的積體電路晶圓上的膜沉積前驅物，以在部分處理的積體電路晶圓上形成金屬層，且不影響部分處理的晶圓中的下方層。
    在一或多個實施例中，金屬層包括鉭、鈦及/或鈷。通常透過ALD技術來沉積鉭及/或鈦金屬層，ALD技術利用例如金屬鹵化物的金屬前驅物，金屬鹵化物包括氟化鉭(TaF5)、氯化鉭(TaCl5)、氟化鈦(TiF4)與氯化鈦(TiCl4)。在應用中，金屬鹵化物前驅物被流入腔室中並吸附至基板的表面上，接著用包括氫的電漿處理沉積的金屬前驅物層，包括氫的電漿還原金屬鹵化物前驅物成金屬。還原反應得到的副產物(即，HCl及/或HF)在製程條件下是揮發性的並且該等副產物被抽出腔室外。舉例而言，通常透過CVD技術來沉積鈷金屬層，該CVD技術利用鈷-金屬-有機前驅物(例如，二鈷六羰基三級丁基乙炔)。在上述實施例中，氫電漿是用來自沉積的層移除碳或其他有機成分。
    包括氫的電漿的應用可包括置放基板於反應器的腔室中的基板支撐件上、沉積金屬前驅物於基板上及還原金屬前驅物以形成金屬層。可藉由多種方法來達成還原金屬前驅物以形成金屬層，多種方法包括暴露金屬層至藉由交替低頻與高頻產生的包括氫的電漿、暴露金屬層至具有雙重低頻與高頻的包括氫的電漿，及/或暴露金屬層至具有高頻的包括氫的電漿。
    舉例而言，可藉由交替鉭金屬前驅物層沉積氫電漿處理來形成鉭金屬層。執行兩百個沉積/還原週期，且每個週期持續10秒，如此產生0.6/週期的沉積速率。在利用13.56 MHz的頻率的400瓦功率下執行氫電漿還原。本文所用的「約13.56 MHz」頻率指的是低於15 MHz的頻率，例如在約10 MHz至低於15 MHz的範圍中的頻率。「約40 MHz」指的是30 MHz至50 MHz範圍中的頻率。可用來利用氫電漿以沉積金屬層於基板上的一般反應腔室可包括供應電漿至反應器的腔室的電漿反應器。
    利用雙頻電漿處理製程提供了較平滑的壁覆蓋與避免傷害部分處理的晶圓中下方層的優點。本文所用的詞彙「雙頻」指的是包括交替高頻產生的氫電漿與低頻產生的氫電漿的電漿處理製程，或同時利用低頻產生的氫電漿與高頻產生的氫電漿的電漿處理製程。
    本文所用的「低頻」指的是低於約15 MHz的頻率，低頻例如約1 MHz與15 MHz的範圍中的頻率，而「高頻」指的是高於約20 MHz的頻率，高頻例如20 MHz至60 MHz的範圍中的頻率，更特定言之是約25 MHz至50 MHz的範圍中的頻率。低頻可包括約13.56 MHz的頻率而高頻可包括約40 MHz的頻率。因此，利用氫電漿的沉積可包括引導氫氣進入腔室、供應功率至在約13.56 MHz頻率下運作的功率源以在腔室中產生氫電漿達第一週期，並接著供應功率至在約40 MHz頻率下運作的功率源以在腔室中產生氫電漿達第二週期。可用第一週期發生在第二週期之前的方式來重複第一週期與第二週期。在一或多個實施例中，可應用相同的功率源或可應用個別的功率源。供應功率至在約13.56 MHz頻率下運作的功率源的第一週期發生在第二週期後並可加以重複。
    此沉積方法可包括金屬前驅物層的循環沉積作用與還原作用。在一或多個特定實施例中，各個沉積步驟之後的還原步驟可包括暴露金屬前驅物層至約40 MHz頻率產生的氫電漿達多個週期，直到形成得到的金屬層的初始厚度為止。在此之後，可利用約13.56 MHz頻率產生的氫電漿來執行在各個後續沉積步驟之後的後續還原步驟。
    在一或多個實施例中，包括暴露金屬前驅物層至具有雙重低頻與高頻的氫電漿的方法包括引導氫氣進入腔室、供應功率至在約13.56 MHz頻率下運作的功率源以在腔室中產生氫電漿且同時供應功率至在約40 MHz頻率下運作的功率源以在腔室中產生氫電漿。在上述實施例中，在13.56MHz頻率下運作的功率源與在40MHz頻率下運作的功率源分隔。
    在一或多個實施例中，應用如上所述的雙頻電漿處理提供減少或排除電漿損傷同時避免電阻率中的任何負面改變。再者，使用雙頻產生的電漿能夠讓金屬沉積於其他應用(例如，用於金屬閘極應用的形成中的電漿輔助原子層沉積(PEALD))中或下方層不應被暴露至電漿物種的其他應用中。
