專利名稱：使用具有金屬類前驅(qū)物的cvd與ald工藝的nmos金屬柵極材料、制造方法以及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體關(guān)于電子器件工藝，且更特別地，有關(guān)用于含金屬材料和含金屬材料組成物的氣相沉積工藝。
背景技術(shù)：
電子器件產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷致力于獲得更高生產(chǎn)良率，同時(shí)提高大面積基板上的沉積層均勻性。這些要素加上新材料還提供基板每單位面積有更多電路集成。隨著電路集成性提升，對良好均勻性和層特性相關(guān)的工藝控制的要求也隨之增加。幾個(gè)持續(xù)改善的制造領(lǐng)域包括金屬柵極電極形成及接觸阻障層沉積。柵極電極通常由硅基材料組成，但更常以如鎢或鈷等金屬材料制作。然而用于柵極電極的材料電性仍 不盡理想。鉭材料已用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如阻障層，然盡管鉭材料有多樣電性，卻鮮少用于形成金屬柵極電極。由濺射鉭與反應(yīng)濺射氮化鉭形成的柵極材料層已證實(shí)有適合的電性。示例性質(zhì)包括高傳導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性及對外來原子擴(kuò)散的抗性。物理氣相沉積(PVD)工藝用來沉積鉭材料做為柵極電極、或沉積至小尺寸(如約90納米(nm)寬)與約5 1的高深寬比的特征結(jié)構(gòu)中。相較于只沉積底部的傳統(tǒng)方式，形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)需在底部與側(cè)壁上共形沉積功函數(shù)材料到高介電常數(shù)(k)介電材料上和共形沉積柵極電極到功函數(shù)材料上，是以PVD和許多化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝無法產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果。另外，公認(rèn)PVD工藝在尺寸與深寬比方面已達(dá)極限。又，使用PVD工藝時(shí)，鉭材料組成物的變化非常有限。已嘗試使用化學(xué)氣相沉積(CVD )或原子層沉積(ALD )工藝的傳統(tǒng)鉭前驅(qū)物來沉積鉭材料。多種CVD和ALD工藝預(yù)計(jì)將用于下一代技術(shù)以制造深寬比約10 1或以上的45nm寬特征結(jié)構(gòu)。又，ALD工藝比PVD工藝更易將鉭材料沉積至含底切的特征結(jié)構(gòu)上。以使用五氯化鉭(TaCl5)做為前驅(qū)物的CVD或ALD工藝形成含鉭膜需要多達(dá)三次使用各種自由基類化學(xué)品(如原子氫或原子氮)的處理循環(huán)來形成鉭材料。使用TaCl5的工藝也受鉭材料的氯污染物所苦。雖然鉭金屬有機(jī)前驅(qū)物可用于形成不含氯污染物的鉭材料，但沉積材料仍有高碳含量的不良特性。其它沉積做為金屬柵極電極的金屬材料也遭遇到類似鉭沉積的困難。因此，需要沉積含金屬材料至基板上做為例如金屬柵極電極和阻障層的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例大致提供沉積含金屬材料至基板上的方法。含金屬材料包括含鉭、鉿、鈦和鑭的材料，所述金屬材料可進(jìn)一步摻雜氮、碳、硅及/或鋁。沉積工藝包括熱分解工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、脈沖式CVD工藝、原子層沉積(ALD)工藝、和諸如PECVD與PE-ALD的等離子增強(qiáng)(PE)工藝。
在一實(shí)施例中，處理基板的方法包括沉積介電常數(shù)大于10的介電材料、于介電材料內(nèi)形成特征結(jié)構(gòu)定界、共形沉積功函數(shù)材料至特征結(jié)構(gòu)定界的側(cè)壁和底部上、以及沉積金屬柵極填充材料至功函數(shù)材料上，以填充特征結(jié)構(gòu)定界，其中功函數(shù)材料通過使化學(xué)式為MXy的至少一金屬鹵化物前驅(qū)物反應(yīng)而沉積，其中M為鉭、鉿、鈦和鑭，X為選自由氟、氯、溴或碘所組成的組的鹵化物，y為3至5。


為讓本發(fā)明的上述概要特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例說明上文簡要概述的本發(fā)明的具體描述，部分實(shí)施例圖示在附圖。然須注意，附圖僅說明本發(fā)明典型實(shí)施例，故并非用以限定本發(fā)明的精神與范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可接納其它等效實(shí)施例。圖I顯示根據(jù)本文所述實(shí)施例的沉積金屬碳化物材料的方法流程圖；圖2A至2B繪示根據(jù)本文所述實(shí)施例的基板的截面圖，該基板含有金屬碳化物材料做為柵極電極；·圖3A繪示根據(jù)本文所述其它實(shí)施例的另一基板的截面圖，該基板含有金屬碳化物做為阻障層；圖3B繪示根據(jù)本文所述實(shí)施例的基板的截面圖，該基板含有金屬碳化物材料做為共形柵極電極；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的CMOS結(jié)構(gòu)的示意圖，該CMOS結(jié)構(gòu)具有NMOS和PMOS部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供沉積含金屬材料至基板上，所述含金屬材料例如是金屬、金屬碳化物(MCX)、金屬硅化物(MSix)、金屬碳硅化物(MCxSiy)、金屬碳氮化物(MCxNy)或金屬硼化物(MBX)。含金屬材料可做為柵極電極結(jié)構(gòu)的功函數(shù)金屬和選擇性的金屬柵極填充材料。特別地，金屬、金屬碳化物、金屬碳硅化物和金屬硼化物材料可做為金屬柵極電極結(jié)構(gòu)的NMOS材料。金屬碳氮化物材料可做為柵極電極結(jié)構(gòu)的PMOS材料。通常,諸如金屬碳氮化物的含氮材料為PMOS結(jié)構(gòu)、而非NMOS結(jié)構(gòu)所需。在一實(shí)施例中，所述含金屬材料可用于金屬柵極結(jié)構(gòu)。