技术特征：
1.一种在半导体衬底上形成基本上不含碳的含金属层的方法，该方法包括：(a)将含金属前体引入容纳所述半导体衬底的处理室中，其中所述含金属前体是不含卤化物的、不含羰基的化合物，其包含与选自由钼和钨组成的群组的金属结合的至少一个配体，其中所述不含卤化物的、不含羰基的化合物不包括金属-碳键和金属-氧双键；以及(b)在不存在等离子体的情况下使所述含金属前体与至少一种反应物反应以在所述半导体衬底上形成含金属层，其中所形成的所述含金属层是基本上不含碳的含钼或含钨层，所述层的碳含量小于约5原子％，其中所述层选自由mo、w、mon、wn、moon、won、mob、wb、mosi、wsi层及其组合所组成的群组。2.根据权利要求1所述的方法，其中所形成的所述含金属层的碳含量小于约2原子％。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含金属前体不包括β-氢原子。4.根据权利要求1所述的方法，其中所形成的所述含金属层选自由mo、mon和moon所组成的群组。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含金属前体选自由前体1-16组成的群组，其中每个r和r1独立地选自由烷基、氟代烷基和烷基甲硅烷基组成的群组，其中r不包括β氢键，n为1-4，且m为1-4。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述含金属前体是选自化合物17-20的化合物。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：(c)用含氮反应物加工所形成的所述含金属层并且增加所述含金属层中的氮含量。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述经加工的所述含金属层是功函数大于约4.9ev的mon层。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述经加工的含金属层是氮含量至少约25原子％的mon层。10.根据权利要求7所述的方法，其中所述经加工的含金属层是功函数大于约5.0ev的mon层。11.根据权利要求7所述的方法，其中(c)包括用在包含所述含氮反应物的处理气体中形成的等离子体加工所述半导体衬底。12.根据权利要求1所述的方法，其还包括：(c)通过用在包含h2的处理气体中形成的等离子体加工所述含金属层来致密化所形成的所述含金属层。13.根据权利要求1所述的方法，其中在(b)中，所述含金属前体与所述至少一种反应物之间的反应发生在所述半导体衬底的所述表面上。14.根据权利要求13所述的方法，其中(a)包括：在所述半导体衬底的所述表面上形成所述含金属前体的层，并且从所述处理室中去除所述非表面结合的含金属前体；并且其中(b)包括：将所述至少一种反应物引入所述处理室并与所述半导体衬底的所述表面上的所述含金属前体反应。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述基本上不含碳的含金属层是扩散阻挡层或衬里层。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在pmos设备中形成功函数大于约
5.0ev的基本上不含碳的含金属层。17.根据权利要求1所述的方法，其中形成功函数大于约5.0ev的所述基本上不含碳的金属层包括：在(b)之后用等离子体激活的含氮反应物加工所述半导体衬底，以增加所述含金属层中的氮含量。18.根据权利要求1所述的方法，其中在(b)中在低于约450℃的温度下形成所述基本上不含碳的金属层。19.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括重复(a)和(b)，使得所述方法包括约1-100个循环，其中每个循环包括(a)和(b)。20.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种反应物选自由h2、nh3和n2h4所组成的群组。21.根据权利要求1所述的方法，其中(b)包括使所述含金属前体与h2反应。22.一种半导体设备，其包括：基本上不含碳的含金属衬里层，其中所述金属选自由钼和钨组成的群组，并且其中所述基本上不含碳的含金属层中的碳含量小于约3原子％，其中所述基本上不含碳的金属衬里层具有小于约的厚度、小于约3,000μ
·
cm-1
的电阻率，并且位于介电层和导电层之间。23.根据权利要求21所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层是扩散阻挡层。24.根据权利要求21所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层具有小于约1,000μ
·
cm-1
的电阻率。25.根据权利要求21所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层具有小于约600μ
·
cm-1
的电阻率。26.根据权利要求21所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层是mo或mon层。27.一种包括栅电极的半导体设备，其中所述栅电极包括基本不含碳的含金属层，其中所述基本不含碳的含金属层中的碳含量小于约3原子％，并且其中所述基本不含碳的含金属层具有大于4.9ev的功函数，并且包含选自由钼和钨组成的群组的金属。28.根据权利要求27所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层是mon层。29.根据权利要求27所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层具有大于约5.0ev的功函数。30.根据权利要求27所述的半导体设备，其中所述基本上不含碳的含金属层具有介于约之间的厚度。31.根据权利要求27所述的半导体设备，其中，所述半导体设备是从由平面pmos设备、finfet pmos设备和全环绕栅极(gaa)pmos设备所组成的群组中选择的pmos设备。32.一种用于在半导体衬底上形成基本上不含碳的含金属层的装置，该装置包括：(a)沉积处理室，其具有衬底支撑件、用于引入含金属前体的入口和用于引入至少一种反应物的第二入口；(b)等离子体加工处理室，其不同于所述沉积处理室，其中所述等离子体加工处理室包括衬底支撑件和用于引入等离子体加工反应物的入口；以及(c)包含程序指令的控制器，所述程序指令用于：