    可用在約13.56 MHz與約40 MHz的頻率下產生的氫電漿處理鉭金屬前驅物層來形成鉭金屬層，鉭金屬前驅物層是透過ALD(原子層沉積)製程加以沉積。可利用下列製程配方來形成鉭：1)將TaF5氣體流入含有基板的腔室達5秒；2)清除腔室達5秒；3)真空抽吸腔室達10秒；4)允許腔室與基板穩定達5秒；5)用氫電漿處理基板達10秒；及6)清除腔室達5秒。
    接著，可用利用3.5托的腔室壓力、13.56MHz頻率產生的氫電漿來處理鉭金屬前驅物層。或者，可用利用3.5托的腔室壓力、約40MHz頻率產生的氫電漿來處理鉭金屬前驅物層。亦可用利用1托的腔室壓力、約40MHz頻率產生的氫電漿來處理鉭金屬前驅物層。
    在沉積鉭金屬層的ALD或PEALD製程中，在相同製程條件下，用約13.56 MHz頻率產生處理鉭金屬前驅物層造成金屬層具有較佳的階梯覆蓋以及可能的較低的粗糙度。然而，已經發現上述處理對下方層造成傷害。在一或多個實施例中，為了解決該等問題，可藉由利用沉積/還原週期來形成鉭金屬層以形成鉭金屬層的期望厚度。在一或多個實施例中，沉積/還原週期可包括沉積某些鉭金屬前驅物層於基板上並用雙頻電漿處理鉭金屬前驅物層以得到金屬膜，且透過應用約40 MHz頻率產生的氫電漿而達成不傷害下方膜，並透過應用約13.56 MHz頻率而達成改良的粗糙度與階梯覆蓋。重複沉積/還原週期直到達到鉭金屬層的期望厚度為止。亦可應用此循環製程來沉積其他類型的金屬層。
    在一或多個實施例中，亦可應用雙頻產生的氫電漿來改良製程。舉例而言，在鉭金屬沉積ALD製程過程中，可將鉭膜沉積於噴頭及/或製程套組上，噴頭及/或製程套組通常處於比即將處理的基板更低的溫度。當利用約40 MHz頻率產生的氫電漿的氫電漿處理被應用時，此沉積的鉭膜可能非常鬆散或可能無法黏附至製程腔室的表面，且此沉積的鉭膜可能落在製程或後續製程的基板上。發現當利用約13.56 MHz頻率產生的氫電漿的氫電漿處理被應用時，鉭膜對該等表面的黏附性或鉭膜附著至該等表面的能力有所改良。藉由施加一片具有黏著表面的帶件至腔室的噴頭表面，來確定沉積於腔室的噴頭與其他部件上的所得鉭膜的黏附性中的差異，該腔室用以在50個沉積製程後執行利用約40 MHz頻率產生的氫電漿的氫電漿處理。所應用的帶件可自3M(Minneapolis,MN)的商標Scotch®下取得。在施加之後，接著拉開帶件。可明顯地看見鉭膜自噴頭剝落。當腔室用以在50個沉積製程後利用約13.56 MHz頻率產生的氫電漿執行氫電漿處理且對該腔室的噴頭表面施加相同帶件時，並拉開帶件，在帶件上並未看到鉭膜。
    因此，在一或多個實施例中，為了改良用以沉積鉭金屬層的PEALD腔室的顆粒表現，利用雙頻產生的氫電漿的氫電漿處理可被用來避免對下方層的傷害，同時改良腔室的顆粒表現。在一或多個特定實施例中，可在利用約40 MHz頻率產生的氫電漿的沉積/還原週期終端的沉積週期終端及/或當基板不存在於腔室中時，可執行利用約13.56 MHz頻率產生的氫電漿的氫電漿處理來改良沉積於製程套組與蓋部件上的鉭膜的附著性。亦可在僅用高頻產生的氫電漿處理金屬前驅物層之後，應用上述低頻電漿處理。
    在一或多個特定實施例中，暴露金屬前驅物層至藉由約40MHz的頻率產生的氫電漿特別有用於利用CVD沉積鈷金屬層。在上述實施例中，所得的金屬層與用約13.56MHz頻率產生的氫電漿處理鈷金屬前驅物層而形成的鈷金屬層具有相同特性(包括膜電阻率)，且不會對鈷金屬層下方的層造成傷害，而用約13.56 MHz頻率產生的氫電漿處理後可發現該傷害。
    本發明的另一態樣關於包括TaAlC的起始層。可利用TaCl5與三乙基鋁(TEA)的前驅物來完成TaAlC的沉積。舉例而言，將基板置放進入製程腔室中。接著，將TaCl5流入腔室中以致TaCl5與基板反應。接著清除腔室。在此步驟後，將TEA流入腔室中。接著再度清除腔室。