例如，圖3B繪不具有含金屬柵極電極350的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),含金屬柵極電極350含有以本文所述方法沉積的金屬、金屬碳化物或金屬碳硅化物材料，圖3B的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于邏輯應(yīng)用。初始特征結(jié)構(gòu)定界355形成在已先沉積于基板上的高k介電材料360 (即介電常數(shù)大于10)中。適合的高k介電材料包括介電常數(shù)大于25或以上的介電材料。可用的高k介電材料360包括一或多種氧化物材料。適合的氧化物材料實(shí)例包括氧化鉿、硅酸鉿、氮氧化硅鉿、上述的鋁酸鹽、或上述的衍生物、或上述的組合物。其它氧化物材料包括氧化鑭、硅酸鑭、氧化鋯、硅酸鋯或上述的組合物。一或多種氧化物材料各自還可摻雜選自由鋯、鑭、鈰、鈦或上述的組合物所組成的組的材料。功函數(shù)材料層370接著共形沉積于高k介電材料360內(nèi)的特征結(jié)構(gòu)定界中。金屬柵極填充材料380接著形成在功函數(shù)材料層370上，并填充特征結(jié)構(gòu)定界355。功函數(shù)是測量單位為電子伏特(eV)的材料性質(zhì)，功函數(shù)代表電子從固體遷移到固體表面外某一點(diǎn)所需的能量、或電子從費(fèi)米能級遷移到真空所需的能量。實(shí)際上，功函數(shù)值是將金屬電子從金屬移到高k材料所需的能量。公認(rèn)該值近似理想功函數(shù)，且有時(shí)可能因沉積于介電材料上的金屬結(jié)構(gòu)而有所不同。就金屬而言，功函數(shù)為常數(shù)；就半導(dǎo)體材料而言，添加如硼或磷等其它材料(通常視為摻雜材料)可改變功函數(shù)。不同預(yù)定功函數(shù)的材料用于金屬柵極電極結(jié)構(gòu)時(shí)，可改變晶體管的閾值電壓。本文所述功函數(shù)材料為具功函數(shù)材料性質(zhì)并構(gòu)成晶體管結(jié)構(gòu)中柵極電極的預(yù)定性質(zhì)(如電性)的材料。功函數(shù)材料可沉積在高k介電材料上或附近，以提供功函數(shù)材料性質(zhì)對晶體管的金屬柵極電極結(jié)構(gòu)造 成最大影響。所需功函數(shù)取決于高k材料、和源極、漏極與柵極的摻雜類型與摻雜量。故功函數(shù)金屬組成可加以改變而達(dá)預(yù)期量。N型金屬平面柵極結(jié)構(gòu)的功函數(shù)通常應(yīng)等于或小于4. 3eV，非平面柵極結(jié)構(gòu)(如鰭狀場效晶體管(FinFET)柵極結(jié)構(gòu))則可接受較多摻雜，是以功函數(shù)為等于或小于4. 4eV。特定電路設(shè)計(jì)的功函數(shù)取決于容許摻雜量。功函數(shù)材料層370可包含本文所述的含金屬層，且可以本文所述的工藝沉積。功函數(shù)材料可為本文所述的金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物、金屬碳氮化物或金屬硼化物材料，并可以本文所述的工藝沉積。此外，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物、金屬碳氮化物或金屬硼化物材料可含有其它導(dǎo)電材料，例如鋁。適合的功函數(shù)材料包括選自由鉭、鉿、鈦、鑭、碳化鉭、碳化鉿、碳化鈦、碳化鑭、硅化鉿、硅化鉭、硅化鈦、硅化鑭、碳硅化鉭、碳硅化鉿、碳硅化鈦、碳硅化鑭、碳化鋁鉿、碳化鋁鉭、碳化鋁鑭、碳氮化鉭、氮化鋁鉭、硼化鑭、硼化鉿或上述的組合物所組成的組的材料。此外，功函數(shù)材料的沉積厚度例如可為約20 ±矣(人)或以上，例如約20埃至約80 ±矣，例如約30埃。如圖3B所示，金屬柵極填充材料用于完成柵極電極350。視柵極電極350所需的各個(gè)傳導(dǎo)率而定，功函數(shù)材料層370和金屬柵極填充材料380可為相同或不同材料。若所用金屬柵極填充材料不同于功函數(shù)材料，則金屬柵極填充材料可包括導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料例如金屬或金屬合金。做為金屬柵極填充材料的金屬或金屬合金實(shí)例包括由鎢、鋁、銅、鈷和上述的組合物、以及鎢、鋁、銅、鈷和上述的組合物的合金所組成的組的材料。若所用金屬柵極填充材料與功函數(shù)材料相同或?qū)嵸|(zhì)相同，則金屬柵極填充材料380可包含本文所述的金屬、金屬碳化物、金屬碳娃化物、金屬娃化物、金屬硼化物或金屬碳氮化物材料，且可以本文所述的工藝沉積?；蛘?，功函數(shù)材料層370和金屬柵極填充材料380可為不同材料，兩者皆選自本文所述的金屬、金屬碳化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料。例如，高介電常數(shù)材料可為氧化鉿，功函數(shù)材料層370可為碳化鉿，柵極填充材料可為碳化鉭。柵極填充材料的電阻率應(yīng)等于或小于功函數(shù)材料層的電阻率。諸如金屬碳氮化物的含氮材料為PMOS結(jié)構(gòu)、而非NMOS結(jié)構(gòu)所需，或可用于柵極電極350。視情況而定，可在沉積金屬柵極填充材料380前，沉積潤濕層。潤濕層可為選自由鈷、鉭、鈦和上述的組合物所組成的組的金屬材料。或者，可在形成功函數(shù)材料層前或后，沉積阻障層，阻障層可配合潤濕層使用或當(dāng)作潤濕層。阻障層可包含任何適合填充材料的阻障層，即鎢、銅和鋁，且可為選自由氮化鉭、氮化鈦、氮化鎢和上述的組合物所組成的組的含金屬材料。功函數(shù)層370前沉積的阻障層365以虛線表示。功函數(shù)層370后、金屬柵極填充材料380前沉積的阻障層及/或潤濕層375以虛線表示。阻障層及/或潤濕層各自的沉積厚度可為50?；蛞韵拢缂sI埃至約20埃。
