用于选择性地沉积过渡金属的方法和组件与流程

本公开涉及用于制造半导体器件的方法和设备。更具体地，本公开涉及用于在衬底上沉积包含过渡金属的材料的方法和组件以及包含过渡金属的层。

背景技术：

1、半导体器件制造过程通常使用先进的沉积方法来形成具有特定性质的含金属层。过渡金属可用于一系列半导体应用。3族(钪、钇)、4族(钛、锆、铪)、5族(钒、铌、钽)和6族(铬、钼和钨)的过渡金属可具有本领域寻求的许多优点。例如，它们可用作后段制程(beol)或中段制程(meol)应用中的导体材料，或用于金属栅极应用中。

2、通过原子层沉积选择性地沉积金属薄膜仍具有挑战性，尤其是沉积含有正电性元素和容易形成不需要的相(例如碳化物)的金属的高质量薄膜。此外，寻求过渡金属的区域选择性沉积，以能够更精细地制造半导体器件，同时保持处理步骤的数量可行和/或成本有效。因此，本领域需要用于选择性地沉积过渡金属或含过渡金属层的替代或改进方法。

3、本部分中阐述的任何讨论，包括对问题和解决方案的讨论，已经包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景。这种讨论不应被视为承认任何或所有信息在本发明被做出时是已知的，或者构成现有技术。

技术实现思路

1、本
技术实现要素：
可以简化的形式介绍一些概念，这将在下面进一步详细描述。本发明内容不旨在必要地标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

2、本公开的各种实施例涉及在衬底上选择性地沉积包含过渡金属的材料的方法、过渡金属层、半导体结构和器件，以及用于在衬底上选择性地沉积包含过渡金属的材料的沉积组件。

3、一方面，公开了一种通过循环沉积过程在衬底的第一表面上相对于衬底的第二表面选择性地沉积包含3至6族过渡金属的材料的方法。该方法包括在反应室中提供衬底，以气相将过渡金属前体提供到反应室中，其中过渡金属前体包含芳族配体，以及以气相将第二前体提供到反应室中，以在衬底的第一表面上沉积过渡金属。

4、在一些实施例中，过渡金属前体包含苯或环戊二烯基。在一些实施例中，过渡金属前体仅包含过渡金属、碳和氢。在一些实施例中，过渡金属前体包括甲苯配体。在一些实施例中，过渡金属前体包括乙苯配体。

5、在一些实施例中，第二前体包括还原剂。在一些实施例中，还原剂包括分子氢(h2)。在一些实施例中，第二前体包括硅烷，例如烷基硅烷。在一些实施例中，硅烷是乙硅烷。在一些实施例中，硅烷包括六甲基乙硅烷。

6、在一些实施例中，第二前体包括卤素。在一些实施例中，卤素选自碘和溴。在一些实施例中，第二前体包括有机基团。在一些实施例中，第二前体包括卤代烃。在一些实施例中，卤代烃包含两个或更多个选自碘和溴的卤素原子。在一些实施例中，至少两个卤素原子附接到不同的碳原子。在一些实施例中，卤代烃中的两个卤原子附接到碳链的相邻碳原子。在一些实施例中，卤代烃是1,2-二卤代烷烃或1,2-二卤代烯烃或1,2-二卤代炔烃或1,2-二卤代芳烃。在一些实施例中，卤代烃的两个卤素原子是相同的卤素。在一些实施例中，卤代烃是1,2-二碘乙烷。

7、在一些实施例中，第二前体是氮前体。在一些实施例中，氮前体选自nh3、nh2nh2以及气态h2和n2的混合物。

8、在一些实施例中，第一表面是金属或金属性表面。在一些实施例中，金属或金属性表面选自mo、w、ru、co、cu、tin、vn和tic。在一些实施例中，第一表面是导电表面。在一些实施例中，第一表面可以包括在沉积过程开始时的表面氧化。在一些实施例中，在执行根据本公开的方法期间，可以去除表面氧化。

