淀积金属化合物层的方法和用于淀积金属化合物层的设备的制作方法

专利名称：淀积金属化合物层的方法和用于淀积金属化合物层的设备的制作方法
技术领域：
本发明的示例实施例涉及一种用于淀积金属化合物层的方法和设备。更具体，本发明的示例实施例涉及用于在衬底上淀积氮化钛层的方法和设备。
背景技术：
半导体存储器可以通过在衬底例如硅晶片上执行一系列重复的单元工序来制造。单元工序可以包括淀积工序、氧化工序、光刻工序和平整工序。为了在衬底上形成层，可以执行淀积工序。为了在衬底上形成氧化物层或氧化衬底上的层，可以执行氧化工序。此外，为了通过刻蚀衬底上的层在衬底上形成希望的图形，可以执行光刻工序。为了平整衬底上形成的层，可以进行平整工序。
通过几种淀积工艺，例如，化学气相淀积(CVD)工艺、物理汽相淀积(PVD)工艺和原子层淀积(ALD)工艺，可以在衬底上形成各个层。例如，可以通过CVD工艺形成可以用作栅绝缘层、绝缘中间层、或介质层的氧化硅层。通过CVD工艺可以形成氮化硅层，氮化硅层可以用作掩模、刻蚀停止层或隔片。此外，通过CVD工艺、PVD工艺或ALD工艺可以形成各种金属化合物层，该金属化合物层可以用于形成半导体器件的金属布线、电极或栓塞。
在半导体器件中，通常可以采用金属复合层例如氮化钛层来形成栓塞，该栓塞将单元元件电连接到电容器的电极或金属布线。金属复合层也可以用作金属阻挡层，以防止金属原子的扩散。氮化钛层典型地可以通过CVD工艺、PVD工艺或ALD工艺来形成。
氮化钛层可以在约680℃的温度下通过氯化钛(TiCl4)气体和氨气(NH3)之间的反应来形成。可以通过增加处理温度减小氮化钛层中剩下的氯(Cl)原子数量，以形成氮化钛层。但是，如果处理温度被降低，那么氮化钛层可以具有改进的台阶覆盖度。此外，如果处理温度增加，以降低氮化钛层中的氯原子，那么包括层和/或图形的底下结构可能被氮化钛层的形成过程中产生的热应力损坏。
最近，由于半导体器件的基本单元的面积被大大地减小，已研制了各种工艺来制造高度集成的半导体器件。例如，可以使用高-k材料来形成晶体管的栅绝缘层或电容器的介质层。此外，可以使用低-k材料来形成绝缘中间层，以由此减小绝缘中间层和金属布线之间的寄生电容量。高-k材料的例子可以包括氧化钇(Y2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钛钡(BaTiO3)和氧化钛锶(SrTiO3)。
如果通过CVD工艺在包括氧化铪或氧化锆的介质层上形成氮化钛层，那么通过介质层和源气体如氯化钛气体之间的反应可能产生反应副产物，例如，氯化铪(HfCl4)或氯化锆(ZrCl4)。该反应副产物可能损坏介质层的电介质和/或电性能。反应副产物可能增加通过介质层的漏电流。反应副产物可能增加介质层的比电阻(specificresistance)，这可能增加电容器的接触电阻。
为了改进上述问题，可以有利地使用ALD工艺来形成氮化钛层，可氮化钛层以用作介质层或栅绝缘层。如果通过ALD工艺形成氮化钛层，那么因为氮化钛层可以在约低于600℃的处理温度下形成，因此氮化钛层可以具有改进的台阶覆盖度。此外，通过交替地提供形成氮化钛层的源气体可以降低氮化钛层中的氯原子的数量。但是，如果通过ALD工艺来形成氮化钛层，那么与CVD工艺相比，可以减小氮化钛层的制造生产量。
连续流动淀积(SFD)工艺可以用来解决与常规氮化钛层的形成有关的上述问题。SFD工艺可以包括通过提供反应气体在反应室中的衬底上形成氮化钛层，首先清洗反应室，从氮化钛层除去氯原子，再次清洗反应室。尽管与ALD工艺相比，SFD工艺可以提供更高的氮化钛层的制造生产量，但是SFD工艺可能提供仍低于CVD工艺的氮化钛层的制造生产量。

发明内容
在本发明的例子实施例中，一种淀积金属化合物层的方法可以包括，在衬底上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层，第一源气体包括金属，第二源气体包括能与该金属反应的材料，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第一金属化合物层的淀积速率充分地高于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第一金属化合物层的淀积速率，以及以第二流速比提供第一和第二源气体，第二流速比不同于第一流速比，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，以及其中第一和第二源气体同时从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料。
在本发明的另一例子实施例中，一种淀积金属化合物层的方法可以包括，在衬底上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层，第一源气体包括金属，第二源气体包括能与该金属起反应的材料，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第一金属化合物层的淀积速率充分地高于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第一金属化合物层的淀积速率，用不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，用不同于第一流速比的第三流速比提供第一和第二源气体，以在第二金属化合物层上淀积第三金属化合物层，以引起第一和第二源气体之间的表面反应，以及用不同于第三流速比的第四流速比提供第一和第二源气体，以在第三金属化合物层上淀积第四金属化合物层。
在本发明的例子实施例中，一种淀积金属化合物层的设备可以包括，设为容纳衬底的处理室，设为在衬底上提供第一源气体和第二源气体的供气系统，其中第一源气体包括金属和第二源气体包括能与该金属起反应的材料，以及设为调整第一和第二源气体的流速以在衬底上淀积第一金属化合物层的流速控制装置，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，以及还设为调整第一和第二源气体的流速，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，同时从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料，其中以不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体。


参考附图通过其例子实施例的详细描述将使本发明变得更明白，其中图1是说明根据本发明的例子实施例设为淀积金属化合物层的设备的剖面图；图2是说明图1所示的设备的第一供气单元的放大剖面图；图3是说明根据本发明的例子实施例使用图1所示的设备淀积金属化合物层的方法的流程图；图4说明图3所示的方法中的源气体的馈送时间的时序图；图5是说明根据本发明的例子实施例金属化合物层相对于TiCl4气体的处理温度和流速的淀积速率的曲线图；图6是说明根据本发明的例子实施例在约500℃的处理温度下金属化合物层相对于TiCl4气体的处理压力和流速的淀积速率的曲线图；图7是说明根据本发明的例子实施例在约700℃的处理温度下金属化合物层相对于TiCl4气体的处理压力和流速的淀积速率的曲线图；图8A、8B和8C是说明根据本发明的例子实施例通过改变源气体之间的流速比在约700℃的温度和约5Torr的压力下形成的氮化钛层的电子显微图片；图9A、9B和9C是说明根据本发明的例子实施例通过改变源气体之间的流速比在约500℃的温度和约2Torr的压力下形成的氮化钛层的电子显微图片；图10A和10B说明图3所示的方法中的第一源气体的馈送时间的时序图；图11是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图；图12是说明根据本发明的例子实施例使用图11所示的设备淀积金属化合物层的方法的流程图；图13说明图12所示的方法中的源气体的馈送时间的时序图；图14是说明在图12所示的方法中，在衬底上提供的第一源气体的馈送时间的时序图；图15示出了连续流动淀积(SFD)工艺中氮化钛层相对于循环数目的淀积速率的曲线图；图16示出了在TiCl4脉冲淀积(TPD)工艺中氮化钛层相对于循环数目的淀积速率的曲线图；图17示出了单位每装备小时(UPEH)相对于使用SFD和TPD工艺形成的钛层的比电阻的曲线图；图18是说明根据本发明的另一例子实施例淀积金属化合物层的设备的剖面图；图19是说明根据本发明的例子实施例使用图18所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图；图20说明图19所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图；
图21是说明根据本发明的例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图；图22是说明根据本发明的例子实施例使用图21所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图；图23说明图22所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图；图24是说明根据本发明的例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图；图25是说明根据本发明的例子实施例使用图24所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图；图26说明图25所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图；图27是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图；图28是说明根据本发明的例子实施例使用图27所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图；图29说明图28所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图；以及图30是说明根据本发明的例子实施例制造的半导体器件的剖面图。
具体实施例方式
现在将参考附图更完全地描述本发明，其中示出了本发明的例子实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式体现，不应该被认为局限于在此阐述的例子实施例。相反，这些例子实施例被提供作为加工例子。在图中，为了清楚可以放大层和区域的尺寸和相对尺寸。
应当理解，当一个元件或层称为在另一元件或层“上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、连接或耦合到另一元件或层，或可以存在插入元件或层。相反，当一个元件被称为直接在另一元件或层“上”或“直接连接到”到另一个元件或层时，不存在插入元件或层。在整篇中，相同的数字指相同的元件。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列项的任意和所有组合。
应当理解，尽管在此可以使用术语第一、第二、第三等来描述各个元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语仅仅是用来使一个元件、组件、层或部分与其它区域、层或部分相区别。因此，在不脱离本发明的教导的条件下，下面论述的第一元件、组件、区域、层或部分可以称为第二元件、组件、区域、层或部分。
为了便于描述一个元件或部件与图中所示的其它元件或部件的关系，在此可以使用空间相对术语，例如，“在...底下”、“在...下面”、“下”、“在...之上”、“上”等。应当理解空间相对术语是用来包含除图中描绘的方向之外的使用中或操作中器件的不同取向。例如，如果图中的器件被翻转，那么描述为在其他元件或部件“下面”或在其他元件或部件“底下”的元件于是将定向在其他元件或部件“之上”。因此，示例性术语“在...下面”可以包括“在...之上”和“在...之下”的两种取向。器件可以被另外定向(旋转90度或以其他方向)和由此解释在此使用的空间相对描述词。
在此使用的专业词汇是仅仅用于描述特定的实施例而不是限制本发明。如在此使用的单数形式“a”，“an”和“the”同样打算包括复数形式，除非上下文另外清楚地表明。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“comprises”和/或“comprising”说明陈述的部件、整体、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但是不排除存在或增加一个或多个其他部件、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
在此参考剖面图描述了本发明的例子实施例，剖面图是本发明的理想化实施例(和中间结构)的示意图。照此，应当预想由于例如制造工艺和/或容差的变化的图例形状的变化。因此，本发明的例子实施例不应该被认为局限于在此所示的区域的特定形状而是包括所得的形状例如由制造的偏差。例如，图示为矩形的注入区一般地将具有圆滑的或弯曲的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度，而不是从注入区至非注入区的二元变化。同样，通过注入形成的掩埋区可以引起掩埋区和通过其进行注入的表面之间区域中发生某些注入。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，且它们的形状不打算图示器件区域的实际形状以及不打算限制本发明的范围。
除非另外限定，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有由本发明所属的技术领域的普通技术人员通常理解的相同意思。还应当理解术语，如在通常使用的词典中定义的那些术语，应该解释为具有符合相关技术的环境中的意思且不被理想化解释或过度地形式感知，除非在此被清楚地限定。
图1是说明根据本发明的例子实施例用于在衬底上淀积金属化合物层的设备的剖面图。图2是说明图1中的设备的第一供气单元的放大剖面图。
参考图1和2，设备100可以被设为淀积金属化合物层，以及可以用于在衬底10例如硅晶片或绝缘体上的硅(SOI)衬底上形成金属复合层(未示出)的淀积工序中。例如，设备100可以用来在衬底10上形成金属化合物层，例如氮化钛层。金属化合物层可以指单个金属化合物层，以及金属复合层可以指最少两个金属化合物层的复合金属化合物层。
设备100可以包括处理室102、载物台104和供气系统120。
处理室102可以提供密闭空间，其中可以进行形成金属复合层的淀积工序。载物台104可以被布置在处理室102中，在淀积工序中支撑衬底10。处理室102可以被连接到真空系统110，以排放反应副产物、剩余气体、净化气体和/或清洗气体。
供气系统120可以在处理室102中装载的衬底10上提供源气体，以在衬底10上形成金属复合层。供气系统120可以另外地提供净化气体到处理室102中，以便在金属复合层的形成之前和/或之后，净化处理室102的内部。