上述工藝可用于形成互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(CMOS)結(jié)構(gòu)，且特別用于形成CMOS結(jié)構(gòu)的N型摻雜部分(NMOS)或CMOS結(jié)構(gòu)的P型摻雜部分(PMOS)的柵極電極或金屬柵極電極層，所述NMOS和PMOS涉及沉積高k層、覆蓋層和金屬柵極電極層，其中所有層可在同一處理腔室內(nèi)沉積。含金屬材料可利用各種沉積技術(shù)沉積，各種沉積技術(shù)例如熱分解、化學(xué)氣相沉積(CVD)、脈沖式化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)、遠(yuǎn)端等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD )、原子層沉積(ALD )、等離子增強(qiáng)原子層沉積(PE-ALD )或上述的組合方式。雖然圖I和對應(yīng)說明是針對沉積工藝實(shí)施例的流程圖，但此無意理解或解釋成限制本發(fā)明所述態(tài)樣。圖I繪示處理方法100的流程圖，方法100可用于形成含金屬層。含金屬層例如為金屬、金屬碳化物材料、金屬硅化物材料、金屬碳硅化物材料或金屬碳氮化物材料。在工藝 102期間，于處理腔室中，加熱基板達(dá)初始沉積溫度?；蹇山?jīng)加熱達(dá)約100°C至約600°C，較佳約100°C至約500°C，更佳約150°C至約500°C。適合使用本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物沉積的溫度可為100°C至約450°C，例如約150°C至約425°C。一重要的前驅(qū)物特性為具有適合的蒸汽壓。沉積前驅(qū)物在周圍溫度和壓力下可呈氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)。然在處理腔室內(nèi)，前驅(qū)物可揮發(fā)成氣體。處理腔室具有受控環(huán)境，該環(huán)境經(jīng)加壓成約I毫托耳至約100托耳，較佳約I托耳至約10托耳，更佳約2托耳至約5托耳。前驅(qū)物在輸送到處理腔室前通常會先加熱，例如達(dá)約室溫至約200°C。在工藝104中，基板隨后接觸具初始流率的含金屬鹵化物前驅(qū)物氣體。含金屬材料可利用具化學(xué)式MXy的至少一(一或多種)金屬鹵化物前驅(qū)物的反應(yīng)工藝沉積，其中M是選自由鉭、鉿、鈦和鑭所組成的組的金屬，X是選自由氟、氯、溴和碘所組成的組的鹵化物，y為3至5。金屬鹵化物前驅(qū)物可為含氟或含氯的鹵化合物，含氟或含氯的鹵化合物選自由五氯化鉭、五氟化鉭、五溴化鉭、四氯化鉿、三氯化鑭和上述的組合物所組成的組。在工藝106中，基板還接觸具初始流率的一或多種反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體可包括單一反應(yīng)氣體或各種反應(yīng)氣體的組合物。通常，反應(yīng)氣體可與鹵化物反應(yīng)、鍵結(jié)，并移除沉積金屬的鹵化物。在一些實(shí)施例中，部分反應(yīng)氣體與金屬鍵結(jié)而形成金屬化合物，例如金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物和金屬碳氮化物。反應(yīng)氣體還可包括等離子處理工藝，所述等離子剝除鹵化物部分，然后與金屬鹵化物前驅(qū)物反應(yīng)而形成功函數(shù)金屬。反應(yīng)氣體可為無氮反應(yīng)氣體?；蛘?反應(yīng)氣體可包括還原氣體,所述還原氣體包括含氮?dú)怏w(如氨氣)，用以沉積金屬碳氮化物。反應(yīng)氣體可進(jìn)一步包括惰性氣體或惰性氣體等離子/自由基。無氮反應(yīng)氣體可為氫基氣體、含碳反應(yīng)氣體、含娃反應(yīng)氣體或還原氣體、或上述的組合物。氫基氣體可包括氫氣、或如出自等離子或遠(yuǎn)端等離子的氫氣等離子/氫自由基。含碳反應(yīng)氣體還可為含碳還原氣體，含碳還原氣體例如甲烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、甲烷與乙炔等離子/自由基、和上述的組合物等，所述含碳反應(yīng)氣體可用于碳化物沉積。含硅反應(yīng)氣體可用于沉積含硅材料，例如硅化物。含硅前驅(qū)物包括硅烷和有機(jī)硅烷。硅烷包括甲硅烷(SiH4)和經(jīng)驗(yàn)式為SixH(2x+2)的高級硅烷，例如二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)與四硅烷(Si4Hltl)和其它。有機(jī)硅烷包括經(jīng)驗(yàn)式為RySixH(2x+2_y)的化合物，其中R個(gè)別為甲基、乙基、丙基或丁基，例如甲基硅烷((CH3) SiH3)、二甲基硅烷((CH3)2SiH2)、乙基硅烷((CH3CH2)SiH3X甲基二硅烷((CH3)Si2H5X二甲基二硅烷((CH3)2Si2H4)、六甲基二硅烷((CH3)6Si2)、三(二甲氨基)硅烷(TDMAS)和上述的組合物。反應(yīng)氣體還可包括鋁系反應(yīng)化合物，例如三甲基鋁(TMA ;Al2Me6* (AlMe3)2)、三乙基鋁(Al2Et6、(AlEt3) 2或TEA)、二甲基氫化鋁(DMAH)、三叔丁基鋁(TTBA)、氫化鋁(AlH3)和上述的組合物。此外，下述金屬碳化物和金屬娃化物化合物可和附加金屬化合物一起沉積。通過引進(jìn)鋁前驅(qū)物，可一起沉積鋁和本文所述的含金屬材料，鋁前驅(qū)物例如是三甲基鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁、二甲基氫化鋁(DMAH)、三叔丁基鋁、氫化鋁、三氯化鋁和上述的組合物。氫基等離子可用于使沉積材料包括鋁。沉積的包括鋁的含金屬材料可包括碳化鋁鉿、碳化鋁鉭、碳化鋁鈦和碳化鋁鑭等。為形成如用于PMOS結(jié)構(gòu)的金屬碳氮化物，反應(yīng)氣體可為含氮還原氣體。含氮還原氣體可用于沉積含金屬的氮化物材料，例如碳氮化鉭材料。含氮還原氣體或氮前驅(qū)物可包括氨氣(NH3)、聯(lián)氨(N2H4)、甲基肼((CH3) HN2H2)、二甲基肼((CH3) 2N2H2)、叔丁基肼(C4H9N2H3)、苯肼(C6H5N2H3X其它肼衍生物、包括三甲基胺、二甲基胺與三叔丁基胺的胺類、氮等離子源 (如N2、N2/H2、NH3或N2H4等離子)、2，2’ -偶氮叔丁烷((CH3) 6C2N2)、有機(jī)或烷基疊氮化物(如疊氮化甲基(CH3N3 )、疊氮化乙基(C2H5N3 )、疊氮化三甲硅烷基(Me3SiN3 ))、無機(jī)疊氮化物(如NaN3或Cp2CoN3X和其它適合氮源。自由基氮化合物可利用熱、熱線及/或等離子產(chǎn)生，等離子例如是N3、N2, N、NH或順2。在許多實(shí)例中，含氮?dú)怏w含有氨氣。含硼化合物或硼前驅(qū)物可用來沉積包括硼的含金屬材料，例如金屬碳氮硼化物、金屬氮硼化物、金屬碳硼化物或金屬硼化物。