9、在一些实施例中，第二表面是电介质表面。在一些实施例中，电介质表面包括硅。在一些实施例中，第二表面是氧化硅基表面。在一些实施例中，电介质表面是低k表面。在一些实施例中，第二表面包括碳(例如甲基)端基。

10、在一些实施例中，在将过渡金属前体提供到反应室中之前，用钝化剂处理第二表面。在一些实施例中，钝化剂包括甲硅烷基化剂。在一些实施例中，甲硅烷基化剂选自烯丙基三甲基硅烷(tms-a)、三甲基氯硅烷(tms-cl)、n-(三甲基甲硅烷基)咪唑(tms-im)、十八烷基三氯硅烷(odtcs)、六甲基二硅氮烷(hmds)和n-(三甲基甲硅烷基)二甲胺(tmsdma)。

11、在一些实施例中，循环沉积过程包括热沉积过程。在一些实施例中，循环沉积过程包括在将过渡金属前体提供到反应室中之后吹扫反应室。在一些实施例中，过渡金属作为层沉积在衬底的第一表面上。在一些实施例中，过渡金属是钼，并且过渡金属选择性地沉积在特征内部的金属表面上。

12、另一方面，公开了一种通过循环沉积过程相对于衬底的第二表面沉积在衬底的第一表面上的包含3至6族过渡金属的过渡金属层，其中该过程包括在反应室中提供衬底，以气相将过渡金属前体提供到反应室中，其中过渡金属前体包含芳族配体，以及以气相将第二前体提供到反应室中，以在衬底的第一表面上沉积过渡金属。

13、在一些实施例中，过渡金属层具有小于约20原子％的碳含量。

14、另一方面，公开了一种半导体结构，其包括通过循环沉积过程相对于衬底的第二表面在衬底的第一表面上沉积的3至6族过渡金属，其中该过程包括在反应室中提供衬底，以气相将过渡金属前体提供到反应室中，其中过渡金属前体包含芳族配体，以及以气相将第二前体提供到反应室中，以相对于衬底的第二表面选择性地在衬底的第一表面上沉积过渡金属。

15、另一方面，公开了一种半导体器件，其包括通过循环沉积过程相对于衬底的第二表面在衬底的第一表面上沉积的3至6族过渡金属，其中该过程包括在反应室中提供衬底，以气相将过渡金属前体提供到反应室中，其中过渡金属前体包含芳族配体，以及以气相将第二前体提供到反应室中，以相对于衬底的第二表面选择性地在衬底的第一表面上沉积过渡金属。

16、又一方面，公开了一种蒸气处理组件，用于相对于衬底的第二表面在衬底的第一表面上选择性地沉积包括3至6族过渡金属的材料。蒸气处理组件包括一个或多个反应室，其被构造和布置成保持衬底；前体注射器系统，其被构造和布置成将包含芳族配体的过渡金属前体和第二前体以气相提供到反应室中。蒸气处理组件还包括前体容器，其被构造和布置成容纳包含芳族配体的过渡金属前体，并且蒸气处理组件被构造和布置成通过前体注射器系统向反应室提供过渡金属前体和第二前体，以相对于衬底的第二表面在衬底的第一表面上选择性地沉积包含过渡金属的材料。在一些实施例中，蒸气处理组件还包括钝化剂源，其被构造和布置成包含用于钝化衬底的第二表面的钝化剂，并且其中前体注射器系统被构造和布置成将钝化剂以气相提供到反应室中。在一些实施例中，蒸气处理组件包括第二前体容器，其被构造和布置成容纳第二前体。

17、在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指出的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...组成”或“由...组成”。在本公开中，任何定义的含义在一些实施例中不一定排除普通和习惯的含义。这里提供的标题(如果有的话)仅是为了方便，并不一定影响所要求保护的发明的范围或含义。