    亦可透過利用TaCl5與碳源氣體作為前驅物的原子層沉積來沉積TaCx。碳源氣體可包括至少一個雙鍵或三鍵任一者且範圍可為C1至C6。適合用於TaCx的沉積的碳源氣體的一實例包括乙烯。因此，在TaCx的一實施例中，透過藉由依序暴露基板至TaCl5氣體與碳氫化合物氣體的原子層沉積來沉積TaCx。在特定實施例中，碳氫化合物氣體包括至少一個雙鍵或至少一個三鍵。在進一步實施例中，所應用的碳氫化合物氣體包括乙烯。
    當未特定描寫沉積方法與週期時，可根據彼等在技術中具有通常技能的人士的知識來選擇沉積方法與週期。舉例而言，如上所討論般，在某些實施例中，可在電漿輔助原子層沉積(PEALD)製程過程中形成一或多個層。在某些製程中，電漿的應用提供足夠的能量以促進物種進入激發狀態，而表面反應變得適當且容易的。引導電漿進入製程可為持續或脈衝的。在某些實施例中，前驅物(或反應性氣體)與電漿的依序脈衝被用來處理層。在某些實施例中，可在本地(即，在製程區中)或遠端(即，在製程區外)離子化試劑。在某些實施例中，遠端離子化可發生在沉積腔室上游，以致離子或其他充能或發光物種不直接接觸沉積膜。在某些PEALD製程中，在製程腔室外(例如，藉由遠端電漿產生器系統)產生電漿。可透過彼等熟悉技術人士習知的任何適當電漿產生製程或技術來產生電漿。舉例而言，可藉由微波(MW)頻率產生器或射頻(RF)產生器來產生電漿。可取決於即將應用的特定反應性物種來調整電漿的頻率。適當的頻率包括(但不限於)2 MHz、13.56 MHz、40 MHz、60 MHz與100 MHz。雖然可在本文揭露的沉積製程過程中應用電漿，但應注意到電漿可能非為必須的。確實，與沉積製程有關的其他實施例處在不具有電漿的非常溫合條件下。
    根據一或多個實施例，可在形成層之前及/或之後讓基板接受製程。可在相同的腔室中或在一或多個個別的製程腔室中執行此製程。在某些實施例中，將基板自第一腔室移動至個別的第二腔室以用於進一步的製程。可將基板直接自第一腔室移動至個別的製程腔室，或者可將基板自第一腔室移動至一或多個傳送腔室，並接著將基板移動至期望的個別製程腔室。因此，製程設備可包括多個與傳送站連通的腔室。此類型的設備可稱為「群集工具」或「群集系統」等等。
    一般而言，群集工具是包括多個腔室的模組化系統，該多個腔室執行多種功能，多種功能包括基板中心-尋找與定向、除氣、退火、沉積及/或蝕刻。根據一或多個實施例，群集工具包括至少一第一腔室與中央傳送腔室。中央傳送腔室可容納機器手，機器手可在製程腔室與負載鎖定腔室之間與製程腔室與負載鎖定腔室之中穿梭移動基板。傳送腔室通常維持在真空條件下，且傳送腔室提供穿梭移動基板自一腔室至另一腔室及/或至負載鎖定腔室的中間階段，負載鎖定腔室位於群集工具的前端。可適用於本發明的兩個習知群集工具是Centura®與Endura®，Centura®與Endura®兩個均可自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,Calif)取得。一個上述階段化真空基板製程設備的細節揭露於美國專利第5,186,718號中，該專利標題為「Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method」且於1993年2月16日核發給Tepman等人。然而，為了執行本文所述的製程的特定步驟，可改變腔室的確切排列與組合。其他可應用的製程腔室包括(但不限於)循環式層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清洗、化學清洗、例如RTP的熱處理、電漿氮化、除氣、定向、羥化與其他基板製程。藉由在群集工具上的腔室中執行製程，可避免大氣雜質的基板表面污染且在沉積後續膜之前不具有氧化作用。
    根據一或多個實施例，當將基板自一腔室移動至下一腔室時，基板持續處在真空或「負載鎖定」條件下且基板不被暴露至周遭空氣。因此，傳送腔室處在真空下並且傳送腔室在真空壓力下被「抽空」。惰性氣體可存在於製程腔室或傳送腔室中。在某些實施例中，在形成矽層於基板的表面上後，應用惰性氣體作為淨化氣體來移除某些或所有的反應物。根據一或多個實施例，在沉積腔室的出口處注入淨化氣體以避免反應物離開沉積腔室至傳送腔室及/或額外的製程腔室。因此，惰性氣體的流動在腔室的出口處形成氣簾。