(i)在不存在等离子体的情况下在所述沉积处理室中引起含金属前体和至少一种反应物之间的表面受限反应以形成基本上不含碳的含金属材料层，其中所述金属选自由钼和钨组成的群组；(ii)致使将所述半导体衬底从所述沉积处理室转移到所述等离子体加工处理室，而不使所述半导体衬底暴露于环境大气；以及(iii)致使通过等离子体激活的等离子体加工反应物对所述基本上不含碳的含金属材料进行加工。33.根据权利要求32所述的装置，其中所述等离子体加工反应物是含氮反应物和/或h2，并且其中(iii)包括用于在包含所述含氮反应物和/或h2的处理气体中形成远程等离子体的指令。34.一种用于混合载气和含金属前体的流动混合器，该流动混合器包括：(a)外流体导管，其包括：用于使所述载气进入所述外流体导管的入口、用于将所述载气与所述含金属前体混合的混合区和用于从所述外流体导管除去与所述含金属前体混合的所述载气的出口；(b)至少部分地位于所述外导管内部的内流体导管，其中所述内流体导管包括用于使所述含金属前体进入所述内流体导管的入口，以及被配置成将所述含金属前体释放到所述外流体导管内的出口，其中从所述内流体导管的入口到所述外流体导管的入口的距离大于从所述内流体导管的出口到所述外流体导管的入口的距离，从而支持所述流动混合器中的所述载气和所述含金属的前体的相反流动，其中所述距离是指z方向上的距离。35.根据权利要求34所述的流动混合器，其中所述内流体导管的所述出口包括流动转向器，其被配置为在所述含金属前体流与所述载气流在所述外流体导管中混合之前使所述含金属前体流转向，使得转向的所述含金属前体流在所述外流体导管中保持与所述载气流的速度方向相反的速度分量。36.根据权利要求35所述的流动混合器，其中，所述流动转向器包括两个平行的限流板，其被配置成限制所述板之间的所述含金属前体的流动。37.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述流动混合区在z方向上具有至少约127mm的长度。38.根据权利要求34所述的流动混合器，其中所述流动混合区在z方向上的长度比所述外流体导管的内直径的比率至少为2。39.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述流动混合区在z方向上的长度比所述外流体导管的内直径的比率至少为3。40.根据权利要求34所述的流动混合器，其中所述外流体导管还包括位于所述混合区下游的限制区，其中所述限制区被配置为限制所述混合流进入多个非连通导管中。41.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述外流体导管和所述内流体导管包括基本上同轴的部分。42.根据权利要求34所述的流动混合器，其中所述外流体导管的内直径比所述内流体导管的内直径的比率介于约1.5-10之间。43.根据权利要求34所述的流动混合器，其中所述外流体导管的内直径为约40.5mm，并且所述内流体导管的内直径为约4.8mm。
44.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述流动混合器在z方向上的长度介于约102-508mm之间。45.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述流动混合器包含选自由铝、不锈钢和陶瓷所组成的群组中的材料。46.根据权利要求34所述的流动混合器，其中，所述外流体导管的出口被配置为连接到沉积装置的喷头。47.一种用于沉积含金属层的沉积装置，其包括根据权利要求34所述的流动混合器。48.一种在半导体衬底上沉积含金属层的方法，该方法包括：(a)在根据权利要求34所述的流动混合器中将含金属前体与载气混合；以及(b)将所形成的所述混合物输送至处理室，并且使所述含金属前体与反应物反应以在所述半导体衬底上形成所述含金属层。49.一种用于将多种反应物输送到处理室的多充气部喷头，所述多充气部喷头包括：(a)喷头面板，其包括用于输送第一反应物的第一多个导管和用于输送第二反应物的第二多个导管，其中所述第一多个导管被配置为与所述第二多个导管流体隔离；和(b)围绕所述喷头面板的周边定位的喷头外壳，其中所述喷头面板能释放地附接到所述喷头外壳。50.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中，所述喷头包括多个紧固件，所述多个紧固件被配置成将所述喷头面板能释放地附接到所述喷头外壳。51.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中所述第一多个导管包括直径小于约1mm的开口。52.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中所述第一多个导管包括直径为约0.5mm的开口。53.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中所述多充气部喷头是双充气部喷头。54.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中，所述喷头外壳包括与所述喷头面板的第一多个导管流体连接的导管。55.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中，所述喷头外壳包括加热器。56.根据权利要求49所述的多充气部喷头，其中，所述面板包括选自由铝、不锈钢和陶瓷所组成的群组中的材料。57.一种沉积装置的喷头的面板，其中所述面板包括用于输送第一反应物的第一多个导管和用于输送第二反应物的第二多个导管，其中所述第一多个导管被配置为与所述第二多个导管流体隔离，并且其中所述面板被配置成能释放地附接到喷头外壳。58.一种用于在半导体衬底上沉积含金属层的沉积装置，其中所述沉积装置包括根据权利要求49所述的多充气部喷头。59.根据权利要求1所述的方法，其还包括：将光致抗蚀剂涂敷到所述半导体衬底上；将所述光致抗蚀剂曝光；图案化所述光致抗蚀剂并将图案转移至所述半导体衬底；以及选择性地从所述半导体衬底上去除所述光致抗蚀剂。
技术总结
使用不含卤化物的金属有机前体将基本上不含碳的含钼和含钨膜沉积在半导体衬底上。前体不包括金属-碳键、羰基配体，并且优选不包括β-氢原子。沉积碳含量小于约5％原子，例如小于约3％原子的含金属膜，例如氮化钼、氧氮化钼、硅化钼和硼化钼。在一些实施方案中，通过使含金属前体与在衬底表面上的反应物在不存在等离子体的情况下(例如使用几个ALD循环)反应来沉积膜。在一些实施方案中，然后用等离子体中的第二反应物加工所形成的膜以改变其性质(例如，使膜致密，降低膜的电阻率，或增加其功函数)。该膜可用作pMOS设备中的衬里、扩散阻挡层和电极材料。层和电极材料。层和电极材料。
技术研发人员：基莱
受保护的技术使用者：朗姆研究公司
技术研发日：2020.08.10
技术公布日：2022/4/1