在处理室102的上部可以布置喷淋头106，以将源气体和净化气体均匀地喷射到处理室102中。喷淋头106可以被连接到供气系统120。在本发明的例子实施例中，净化气体可以用作压控气体，以调整/控制处理室102内部的压力。
供气系统120可以将第一源气体和第二源气体提供到处理室102中，由此在衬底10上形成金属复合层。第一源气体可以包括金属和卤族元素。第二源气体可以包括可以与第一源气体的金属起反应的第一材料。此外，第二源气体可以包括可以与第一源气体的卤族元素起反应的第二材料。如果在衬底10上形成氮化钛层，那么第一源气体和第二源气体可以分别包括氯化钛(TiCl4)气体和氨气(NH3)。
供气系统120可以包括第一供气单元130、第二供气单元140和第三供气单元150。第一供气单元130可以在处理室102中装载的衬底10上提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体。第二供气单元140可以在衬底10上提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体。第三供气单元150可以将净化气体提供到处理室102中。供气系统120可以通过多个连接管线连接到喷淋头106(下面详细描述)。
如图2所示，第一供气单元130可以包括第一储蓄器132、密闭容器134以及浸渍(immersed)管线136。第一储蓄器132可以在其中存储第一载体气体。密闭容器134可以接收第一液态源(例如，液相的TiCl4)，以产生第一源气体。浸渍管线136可以从第一储蓄器132延伸到密闭容器134。浸渍管线136的第一端部可以被耦合到第一储蓄器(reservoir)132，以及浸渍管线136的第二端部可以被浸入密闭容器134中存储的第一液态源中。通过使通过浸渍管线136提供的第一液体产生气泡，可以从第一液态源获得第一源气体。
在本发明的例子实施例中，第一供气单元130可以包括蒸发器。蒸发器可以直接加热第一液态源(例如，液相的TiCl4)，以由此产生第一源气体(例如，TiCl4气体)。另外，蒸发器可以获得第一液态源并将它转变为雾相，以及蒸发器可以通过加热雾-相液态源产生第一源气体。
第二供气单元140可以包括第二储蓄器142和第二源气体罐144。第二储蓄器142可以在其中存储第二载体气体。第二源气体罐144可以在处理室102中装载的衬底10上提供第二源气体(例如，NH3气体)。第三供气单元150可以包括第三储蓄器(未示出)，以将净化气体提供到处理室102中。
在处理室102的上部可以布置连接到供气系统120的喷淋头106，以便在衬底10上提供第一和第二源气体。
喷淋头106可以包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴。第一喷嘴可以在衬底10上均匀地提供第一源气体。第二喷嘴可以将第二气体均匀地喷射在衬底10上。在喷淋头106中第一源气体不应该与第二源气体混合。第一和第二源气体应该被独立地提供在衬底10上。如果第一气体源包括TiCl4气体和第二源气体包含NH3气体，那么可以通过TiCl4气体和NH3气体之间的反应，在衬底10上形成氮化钛层。
第一供气单元130的喷淋头106和密闭容器134可以通过第一连接管线170a、第一分管线(divided line)172a和第二分管线172b相互连接。第一和第二分管线172a和172b可以从第一连接管线170a分出支路。第二供气单元140的喷淋头106和第二源气体罐144可以通过第二连接管线170b、第三分管线172c和第四分管线172d相互连接。第三和第四分管线172c和172d可以从第二连接管线170b分出支路。第三供气单元150可以通过第三连接管线170c连接到第一连接管线170a。第二供气单元140的第二储蓄器142可以通过第四连接管线170d连接到第二连接管线170b。
供气系统120还可以包括第四供气单元160，通过第五连接管线170e连接到第三连接管线170c。第四供气单元160可以提供清洗气体到处理室102中，以清洗处理室102的内部。
在本发明的例子实施例中，可以通过第三连接管线170c和第一连接管线170a将净化气体提供到喷淋头106中，如图1所示。在本发明的另一例子实施例中，第三连接管线170c可以被连接到第二连接管线170b，以便将净化气体引入喷淋头106中。
其间，第一旁通管线174a、第二旁通管线174b、第三旁通管线174c和第四旁通管线174d可以被分别连接到第一分管线172a、第二分管线172b、第三分管线172c和第四分管线172d。
在第一连接管线170a和第二连接管线170b中分别可以安装第一闸阀176a和第二闸阀176b。在第三连接管线170c和第四连接管线170d中分别可以布置第一流量控制阀178a和第二流量控制阀178b。此外，在第五连接管线170e和浸渍管线136中可以分别安装第三流量控制阀178c和第四流量控制阀178d。
在第一分管线172a、第一旁通管线174a、第二分管线172b和第二旁通管线174d中可以分别安装第一互锁阀180a、第二互锁阀180b、第三互锁阀180c和第四互锁阀180d。此外，在第三分管线172c、第三旁通管线174c、第四分管线172d和第四旁通管线174d中可以分别布置第五互锁阀180e、第六互锁阀180f、第七互锁阀180g和第八互锁阀180h。
在第一分管线172a中可以安装第一质流控制器182a，以将第一源气体的流速调整为第一流量。在第三分管线172c中可以安装第二质流控制器182b，以将第二源气体的流速调整为预先设置的第二流速。此外，在第二分管线172b中可以布置第三质流控制器182c，以将第一源气体的流速调整为第三流速。在第四分管线172d中可以布置第四质流控制器182d，以调整第二源气体的流速为第四流速。
在本发明的例子实施例中，通过第一和第三质流控制器182a和182c调整的第一和第三流速可以表示混合的第一源气体和第一载体气体的流速。在经过第一和第三质流控制器182a和182c的混合气体中，第一源气体和第一载体气体之间的流速比可以约为1.0∶1.0。
为了将第一和第二气体的流量变为其层流，可以提供第一至第四第四旁通管线174a，174b，174c和174d。例如，在衬底10上形成金属复合层之前，第一至第四旁通管线174a，174b，174c和174d可以被打开，以在第一至第四分管线172a，172b，172c和172d中分别将第一和第二源气体的流量转变为的层流。
当在衬底10上可以以第一流速和第二流速分别提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第五互锁阀180a和180e可以被打开，而第二和第六互锁阀180b和180f可以被关闭。同时，为了以第三和第四流速旁通第一和第二源气体，第三和第七互锁阀180c和180g可以被关闭，而第四和第八互锁阀180d和180h可以被打开。
相反，当可以以第三和第四流速将第一和第二源气体分别引入处理室102中，以便在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层时，第三和第七互锁阀180c和180g可以打开，而第四和第八互锁阀180d和180h可以被关闭。同时，为了分别用第一和第二流速旁通第一和第二源气体，第一和第五互锁阀180a和180e可以被关闭，但是第二和第六互锁阀180b和180f可以被打开。结果，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层，以及可以从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料，例如，氯。通过使氯与以第四流速提供的第二源气体反应，可以除去可能包含于第一和第二金属化合物层中的氯。例如，氯可以与第二源气体起反应，由此产生可以从第一和第二金属化合物层容易地除去的氯化氢(HCl)。
阀门控制单元190可以控制第一至第八互锁阀180a，180b，180c，180d，180e，180f，180g和180h的操作。阀门控制单元190可以进一步控制第一和第二闸阀176a和176b的操作以及控制第一至第四流量控制阀178a，178b，178c和178d的操作。
第一载体气体、第二载体气体以及净化气体(purging gas)分别可以包括惰性气体，例如，氩(Ar)气或氮(N2)气。在本发明的例子实施例中，第一储蓄器132、第二储蓄器142以及第三储蓄器分别可以存储第一源气体、第二源气体和净化气体。在本发明的另一例子实施例中，可以从供气系统120的单个储蓄器(未示出)提供第一源气体、第二源气体和净化气体。
在浸渍管线136中可以布置第一加热器(未示出)，以加热从第一储蓄器132提供的第一载体气体。第一加热器可以增加来自第一液态源(例如，液相的TiCl4)的第一源气体(例如，TiCl4气体)的蒸发效率。第一加热器可以提供热量到第一载体气体，以便第一载体气体可以达到充分地高于第一液态源的沸点的温度。第一加热器可以加热第一载体气体至约100℃至约180℃的温度范围内。例如，第一载体气体的温度可以约为150℃。
在第一连接管线170a、第一分管线172a和第二分管线172b中分别可以安装加热套(未示出)，以防止第一源气体在各个连接管线中冷凝。
第二加热器184可以被耦合到密闭容器134，以加热密闭容器134，由此增加来自第一液态源的第一源气体的蒸发效率。第二加热器184可以包括电阻线圈，该电阻线圈可以包围密闭容器134。
在载物台104中可以进一步提供载物台加热器108，以将衬底10加热至处理温度。载物台加热器108也可以包括电阻线圈。另外，载物台加热器108可以包括多个灯(未示出)。例如，载物台加热器108可以包括多个卤灯(halogen lamp)，卤灯可以包括灯壳和灯组件。灯壳可以包含卤灯和通过卤灯在载物台104上产生的照射射线。灯组件可以包括载物台104和卤灯之间布置的透明窗。
在处理室102的侧壁可以提供闸门186。衬底10可以通过闸门186装载到处理室102中和从处理室102卸载。
通过耦合到处理室102的真空系统110，可以从处理室102除去在金属复合层的形成过程中产生的反应副产物和剩余气体。真空系统110可以包括真空泵112、真空管线114和隔离阀116。
图3是说明根据本发明的例子实施例使用图1所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图4是说明图4所示的方法中源气体的馈送时间的时序图。
参考图1至4，在S100中，通过在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，可以在衬底10上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素。第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，以及第二源气体可以包括NH3气体。衬底10可以被装载到处理室102中。第一和第二源气体可以被提供在衬底10上，以在衬底10上淀积第一金属化合物层。
在第一金属化合物层的形成过程中，第一和第二质流控制器182a和182b可以调整第一和第二源气体的流速为第一流速比。第一流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶10的范围内。例如，第一流速比可以约为1.0∶1.0。换句话说，第一流速比可以处于约0.1∶1.0至约2.0∶1.0的范围内。例如，第一源气体的第一流速可以约为30sccm，第二源气体的第二流速可以约为30sccm。
当第一流速相对于第二流速的流速比约低于0.1时，在衬底10上可能不能正确地淀积第一金属化合物层。当流速比约高于2.0时，尽管在衬底10上可以连续地淀积第一金属化合物层，但是第一源气体的效率可能被不利地降低。
在S110中，通过在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，可以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层。同时，可以从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料。第一和第二源气体可以以基本上不同于第一流速比的第二流速比提供。具体，可以以充分地低于第一流速的第三流速提供第一源气体，以及以充分地高于第二流速的第四流速提供第二源气体。第三质流控制器182c和第四质流控制器182d分别可以调整第一源气体的第三流速和第二源气体的第四流速。第一源气体的第三流速和第二源气体的第四流速之间的第二流速比可以处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内，以从第一和第二金属化合物层充分地除去不希望的材料。换句话说，第三流速和第四流速之间的第二流速比可以处于约0.001∶1.0至约0.01∶1.0的范围内。此外，第二气体的第二流速和第四流速之间的第三流速比可以处于约1.0∶10至约1.0∶100的范围内。亦即，第二气体的第二和第四流速之间的第三流速比可以处于约0.01∶1.0至约0.1∶1.0的范围内。例如，在第二金属化合物层的形成过程中，第一源气体的第三流速约为2sccm，第二源气体的第四流速约为1,000sccm。
在本发明的例子实施例中，可以使用以第三流速提供的第一源气体、以第四流速提供的第二源气体以及可能存在于处理室102中的剩余第一源气体形成第二金属化合物层。在第一金属化合物层的形成之后，在处理室102中可能留下剩余的第一源气体。如上所述，通过以较高流速提供的第二源气体可以除去可能包含于第一和第二金属化合物层中的氯。
在S120中，通过重复S100和S110的工序，可以在衬底10上形成具有希望厚度的金属复合层(例如，第一和第二金属化合物层)。亦即，连续地执行淀积第一金属化合物层的第一工序和淀积第二金属化合物层的第二工序，以便可以在衬底10上形成具有希望厚度的金属复合层。
如图4所示，第一时段t1可以执行淀积第一金属化合物层的第一工序，第二时段t2可以执行淀积第二金属化合物层的第二工序。第一和第二工序分别可以被执行约几秒至约几十秒。例如，第一和第二金属化合物层分别可以被淀积约6秒。
由于可以从第一和第二金属化合物层充分地除去氯，因此可以在较低的温度下执行第一和第二工序。由此，金属复合层可以具有增加的台阶覆盖度。在本发明的例子实施例中，可以在约400℃至约600℃的温度下和在约0.1Torr至约2.5Torr的压力下形成金属复合层。
氯化钛层相对于源气体的处理温度和流速的淀积速率为了根据源气体的处理温度和流速评价金属化合物层的淀积速率，通过改变源气体的流速，测量在约550℃的温度下和约700℃的温度下衬底上的氮化钛层的淀积速率。
图5是说明根据本发明的例子实施例金属化合物层相对于TiCl4气体的处理温度和流速的淀积速率的曲线图。
通过改变TiCl4气体的流速测量第一氮化钛层的第一淀积速率；在约550℃的第一温度下在处理室中装载衬底；以及在约60sccm的流速下提供NH3气体。此外，通过改变TiCl4气体的流速测量第二氮化钛层的第二淀积速率；在约700℃的第二温度下在处理室中装载衬底；以及在约60sccm的流速下提供NH3气体。在两个实验中，处理室处于约5Torr的压力。
