化學計量的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體上設及半導體處理領域，更具體設及使用原子層沉積的Ti膜來調(diào)整 TiOy化學計量的方法。
【背景技術】
[0002] 通常，互補金屬氧化物半導體接觸方案被用于半導體制造。隨著半導體設備的尺 寸為越來越小的技術節(jié)點，縮小的特征維數(shù)使低電阻材料的沉積更充滿挑戰(zhàn)。在形成交替 接觸方案中，半導體制造處理經(jīng)常設及鐵或者含鐵化合物的沉積。增加的深寬比能夠?qū)е?特征表面的不完整的階梯覆蓋，導致半導體設備的阻隔性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文提供在半導體襯底形成氧化鐵的方法。所述方法可W在室中執(zhí)行。一個方面設及（a)在襯底沉積鐵，使得沉積鐵包含：（i)將襯底暴露至四艦化鐵；（ii)清洗室；（iii) 將襯底暴露至點燃的等離子體；（iv)清洗室；W及（V)重復（i)至（iv)，直至沉積了期望厚 度的鐵；W及化）處理襯底來形成亞化學計量的氧化鐵。等離子體可W遠程或者在室中產(chǎn) 生。在各種實施例中，襯底包含氧化娃。在一些實施例中，襯底包含特征。
[0004] 在各種實施例中，亞化學計量的氧化鐵包括具有化學式TiOy的氧化鐵，其中x<2。 在一些實施例中，鐵在低于約400°C的溫度沉積。 陽0化]在一些實施例中，方法設及還包括在沉積鐵之前，在所述襯底上沉積氧化鐵層。通 過將所述襯底暴露至含鐵前體來形成氧化鐵層。
[0006] 在各種實施例中，處理所述襯底包括將襯底暴露至含鐵前體和氧化劑。氧化劑從 如下群組中選擇：氧、一氧化二氮、水蒸氣、過氧化氨、W及臭氧。在一些實施例中，諸如通過 加熱襯底至介于約300°c與約450°C之間的溫度來將所述襯底退火。
[0007]在一些實施例中，亞化學計量的氧化鐵被沉積至介于約IOA至約50A的厚度。 方法還可W包含在沉積所述鐵之前，預清潔所述襯底。在一些實施例中，所述襯底在整個 (i)至（V)暴露至載體氣體。
[0008] 在一些實施例中，在（i)中所述襯底暴露至四艦化鐵介于約1秒與約30秒之間的 持續(xù)時間；所述襯底在（ii)和（iv)中清洗，每個持續(xù)時間為介于約1秒與約5秒之間；W 及所述襯底在（ii)中暴露至氨和等離子體介于約1秒和約10秒之間的持續(xù)時間。
[0009] 另一個方面設及用于處理半導體襯底的裝置，該裝置包含的反應室包含：底座，其 用于保持襯底；至少一個出口，其用于禪接至真空；一個或一個W上的處理氣體入口，其禪 接至一個或一個W上的前體源；射頻（R巧產(chǎn)生器；W及用于裝置中的控制操作的控制器， 其包含用于W下操作的機器可讀指令：(a)將含鐵前體導入至室；化）清洗室；(C)向室中 提供等離子體；W及（d)清洗室；（e)重復化）至（e) ; W及（f)處理襯底來形成亞化學計 量的氧化鐵。
[0010] 在一些實施例中，控制器還包含機器可讀指令，該機器可讀指令用于將襯底加熱 至介于約300°C與約450°C之間的溫度。在一些實施例中，控制器還包含機器可讀指令，該 機器可讀指令用于在向室中提供等離子體的同時向室導入氧化劑。
[0011] 運些和其他方面將在下文進一步參考附圖來說明。
【附圖說明】
[0012] 圖1是示出依據(jù)各種實施例來沉積氧化鐵的方法中的操作的處理流程圖。
[0013] 圖2是示出依據(jù)各種實施例來沉積鐵的方法中的操作的處理流程圖。
[0014] 圖3示出根據(jù)各種實施例的脈沖的時序圖。
[0015] 圖4是示出依據(jù)各種實施例來沉積氧化鐵的方法中的操作的處理流程圖。
[0016] 圖5是依據(jù)公開的實施例的適于沉積處理的處理室的示意圖。
[0017] 圖6是依據(jù)公開的實施例的適于沉積處理的處理系統(tǒng)的示意圖。
[0018] 圖7A、8A和9A是依據(jù)公開的實施例的基于襯底處理的高分辨率透射電子顯微鏡 化RTCM)圖像。
[0019] 圖7B、8B和9B是對于依據(jù)公開的實施例的處理的襯底的原子密度的電子能量損 失譜分析圖。
[0020] 圖7C、8C和9C是依據(jù)公開的實施例處理的襯底的概要繪圖。
[0021] 圖10是對于依據(jù)公開的實施例處理的襯底的電流密度圖。
【具體實施方式】
[0022] 在下面的說明中，記載了大量具體細節(jié)W對呈現(xiàn)的實施例提供徹底理解。公開的 實施例可W在沒有運些具體細節(jié)中的一些或者所有的情況下被付諸實踐。在其他實例中， 周知的處理操作沒有詳細說明細節(jié)，W不會不必要地模糊公開的實施例。公開的實施例將 結合具體實施例說明，但要理解的是，其不意圖限制公開的實施例。