    可在單一基板沉積腔室中處理基板，其中在處理另一基板之前，負載、處理與卸載單一基板。亦可用連續方式(如同輸送帶系統)來處理基板，其中可將多個基板個別地負載進入腔室的第一部分、移動通過腔室，並自腔室的第二部分卸載。腔室與相關的輸送帶系統的形狀可形成直線路徑或彎曲路徑。此外，製程腔室可為旋轉木馬型，其中可圍繞中央軸移動多個基板，並透過旋轉木馬式路徑將多個基板暴露至沉積、蝕刻、退火、清洗等等製程。
    製程過程中，可加熱或冷卻基板。可藉由任何適當的手段完成上述加熱或冷卻，適當的手段包括(但不限於)改變基板支撐件的溫度以及流動經加熱的氣體或經冷卻的氣體至基板表面。在某些實施例中，基板支撐件包括加熱器/冷卻器，加熱器/冷卻器可被控制以傳導地改變基板溫度。在一或多個實施例中，加熱或冷卻應用的氣體(反應性氣體或惰性氣體任一者)以局部地改變基板溫度。在某些實施例中，將加熱器/冷卻器配置在腔室中鄰近基板表面以傳導地改變基板溫度。
    在製程過程中，基板亦可為固定的或旋轉的。旋轉的基板可持續或在分散步驟中加以旋轉。舉例而言，可在整個製程過程中旋轉基板，或者可在暴露至不同的反應性氣體或清除氣體之間少量地旋轉基板。在製程過程中旋轉(持續地或在數個步驟中)基板可藉由最小化比如氣流幾何中的局部變化的效應來幫助產生更均勻的沉積或蝕刻。
    實例
    實例1(比較性)
    進行透過利用TaCl5與乙烯前驅物的原子層沉積來沉積TaCx的嘗試。應用多種溫度與基板。在高達615℃的溫度下，在HfO2、SiO2、MOCVD TiN、TiCl4-基氮化鈦、TaN基板上沒有沉積。
    實例2
    透過化學氣相沉積來沉積包括金屬或金屬合金鈷的起始層，並成功地將TaCx沉積至包括金屬或金屬合金鈷的起始層上。亦可透過電漿輔助原子層沉積來沉積包括鉭的起始層，並成功地將TaCx沉積至包括鉭的起始層上。再者，成功地將TaCx沉積至包括TaAlC的起始層上。
    實例3
    發現了鈷厚度在10埃的TaN與1000埃的SiO2上的效應。第1圖是電阻率橫跨在600、575與550℃的溫度下各個5、10與20埃的鈷起始層的圖形表示。第2圖是Rs NU%橫跨在600、575與550℃的溫度下各個5、10與20埃的鈷起始層的圖形表示。由此確定了至少10埃的鈷產生最期望的結果。在5埃下，需要較高的溫度來取得期望的電阻率。
    實例4
    研究10埃的鈷在10埃TaN/1000埃SiO2上的溫度效應與電阻率。第3圖是TaCx厚度與電阻率相對於溫度的圖形表示。與10埃的鈷/10埃的TaN於1000埃的SiO2上有關地產生電阻率的多個片電阻地圖，且該多個片電阻地圖對應於第3圖上針對500℃、550℃、575℃與600℃的電阻率資料點。藉由量測基板上的多個位置來產生該等地圖。電阻率測定為約350-400歐姆/平方。
    實例5
    雖然已經參照特定實施例來描述本文的發明，但可理解該等實施例僅為本發明的原理與應用的描述。彼等熟悉技術人士將可理解可在不悖離本發明之精神與範圍下對本發明之方法與設備進行多種修改與變化。因此，本發明意圖包括隨附申請專利範圍的範圍中的修改與變化及修改與變化的等效物。
    為了詳細理解本發明上述之特徵，可參照某些描繪於附圖中的實施例來理解簡短概述於【發明說明】中的本發明的更明確描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此附圖不被視為本發明之範圍的限制因素。
    第1圖是顯示片電阻率橫跨在600℃、575℃與550℃的溫度下各個5、10與20埃的鈷起始層的圖式。
    第2圖是顯示Rs NU%橫跨在600℃、575℃與550℃的溫度下各個5、10與20埃的鈷起始層的圖式。
    第3圖是顯示TaCx厚度與電阻率相對於溫度的圖式。
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種沉積TaCx至一基板上的方法，該方法包括以下步驟：沉積一起始層至一基板上，該起始層包括一選自鎳、鈷、鉭、鈦與TaAlC所構成之群組的金屬或金屬合金；及沉積一TaCx層至該起始層上，其中x的一數值範圍是約0.4至約1.5。