图5中示出了测量结果。参考图5，当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约高于0.5∶1.0时，第二氮化钛层的第二淀积速率具有饱和值。此外，当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约低于0.5∶1.0时，第二氮化钛层的第二淀积速率具有峰值。当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约高于0.17∶1.0时，第一氮化钛层的第一淀积速率基本上是恒定的。
当在约700℃的处理温度下TiCl4气体的流速约高于30sccm时，第二氮化钛层的第二淀积速率具有约6.1/秒的基本上恒定的值。当TiCl4气体的流速约高于14sccm时，第二氮化钛层的第二淀积速率约为10.6/秒。相反，当在约550℃的处理温度下TiCl4气体的流速约高于30sccm时，第一氮化钛层的第一淀积速率具有约3.8/秒的基本上恒定的值。当TiCl4气体的流速约低于30sccm时，第一氮化钛层的第一淀积速率基本上不改变。
如上所述，当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约低于0.5∶1.0时，在约700℃的第二温度下，在衬底上可能不合需要地淀积氮化钛层。当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约高于0.5∶1.0时，由于源气体例如TiCl4气体和NH3气体之间的表面反应，在衬底上可以合乎需要地形成氮化钛层。但是，当TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约低于0.5∶1.0时，氮化钛层的形成可能主要取决于TiCl4气体和NH3气体之间的质量传递，而不是TiCl4气体和NH3气体之间的表面反应，由此淀积的氮化钛层可能具有差的台阶覆盖度。质量传递意味着其中在被提供到处理室中的第一和第二源气体在衬底上相互反应之后，在衬底上可能不规则地氮化钛淀积的一种现象。表面反应意味着在第一和第二源气体邻近于衬底的表面部分相互反应之后，在衬底上可以形成具有均匀厚度的连续氮化钛层的另一种现象。
如果氮化钛层的形成主要取决于质量传递而不是表面反应，那么氮化钛层可能具有差的台阶覆盖度。但是，如果氮化钛层的形成主要取决于表面反应而不是质量传递，那么氮化钛可以具有大大地增加的台阶覆盖度。
如图5所示，如果在约550℃的第一温度下形成氮化钛，那么可以更充分地保证TiCl4气体和NH3气体之间的流速比的工艺余量。如果TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约高于0.5∶1.0，那么氮化钛层的淀积速率可以非常均匀。如果TiCl4气体相对于NH3气体的流速比处于约0.17∶1.0至约0.5∶1.0的范围内，那么氮化钛层的淀积速率可能稍微增加，因为在TiCl4气体相对于NH3气体的较低流速比下可能发生质量传递。由于淀积速率的饱和值和峰值之间差值是小的，例如，约0.9/秒，因此在约550℃的第一温度下的TiCl4气体和NH3气体之间的流速比的工艺余量可以充分地大于在约700℃的第二温度下的TiCl4气体和NH3气体之间的流速比的工艺余量。因此，当第一和第二源气体之间的流速比处于约0.17∶1.0至约0.5∶1.0的范围内时，氮化钛层的形成可能主要取决于第一和第二源气体之间的表面反应，而不是源气体之间的质量传递。此外，如果根据源气体之间的表面反应形成氮化钛层，那么氮化钛层可以具有大大地增加的台阶覆盖度。
如上所述，当在较低的温度下形成氮化钛层时，氮化钛层可以具有大大地增加的台阶覆盖度，以及TiCl4气体和NH3气体之间流速比可以增加。而且，因为在较低的温度下形成氮化钛层，所以在氮化钛层的形成中，包括层和/或图形的底下结构可以具有大大地减小的热应力。
氮化钛层相对于源气体的处理压力和流速的淀积速率为了根据源气体的处理压力和流速评价氮化钛层的淀积速率，通过改变源气体的流速在衬底上形成氮化钛层的过程中，在2Torr和约3Torr的处理压力下测量氮化钛层的淀积速率。
图6是说明根据本发明的例子实施例在约500℃的处理温度下氮化钛层相对于TiCl4气体的处理压力和流速的淀积速率的曲线图。
在本发明的例子实施例中，通过以约60sccm的流速提供NH3气体和通过改变TiCl4气体的流速，在约2Torr的第一处理压力下测量第三氮化钛层的第三淀积速率。通过以约60sccm的流速提供NH3气体和通过改变TiCl4气体的流速，在约3Torr的第二处理压力下测量第四氮化钛层的第四淀积速率。图6中示出了测量结果。第三和第四氮化钛层在约500℃的处理温度下形成。
图7是根据本发明的例子实施例在约700℃的处理温度下氮化钛层相对于TiCl4气体的处理压力和流速的淀积速率的曲线图。
在本发明的例子实施例中，通过用约60sccm的流速提供NH3气体和通过改变TiCl4气体的流速，在约2Torr的第三处理压力下测量第五氮化钛层的第五淀积速率。通过用约60sccm的流速提供NH3气体和通过改变TiCl4气体的流速，在约5Torr的第四处理压力下测量第六氮化钛层的第六淀积速率。图7中示出了测量结果。第五和第六氮化钛层在约700℃的处理温度下形成。
如图6所示，如果TiCl4气体相对于NH3气体的流速比约为1.0∶1.0，那么在约2Torr的第一压力和约3Torr的第二压力下第三和第四氮化钛层的第三和第四淀积速率可以饱和。但是，在约2Torr的第一压力下形成的第三氮化钛层的第三淀积速率充分地高于在约3Torr的第二压力下形成的第四氮化钛层的第四淀积速率。因此，当处理压力较低时，氮化钛层可以具有增加的台阶覆盖度。
参考图7，氮化钛层相对于处理压力的淀积速率变化可以类似于氮化钛层相对于处理温度的淀积速率变化。如果处理室处于约2Torr的第三压力下，那么可以用TiCl4气体和NH3气体之间的较宽的流速比淀积第五氮化钛层。第五氮化钛层的第五淀积速率可以类似于在约550℃的温度下和约5Torr的压力下形成的第一氮化钛层的淀积速率，如图5所示。因此，通过控制处理温度和处理压力的至少一个，氮化钛层可以具有增加的台阶覆盖度。
图8A、8B和8C是说明根据本发明的例子实施例通过改变源气体之间的流速比在约700℃的温度和约5Torr的压力下形成的氮化钛层的电子显微镜图片。图9A、9B和9C是说明根据本发明的例子实施例通过改变源气体之间的流速比在约500℃的温度和约2Torr的压力下形成的氮化钛层的电子显微镜图片。
参考图8A、8B和8C，通过以约60sccm的流速提供NH3气体和通过分别用约10sccm的流速提供TiCl4气体(参见图8A)，约30sccm的流速提供TiCl4气体(参见图8B)，以及约60sccm的流速提供TiCl4气体(参见图8C)，在约700℃的温度和约5Torr的压力下，可以在电容器例如柱形下电极上形成氮化钛层。当以约10sccm的流速提供TiCl4气体时，因为氮化钛层的淀积速率可能主要取决于TiCl4气体和NH3气体之间的质量传递，在下电极上可能非常不规则地形成氮化钛层。当以约30sccm的流速提供TiCl4气体时，尽管在电容器的下电极上更连续地形成氮化钛层，但是在下电极上可能稍微不规则地形成氮化钛层，如图8B所示。但是，当以约60sccm的流速提供TiCl4气体时，在下电极上可以非常均匀地形成氮化钛层，该流速基本上等于NH3气体的流速。
参考图9A、9B和9C，通过以约60sccm的流速下提供NH3气体和通过分别用约10sccm的流速提供TiCl4气体(参见图9A)，约30sccm的流速提供TiCl4气体(参见图9B)以及约60sccm的流速提供TiCl4气体(参见图9C)，在约500℃的温度和约2Torr的压力下，可以在电容器例如柱形下电极上形成氮化钛层。如图9A至9C所示，如果在较低温度下形成氮化钛层，那么在柱形下电极上可以非常均匀地形成所有氮化钛层，以便每个氮化钛层可以具有增加的台阶覆盖度。
如上所述，通过在较低温度和较低压力下淀积金属化合物层，例如，氮化钛层，可以有利地形成金属复合层。因此，金属复合层可以具有优异的台阶覆盖度以及施加到底下结构的热应力可以被大大地减小。在本发明的例子实施例中，如果在电容器的下电极上或晶体管中的栅极结构的金属阻挡层上形成氮化钛层，那么可以大大地减小来自氮化钛层的漏电流。
图10A和10B是说明在根据本发明的例子实施例的方法中第一源气体的馈送时间的时序图。图10A示出了当用于淀积金属化合物层的工序被重复两次时，用于第一源气体的第一馈送时间A。图10B示出了当用于淀积金属化合物层的工序被重复四次时，用于第一源气体的第二馈送时间B。
参考图3、10A和10B，第一馈送时间A提供的第一源气体的数量可以充分地大于第二馈送时间B提供的第一源气体的数量，因为在S110工序进行的同时，在处理室102中可能留下S100中提供的某些第一源气体。换句话说，如果对于希望的处理时间包括第一和第二工序的循环数目增加，那么第一源气体的数量可以增加。由此，可以通过调整第一和第二工序的循环数目正确地控制金属化合物层的淀积速率，由此通过图1的设备100增加制造生产量。而且，根据增加的循环数目，可以从金属化合物层有效地除去可能包括于金属化合物层中的氯，以便金属化合物层可以具有大大地减小的比电阻。
图11是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图。
参考图11，在衬底10上形成金属复合层如氮化钛层的淀积工序过程中可以使用淀积金属化合物层的设备200。
设备200可以包括处理室202、载物台204、真空系统210和供气系统220。
载物台204可以被布置在处理室202中，在淀积工序过程中支撑衬底10。真空系统210可以在处理室202的内部产生压力。
供气系统220可以将第一源气体和第二源气体提供在衬底10上，以在衬底10上形成金属复合层。供气系统220可以被连接到喷淋头206，喷淋头206布置在处理室202的上部。
喷淋头206可以包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，以将第一和第二源喷射在衬底10上。
供气系统220可以在衬底10上提供第一和第二源气体，以在衬底10上形成金属复合层。如果在衬底10上形成氮化钛层，那么第一源气体可以包括钛和氯，以及第二源气体可以包括氮和氢。例如，第一源气体和第二源气体分别可以包括TiCl4气体和NH3气体。
第一源气体和第二源气体分别可以与第一载体气体和第二载体气体一起被引入处理室202中。
供气系统220可以提供净化气体到处理室202中，以净化处理室202的内部。净化气体又可以用作压控气体，以控制/调整处理室202内部的压力。在本发明的例子实施例中，供气系统220还可以提供清洗气体到处理室202中，以清洗处理室202的内部。
供气系统220可以包括第一供气单元230、第二供气单元240、第三供气单元250以及第四供气单元260。供气系统220可以通过多个连接管线连接到喷淋头206。第一供气单元230可以在处理室202中装载的衬底10上提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体。第二供气单元240可以在衬底10上提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体。第三供气单元250可以提供净化气体到处理室202中，以及第四供气单元260可以将清洗气体引入处理室202中。
第一供气单元230可以包括第一储蓄器232、密闭容器234和浸渍管线236。第一储蓄器232可以在其中存储第一载体气体。密闭容器234可以接收第一液态源(例如，液相的TiCl4)，以产生第一源气体。浸渍管线236可以从第一储蓄器232延伸到密闭容器234。通过使通过浸渍管线236提供的第一载体气体产生气泡，可以从第一液态源获得第一源气体。在本发明的例子实施例中，第一供气单元230可以包括蒸发器。
第二供气单元240可以包括第二储蓄器242和第二源气体罐244。第二储蓄器242可以在其中存储第二载体气体，以及第二源气体罐244可以提供第二源气体(例如，NH3气体)到处理室202中。
第一连接管线270a可以将喷淋头206连接到第一供气单元230的密闭容器234。喷淋头206可以通过第二连接管线270b连接到第二供气单元240的第二源气体罐244。此外，喷淋头206可以通过第一分管线272a和第二分管线272b连接到第二源气体罐244，第一分管线272a和第二分管线272b可以从第二连接管线270b分出支路。
第三连接管线270c可以将第三供气管线250连接到第一连接管线270a。第二供气单元240的第二储蓄器242可以通过第四连接管线270d连接到第二连接管线270b。
第四供气单元260可以通过第五连接管线270e连接到第三连接管线270c，以将清洗气体提供到处理室202中。
第一旁通管线274a、第二旁通管线274b和第三旁通管线274c分别可以被耦合到第一连接管线270a、第一分管线272a和第二分管线272b。
在第一连接管线270a和第二连接管线270b中分别可以布置第一闸阀276a和第二闸阀276b。在第三连接管线270c、第四连接阀270d、第五连接阀270e和浸渍管线236中分别可以安装第一流量控制阀278a、第二流量控制阀278b、第三流量控制阀278c和第四流量控制阀278d。
在第一连接管线270a、第一旁通管线274a、第一分管线272a、第二旁通管线274b、第二分管线272b和第三旁通管线274c中分别可以布置第一互锁阀280a、第二互锁阀280b、第三互锁阀280c、第四互锁阀280d、第五互锁阀280e和第六互锁阀280f。
在第一连接管线270a中可以布置第一质流控制器282a，以调整第一源气体的流速为第一流速。在第一分管线272a中可以安装第二质流控制器282b，以调整第二源气体的流速为第二流速。在第二分管线272b中可以安装第三质流控制器282c，以调整第三源气体的流速为第三流速。
当分别以第一流速和第二流速在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第三互锁阀280a和280c可以被打开，而第二和第四互锁阀280b和280d可以被关闭。此外，为了用第三流速旁通第二源气体，第五互锁阀280e可以被关闭，但是第六互锁阀280f可以被打开。
在衬底10上淀积第一金属化合物层之后，第五互锁阀280e可以被打开，第六互锁阀280f可以被关闭，同时可以用第三流速在第一金属化合物层上提供第二源气体。同时，第一和第三互锁阀280a和280c可以被关闭，而第二和第四互锁阀280b和280d可以被打开，以便分别用第一和第二流速旁通第一和第二源气体。由此，在第一金属化合物层的形成之后，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层，以及根据以第三流速提供的第二源气体和处理室202中的剩余第一源气体之间的反应，可以从第一和第二金属化合物层除去氯。