[0023] 互補金屬氧化物半導體（CM0巧技術已被用于制造集成電路。隨著設備縮小，在金 屬和半導體源/漏極區(qū)域之間的高接觸電阻會使設備消耗高能量。對CMOS接觸方案的一 個替代是半導體金屬方案。常規(guī)半導體金屬接觸方案包含娃/娃化鐵（娃/TiSiz)、W及娃 化儀/鐵/氮化鐵/鶴（NiSi/Ti/TiN/W)方案。然而，金屬和半導體源/漏極區(qū)域之間的 接觸電阻可W支配凈寄生電阻。減小的接觸電阻將能量消耗最小化，并緩解了半導體設備 的發(fā)熱問題。
[0024] 已提出了替代的MIS金屬絕緣體半導體（MI巧接觸方案架構W將接觸電阻最小 化。在MIS方案中，絕緣體沉積在金屬和半導體材料之間。運樣的架構減輕了費米能級釘 扎（pinning),并在金屬和半導體之間導入了大頻帶隙材料層。當金屬與半導體電接觸時， 從金屬費米能級到達半導體的載體帶邊緣要求的功可W描繪成為肖特基勢壘高度。肖 特基勢壘高度Oe與金屬半導體界面處的接觸電阻成正比。E P代表費米能級，E。代表半導 體的最小導帶，并且Ev代表半導體的最大價帶。在金屬中，費米能級在金屬的價帶的頂部。 從金屬費米能級將電子移除至金屬的表面要求的功是金屬功函數(shù)〇M。在半導體中，根據(jù)滲 雜，費米能級位于氏和E V之間的帶隙。在n滲雜的半導體中，半導體費米能級典型地定位 成接近半導體導帶Ec。在P滲雜的半導體中，半導體費米能級典型地定位成接近半導體價 帶Ev。通常，當金屬接觸半導體時，金屬和半導體的費米能級實現(xiàn)平衡，使得費米能級"釘 扎"在半導體的帶隙中。在MIS接觸方案中，金屬和半導體層之間的絕緣體減小費米能級釘 扎效果。MIS接觸減小有效勢壘高度〇8,但是絕緣層增加隧穿電阻。由于氧化鐵能夠應對 (counter)隧穿電阻的低的導帶抵消（off-set),因此氧化鐵是用于MIS接觸方案的一個適 當?shù)慕^緣體。
[0025] 本文提供的是在半導體襯底上沉積可調(diào)氧化鐵膜W在金屬層和半導體層之間形 成包含氧化鐵的MIS接觸方案的方法。方法設及通過使鐵與半導體的本征氧化物層反 應、對沉積的鐵的層后處理或者將沉積的鐵層氧化，沉積亞化學計量的氧化鐵（TiOx)。運 里沉積的鐵層是具有少于約1%的污染、或者少于約0. 1%的污染的高共形層。在一些 實施例中，使用2014年8月20日提交的美國專利申請No. 14/464,462(代理人卷No.: LAMRP118/3427-1US)、名為"使用四艦化鐵前體來W低溫沉積純鐵薄膜的方法和裝置"中說 明的方法和裝置來沉積運些高共形且純的鐵層，該專利申請整體并入本文作參考。
[00%] 通過使用本文說明的方法，可W調(diào)整氧化鐵的化學計量來使接觸電阻最小化。亞 化學計量的氧化鐵與氧化鐵（Ti〇2)相比展現(xiàn)出較低的電阻。亞化學計量的氧化鐵被定義 為具有化學式TiOy的氧化鐵，其中x<2。在一些實施例中，亞化學計量的氧化鐵具有化學式 TiOi.s、或者TiOi.g、或者TiOe.e。在一些實施例中，通過改變沉積的膜的厚度、膜處理和/或 氧化劑接觸來調(diào)整化學計量。處理可W在單個平臺中執(zhí)行，運降低了制造運樣的設備的成 本。膜也在低溫度沉積，使得不超過熱預算。沉積的膜也展現(xiàn)了高階梯覆蓋。運樣的膜可 W用于前端線（FEOL)應用。
[0027] 圖1提供了繪出沉積子化學計量的氧化鐵來使接觸電阻最小化的方法的處理流 程圖。襯底被提供給處理室。襯底可W是娃化例如20〇-mm晶片、30〇-mm晶片、或者45〇-mm 晶片，包含具有沉積在其上的一個或一個W上的材料（諸如電介質(zhì)、導電、或者半導電材 料）層的晶片。襯底可W包含一個或一個W上的特征。例如，特征可W部分形成在電介質(zhì) 層中。在一些實施例中，特征可W具有至少約2 :1、至少約4 :1、至少約6 :1、至少約10 :1、 或者更高的深寬比。特征還可W具有開口附近的尺寸，例如約10皿至500皿之間、例如約 25皿至約300皿之間之間的開口直徑或者線寬。
[0028] 在操作102中，襯底可選地被預清潔。預清潔處理可W是加熱處理、時間長達約2 分鐘的等離子體處理（例如，具有Ar、或者反應性F、或者基于Cl的化學處理）、或者任何 其他適當?shù)念A清潔處理。在一些實施例中，預清潔在與沉積室分離的室中執(zhí)行，并且在操作 102之后襯底被傳送至沉積室。在一些實施例中，在襯底通過將娃襯底暴露至氧化劑（諸如 氧化)、水化0)(諸如水蒸氣）、臭氧化)、一氧化二氮佈0)、或者過氧化氨化〇2))而預清 潔之后，沉積了可選的氧化娃層。
[0029] 在操作104中，氧化鐵沉積在襯底上。在一些實施例中，襯底暴露至含鐵前體和氧 化劑，其會反應而在襯底上形成氧化鐵。在各種實施例中，含鐵前體是四艦化鐵。在一些實 施例中，含鐵前體是金屬有機鐵前體，諸如TDMAT、TEMAT、或者TDEAT。在一些實施例中，氯 化鐵被用作前體。氧化劑包含氧（〇2)、水化2〇)(諸如水蒸氣）、臭氧（〇3)、一氧化二氮（NzO)、 過氧化氨化2〇2)和其他適當?shù)难趸瘎?。前體和氧化劑可W分開或者一起導入