硼前驅(qū)物包括硼烷和有機(jī)硼烷，所述硼烷和有機(jī)硼烷包括甲硼烷(BH3 )、二硼烷(B2H6 )、三硼烷(B3H8 )、四硼烷(B4H10)、三甲基硼烷((CH3)3B)、三乙基硼烷((CH3CH2)3B)或上述的衍生物。示例的硼前驅(qū)物包括二硼烷和三甲基砸燒。若基板接觸反應(yīng)氣體10秒或以上，例如大于10秒至60秒，則接觸反應(yīng)氣體可視為預(yù)處理工藝，例如浸潰工藝。若是進(jìn)行浸潰預(yù)處理工藝，則較佳浸潰前驅(qū)物為硅烷、二硼烷和上述的組合物。載氣也可結(jié)合含金屬鹵化物氣體或反應(yīng)氣體。凈化氣體也可用于在沉積循環(huán)之間或期間清潔腔室。載氣和凈化氣體可為氬氣、氮?dú)?、氫氣、氦氣、形成氣體(forming gas)(N2/H2)或上述的組合物，其中諸如氦氣與氬氣等不反應(yīng)性無氮?dú)怏w較佳用于NMOS沉積工藝。在工藝108期間，利用上述任何沉積技術(shù)，形成含金屬材料至基板上，同時(shí)使基板接觸含金屬鹵化物氣體和反應(yīng)氣體。在工藝108中，含金屬材料沉積于基板上，而反應(yīng)氣體已先接觸或同時(shí)接觸基板。做為NMOS結(jié)構(gòu)時(shí)，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物和金屬碳硅化物最好有極微或不含鹵化物且亦可為無氮。就PMOS結(jié)構(gòu)而言，氮化物最好有極微或不含鹵化物?？沙练e成部分含金屬材料的金屬為鉭、鉿、鈦和鑭。在一些實(shí)施例中，含金屬材料也可包括鋁和出自金屬鹵化物前驅(qū)物的金屬。以下將描述不同的含金屬材料實(shí)施例，包括金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料。 在一實(shí)施例中，鉭或碳化鉭材料可由使用鹵化鉭前驅(qū)物與反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積或原子層沉積而沉積。此前驅(qū)物實(shí)例包括五氯化鉭(TaCl5)、五氟化鉭(TaF5)、五溴化鉭(TaBr5)或上述的組合物。用于形成鉭金屬材料的反應(yīng)氣體可為本文所述的氫還原氣體，包括氫氣等離子/自由基。用于形成碳化鉭的反應(yīng)氣體可為含碳反應(yīng)氣體(包括乙烯、甲烷、乙烯與甲烷的混合物)，且包括反應(yīng)氣體等離子/自由基來進(jìn)行碳化物沉積。在另一實(shí)施例中，硅化鉭材料可通過使基板接觸包括鉭前驅(qū)物氣體與前述含硅反應(yīng)氣體的工藝氣體而沉積。硅化鉭材料可進(jìn)一步包括前述含碳反應(yīng)氣體，用以沉積碳硅化鉭材料。在此實(shí)施例中，鉭前驅(qū)物先與硅前驅(qū)物反應(yīng)，然后再接觸含碳前驅(qū)物。以做為N型功函數(shù)金屬的TaSix膜為例，Ta/Si比率可為約2. 00。在一沉積工藝實(shí)例中，五氟化鉭引進(jìn)到處理腔室中，以于基板上形成單層，接著使沉積材料接觸還原氣體等離子(如氫氣等離子)，以自單層移除含鹵化合物。還原氣體等離子可在腔室內(nèi)或由遠(yuǎn)端等離子產(chǎn)生。接著，使具減少的鹵含量的鉭金屬材料進(jìn)一步接觸含碳材料(如乙烯)而形成碳化鉭、及/或接觸含硅材料(如硅烷)而形成硅化鉭或碳硅化鉭。用于NMOS結(jié)構(gòu)時(shí)，希望碳化鉭有較多碳含量。在一實(shí)施例中，鉭金屬可沉積以提供預(yù)定功函數(shù)值，并且適合后續(xù)摻雜。五氟化 鉭(TaF5)可用于沉積鉭金屬層，該鉭金屬層的功函數(shù)為約4. 2且具有小于約3原子百分比(原子％)的鹵原子，例如約I原子％至小于約3原子％。沉積工藝期間或沉積后處理時(shí)使用所述氫氣或鋁還原劑，可使沉積鉭層的氟含量小于約3原子％，其中處理方式可為等離子處理。在另一沉積工藝實(shí)例中，五氯化鉭(TaCl5)引進(jìn)到處理腔室中，以于基板上形成單層，接著使沉積材料接觸還原氣體等離子，例如氫氣等離子。等離子可在腔室內(nèi)或由遠(yuǎn)端等離子產(chǎn)生。接著，具減少的鹵含量的鉭金屬材料必要時(shí)可進(jìn)一步接觸如含硅材料而形成硅化物(若有需要)、或接觸含碳前驅(qū)物(如乙烯)而增加沉積材料的碳含量。在一實(shí)施例中，碳化鉭可由在550°C下使基板接觸五氯化鉭(TaCl5)與乙烯氣體的工藝沉積。若有需要，在循環(huán)期間接觸乙烯氣體后，也可使用氫氣等離子。氫氣等離子有助于減少膜的碳含量。此處理溫度能有效結(jié)合到因采用各種材料而有溫度限制的多層沉積工藝中。以由TaC組成的N型功函數(shù)金屬為例，Ta/C比率可為約1.00。在另一實(shí)施例中，鉿金屬或碳化鉿材料可通過使基板接觸包括鉿前驅(qū)物氣體與反應(yīng)氣體的工藝氣體而沉積。鹵化鉿前驅(qū)物一例為四氯化鉿(HfCl4)15反應(yīng)氣體包括氫氣及/或用于形成碳化鉿的含碳反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體可進(jìn)一步包括含硅氣體，例如前述硅烷和有機(jī)硅烷，用以制造本文所述的硅化鉿材料。以碳硅化鉿材料沉積為例，鉿前驅(qū)物可先接觸含硅化合物，接著與含碳化合物反應(yīng)。在一沉積工藝實(shí)例中，四氯化鉿(HfCl4)引進(jìn)到處理腔室中，以于基板上形成單層，接著使沉積材料接觸還原氣體等離子，例如氫氣等離子。等離子可在腔室內(nèi)或由遠(yuǎn)端等離子產(chǎn)生。接著，具減少的鹵含量的鉿金屬材料必要時(shí)可進(jìn)一步接觸如含硅材料而形成硅化物(若有需要)、或接觸含碳前驅(qū)物(如乙烯)而增加沉積材料的碳含量。在又一實(shí)施例中，鑭金屬或碳化鑭材料可通過使基板接觸包括鑭前驅(qū)物氣體與反應(yīng)氣體的工藝氣體而沉積。鹵化鑭前驅(qū)物一例為三氯化鑭(LaCl3)15反應(yīng)氣體可包括氫氣，及包括用于形成鑭的氫等離子/自由基、及/或用于形成碳化鑭材料的含碳反應(yīng)氣體或用于形成硼化鑭材料的含硼反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體可進(jìn)一步包括本文所述的含硅氣體，通過使基板接觸包括鑭前驅(qū)物氣體與前述含硅反應(yīng)氣體的工藝氣體而制造硅化鑭材料。用于沉積硅化鑭材料的工藝氣體可進(jìn)一步包括前述含碳反應(yīng)氣體，以沉積碳硅化鑭材料。