阀门控制单元290可以控制第一至第六互锁阀280a、280b、280c、280d、280e和280f的操作。阀门控制单元290还可以调整第一和第二闸阀276a和276b的操作以及第一至第四流量控制阀278a、278b、278c和278d的性能。
载物台204可以包括加热器208，以将衬底10加热至希望的处理温度。闸门286可以被布置在处理室202的侧壁，以将衬底10装载到处理室202中和从处理室202卸载衬底10。通过连接到处理室202的真空系统110，可以从处理室202除去在金属复合层的形成过程中产生的反应副产物和剩余气体。
图12是根据本发明的例子实施例使用图11所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图13是说明图12所示的方法中源气体的馈送时间的时序图，以及图14是说明图12所示方法中在衬底上提供的第一源气体的馈送时间的时序图。
参考图11至14，在S200中，可以通过在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，在衬底10上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素。第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。在处理室202中装载的衬底10上以第一流速比提供第一和第二源气体。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，以及第二源气体可以包括NH3气体。
在第一金属化合物层的形成过程中，第一质流控制器282a可以调整第一源气体的第一流速，以及第二质流控制器282b可以调整第二源气体的第二流速。在本发明的例子实施例中，第一源气体(例如，TiCl4气体)的第一流速和第二源气体(例如，NH3气体)的第二流速之间的第一流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶10的范围内。第一流速比可以约为1.0∶1.0，以通过第一和第二源气体之间的表面反应在衬底10上淀积第一金属化合物层。
在S210中，在停止第一源气体的供应之后，可以用增加的流速将第二源气体引入处理室202中，以便通过以增加的流速提供的第二源气体和处理室202中的剩余第一源气体之间的反应，可以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层。第二源气体可以以第三流速提供在衬底10上。尽管可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层，但是可以从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料(例如，氯)。
第三质流控制器282c可以调整第二源气体的第三流速，以形成第二金属化合物层和除去卤族元素。第二源气体的第三流速可以充分地高于第二流速。在本发明的例子实施例中，第二流速和第三流速之间的第二流速比可以处于约1.0∶10至约1.0∶100的范围内。
在S220中，通过重复工序S200和S210，可以在衬底10上形成具有希望厚度的金属复合层。即，可以连续地执行淀积第一金属化合物层的第一工序和淀积第二金属化合物层的第二工序，以便可以在衬底10上形成具有希望厚度的金属复合层。
如图13所示，第一时段t1可以用第一流速在衬底10上提供第一源气体，以及对于在S200中的第一时段t1，可以用第二流速在第一金属化合物层上提供第二工序。在S210中，可以停止第一源气体的供应，而对于第二时段t2，可以用增加的第三流速在衬底10上提供第二源气体。尽管在S210中可以不提供第一源气体，但是由于在形成第一金属化合物层的S200之后，在处理室202中可能剩下第一源气体，因此剩余的第一源气体可以与第二源气体起反应，由此在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。例如，在S200中，第一和第二源气体(例如，TiCl4气体和NH3气体)分别可以以约60sccm的流速被引入处理室202中。在S210中，可以以例如约1,000sccm的流速在衬底10上提供第二气体。
在S210中，第一互锁阀280a可以被关闭，以停止第一源气体的供应。但是，如图14所示，尽管可以通过第一互锁阀280a停止第一源气体的供应，但是在衬底10上可以连续地提供处理室202中的剩余第一源气体。因此，S210中的剩余第一源气体的流速可以充分地低于S200中的第一源气体的第一流速。在第二金属化合物层的形成中，通过使剩余的第一源气体与第二源气体反应，可以逐渐地减少剩余第一源气体的供应，以完全消耗剩余的第一源气体。如果第二源气体的第二时段t2充分地短于从处理室202排放第一源气体的时间，那么在S210中可以逐渐地减小第一源气体的流速。如果第二源气体的第二时段t2充分地长，那么第一源气体的流速可以被逐渐地减小，以及在S210中，剩余的第一源气体可以被完全消耗。
在S200和S210中，衬底10可以具有约400至约600℃的处理温度，以及处理室202可以具有约0.1至约2.5Torr的处理压力。例如，衬底10可以具有约500℃的处理温度，以及处理室202可以具有约2.0Torr的处理压力。
在本发明的例子实施例中，淀积钛层的上述方法可以被称为TiCl4脉冲淀积(TPD)工艺。如果通过根据本发明的例子实施例的TPD工艺在衬底上形成氮化钛层，那么氮化钛层可以具有大大地增加电性能，高于通过SFD工艺形成的常规氮化钛层。
通过SFD工艺和TPD工艺形成的氮化钛层的性能的评价通过上述SFD工艺可以在衬底上形成第六氮化钛。可以分别用约60sccm的流速在衬底上提供TiCl4气体和NH3气体约6秒，以在衬底上形成氮化钛层，可以使用氮气净化处理室约3秒。在第六氮化钛层上可以以约1,000sccm的流速提供NH3气体约6秒，以除去可能存在于氮化钛层中的氯。氮气可以被引入处理室约3秒，以净化处理室。形成氮化钛层的这些工序可以被重复约二十四次。亦即，包括上述工序的循环数目可以是约二十四。在SFD工艺中，衬底可以具有约500℃的温度，以及处理室可以具有约3Torr的压力。
通过本发明的例子实施例的TPD工艺可以在衬底上形成第七氮化钛层。在衬底上可以分别以约60sccm的流速提供TiCl4气体和NH3气体约6秒，由此在处理室中装载的衬底上形成第一氮化钛层。在停止TiCl4气体的供应之后，在第一氮化钛层上可以以约1,000sccm的流速提供NH3气体约6秒，由此在第一氮化钛层上连续地形成第二氮化钛层，以及同时除去可能包含于第一和第二氮化钛层中的氯。包括形成第一和第二氮化钛层的上述工序的循环可以被重复约二十四次。即，形成第一和第二氮化物层的循环数目可以约为二十四。在TPD工艺中，衬底可以具有约500℃的温度，以及处理室可以具有约2Torr的压力。
通过SFD工艺形成的第六氮化钛层可以具有约329μΩcm的比电阻，而通过TPD工艺形成的第七氮化钛层可以具有约283μΩcm的比电阻。第六氮化钛层可以具有约12.1％的厚度均匀性，而第七氮化钛层可以具有约6.0％的厚度均匀性。结果，与通过SFD工艺形成的第六氮化钛层相比，通过TPD工艺形成的氮化钛层可以具有更低的比电阻和增加的厚度均匀性。此外，使用TDP工艺形成第七氮化钛层的处理时间可以显著地短于使用SFD工艺形成第六氮化钛层的处理时间，由此使用TPD工艺大大地增加形成氮化钛层的制造生产量。
图15是氮化钛层相对于SFD工艺中的循环数目的淀积速率的曲线图。图16是氮化钛层相对于TPD工艺中的循环数目的淀积速率的曲线图。图17示出了单元每装备小时(UPEH)相对于使用SFD和TPD工艺形成的钛层的比电阻的曲线图。
在常规SFD工艺中，对于第一时段，可以通过分别用约60sccm的流速提供TiCl4气体和NH3气体在处理室中装载的衬底上形成氮化钛层。对于第二时段，可以用约1,000sccm的流速将氮气提供到处理室中，以净化处理室的内部。对于第三时段，可以以约1,000sccm的流速在氮化钛层上提供NH3气体，以便从氮化钛层除去氯，以及对于第四时段，可以以约1,000sccm的流速将氮气引入处理室中。上述工序可以被重复，以由此形成具有约150厚度的氮化钛层。如图15所示，包括上述工序的循环数目可以被调整，以通过常规SFD工序获得用于氮化钛层的淀积速率。在常规SFD工序中，衬底可以具有约500℃的处理温度和处理室可以具有约3Torr的处理压力。第一、第二、第三和第四时段分别可以约为6秒、约3秒、约6秒和约3秒。
参考图15，在常规SFD工艺中，形成氮化钛层的循环数目不可能影响氮化钛层的淀积速率，因为通过第二时段提供的氮气可以从处理室充分地除去第一时段提供的第一源气体。换句话说，尽管形成氮化钛层的循环数目可能增加，但是形成氮化钛层的第一源气体的总量不可能改变。因此，在常规SFD工艺中，当形成氮化钛层的循环数目增加时，氮化钛层的淀积速率可以基本上是恒定的。
本发明的例子实施例的TPD工艺中，对于第一时段，可以分别以约60sccm的流速在衬底上提供TiCl4气体和NH3气体，由此在衬底上形成第一钛层。可以在第一氮化钛层上可以提供TiCl4气体和NH3气体，以在第一氮化钛层上形成第二氮化钛层以及同时从第一和第二氮化钛层除去氯。包括上述工序的循环可以被重复地进行，以在衬底上形成具有约150厚度的氮化钛层。如图16所示，循环数目可以包括上述工序以及可以被调整，以获得通过根据本发明的例子实施例的TPD工艺形成的氮化钛层的淀积速率。在TPD工艺中，衬底可以具有约500℃的处理温度和处理室可以具有约2Torr的处理压力。第一和第二时段分别可以约为6秒和约6秒。此外，当第二时段提供的TiCl4气体的流速可以约为3.5sccm和约5sccm时，可以测量氮化钛层的淀积速率，如图16所示。
参考图16，当TiCl4气体的流速可以是(a)约2sccm，(b)约3.5sccm和(c)约5sccm时，根据包括形成氮化钛层的上述工序的循环数目的增加，氮化钛层的淀积速率可以逐渐地增加。通过第一时段提供的TiCl4气体和NH3气体之间的表面反应可以在衬底上形成第一氮化钛层，以及通过表面反应和以较高流速提供的NH3气体、处理室中的剩余TiCl4气体以及在第二时段以较低流速提供的TiCl4气体当中的质量传递，可以在第一氮化钛层上连续地形成第二氮化钛层。因此，当循环数目增加时，氮化钛层的淀积速率可以逐渐地增加。
尽管在第二氮化钛层的形成过程中由于TiCl4气体和NH3气体的流速变化可能发生质量传递，但是氮化钛层的台阶覆盖度不可能被损坏，因为第二时段提供的TiCl4气体的流速可以显著地低于NH3气体，以及在衬底上可以形成第一和第二氮化钛层。此外，由于处理温度和处理压力可以较低，因此可以抑制TiCl4气体和NH3气体之间的质量传递，以便氮化钛层可以保持良好的台阶覆盖度。结果，当可以暂时提供TiCl4气体时，可以大大地增加氮化钛层的淀积速率，而不损坏氮化钛层的台阶覆盖度。
其间，通过调整第二时段提供的TiCl4气体和NH3气体之间的流速比可以增加氮化钛层的淀积速率，与处理温度和处理时间无关。在本发明的例子实施例中，当TiCl4气体和NH3气体之间流速比可以处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内时，通过质量传递的氮化钛层的淀积速率可以基本上等于通过表面反应的氮化钛层的淀积速率。
参考图15，因为当在常规SFD工艺中在希望的处理时间内循环数目增加时，因为氮化钛层的淀积速率可以基本上是恒定的，所以氮化钛层的制造生产量可以是一致的。但是，如图17所示，当NH3气体的馈送时间可能增加以减小氮化钛层的比电阻时，常规SFD工艺的UPEH可以被大大地减小，由此显著地减小每单位时间和淀积氮化钛层的单位设备的氮化钛层的制造生产量。
相反，如图16所示，当在根据本发明的例子实施例的TPD工艺中在希望的处理时间内循环数目可以增加时，因为氮化钛层的淀积速率增加，氮化钛层的制造生产量可以增加。此外，如图17所示，当NH3气体的馈送时间可以被增加以便减小氮化钛层的比电阻时，TPD工艺的UPEH基本上不可能被改变，由此基本上保持每单位时间和用于淀积氮化钛层的单位设备的氮化钛层的制造生产量。
图18是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图。
参考图18，在衬底10上形成金属复合层，例如，氮化钛层的淀积工序过程中，可以采用淀积金属化合物层的设备300。
设备300可以包括处理室302、载物台304、真空系统310和供气系统320。
载物台304可以在处理室302中支撑衬底10，以及真空系统310可以保持处理室302的内部中的压力。
供气系统320可以在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底10上形成金属复合层。供气系统320可以被连接到喷淋头306，喷淋头306被布置在处理室302的上部。喷淋头306可以包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，以将第一和第二源气体均匀地喷射在载物台304上装载的衬底10上。
供气系统320可以在衬底10上提供第一和第二源气体，以在衬底10上形成金属复合层。第一源气体可以包括金属和卤族元素。第二源气体可以包括氮气和氢气。为了在衬底10上形成氮化钛层，第一源气体可以包括TiCl4气体和第二源气体可以包括NH3气体。第一源气体和第二源气体分别可以通过第一载体气体和第二载体气体被引入处理室302中。
供气系统320还可以提供净化气体和清洗气体到处理室302中，以便净化和清洗处理室302的内部。净化气体还可以用作压控气体，以控制/调整处理室302内部的压力。
供气系统320可以包括提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体的第一供气单元330、提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体的第二供气单元340、提供净化气体的第三供气单元350以及提供清洗气体的第四供气单元360。供气系统320可以通过多个连接管线连接到喷淋头306。
第一供气单元330可以包括存储第一载体气体的第一储蓄器332、接收第一液态源(例如，液相的TiCl4)的密闭容器334以及从第一储蓄器332延伸到密闭容器334中的浸渍管线336。通过使通过浸渍管线336提供的第一载体气体产生气泡，可以从第一液态源获得第一源气体。在本发明的例子实施例中，第一供气单元330可以包括蒸发器。
第二供气单元340可以包括存储第二载体气体的第二储蓄器342以及提供第二源气体(例如，NH3气体)的第二源气体罐344。
第一供气单元330的喷淋头306和密闭容器334可以通过第一连接管线370a、第一分管线372a和第二分管线372b相互连接。第一和第二分管线372a和372b可以从第一连接管线370a分出支路。第二供气单元340的喷淋头306和第二源气体罐344可以通过第二连接管线370b相互连接。第三供气单元350可以通过第三连接管线370c连接到第一连接管线370a。第二供气单元340的第二储蓄器342可以通过第四连接管线370d连接到第二连接管线370b。第四供气单元360可以通过第五连接管线370e连接到第三连接管线370c，以便第四供气单元360可以将清洗气体引入处理室302中，以清洗处理室302的内部。