    [2] 如請求項1所述之方法，其中該起始層是利用電漿氣相沉積、電漿輔助原子層沉積、化學氣相沉積、原子層沉積或物理氣相沉積而加以沉積。
    [3] 如請求項2所述之方法，其中該起始層基本上由TaAlC、鎳、鈷、鉭或鈦所構成。
    [4] 如請求項3所述之方法，其中該起始層是透過電漿輔助原子層沉積而加以沉積，該電漿輔助原子層沉積利用一包括氫的電漿。
    [5] 如請求項1所述之方法，其中該起始層的一厚度範圍是約2至約20埃。
    [6] 如請求項5所述之方法，其中該起始層的厚度是約10埃。
    [7] 如請求項1所述之方法，其中該TaCx層是透過原子層沉積而加以沉積，該原子層沉積依序暴露該基板至TaCl5氣體與一碳氫化合物氣體。
    [8] 如請求項7所述之方法，其中該碳氫化合物包括一個雙鍵或三鍵。
    [9] 如請求項8所述之方法，其中該碳氫化合物包括乙烯。
    [10] 如請求項1所述之方法，其中該基板包括HfO2、SiO2、TaN、TiN或上述之組合。
    [11] 如請求項1所述之方法，其中沉積該TaCx層的步驟發生在低於約600℃的一溫度下。
    [12] 一種沉積TaCx至一基板上的方法，該方法包括以下步驟：置放該基板進入一製程腔室中；沉積一起始層至該基板的至少一部分上，該起始層基本上由一選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成之群組的金屬或金屬合金所構成；及依序暴露包含該起始層的該基板的一表面至一TaCl5氣體與一碳氫化合物氣體，以形成一TaCx層於該起始層上，其中x的一數值範圍是約0.4至約1.5。
    [13] 如請求項12所述之方法，其中該起始層基本上由鉭所構成，且在與該起始層相同的製程腔室中沉積該TaCx層。
    [14] 如請求項12所述之方法，更包括以下步驟：在沉積一TaCx層至該基板上之前，置放該基板進入一第二製程腔室中。
    [15] 如請求項12所述之方法，其中該整個方法是在低於約600℃的一溫度下執行。
    [16] 一種沉積TaCx至一基板上的方法，該方法包括以下步驟：沉積一起始層至該基板上，該起始層基本上由一選自TaAlC、鎳、鈷、鉭與鈦所構成之群組的金屬或金屬合金所構成；依序暴露該基板的一表面至一第一反應物氣體與一第二反應物氣體以形成TaCx於該起始層上，該第一反應物氣體包含一鹵化鉭而該第二反應物氣體具有SiH4或Si2H6的化學式，其中x的一數值範圍是約0.4至約1.5；及重複依序暴露該基板表面至該第一反應物氣體與該第二反應物氣體。
    [17] 如請求項16所述之方法，其中該TaCx是在低於約600℃的一溫度下加以沉積。
    [18] 如請求項16所述之方法，其中該基板包括HfO2、SiO2、TaN、TiN或上述之組合。
    [19] 如請求項18所述之方法，其中該起始層是鈷或鉭。
    [20] 如請求項19所述之方法，其中該鈷或鉭是利用電漿輔助原子層沉積而加以沉積。
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    TWI621730B|2013-01-22|2018-04-21|Tokyo Electron Ltd|Film formation method and memory medium of TiN film|US5055246A|1991-01-22|1991-10-08|L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude|Method of forming high purity metal silicides targets for sputtering|
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