以碳硅化鑭材料沉積為例，鑭前驅(qū)物可接觸含硅化合物，然后與含碳化合物反應(yīng)。在再一實(shí)施例中，鈦金屬或碳化鈦材料可通過使基板接觸包括鈦前驅(qū)物氣體與反應(yīng)氣體的工藝氣體而沉積。鹵化鈦前驅(qū)物一例為四氯化鈦(TiCl4)和四氟化鈦(TiF4)。用于形成鈦金屬材料的反應(yīng)氣體可為本文所述的氫還原氣體，氫還原氣體包括氫氣等離子/自由基。用于形成碳化鈦的反應(yīng)氣體可為本文所述的含碳反應(yīng)氣體。在另一實(shí)施例中，硅化鈦材料可通過使基板接觸包括鈦前驅(qū)物氣體與前述含硅反應(yīng)氣體的工藝氣體而沉積。硅化鈦材料可進(jìn)一步包括前述含碳反應(yīng)氣體，用以沉積碳硅化鈦材料。在此實(shí)施例中，鈦前驅(qū)物先與硅前驅(qū)物反應(yīng)，然后再接觸含碳前驅(qū)物。除上述特定實(shí)施例外，所述用于工藝106的沉積工藝以沉積含金屬材料的反應(yīng)氣體可和附加材料與反應(yīng)氣體一起沉積。在其它實(shí)施例中，除碳及/或氮外，含金屬材料可另·含硅、鋁、磷、氫和其它元素、或取代碳及/或氮。等離子處理(如氫等離子處理)還可用來降低或盡量減少利用金屬鹵化物前驅(qū)物沉積的金屬或金屬碳化物膜中的鹵原子百分比濃度，例如小于3原子％。經(jīng)等離子處理后，鹵濃度可為約O. 5至小于3原子％的鹵原子。等離子處理可為本文所述的沉積處理程序中的任一等離子氣體處理工藝。上述鉭、鑭、鈦和鉿的金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳娃化物和金屬碳氮化物也可通過與鋁系反應(yīng)化合物的反應(yīng)而沉積。鋁反應(yīng)氣體容許移除金屬鹵化物前驅(qū)物沉積材料(如11(14和TaCljX積材料)的鹵原子，故可代替等離子處理工藝。鋁反應(yīng)氣體與氯原子反應(yīng)而形成烷基氯化鋁，接著移除之。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋁反應(yīng)氣體和金屬鹵化物前驅(qū)物能沉積出齒原子小于約7原子％的材料層,例如小于約4原子％。例如,利用三乙基招(TEA),由五氟化鉭沉積的鉭層沉積材料具有氟原子降至小于3原子％的鹵濃度。與鋁前驅(qū)物反應(yīng)時(shí)，鹵濃度可為O. 5至4原子％的鹵原子?；蛘?，鋁系還原劑可用于金屬和金屬碳化物沉積工藝而使沉積材料包含鋁。例如，鋁反應(yīng)氣體可用于形成鋁化鉿(HfAl)、鋁化鉭(TaAl)、碳化鋁鉿(HfAlCx)或碳化鋁鉭(TaAlCx)做為NMOS材料，且可提供沉積材料高至30原子％的碳含量/雜質(zhì)，例如約10原子％至約30原子％。諸如本文所述的鋁化鉭(TaAl)和其它等多金屬化合物也可視為金屬合金。具附加化合物(如碳和硅)的多金屬化合物也可視為具碳或硅與一或多個(gè)合金金屬原子鍵結(jié)而形成如金屬碳化物或金屬硅化物的金屬合金。例如，碳化鋁鉭(TaAlCx)可視為內(nèi)含鋁的碳化鉭。就某些材料沉積工藝而言，鋁可視為雜質(zhì)。工藝108可包括各種處理程序，例如化學(xué)氣相沉積共同流動(dòng)或相繼流動(dòng)。重復(fù)最短持續(xù)時(shí)間的相繼流動(dòng)循環(huán)將造成原子層沉積重復(fù)循環(huán)。在熱分解工藝方面，必要時(shí)，金屬鹵化物前驅(qū)物(與任何載氣)和任何反應(yīng)氣體可個(gè)別流入或共同流入處理腔室。熱分解工藝可在約100°c至約600°C下進(jìn)行。在化學(xué)氣相沉積工藝方面，金屬前驅(qū)物(與任何載氣)和任何反應(yīng)氣體可共同流入處理腔室。在一實(shí)施例中，相繼流動(dòng)工藝包含兩個(gè)化合物流動(dòng)工藝。兩個(gè)化合物流動(dòng)工藝包括第一化合物(如金屬鹵化物前驅(qū)物與任何伴隨載氣)和第二化合物(如本文所述的反應(yīng)氣體)。附加反應(yīng)化合物，例如雙重還原氣體(如含碳?xì)怏w與含硅氣體)，可同時(shí)、或于二者間加入選擇性凈化氣體依序引入。就下述等離子工藝而言，等離子氣體可為氫氣、氫氣與硅烷氣體的混合物、或氫氣與乙烯氣體的混合物。等離子在存有等離子工藝、載氣與選擇性金屬鹵化物前驅(qū)物氣體的情況下觸發(fā)，然在原子層沉積工藝中，等離子處理步驟不大可能包括任何大量金屬前驅(qū)物氣體。等離子也可在腔室內(nèi)形成，或者等離子可由等離子氣體的遠(yuǎn)端等離子源產(chǎn)生。在本文所述的處理程序前，可使用反應(yīng)劑，例如本文所述的還原劑(如硅烷或二硼烷)預(yù)處理或“浸潰”基板表面。預(yù)處理工藝包含使基板接觸反應(yīng)劑超過10秒至約60秒。在一處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第二層或第二單層、使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔工藝、將等離子氣體引進(jìn)到腔室中及產(chǎn)生等離子、接著使用凈化氣體進(jìn)行第三腔室清潔工藝。對原子層沉積工藝來說，以上工藝包含一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。 此處理程序一例包括將四氯化鉿前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以沉積單層材料至處理腔室內(nèi)的基板上、清除處理腔室中的四氯化鉿前驅(qū)物、引進(jìn)鋁前驅(qū)物(如三乙基鋁或三叔丁基鋁)，使之與沉積材料反應(yīng)、清除處理腔室中的三乙基鋁或三叔丁基鋁、以及原位或遠(yuǎn)端提供等離子(如氫氣等離子/自由基)，使沉積材料還原成鉿或碳化鉿、接著清除腔室中的氫氣等離子/自由基。在本處理程序的一些實(shí)施例中，只有要進(jìn)一步減少污染時(shí)，才需加入等離子。在另一處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將等離子氣體引進(jìn)到腔室中及產(chǎn)生等離子、使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔工藝、將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第二層或第二單層、接著使用凈化氣體進(jìn)行第三腔室清潔工藝。