第一旁通管线374a、第二旁通管线374b和第三旁通管线374c可以分别被连接到第一分管线372a、第二分管线372b和第一连接管线370a。
在第一连接管线370a和第二连接管线370b中分别可以安装第一闸阀376a和第二闸阀376b。在第三连接管线370c、第四连接管线370d、第五连接管线370e和浸渍管线336中分别可以布置第一流量控制阀378a、第二流量控制阀378b、第三流量控制阀378c和第四流量控制阀378d。
在第一分管线372a、第一旁通管线374a、第二分管线372b、第二旁通管线374d、第二连接管线370b和第三旁通管线374c中分别可以布置第一互锁阀380a、第二互锁阀380b、第三互锁阀380c、第四互锁阀380d、第五互锁阀380e和第六互锁阀380f。
在第一分管线372a中可以布置第一质流控制器382a，以便调整第一源气体的流速为第一流速。在第二连接管线370b中可以安装第二质流控制器382b，以调整第二源气体的流速为第二流速。此外，在第二分管线372b中可以安装第三质流控制器382c，以便调整第一源气体的流速为第三流速。
当可以分别以第一流速和第二流速在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第五互锁阀380a和380e可以被打开，而第二和第六互锁阀380b和380f可以被关闭。同时，为了用第三流速旁通第一源气体，第三互锁阀380c可以被关闭，但是第四互锁阀380d可以被打开。
在衬底10上形成第一金属化合物层之后，第三和第五互锁阀380c和380e可以被打开，而第四和第六互锁阀380d和380f可以被关闭，同时可以分别以第三流速和第二流速将第一源气体和第二源气体引入处理室302中。同时，第一互锁阀380a可以被关闭和第二互锁阀380b可以被打开，以便用第一流速旁通第一源气体。因此，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层，以及在第一金属化合物层的形成之后，根据以第二流速提供的第二源气体、以第三流速提供的第一源气体和处理室302中的剩余第一源气体之间的反应，同时从第一和第二金属化合物层除去氯。
阀门控制单元390可以调整第一至第六互锁阀380a，380b，380c，380d，380e和380f的操作、第一和第二闸阀376a和376b的操作以及第一至第四流量控制阀378a，378b，378c和378d的性能。
载物台304可以包括加热器308，以将衬底10加热至希望的处理温度。在处理室302的侧壁可以提供闸门386，以将衬底10装载到处理室302中和从处理室302卸载衬底10。通过耦合到处理室302的真空系统310，可以从处理室302除去在金属复合层的形成过程中产生的反应副产物和剩余气体。
图19是根据本发明的例子实施例使用图18所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图20是说明图19所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图。
参考图18至20，在S300中，通过在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，可以在衬底10例如硅晶片上淀积第一金属化合物层。在衬底10上可以以第一流速比提供第一和第二源气体。第一源气体可以包括金属和卤族元素。第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，第二源气体可以包括NH3气体。
在第一金属化合物层的形成过程中，第一和第二质流控制器382a和382b可以调整第一和第二源气体的流速。例如，第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速之间的第一流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶10的范围内。第一流速比可以约为1.0∶1.0，以通过第一和第二源气体之间的表面反应淀积第一金属化合物层。例如，第一源气体的第一流速可以约为60sccm，以及第二源气体的第二流速可以约为60sccm。
在S310中，通过在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，可以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层。同时，可以从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料。第一和第二源气体可以以充分地不同于第一流速比的第二流速比提供。具体，第一源气体可以以充分地低于第一流速的第三流速来提供，而第二源气体的流速可以恒定地保持。亦即，第二源气体可以以第二流速提供。在本发明的例子实施例中，第一源气体的第三流速和第二源气体的第二流速之间的流速比可以约高于1.0∶100。第三质流控制器382c可以调整第一源气体的第三流速。
在S320中，通过重复S30和S310，可以在衬底上形成具有希望厚度的金属复合层。即，可以进行淀积第一金属化合物层的第一工序和淀积第二金属化合物层的第二工序，由此在衬底10上形成金属复合层。
如图20所示，在S300中，对于第一时段t1，可以以第一流速在衬底10上提供第一源气体，以及对于第一时段t1，可以用第二流速在衬底10上引入第二源气体。在S310中，对于第二时段t2，可以用第三流速在第一金属化合物层上提供第一源气体，以及对于第二时段t2，可以用第二流速在第一金属化合物层上引入第二源气体。
在S300和S310中，衬底10可以具有约400℃至约600℃的处理温度，以及处理室302可以具有约0.1Torr约2.5Torr的处理压力。例如，衬底10可以具有约500℃的处理温度和处理室302可以具有约2.0Torr的处理压力。
图21是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图。
参考图21，在衬底10上形成金属复合层，例如，氮化钛层的淀积工序过程中可以使用淀积金属化合物层的设备400。
设备400可以包括处理室402、载物台404、真空系统410和供气系统420。
载物台404可以在处理室402中支撑衬底10，以及真空系统410可以保持处理室402的内部中的压力。
供气系统420可以在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上形成金属复合层。供气系统420可以被连接到喷淋头406，喷淋头406布置在处理室402的上部。喷淋头406可以包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，以将第一和第二源气体均匀地喷射由载物台404支撑的衬底10上。
供气系统420可以在衬底10上提供第一和第二源气体，以在衬底10上形成金属复合层。第一源气体可以包括金属和卤族元素，第二源气体可以包括氮气和氢气。例如，如果在衬底10上形成氮化钛层，那么第一源气体可以包括TiCl4气体，第二源气体可以包括NH3气体。可以使用第一载体气体和第二载体气体将第一源气体和第二源气体分别载送到处理室402中。供气系统420还可以提供净化气体和清洗气体到处理室402中，以便净化和清洗处理室402的内部。净化气体还可以用作压控气体，以调整/控制处理室402内部的压力。
供气系统420可以包括提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体的第一供气单元430、提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体的第二供气单元440、提供净化气体的第三供气单元450以及提供清洗气体的第四供气单元460。供气系统420可以通过多个连接管线连接到喷淋头406。
第一供气单元430可以具有存储第一载体气体的第一储蓄器432、接收第一液态源(例如，液相的TiCl4)的密闭容器434以及从第一储蓄器432延伸到密闭容器434中的浸渍管线436。通过使通过浸渍管线436提供的第一载体气体产生气泡，可以从第一液态源获得第一源气体。在本发明的例子实施例中，第一供气单元430可以包括蒸发器。第二供气单元440可以包括存储第二载体气体的第二储蓄器442以及提供第二源气体(例如，NH3气体)的第二源气体罐444。
第一连接管线470a可以将喷淋头406连接到密闭容器434，以及第二连接管线470b可以将喷淋头406连接到第二源气体罐444。第三供气单元450可以通过第三连接管线470c连接到第一连接管线470a，以及第二供气单元440的第二储蓄器442可以通过第四连接管线470d连接到第二连接管线470b。第四供气单元460可以通过第五连接管线470e连接到第三连接管线470c，以提供清洗气体到处理室402中，清洗处理室402的内部。
第一旁通管线474a和第二旁通管线474b分别可以被连接到第一连接管线470a和第二连接管线470b。
在第一连接管线470a和第二连接管线470b中分别可以布置第一闸阀476a和第二闸阀476b。在第三连接管线470c、第四连接管线470d、第五连接管线470e和浸渍管线436中分别可以安装第一流量控制阀478a、第二流量控制阀478b、第三流量控制阀478c和第四流量控制阀478d。在第一连接管线470a、第一旁通管线474a、第二连接管线470b和第二旁通管线474d中可以分别布置第一互锁阀480a、第二互锁阀480b、第三互锁阀480c和第四互锁阀480d。
在第一连接管线470a中可以布置第一质流控制器482a，以调整第一源气体的流速为第一流速。在第二连接管线470b中可以安装第二质流控制器482b，以调整第二源气体的流速为第二流速。
当分别可以以第一流速和第二流速在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第三互锁阀480a和480c可以被打开，但是第二和第四互锁阀480b和480d可以被关闭。
在形成第一金属化合物层之后，第三互锁阀480c可以被打开，第四互锁阀480d可以被关闭，同时可以停止第一源气体的供应以及可以用第二流速在第一金属化合物层上提供第二源气体。此时，第一互锁阀480a可以被关闭，但是第二互锁阀480b可以被打开，以便用第一流速旁通第一源气体。由此，在第一金属化合物层上可以连续地淀积第二金属化合物层，以及根据在第一金属化合物层的形成之后以第二流速提供的第二源气体和处理室402中的剩余第一源气体之间反应，可以同时从第一和第二金属化合物层除去氯。
阀门控制单元490可以控制第一至第四互锁阀480a，480b，480c和480d的操作、第一和第二闸阀476a和476b的性能以及第一至第四流量控制阀478a，478b，478c和478d的操作。
载物台404可以包括加热器408，以加热衬底10至希望的处理温度。闸门486可以被布置在处理室402的侧壁，以将衬底10装载到处理室402中和从处理室402卸载衬底10。使用耦合到处理室402的真空系统410可以从处理室402除去在金属复合层的形成中产生的反应副产物和剩余气体。
图22是根据本发明的例子实施例使用图21所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图23是说明图22所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图。
参考图21至23，在S400中，通过以第一流速比在衬底210上提供第一源气体和第二源气体，可以在衬底10例如硅晶片上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素，第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，第二源气体可以包括NH3气体。
在第一金属化合物层的形成过程中，第一和第二质流控制器482a和482b可以独立地调整第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速。例如，第一流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶10的范围内。第一流速比可以约为1.0∶1.0，以便通过第一和第二源气体之间的表面反应，淀积第一金属化合物层。例如，第一源气体的第一流速可以约为60sccm，以及第二源气体的第二流速可以约为60sccm。
在S410中，可以停止第一源气体的供应，以及可以以第二流速在第一金属化合物层上提供第二源气体，以便可以通过以恒定流速提供的第二源气体和处理室402中的剩余第一源气体之间的反应，在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层。同时，可以通过第二源气体和剩余的第一源气体之间的反应，从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料。
在S420中，通过连续地重复S400和S410的工序，可以在衬底上形成具有希望厚度的金属复合层。即，可以进行淀积第一金属化合物层的第一工序和淀积第二金属化合物层的第二工序，以便由此在衬底10上形成金属复合层。
在S400中和如图23所示，对于第一时段t1，可以以第一流速在衬底10上提供第一源气体，以及对于第一时段t1，可以用第二流速在衬底10上引入第二源气体。在S410中，可以停止第一源气体的供应，对于第二时段t2，可以用第二流速在第一金属化合物层上提供第二源气体。在第一金属化合物层的形成之后，在处理室402中可以剩下在S400中提供的第一源气体。通过剩余第一源气体和第二源气体之间的反应可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层，第二源气体可以以恒定流速提供。在本发明的例子实施例中，在工序S400和S410中，可以以约60sccm的流速将第一源气体(例如，TiCl4气体)断续地引入处理室402中。此外，在工序S400和S410中，可以以约60sccm的恒定流速将第二源气体(例如，NH3气体)引入处理室402中。
具体，尽管在S410中第一互锁阀480a可以停止第一源气体的供应，但是S400中提供的剩余第一源气体可以与S410中提供的第二源气体起反应，以便在第一金属化合物层上可以连续地淀积第二金属化合物层。如果S410的第二时段t2充分地短于从处理室402排出第一源气体需要的时间，那么在第二金属化合物层的形成中第一源气体的第一流速可以被逐渐地减小。如果S410的第二时段t2足够长，那么在第二金属化合物层的形成中第一源气体的第一流速可以被逐渐地减小。在第二金属化合物层的形成之后，第一剩余源气体可以被完全消耗。
