包含铝合金的具有高铝含量的膜的沉积的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式大体涉及膜沉积，且特别涉及适合作为N-金属膜的膜的沉积。
【背景技术】
[0002] 在基板表面上的薄膜沉积在多种工业中都是重要的工艺，这些工业包括半导体处 理、用于磁性读取/写入磁头的电介质以及扩散阻挡涂层。特别地，在半导体工业中，微型 化需要薄膜沉积的原子级控制，以于高深宽比结构上产生保形涂层。
[0003] 膜的一种重要类型是金属碳化物。这些膜被结合于许多应用中，包括栅极堆叠。一 些金属碳化物工艺是已知的，包括沉积含有相对低铝含量的膜的一些工艺。然而，目前还没 有一种已知工艺可以沉积膜中包含相对高铝浓度（level)的铝碳化物膜。此外，因为外表 特征（aspect features)的尺寸减少，所以需要调整电阻率，为了调整电阻率，将会需要降 低碳含量。因此，需要有包含相对高铝含量和/或相对低碳含量的膜以及沉积所述膜的方 法。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个方面涉及一种包含铝、碳和金属的膜，其中铝的元素含量是大于约 16%的量，且碳含量小于约50%。在一些实施方式中，所述金属选自由钛、钽和铪组成的群 组。在一或更多个实施方式中，铝的元素含量是大于约20%的量。在一些实施方式中，碳的 元素含量是小于约30%的量。在一或更多个实施方式中，金属与碳的元素含量比例小于约 50%〇
[0005] 本发明的第二方面涉及一种沉积膜的方法，所述方法包括：使基板表面暴露于金 属卤化物前驱物，所述金属卤化物前驱物包括金属卤化物，以于所述基板表面处提供金属 卤化物；清除过剩的金属卤化物；使所述基板表面暴露于一或多种烷基铝前驱物，所述一 或多种烷基错前驱物包括以下物质的一或多种：三甲基错（trimethyl aluminum)、三乙基 错（triethyl aluminum)、氢化二甲基错（dimethyaluminum hydride ;DMAH)、二乙基氢化 错（diethylhydridoaluminum)、甲基二氢化错（methyldihydroaluminum)以及化学式是 [(CxHy) 3_aAlHa]n的氢化烷基铝，其中X具有1至3的数值，y具有2x+2的数值，a具有1至 2的数值，以及η具有1至4的数值。在一些实施方式中，所述方法进一步包括使所述基板 表面暴露于胺-错烧（amine-alane)和稳定化胺，以提供包括金属错合金的N-金属膜。在 一或多个实施方式中，所述基板表面具有约200°C或300°C至约400°C的温度。
[0006] 在一些实施方式中，在暴露于铝烷前驱物之前进行暴露于所述烷基铝前驱物。在 一或多个实施方式中，在暴露于所述铝烷前驱物之后进行暴露于所述烷基铝前驱物。在一 些实施方式中，所述稳定化胺选自二甲基环己胺（dimethylcyclohexylamine)和二环甲基 己胺（dicyclomethylhexylamine)。在一或多个实施方式中，所述金属选自钛、钽和铪中的 一或多种。
[0007] 在一些实施方式中，所述金属卤化物选自选自由TiCl4、TaCl5、和HfClji成的群 组的金属卤化物。在一或多个实施方式中，所述基板表面暴露于所述烷基铝与所述基板表 面暴露于所述铝烷前驱物至少部分重叠。
[0008] 所述方法可包括其他步骤。在一些实施方式中，所述方法进一步包括清除所述铝 烷前驱物。在一或多个实施方式中，所述方法进一步包括使所述基板表面暴露于胺，其中在 所述基板表面暴露于所述烷基铝和/或所述铝烷前驱物时所述基板表面暴露于所述胺。在 一些实施方式中，用合金剂浸泡所述N-金属膜，其中所述合金剂包括SiH 4、GeH4、三甲基镓 (trimethylgallium)和B2H 6中的一或多种。在一或多个实施方式中，所述方法进一步包括 在所述基板暴露于所述第三前驱物期间，使所述基板表面暴露于第四前驱物，所述第四前 驱物包括二甲基乙基胺、二甲基环己胺或吡咯烷铝烷（pyrrolidine alane)中的一或多种。
[0009] 在一或多个实施方式中，所述N-金属膜含有少于20%的碳。在一些实施方式中， 所述前驱物是蒸汽前驱物。在一或多个实施方式中，所述方法是通过CVD或ALD执行的。
[0010] 本发明的另一方面涉及一种通过上述方法中任一方法制得的膜。
【具体实施方式】
[0011] 在描述本发明的数个示例性实施方式之前，应了解本发明并不限于以下描述中所 阐述的架构或工艺步骤的细节。本发明也可以有其他的实施方式，且能以各种方式来实施 或执行。
[0012] 在本文中所使用的"基板"是指任何基板或形成在基板上的材料表面，在制造工艺 期间，于所述基板或材料表面上执行膜处理。举例而言，根据应用，在其上能进行处理的基 板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅（SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、 锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料以及任何其他材料，比如金属、金属氮化物、金属合金 以及其他传导性材料。基板包括而不限于半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺，以抛光、 蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板表面本身上的膜处理 之外，在本发明中，所揭露的任何膜处理步骤也可于形成在基板上的下层上进行，如下文更 加详细揭示的，且术语"基板表面"旨在包括上下文所指的这类下层。
[0013] 根据本发明的各种实施方式，提供关于适合作为N-金属膜的铝金属合金的沉积 的方法。在一或多个实施方式中，这些膜包括铝、碳和另一金属。在一或多个实施方式中， 本文所提供的膜含有大于约16%的元素含量的铝含量，这在以前从未达成过。在一些实施 方式中，本文所述的膜为高度保形地沉积而成。此外，本文所述的膜的实施方式以能调的金 属与铝含量为特征，因此能控制所沉积的膜的性质。
[0014] 一般而言，方法的实施方式描述了将金属卤化物引至基板表面、清除所述金属卤 化物、引入具有稳定化胺的铝烷源化学物以及将烷基铝或氢化烷基铝引入至腔室。烷基铝 前驱物的引入可在具有稳定化胺的胺-铝烷的引入之前、期间或之后进行。视情况，可在基 板暴露于铝烷和/或烷基铝前驱物之后进行清除。
[0015] 因此，本发明的一个方面涉及一种包括铝、碳及金属的膜，其中铝的元素含量是大 于约16%的量。在进一步的实施方式中，所述膜包括元素含量大于18%、20%、25%、30% 或40%的错。在进一步的实施方式中，所述膜包括元素含量小于约50%的错。如上所述， 在包含铝、碳和另一金属的膜中还未达到这种高浓度的铝含量。
[0016] 先前已知的类似膜无法达到这么高浓度的铝。虽然不想被任何特定理论所限，但 在使用金属卤化物（例如TiCljP TaCl5)和烷基铝前驱物（例如三甲基铝或三乙基铝）的 方法中，认为卤化物配位基与铝原子反应而产生包括铝且由一或多个卤化物原子替换烷基 链的组成部分（moiety)。因为这是不稳定产物，故此循环产生了大部分烷基端接的金属表 面。可能有与后续循环发生的表面反应，比如在金属卤化物暴露于烷基端接的金属表面时 烷基基团与卤化物互换，但并无净生长反应发生，因而限制了铝含量。
[0017] 因此，通过添加铝烷前驱物（例如铝烷胺），认为烷基-金属终端能变为氢化 物-金属终端。铝烷会经历CVD工艺，然后进行表面转变。一旦有富含铝的表面，钛即可在 后续循环上沉积。在一