對原子層沉積(ALD)工藝來說，以上工藝為一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至200次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。此處理程序一例包括將四氯化鉿前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以沉積單層材料至處理腔室內(nèi)的基板上、清除處理腔室中的四氯化鉿前驅(qū)物、原位或遠(yuǎn)端提供等離子(如氫氣等離子/自由基)，使沉積材料還原成鉿或碳化鉿、清除腔室中的氫氣等離子/自由基、引進(jìn)鋁前驅(qū)物(如三乙基鋁或三叔丁基鋁)，使之與沉積材料反應(yīng)、接著清除處理腔室中的三乙基招或二叔丁基招。在第三處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將第一等離子氣體引進(jìn)到腔室中及產(chǎn)生第一等離子、使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔工藝、將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第二層或第二單層、將第二等離子氣體引進(jìn)到腔室中及產(chǎn)生第二等離子、接著使用凈化氣體進(jìn)行第三腔室清潔工藝。對原子層沉積工藝來說，以上工藝為一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在一附加處理程序中，使第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物共同流入處理腔室，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將等離子氣體引進(jìn)到腔室中及產(chǎn)生等離子、接著使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔工藝。對原子層沉積工藝來說，以上工藝為一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在一進(jìn)一步的處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中及產(chǎn)生等離子，以形成第二層或第二單層、接著使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔工藝。對原子層沉積工藝來說，以上工藝為一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在另一進(jìn)一步的處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面、使用凈化氣體進(jìn)行第一腔室清潔工藝、將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第二層或第二單層，或與第一單層反應(yīng)、接著使用凈化氣體進(jìn)行第二腔室清潔 工藝。對原子層沉積工藝來說，以上工藝為一次循環(huán)，且ALD工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在此處理程序中，不使用等離子來處理基板。在又一進(jìn)一步的處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中一段時(shí)間，然后停止流入。接著，將第二前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中一段時(shí)間，并與第一前驅(qū)物反應(yīng)而形成膜層至基板上。接著停止流入第二前驅(qū)物。以上處理程序?yàn)橐淮窝h(huán)，且工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在再一進(jìn)一步的處理程序中，將第一前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，并持續(xù)流入第二前驅(qū)物至處理腔室及脈沖流入第一前驅(qū)物。使第一前驅(qū)物流入腔室、接著中斷流入為一次循環(huán)，且工藝將視預(yù)定厚度而定包括2至100次循環(huán)。第一前驅(qū)物可為本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物，第二前驅(qū)物可為本文所述的一或多種反應(yīng)/還原化合物。在推進(jìn)到工藝112或工藝114前，可先在工藝110中，測定含金屬材料的組成，例如金屬、金屬碳化物材料、金屬娃化物材料、金屬碳娃化物材料或金屬碳氮化物材料。若尚未得到預(yù)定組成，則方法100進(jìn)行工藝112來調(diào)整特定工藝參數(shù)(如沉積溫度及/或沉積氣體的流率)，以達(dá)預(yù)定組成?；蛘?，工藝參數(shù)一旦經(jīng)校正而得到預(yù)定組成的含金屬材料，方法100即進(jìn)行工藝114。在工藝112期間，可調(diào)整沉積溫度、和含金屬鹵化物氣體與反應(yīng)氣體的流率，以得到預(yù)定組成的含金屬材料。隨后，重復(fù)進(jìn)行工藝108，以形成含金屬材料?？捎诔练e工藝，例如熱分解、CVD工藝或ALD工藝期間，調(diào)整沉積溫度。調(diào)整沉積溫度可改變含金屬材料的元素濃度。例如，可提高沉積溫度，以減少金屬碳化物材料的碳濃度?；蛘?，可降低沉積溫度，以增加金屬碳化物材料的碳濃度。在一實(shí)施例中，在工藝108期間，基板或基板基座的溫度為約200°C至約800°C，較佳約350°C至約550°C，更佳約400°C至約500°C。在另一實(shí)施例中，基板經(jīng)加熱達(dá)約100°C至約600°C，較佳約100°C至約500°C，更佳約150°C至約500°C。適合使用本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物沉積的溫度可為100°C至約450°C，例如約150°C至約 425 0C ο