在S400和S410中，衬底10可以具有约400℃至约600℃的处理温度，以及处理室402可以具有约0.1Torr至约2.5Torr的处理压力。例如，衬底10可以具有约500℃的处理温度，处理室402可以具有约2.0Torr的处理压力。
图24是说明根据本发明的例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图。
参考图24，在半导体衬底10上形成金属复合层，例如，氮化钛层的淀积工序过程中可以采用淀积金属化合物层的设备500。设备500可以包括处理室502、载物台504、真空系统510和供气系统520。
供气系统520可以在处理室502中装载的衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上形成金属复合层。供气系统520可以被连接到喷淋头506，喷淋头506布置在处理室502的上部。
如果在衬底10上形成氮化钛层，那么第一源气体可以包括TiCl4气体和第二源气体可以包括NH3气体。可以分别使用第一载体气体和第二载体气体将第一源气体和第二源气体载送到处理室502中。供气系统520还可以提供净化气体和清洗气体到处理室502中，以便分别净化和清洗处理室502的内部。
供气系统520可以包括提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体的第一供气单元530、提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体的第二供气单元540、提供净化气体的第三供气单元550以及提供清洗气体的第四供气单元560。供气系统520可以通过多个连接管线连接到喷淋头506。
第一供气单元530可以具有存储第一载体气体的第一储蓄器532、存储第一液态源(例如，液相的TiCl4)的密闭容器534以及从第一储蓄器532延伸到密闭容器534中的浸渍管线536。通过使通过浸渍管线536提供的第一载体气体产生气泡，可以从第一液态源获得第一源气体。第二供气单元540可以包括存储第二载体气体的第二储蓄器542以及提供第二源气体(例如，NH3气体)的第二源气体罐544。
喷淋头506可以通过第一连接管线570a、第一分管线572a、第二分管线572b和第三分管线572c连接到第一供气单元530的密闭容器534。第一至第三分管线572a，572b和572c可以从第一连接管线570a分出支路。喷淋头506可以通过第二连接管线570b、第四分管线572d、第五分管线572e和第六分管线572f连接到第二供气单元540的第二源气体罐544。第四至第六分管线572d，572e和572f可以从第二连接管线570b分出支路。第三供气单元550可以通过第三连接管线570c连接到第一连接管线570a。第二供气单元540的第二储蓄器542可以通过第四连接管线570d连接到第二连接管线570b。第四供气单元560可以通过第五连接管线570e连接到第三连接管线570c，以提供清洗气体到处理室502中，清洗处理室502的内部。
第一旁通管线574a、第二旁通管线574b、第三旁通管线574c、第四旁通管线574d、第五旁通管线574e以及第六旁通管线574f分别可以被连接到第一分管线572a、第二分管线572b、第三分管线572c、第四分管线572d、第五分管线572e和第六分管线572f。
在第一连接管线570a和第二连接管线570b中分别可以布置第一闸阀576a和第二闸阀576b。在第三连接管线570c、第四连接管线570d、第五连接管线570e和浸渍管线536中分别可以安装第一流量控制阀578a、第二流量控制阀578b、第三流量控制阀578c和第四流量控制阀578d。在第一分管线572a、第一旁通管线574a、第二分管线572b、第二旁通管线574b、第三分管线572c、第三旁通管线574c、第四分管线572d、第四旁通管线574d、第五分管线572e、第五旁通管线574e、第六分管线572f以及第六旁通管线574f中分别可以布置第一互锁阀580a、第二互锁阀580b、第三互锁阀580c、第四互锁阀580d、第五互锁阀580e、第六互锁阀580f、第七互锁阀580g、第八互锁阀580h、第九互锁阀580i、第十互锁阀580j、第十一互锁阀580k以及第十二互锁阀580m。
在第一分管线572a中可在布置第一质流控制器582a，以调整第一源气体的流速为第一流速。在第四分管线572d中可以安装第二质流控制器582b，以调整第二源气体的流速为第二流速。在第二分管线572b中可以布置第三质流控制器582c，以调整第一源气体的流速为第三流速。在第五分管线572e中可以安装第四质流控制器582d，以调整第二源气体的流速为第四流速。在第三分管线572c中可以布置第五质流控制器582e，以调整第一源气体的流速为第五流速。在第六分管线572f中可以安装第六质流控制器582f，以调整第二源气体的流速为第六流速。
当分别可以以第一流速和第二流速在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第七互锁阀580a和580g可以被打开，而第二和第八互锁阀580b和580h可以被关闭。同时，第三和第五互锁阀580c和580e可以被关闭，以及第四和第六互锁阀580d和580f可以被打开，以便用第三和第五流速旁通第一源气体。此外，为了用第四和第六流速旁通第二源气体，第九和第十一互锁阀580i和580k可以被关闭，但是第十和第十二互锁阀580j和580m可以被打开。
在形成第一金属化合物层之后，第三和第九互锁阀580c和580i可以被打开，而第四和第十互锁阀580d和580j可以被关闭，同时可以用第三和第四流速在第一金属化合物层上提供第一和第二源气体，以便形成第二金属化合物层。此时，第一和第五互锁阀580a和580e可以被关闭，但是第二和第六互锁阀580b和580f可以被打开，以便用第一和第五流速旁通第一源气体。此外，第七和第十一互锁阀580g和580k可以被关闭，而第八和第十二互锁阀580h和580m可以被打开，以便用第二和第六流速旁通第二源气体。
在淀积第二金属化合物层之后，第五和第十一互锁阀580e和580k可以被打开，但是第六和第十二互锁阀580f和580m可以被关闭，同时可以用第五和第六流速在第二金属化合物层上提供第一和第二源气体，以便形成第三金属化合物层。同时，第一和第三互锁阀580a和580c可以被关闭，而第二和第四互锁阀580b和580d可以被打开，以便用第一和第三流速旁通第一源气体。此外，第七和第九互锁阀580g和580i可以被关闭，但是第八和第十互锁阀580h和580j可以被打开，以便用第二和第六流速旁通第二源气体。
在形成第三金属化合物层之后，第三和第九互锁阀580c和580i可以被打开，但是第四和第十互锁阀580d和580j可以被关闭，同时可以用第三和第四流速在第三金属化合物层上提供第一和第二源气体，以便在第三金属化合物层上形成第四金属化合物层。同时，第一和第五互锁阀580a和580e可以被关闭，但是第二和第六互锁阀580b和580f可以被打开，以便分别用第一和第五流速旁通第一源气体。此外，第七和第十一互锁阀580g和580k可以被关闭，而第八和第十二互锁阀580h和580m可以被打开，以便用第二和第六流速旁通第二源气体。
阀门控制单元590可以控制第一至第十二互锁阀580a，580b，580c，580d，580e，580f，580g，580h，580i，580j，580k和580m的操作、第一和第二闸阀576a和576b的操作以及第一至第四流量控制阀578a，578b，578c和578d的性能。
载物台504可以包括加热器508，以加热衬底10至希望的处理温度。闸门586可以被布置在处理室502的侧壁，以便衬底10可以通过闸门586装载到处理室502中/从处理室502卸载。耦合到处理室502的真空系统510可以除去金属淀积层的形成过程中产生的反应副产物和处理室502中的剩余气体。
图25是根据本发明的例子实施例使用图24所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图26是说明图25所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图。
参考图24至26，在S500中，通过以第一流速比在衬底240上提供第一源气体和第二源气体，可以在衬底10例如硅晶片上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素，第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，第二源气体可以包括NH3气体。
在第一金属化合物层的淀积中，第一和第二质流控制器582a和582b分别可以独立地调整第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速。第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速之间的第一流速比可以被决定在其中可以通过第一和第二源气体之间的表面反应而不是第一和第二源气体之间的质量传递淀积第一金属化合物层的范围内。
在本发明的例子实施例中，第一和第二源气体的第一和第二流速之间的第一流速比可以处于约1.0∶2.0至约1.0∶10的范围内。换句话说，第一流速比可以处于约0.1∶1.0至约0.5∶1.0的范围内。因此，因为第二源气体的第二流速可以相对低于第一源气体的第一流速，所以可以从第一金属化合物层有效地除去不希望的材料，例如氯。例如，第一源气体的第一流速可以是通过第一质流控制器582a调整的约20sccm，以及第二源气体的第二流速可以是通过第二质流控制器582b调整的约60sccm。
在S510中，可以以充分地不同于第一流速的第二流速比在第一金属化合物层上提供第一和第二源气体。由此，通过第一和第二源气体之间的反应，可以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，以及可以从第一和第二金属化合物层同时除去不希望的材料。
在本发明的例子实施例中，可以以充分地低于第一流速的第三流速提供第一源气体，以及在充分地高于第二流速的第四流速下提供第二源气体。第三质流控制器582c可以调整第一源气体的第三流速，以及第四质流控制器582d可以调整第二源气体的第四流速。例如，第三流速和第四流速之间的第二流速比可以处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内，以从第一和第二金属化合物层充分地除去不希望的材料。换句话说，第二流速比可以处于约0.001∶1.0至约0.01∶1.0的范围内。在第二金属化合物层的形成过程中，可以以约2.0sccm的第三流速提供第一源气体，以及可以以约1,000sccm的流速提供第二源气体。在本发明的例子实施例中，第二流速和第四流速之间的第二流速比可以处于约1.0∶10至约1.0∶100的范围内。
在S520中，通过连续地重复S500和S510的工序，可以在衬底上形成具有希望厚度的第一金属复合层。第一金属复合层可以包括第一和第二金属化合物层。
在S530中，通过用基本上不同于第二流速比的第三流速比提供第一和第二源气体，可以在第一金属复合层上淀积第三金属化合物层。第五质流控制器582e可以调整第一源气体的第五流速，以及第六质流控制器582f可以调整第二源气体的第六流速。第五和第六流速之间的第三流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶2.0的范围内。在本发明的例子实施例中，第五和第六流速之间的第三流速比可以约为1.0∶1.0，以便通过第一和第二源气体之间的表面反应有利地淀积第三金属化合物。例如，第一源气体的第五流速可以约为30sccm，以及第二源气体的第六流速可以约为30sccm。
在S540中，通过用基本上不同于第三流速比的第四流速比提供第一和第二源气体，可以在第三金属化合物层上连续地淀积第四金属化合物层，以及可以同时除去包含于第三和第四金属化合物层中的不希望材料。第一源气体和第二源气体可以分别用第七流速和第八流速提供。
在本发明的例子实施例中，第四流速比可以基本上等于第二流速比。由于第三质流控制器582c和第四质流控制器582d可以调整第七流速和第八流速，第七和第八流速之间的第四流速比可以处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内。
在S550中，通过连续地重复S530和S540的工序，可以在第一金属复合层上形成具有希望厚度的第二金属复合层。第二金属复合层可以包括第三和第四金属化合物层。
在第一金属复合层的形成过程中，卤族元素可以与底下层中包含的材料化学地反应，由此产生损坏底下层的电性能的反应副产物。为了防止底下层的电性能被损坏，第一源气体的第一流速可以充分地低于第一复合层的形成过程中使用的第二源气体的第二流速。
如果在第一金属复合层上形成第二金属复合层，那么第一金属复合层可以防止卤族元素和底下层中包含的材料之间的反应，以便第一源气体的第五流速变得充分地大于第一源气体的第一流速。由此，通过第一和第二源气体之间的表面反应，可以在第一金属复合物上均匀地形成第二金属复合层。
在本发明的例子实施例中，在第一金属复合层的形成过程中，处理温度和处理压力可以较低。在较低的处理温度和压力可以抑制源气体之间的质量传递，如图5和6所示，以便第一金属复合层可以具有良好的台阶覆盖度，以及可以减小施加到底下层的热应力。此外，在较低的处理温度下可以抑制卤族元素和底下层中的材料之间的反应，以及可以减小处理室502中的第一源气体的残留时间，由此抑制卤族元素和底下层中的材料之间的反应。在第一金属复合层的形成过程中，处理温度可以处于约400至约600℃的范围内，处理压力可以处于约0.1至约2.5Torr的范围内。例如，处理温度可以约为500℃和处理压力可以约为2.0Torr。
在本发明的例子实施例中，可以以基本上类似于第一金属复合层的处理温度和处理压力形成第二金属复合层。
在本发明的例子实施例中，底下层可以包括电容器的介质层、晶体管的栅绝缘层、非易失性半导体器件的阻挡氧化物层等。如果底下层包括高-k材料，例如氧化铪(HfO2)或氧化锆(ZrO2)，包括氯化铪(HfCl4)或氯化锆(ZrCl4)的反应副产物的产生可以被抑制，以由此大大地减小底下层的电阻和来自底下层的漏电流。
如图5和7所示，当仅仅考虑金属复合层的台阶覆盖度时，通过调整处理温度和处理压力之一，金属复合层可以具有希望的台阶覆盖度。如果在约5Torr的较高处理压力和约500℃的较低处理温度下形成第一金属复合层，那么尽管处理压力较高，但是第一金属复合层可以具有优异的台阶覆盖度和底下层中产生的热应力可以被减小。由于处理室502中的第一源气体的残留时间可以相对较长，在第一金属复合层的形成过程中，卤族元素可以与底下层中的材料起反应。但是，通过控制处理温度，第一金属复合层可以足够地具有希望的台阶覆盖度。
如果在约2Torr的较低处理压力和约700℃的较高处理温度下形成第一金属复合层，那么尽管不可以减小底下层中产生的热应力，但是第一金属复合层可以足够地具有希望的台阶覆盖度。