在另一實(shí)施例中，還可調(diào)整金屬鹵化物前驅(qū)物氣體及/或反應(yīng)氣體的流率，以得到預(yù)定組成的含金屬材料，例如特定間隙/元素碳原子比、硅原子比、鋁原子比或氮原子t匕?？梢曽u化物前驅(qū)物的金屬和預(yù)期的功函數(shù)性質(zhì)改變原子比。反應(yīng)氣體的流率可各自調(diào)整成約4000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘(sccm)或以下,例如約IOOsccm至約4000sccm,較佳約300sccm至約3000sccm,更佳約IOOOsccm至約2000sccm?；蛘撸磻?yīng)氣體的流率可為約50sccm至約2000sccm,較佳約IOOsccm至約1500sccm。在不同實(shí)例中，還原氣體的流率可為約lOOsccm、500sccm、IOOOsccm或1500sccm。金屬齒化物前驅(qū)物氣體的載氣流率可調(diào)整成約IOOOsccm或以下,例如約50sccm至約2000sccm,較佳約IOOsccm至約IOOOsccm,更佳約300sccm至約700sCCm。若反應(yīng)氣體也為前驅(qū)物氣體，例如鋁前驅(qū)物，則該反應(yīng)氣體也具有載氣流率。反應(yīng)氣體流率相對金屬鹵化物前驅(qū)物氣體流率的氣體流率比為約I :1、2 :1、3 :1、4:1、5:1或以上。調(diào)整氣體流率和流率比可改變含金屬材料的元素濃度。例如，可提高氣體流率比，以減少金屬碳化物材料的碳濃度。或者，可降低氣體流率比，以增加金屬碳化物材料的碳濃度。在工藝114中，若金屬或含金屬材料未達(dá)預(yù)定厚度，則方法100返回進(jìn)行工藝108。一旦于基板上形成預(yù)定厚度的含金屬材料，即停止方法100。含金屬材料的總厚度取決于特·定制造應(yīng)用需求。例如，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料可沉積構(gòu)成含金屬柵極電極，該含金屬柵極電極厚度為約10埃至約1000埃，較佳約40埃至約200埃。在另一實(shí)例中，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物可沉積構(gòu)成含金屬阻障層，該含金屬阻障層厚度為約3埃至約200埃，較佳約5埃至約100埃,更佳約10埃至約50埃。在一工藝實(shí)例中，可沉積碳化鉭、碳化鉿或硅化鉿做為所述結(jié)構(gòu)中的功函數(shù)金屬。用于NMOS結(jié)構(gòu)的N型金屬柵極(如碳化鉭、碳化鉿或硅化鉿)的功函數(shù)小于4. 3eV。碳化鉭、碳化鉿或硅化鉿可進(jìn)一步摻雜碳或硅(若尚未存在)達(dá)容許摻雜材料功函數(shù)小于4. 4eV的量。用于PMOS結(jié)構(gòu)的P型金屬柵極(如金屬碳氮化物)的功函數(shù)為約5. O至5. leV。存有碳、硅或氮摻雜(或本文所述的其它添加材料)能調(diào)整功函數(shù)值而提供預(yù)定功函數(shù)值做為預(yù)定應(yīng)用。也可能存有其它原子，例如沉積的碳化物與硅化物中的鹵原子，但仍能提供有效的功函數(shù)值。在一實(shí)施例中，沉積的金屬碳化物材料具有化學(xué)式MCX，其中X在約O. 5至約2的范圍中。沉積的金屬碳化物材料的間隙/元素碳原子比為約2 :1或以上，例如約3 :1至約5 :
I。在另一實(shí)施例中，沉積的金屬硅化物材料具有化學(xué)式MSix，其中X在約O. 05至約2的范圍中。金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬硼化物層的功函數(shù)小于4. 3eV,例如3. 5eV至小于4. 3eV，例如4. IeV至小于4. 3eV。金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬硼化物層的電阻率為2. 5微歐姆-厘米(μ Ω-cm)至小于ΙΟΟΟμ Ω-cm，例如約500μ Ω-cm、或如50至小于200 μ Ω-cm，例如約150μ Ω-cm。若功函數(shù)電阻率很低，則功函數(shù)金屬也可當(dāng)作填充材料。在此情況下，功函數(shù)金屬的電阻率小于100 μ Ω-cm。在一實(shí)施例中，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物或金屬碳硅化物層可沉積成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)。若金屬、金屬碳化物、金屬硅化物或金屬碳硅化物層做為阻障材料，例如和功函數(shù)材料一起用于NMOS結(jié)構(gòu)(如圖3Β所示)，則所述材料最好沉積成非晶材料。在結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，金屬或金屬碳化物材料內(nèi)結(jié)合兩種碳。結(jié)晶金屬或金屬碳化物可具有間隙碳，間隙碳與金屬和氮原子共價(jià)鍵結(jié)且間隙置于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶格位置內(nèi)。結(jié)晶金屬或金屬碳化物還可具有元素碳，元素碳與金屬和氮原子物理性結(jié)合(非共價(jià)鍵結(jié))且置于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶格位置外。又，碳和氮濃度可加以改變使金屬或金屬碳化物材料的表面電阻為約I X IO4 Ω /sq 至約 I X IO6 Ω /sq。除了圖3B所示的實(shí)施例外，其它結(jié)構(gòu)還可包括依據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施例沉積的含金屬材料。在一實(shí)施例中，圖2A繪不位于基板200a上的含金屬柵極電極210,該含金屬柵極電極210含有以本文所述方法沉積的金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料，且可做為邏輯應(yīng)用?；?00a包含源極層204a和漏極層204b沉積或形成于層202上,層202可為基板表面或基板上的介電層。在一實(shí)例中，源極層204a和漏極層204b是通過將離子注入層202內(nèi)而形成。源極層204a和漏極層204b的片段由形成于柵絕緣層206上的含金屬柵極電極210橋接。偏移層或間隔物208沉積在含金屬柵極電極210的兩側(cè)。柵絕緣層206含有介電材料，例如氧化鉿、硅酸鉿、氮氧化硅鉿、上述的鋁酸鹽、或上述的衍生物。