如上所述，在第三金属化合物层的淀积中第一源气体的第五流速可以充分地大于第一金属化合物层的淀积中第一源气体的第一流速。相反，在第三金属化合物层的形成过程中第二源气体的第六流速可以充分地低于或等于第一金属化合物层的形成过程中第二源气体的第二流速。因此，可以通过第一和第二源气体之间的表面反应而不是第一和第二源气体之间的质量传递淀积第三金属化合物层。亦即，如果第五流速高于第一流速和第六流速低于第二流速，那么在第三金属化合物层的淀积中可以相对地增加第一和第二源气体之间的流速比。由此，由于表面反应而不是质量传递，第三金属化合物层可以具有良好的台阶覆盖度。
在本发明的例子实施例中，蚀刻液和/或刻蚀气体不可以通过金属复合层渗入底下层中。因此，可以有效地防止对底下层和/或衬底造成的刻蚀损坏。
图27是说明根据本发明的另一例子实施例用于淀积金属化合物层的设备的剖面图。
参考图27，在半导体衬底10上形成金属复合层，例如，氮化钛层的淀积工序过程中可以采用淀积金属化合物层的设备600。设备600可以包括处理室602、载物台604、真空系统610和供气系统620。
供气系统620可以在室602中放置的衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上形成金属复合层。供气系统620可以被连接到喷淋头606，喷淋头606布置在处理室602的上部。
如果在衬底10上形成氮化钛层，那么第一源气体可以包括TiCl4气体和第二源气体可以包括NH3气体。第一源气体和第二源气体分别可以使用第一载体气体和第二载体气体载送到处理室602中。供气系统620还可以提供净化气体和清洗气体到处理室602中，以便净化和清洗处理室602的内部。
供气系统620可以包括提供第一源气体(例如，TiCl4气体)和第一载体气体的第一供气单元630、提供第二源气体(例如，NH3气体)和第二载体气体的第二供气单元640、提供净化气体的第三供气单元650以及提供清洗气体的第四供气单元660。供气系统620可以通过多个连接管线连接到喷淋头606。
第一供气单元630可以具有存储第一载体气体的第一储蓄器632、存储第一液态源(例如，液相的TiCl4)的密闭容器634以及从第一储蓄器632延伸到密闭容器634中的浸渍管线636。第二供气单元640可以包括存储第二载体气体的第二储蓄器642以及提供第二源气体(例如，NH3气体)的第二源气体罐644。
喷淋头606可以通过第一连接管线670a、第一分管线672a和第二分管线672b连接到第一供气单元630的密闭容器634。第一和第二分管线672a和672b可以从第一连接管线670a分出支路。喷淋头606可以通过第二连接管线670b、第三分管线672c、第四分管线672d和第五分管线672e连接到第二供气单元640的第二源气体罐644。第三至第五分管线672c，672d和672e可以从第二连接管线670b分出支路。第三供气单元650可以通过第三连接管线670c连接到第一连接管线670a，以及第二供气单元640的第二储蓄器642可以通过第四连接管线670d连接到第二连接管线670b。第四供气单元660可以通过第五连接管线570e连接到第三连接管线670c，以提供清洗气体到处理室602中，清洗处理室602的内部。
第一旁通管线674a、第二旁通管线674b、第三旁通管线674c、第四旁通管线674d和第五旁通管线574e分别可以被连接到第一分管线672a、第二分管线672b、第三分管线672c、第四分管线672d、第五分管线672e。
在第二连接管线670a和第二连接管线670b中分别可以布置第一闸阀676a和第二闸阀676b。在第三连接管线670c、第四连接管线670d、第五连接管线670e和浸渍管线636中分别可以安装第一流量控制阀678a、第二流量控制阀678b、第三流量控制阀678c和第四流量控制阀678d。在第一分管线672a、第一旁通管线674a、第二分管线672b、第二旁通管线674b、第三分管线672c、第三旁通管线674c、第四分管线672d、第四旁通管线674d、第五分管线672e、第五旁通管线674e中分别可以布置第一互锁阀680a、第二互锁阀680b、第三互锁阀680c、第四互锁阀680d、第五互锁阀680e、第六互锁阀680f、第七互锁阀680h、第八互锁阀680i、第九互锁阀680i和第十互锁阀680j。
在第一分管线672a中可以布置第一质流控制器682a，以调整第一源气体的流速为第一流速。在第三分管线672c中可以安装第二质流控制器682b，以调整第二源气体的流速为第二流速。在第四分管线672d中可以布置第三质流控制器682c，以调整第二源气体的流速为第三流速。在第二分管线672b中可以安装第四质流控制器682d，以调整第一源气体的流速为第四流速。在第五分管线672e中可以布置第五质流控制器682e，以调整第二源气体的流速为第五流速。
当分别可以以第一流速和第二流速在衬底10上提供第一源气体和第二源气体，以便在衬底10上淀积第一金属化合物层时，第一和第五互锁阀680a和680e可以被打开，而第二和第六互锁阀680b和680f可以被关闭。同时，第三互锁阀680c可以被关闭和第四互锁阀680d可以被打开，以便用第四流速旁通第一源气体。此外，为了用第三和第五流速旁通第二源气体，第七和第九互锁阀680g和680i可以被关闭，但是第八和第十互锁阀680h和680j可以被打开。
在形成第一金属化合物层之后，第七互锁阀680g可以被打开，以及第八互锁阀680h可以被关闭，同时停止第一源气体的供应和用第三流速在第一金属化合物上提供第二源气体，以便在第一金属化合物层上形成第二金属化合物层。此时，第一和第三互锁阀680a和680c可以被关闭，但是第二和第四互锁阀680b和680d可以被打开，以便分别用第一和第四流速旁通第一源气体。此外，第五和第九互锁阀680e和680i可以被关闭，而第六和第十互锁阀680f和680h可以被打开，以便用第二和第五流速旁通第二源气体。通过以第三流速提供的第二源气体和处理室602中的剩余第一源气体之间的反应，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。此时，通过以第三流速提供的第二源气体，可以除去第一和第二金属化合物层中包含的氯。
在淀积第二金属化合物层之后，第三和第九互锁阀680c和680i可以被打开，但是第四和第十互锁阀680d和680j可以被关闭，同时可以用第四和第五流速在第二金属化合物层上提供第一和第二源气体，以便在第二金属化合物层上形成第三金属化合物层。同时，第一互锁阀680a可以被关闭和第二互锁阀680b可以被打开，以便用第一流速旁通第一源气体。此外，第五和第七互锁阀680e和680g可以被关闭，但是第六和第八互锁阀680f和680h可以被打开，以便用第二和第三流速旁通第二源气体。
在形成第三金属化合物层之后，第七互锁阀680g可以被打开，第八互锁阀680h可以被关闭，同时停止第一源气体的供应和可以用第三流速在第三金属化合物层上提供第二源气体，以便在第三金属化合物层上形成第四金属化合物层。此时，第一和第三互锁阀680a和680c可以被关闭，但是第二和第四互锁阀680b和680d可以被打开，以便用第一和第三流速旁通第一源气体。此外，第五和第九互锁阀680e和680i可以被关闭，而第六和第十互锁阀680f和680h可以被打开，以便用第二和第五流速旁通第二源气体。通过以第三流速提供的第二源气体和处理室602中的剩余第一源气体之间的反应，可以在第三金属化合物层上连续地淀积第四金属化合物层。此时，可以通过以第三流速提供的第二源气体除去第三和第四金属化合物层中包含的氯。
阀门控制单元690可以调整第一至第十互锁阀680a，680b，680c，680d，680e，680f，680g，680h，680i和680j的操作、第一和第二闸阀676a和676b的操作以及第一至第四流量控制阀678a，678b，678c和678d的性能。
载物台604可以包括加热器608，以加热衬底10至希望的处理温度。闸门686可以被布置在处理室602的侧壁，以便衬底10可以通过闸门686装载到处理室602中/从处理室602卸载。耦合到处理室602的真空系统610可以除去在金属复合层的形成中产生的反应副产物和处理室602中的剩余第一源气体。
图28是根据本发明的例子实施例使用图27所示的设备在衬底上淀积金属化合物层的方法的流程图。图29是说明图28所示的方法中使用的源气体的馈送时间的时序图。
参考图27至29，在S600中，通过以第一流速比在衬底270上提供第一源气体和第二源气体，可以在衬底10例如硅晶片上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素，以及第二源气体可以包括能与第一源气体中的金属起反应的第一材料，以及可以包括能与第一源气体中的卤族元素起反应的第二材料。例如，第一源气体可以包括TiCl4气体，以及第二源气体可以包括NH3气体。
在第一金属化合物层的淀积过程中，第一和第二质流控制器682a和682b可以独立地调整第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速。第一源气体的第一流速和第二源气体的第二流速之间的第一流速比可以决定在其中可以通过第一和第二源气体之间的表面反应而不是第一和第二源气体之间的质量传递淀积第一金属化合物层的范围内。
在本发明的例子实施例中，第一和第二源气体的第一和第二流速之间的第一流速比可以处于约1.0∶2.0至约1.0∶10的范围内。换句话说，第一流速比可以处于约0.1∶1.0至约0.5∶1.0的范围内。因此，因为第二源气体的第二流速可以相对低于第一源气体的第一流速，所以可以从第一金属化合物层有效地除去不希望的材料，例如氯。例如，通过第一质流控制器682a，第一源气体的第一流速可以约为20sccm，以及通过第二质流控制器682b，第二源气体的第二流速可以约为60sccm。
在S610中，可以停止第一源气体的供应，以及可以用第三流速在第一金属化合物层上提供第二源气体，第三流速充分地大于第二流速。由此，通过以第三流速提供的第二源气体和处理室602中的剩余第一源气体之间的反应，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。同时，通过在第三流速下提供的第二源气体和剩余的第一源气体之间的反应，可以从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料。
在本发明的例子实施例中，第三质流控制器682c可以调整第二源气体的第三流速。第二流速和第三流速之间的流速比可以处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内。例如，第二源气体的第三流速可以约为1,000sccm。
在本发明的例子实施例中，在S610中，第一和第三互锁阀680a和680c可以停止第一源气体的供应。由于S600中提供的剩余第一源气体可以与S610m中提供的第二源气体起反应，因此可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。如果S610中的处理时间足够地长，那么在第二金属化合物层的形成过程中，第一源气体的流速可以从第一流速逐渐地减少，然后在形成第二金属化合物层之后可以完全消耗剩余的第一源气体。当S610中的处理时间较短时，剩余的第一源气体可以连续地与第二源气体起反应，由此有助于第二金属化合物层的形成。
在S620中，通过连续地重复工序S600和S610，可以在衬底上形成具有希望厚度的第一金属复合层。第一复合层可以包括第一和第二金属化合物层。
在S630中，通过分别用第四流速和第五流速提供第一和第二源气体，可以在第一金属复合层上淀积第三金属化合物层。第四流速可以充分地大于第一流速，而第五流速可以充分地低于或等于第二流速。第四质流控制器682d可以调整第一源气体的第四流速，以及第五质流控制器682e可以调整第二源气体的第五流速。第四和第五流速之间的流速比可以处于约1.0∶0.5至约1.0∶2.0的范围内。例如，第一源气体的第四流速可以约为30sccm，以及第二源气体的第五流速可以约为30sccm。
在S640中，在第三金属化合物层上可以连续地淀积第四金属化合物层，通过停止第一源气体的供应和用等于第三流速的第六流速提供第二源气体可以同时除去第三和第四金属化合物层中包括的氯。第三质流控制器682c可以有利地调整第二源气体的第六流速。第四金属化合物层可以通过基本上与第二金属化合物层相同的工序来淀积。
在S650中，通过连续地重复工序S630和S640，可以在第一复合层上形成具有希望厚度的第二金属复合层。第二复合层可以包括第三和第四金属化合物层。
图30是说明根据本发明的例子实施例包括氮化钛层的半导体器件的剖面图。
参考图30，在半导体衬底10上可以形成多个场效应晶体管20。在晶体管20上可以形成位线结构30，以及在位线结构30上可以形成存储数据的电容器40。
位于在衬底10单元区中的第一组晶体管20可以被电连接到位线结构30和电容器40。每个电容器40可以包括下电极42、介质层44和上电极46。第二组晶体管20可以通过接触栓塞60电连接到金属布线结构50。金属布线结构50可以被设置在电容器40上。
上述结构可以被插入的绝缘中间层70a，70b和70c分开。那些结构可以通过一般半导体制造技术基本工艺来形成。
通过上述淀积工艺和淀积金属化合物层的设备可以形成电容器40的下电极42和/或上电极44，根据本发明的例子实施例。如果介质层46包括高-k材料，那么因为可以在较低处理温度下使用具有较小流速的TiCl4气体形成下电极42和/或上电极44，卤族元素和高-k材料之间的反应可以被有效地抑制。因此，来自下电极42和/或上电极44的漏电流可以被大大地减小，而下电极42和/或上电极44的比电阻可以增加。
在绝缘中间层70a，70b和70c和导电结构例如位线30和金属布线结构50之间可以形成金属阻挡层32和52。金属阻挡层32和52也可以通过根据本发明的例子实施例淀积金属化合物层的上述淀积工艺和设备来形成。由于可以在较低处理温度下形成金属阻挡层32和52，因此施加到底下结构的热应力可以被减小，底下结构和导电结构例如位线30和金属布线结构50之间的电阻可以被减小。
接触栓塞60可以将晶体管20电连接到金属布线结构50。接触栓塞60也可以通过根据本发明的例子实施例淀积金属化合物层的上述淀积工艺和设备来形成。因为可以在较低处理温度下形成接触栓塞60，因此施加到底下结构的热应力可以被减小，底下结构和导电结构例如位线30和金属布线结构50之间的电阻可以被减小。
根据本发明，可以使用第一源气体和第二源气体在衬底上淀积第一金属化合物层。通过控制第一和第二源气体的流速，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。在金属复合层的形成中，可以从第一和第二金属化合物层同时除去不希望的材料。因此，金属复合层可以具有大大地减小的电阻，以及与常规ALD工艺或常规SFD工艺相比可以显著地增加金属复合层的制造生产量。
此外，金属复合层可以在较低处理温度和处理压力下形成，以便可以减小在底下结构中可能产生的热应力，以及金属化合物层可以具有良好的台阶覆盖度。如果底下结构包括高-k材料，那么金属复合层中的卤族元素和高-k材料之间的反应可以被有效地抑制，由此通过底下结构大大地减小来自金属复合层的漏电流。
而且，金属复合层可以具有包括多个金属化合物层的复合结构，在连续的刻蚀工序中通过防止蚀刻液和/或刻蚀气体渗入金属复合层可以充分地抑制对底下结构造成的刻蚀损坏。
上文是本发明的例子实施例的说明，不认为是其限制。尽管已经描述了本发明的几个例子实施例，但是所属领域的技术人员将容易理解在本质上不脱离本发明的新颖性教导和方式的情况下，例子实施例的许多改进是可能的。由此，所有这种改进都被确定为包括在本发明的范围内。在权利要求书中，装置-加-功能条款被确定为覆盖执行所述功能的在此描述的结构，不仅结构等效而且覆盖等效的结构。因此，应当理解上文是本发明的说明，不被认为限于公开的特定实施例，公开实施例的改进以及其他实施例被确定为包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种淀积金属化合物层的方法，包括在衬底上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层，第一源气体包括金属，第二源气体包括能与该金属起反应的材料，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第一金属化合物层的淀积速率充分地高于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第一金属化合物层的淀积速率；以及以不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，其中第一和第二源气体从第一和第二金属化合物层同时除去不希望的材料。
2.根据权利要求1的方法，其中第一源气体包括TiCl4，第二源气体包括NH3。
3.根据权利要求1的方法，其中第一流速比处于约1.0∶0.5至约1.0∶10的范围内，以及第二流速比处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内。
4.根据权利要求1的方法，其中第一金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速大于第二金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速。
5.根据权利要求1的方法，其中第二金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速大于第一金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速。
6.根据权利要求5的方法，其中第一金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速和第二金属化合物层的形成过程中的第二气体的流速之间的第三流速比处于约1.0∶10至约1.0∶100的范围内。
7.根据权利要求1的方法，其中在约400至约600℃的温度下淀积第一和第二金属化合物层。
8.根据权利要求1的方法，其中在约0.1至约2.5Torr的压力和约400至约700℃的温度下淀积第一和第二金属化合物层。
9.根据权利要求1的方法，还包括增加第二源气体的流速和减小或停止第一源气体的供应，其中剩余第一源气体与第二源气体起反应，以淀积第二金属化合物层。
10.根据权利要求1的方法，还包括通过减小或停止第一源气体的供应和通过用大于第一金属化合物层的形成过程中第二源气体的流速的流速提供第二源气体，从第一金属化合物层除去不希望的材料；以及通过减小或停止第一源气体的供应和通过用大于第二金属化合物层的形成过程中第二源气体的流速的流速提供第二源气体，从第二金属化合物层除去不希望的材料。
11.一种淀积金属化合物层的方法，包括在衬底上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层，第一源气体包括金属，第二源气体包括能与该金属起反应的材料，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第一金属化合物层的淀积速率充分地高于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第一金属化合物层的淀积速率；用不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层；用不同于第一流速比的第三流速比提供第一和第二源气体，以在第二金属化合物层上淀积第三金属化合物层，以引起第一和第二源气体之间的表面反应；以及用不同于第三流速比的第四流速比提供第一和第二源气体，以在第三金属化合物层上淀积第四金属化合物层。
12.根据权利要求11的方法，其中第一源气体包括TiCl4，第二源气体包括NH3。
13.根据权利要求11的方法，其中在第一金属化合物层的形成过程中，第一源气体的流速低于第二源气体的流速。
14.根据权利要求13的方法，其中第一流速比处于约1.0∶2.0至约1.0∶10.0的范围内。
15.根据权利要求11的方法，其中第一金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速大于第二金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速。
16.根据权利要求11的方法，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第二金属化合物层的淀积速率类似于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第二金属化合物层的淀积速率。
17.根据权利要求16的方法，其中第二流速比处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内。
18.根据权利要求11的方法，其中第二金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速大于第一金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速。
19.根据权利要求18的方法，其中第一金属化合物层的形成过程中的第二源气体的流速和第二金属化合物层的形成过程中第二源气体的流速之间的流速比处于约1.0∶10至约1.0∶100的范围内。
20.根据权利要求11的方法，其中第三金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速大于第一金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速。
21.根据权利要求11的方法，其中第三流速比处于约1.0∶0.5至约1.0∶2.0的范围内。
22.根据权利要求11的方法，其中第二流速比类似于第四流速比。
23.根据权利要求22的方法，其中第二金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速类似于第四金属化合物层的形成过程中的第一源气体的流速。
24.根据权利要求11的方法，其中在约400至约600℃的温度下淀积第一至第四金属化合物层。
25.根据权利要求11的方法，其中在约0.1至约2.5Torr的压力和约400至约700℃的温度下淀积第一至第四金属化合物层。
26.根据权利要求11的方法，其中连续地重复淀积第一金属化合物层和淀积第二金属化合物层，以在衬底上形成第一金属复合层。
27.根据权利要求26的方法，其中第一金属复合层形成至约30至约100的厚度。
28.根据权利要求26的方法，其中连续地重复淀积第三金属化合物层和淀积第四金属化合物层，以在第一金属复合层上形成第二金属复合层。
29.根据权利要求28的方法，其中第一和第二金属复合层形成电容器的下电极或上电极。
30.根据权利要求28的方法，其中第一和第二金属复合层形成金属阻挡层。
31.根据权利要求28的方法，其中第一和第二金属复合层形成将下结构连接到上结构的栓塞。
32.一种淀积金属化合物层的方法，包括在衬底上提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层，第一源气体包括金属，第二源气体包括能与该金属起反应的材料，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，其中通过第一和第二源气体之间的表面反应的第一金属化合物层的淀积速率充分地高于通过第一和第二源气体之间的质量传递的第一金属化合物层的淀积速率；以增加的流速提供第二源气体和减小或停止第一金属化合物层上的第一源气体的供应，其中第二源气体与剩余第一源气体起反应，以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层；以不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体，以引起第一和第二源气体之间的表面反应，以在第二金属化合物层上淀积第三金属化合物层；以及以增加的流速提供第二源气体和减小或停止第三金属化合物层上的第一源气体的供应，其中第二源气体与剩余第一源气体起反应，以在第三金属化合物层上淀积第四金属化合物层。
33.如权利要求32的方法，其中第一源气体包括卤素，以及第二源气体包括能与该卤素反应的材料，以淀积第一金属化合物层。
34.根据权利要求33的方法，还包括分别以第一流速和第二流速提供第一和第二源气体，以淀积第一金属化合物层；通过用低于第一流速的第三流速提供第一源气体和通过用大于第二流速的第四流速提供第二源气体，从第一和第二金属化合物层除去卤素，以及第二金属化合物层的形成和除去卤素同步；用大于第一流速的第五流速提供第一源气体和通过用类似于或低于第二流速的第六流速提供第二源气体，以在第二金属化合物层上淀积第三金属化合物层；以及通过用类似于第三流速的第七流速提供第一源气体和通过用类似于第四流速的第八流速提供第二源气体，从第三和第四金属化合物层除去卤素，以及第四金属化合物层的形成和除去卤素同步。
35.根据权利要求34的方法，其中第一和第二流速之间的流速比处于约1.0∶2.0至约1.0∶10的范围内，第三和第四流速之间的流速比处于约1.0∶100至约1.0∶1,000的范围内，以及第五和第六流速之间的流速比处于约1.0∶0.5至约1.0∶2.0的范围内。
36.根据权利要求34的方法，还包括减小或停止第一源气体的供应和通过以大于第二流速的第三流速提供第二源气体，以使第二源气体与剩余第一源气体反应，从而在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层以及同时除去卤素；用大于第一流速的第四流速提供第一源气体和用类似于或低于第二流速的第五流速提供第二源气体，以在第二金属化合物层上淀积第三金属化合物层；以及减小或停止第一源气体的供应和通过用类似于第三流速的第六流速提供第二源气体，以使第二源气体与剩余第一源气体反应，从而在第三金属化合物层上淀积第四金属化合物层以及同时除去卤素。
37.一种淀积金属化合物层的设备，包括设为容纳衬底的处理室；设为在衬底上提供第一源气体和第二源气体的供气系统，其中第一源气体包括金属并且第二源气体包括能与该金属起反应的材料；以及设为调整第一和第二源气体的流速以在衬底上淀积第一金属化合物层的流速控制装置，其中以第一流速比提供第一和第二源气体，以及还设为调整第一和第二源气体的流速以在第一金属化合物层上淀积第二金属化合物层，同时从第一和第二金属化合物层除去不希望的材料，其中以不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体。
38.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括设为调整第一和第二源气体的流速为第一流速比的第一质流控制器和第二质流控制器；以及第二流速控制部件，包括设为调整第一和第二源气体的流速为第二流速比的第三质流控制器和第四质流控制器。
39.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括设为调整第一源气体相对于第二源气体的流速为第一流速比的第一质流控制器；和第二流速控制部件，包括设为调整第二源气体相对于第一源气体的流速为第二流速比的第二质流控制器。
40.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括设为调整第一源气体相对于第二源气体的流速为第一流速比的第一质流控制器和第三质流控制器；和第二流速控制部件，包括设为调整第二源气体相对于第一源气体的流速为第二流速比的第二质流控制器。
41.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括设为调整第一源气体相对于第二源气体的流速为第一流速比的第一质流控制器；和第二流速控制部件，包括设为调整第二源气体相对于第一源气体的流速为第二流速比的第二质流控制器。
42.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括调整第一源气体的第一流速的第一质流控制器、调整第一源气体的第三流速的第三质流控制器以及调整第一源气体的第五流速的第五质流控制器；第二流速控制部件，包括调整第二源气体的第二流速的第二质流控制器、调整第二源气体的第四流速的第四质流控制器以及调整第一源气体的第六流速的第六质流控制器。
43.根据权利要求37的设备，其中该流速控制装置包括第一流速控制部件，包括调整第一源气体的第一流速的第一质流控制器和调整第一源气体的第四流速的第四质流控制器；第二流速控制部件，包括调整第二源气体的第二流速的第二质流控制器、调整第二源气体的第三流速的第三质流控制器以及调整第一源气体的第五流速的第五质流控制器。
44.根据权利要求37的设备，还包括布置在处理室的上部的喷淋头，以在衬底上均匀地提供第一和第二源气体。
45.根据权利要求44的设备，其中该供气系统包括设为提供第一源气体的第一供气单元；以及用于提供第二源气体的第二供气单元，其中供气系统通过多个连接管线连接到喷淋头，以及连接管线包括连接到喷淋头以提供第一源气体的第一连接管线和连接到喷淋头以提供第二源气体的第二连接管线。
46.根据权利要求45的设备，其中该供气系统还包括设为提供净化气体到处理室中的第三供气单元；以及设为提供清洗气体到处理室中的第四供气单元。
全文摘要
在一种用于淀积金属化合物层的方法和设备中，在衬底上可以提供第一源气体和第二源气体，以在衬底上淀积第一金属化合物层。第一源气体可以包括金属和卤族元素，以及第二源气体可以包括能与金属反应的第一材料和能与卤族元素反应的第二材料。第一和第二源气体可以以第一流速比提供。通过用不同于第一流速比的第二流速比提供第一和第二源气体，可以在第一金属化合物层上连续地淀积第二金属化合物层。该设备可以包括设为容纳衬底的处理室、供气系统和流速控制装置。
文档编号C23C16/56GK1789487SQ20051013698
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者徐廷勳, 朴泳旭, 洪镇基, 具京范, 李殷泽 申请人:三星电子株式会社