間隔物208含有氮化硅、氮氧 化硅、上述的衍生物或上述的組合物。在另一實(shí)施例中，圖2B繪不位于基板200b上的含金屬柵極電極210,含金屬柵極電極210含有以本文所述方法沉積的金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料，且可做為閃存應(yīng)用?；?00b具有基板200a大多數(shù)的特征結(jié)構(gòu)，但另有含金屬柵極電極214 (柵控制層)沉積于隔離層212上，隔離層212位于含金屬柵極電極210上。含金屬柵極電極214含有以本文所述方法沉積的金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物材料。隔離層212含有氮氧化物，例如氧化物-氮化物(ON)分層材料或氧化物-氮化物-氧化物(ONO)分層材料、氮化硅(SiN)分層材料或硅化物(如金屬硅化物)。含金屬柵極電極210或214所含的金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳娃化物或金屬碳氮化物材料可由使用本文所述的金屬鹵化物前驅(qū)物的熱分解工藝、CVD工藝、脈沖式CVD工藝、PE-CVD工藝、ALD工藝、PE-ALD工藝或上述的衍生方式形成或沉積。金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳娃化物或金屬碳氮化物材料可沉積構(gòu)成含金屬柵極電極210或214，含金屬柵極電極210或214厚度為約10埃至約1000 ±矣，例如約40埃至約200埃。在另一實(shí)施例中，厚度為約10埃至約300埃，例如約25埃至約70埃。含金屬柵極電極210或214各自有不同組成，以更適當(dāng)?shù)乜刂乒瘮?shù)，例如源極層204a與漏極層間的含金屬柵極電極210的功函數(shù)。含金屬柵極電極210、214含有金屬，且可視情況包含碳、氮、硅、鋁、硼、磷或上述的組合物。在許多實(shí)例中，含金屬柵極電極210或214的表面電阻為約I X IO4 Ω /sq至約I X IO6 Ω /sq。然相對金屬濃度增加如氮的材料濃度及/或減少碳濃度，可將含金屬柵極電極210或214的功函數(shù)調(diào)整成具較小電阻率。在一實(shí)例中，含金屬柵極電極210或214含有金屬碳化物，表面電阻大于約I X IO5 Ω/Sq，較佳約IXlO6Q /sq或以上。或者，可相對金屬濃度減少如氮的材料濃度及/或增加碳濃度，以將含金屬柵極電極210或214的功函數(shù)調(diào)整成具較大電阻率。在另一實(shí)例中，含金屬柵極電極210或214的表面電阻小于約1X105Q/Sq，例如約I X IO4 Qsq或以下。在又一實(shí)施例中，圖3A繪示具示例結(jié)構(gòu)的基板300，基板300上沉積金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳娃化物或金屬碳氮化物材料做為含金屬阻障層320?；?00包含下層302(下層302為一或多層)與設(shè)置于下層302上的介電層304。介層洞310利用蝕刻技術(shù)形成于介電層304中，或者介電層304沉積構(gòu)成介層洞310。介層洞310延伸穿過介電層304而至下層302。介層洞310含有底表面312和壁面314?；?00的場域延伸越過介電層304的上表面316。含金屬阻障層320含有金屬、金屬碳化物、金屬娃化物、金屬碳娃化物或金屬碳氮化物，含金屬阻障層320可利用本文所述的沉積工藝沉積或形成于基板300上，沉積工藝?yán)缡菬岱纸?、CVD、脈沖式CVD、PE-CVD、ALD或PE-ALD。金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物可沉積構(gòu)成含金屬阻障層320，厚度為約3埃至約200埃，例如約5埃至約100埃，或約10埃至約50埃。如圖3A所不,含金屬阻障層320可直接沉積在上表面316?；蛘?沉積含金屬阻障層320前，可預(yù)處理上表面316或設(shè)置一或多層(未圖示)于上表面316上。例如，粘著層或成核層可沉積在上表面316與含金屬阻障層320之間。又，沉積金屬層322前，可沉積附加阻障層、成核層或晶種層(未圖示)至含金屬阻障層320上。粘著層、成核層、晶種層或附加阻障層可包含鈦、鉭、鎢、鈷、釕、上述的氮化物、上述的硅化物或上述的合金，且可由如ALD、CVD或PVD等沉積工藝形成。含金屬阻障層320可當(dāng)作晶種層，以促進(jìn)如電鍍或ALD技術(shù)形成金屬層322。含金屬阻障層320應(yīng)具備的重要特性包括良好的工藝覆蓋性、厚度均勻性、高導(dǎo)電率，并具有阻止銅及/或鋁擴(kuò)散的能力。在一實(shí)例中，含金屬阻障層320通過在ALD工藝期間，使基板300相繼接觸金屬前驅(qū)物和至少另一前驅(qū)物而形成。雖非必要，但含金屬阻障層320可包含多種化合物的單層，例如金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物。含金屬阻障層320遵照介層洞310的輪廓而覆蓋底表面312與壁面314且遍及介電層304的上表面316。沉積至含金屬阻障層320上時(shí),金屬層322將填充介層洞310。金屬層322可包含導(dǎo)電金屬，所述導(dǎo)電金屬包括銅、鎢、鋁、鉭、鈦、釕、銀、上述的合金或上述的組合物。用于形成金屬層322的沉積工藝包括CVD、PVD、無電電鍍、電鍍或上述的組合方式。又，金屬層322可包括以不同沉積工藝制得的組合層，例如以ALD工藝形成的晶種層和以CVD工藝形成的塊體層或填充層。在一實(shí)例中，金屬層322包含以PVD、無電電鍍或電鍍沉積的含銅晶種層、和以CVD、無電電鍍或電鍍沉積的含銅塊體層。在另一實(shí)例中，金屬層322包含以ALD、PVD、無電電鍍或電鍍沉積的含釕晶種層、和以CVD、無電電鍍或電鍍沉積的含銅塊體層。在又一實(shí)例中，金屬層322包含以ALD、CVD或PVD沉積的含鎢晶種層、和以CVD沉積的含鎢塊體層。在其它實(shí)例中，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物的金屬柵極應(yīng)用可利用本文所述的沉積工藝沉積。柵極層含有柵極材料，例如氮氧化硅、氧化鉿、氧化鋁或上述的組合物。金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物可利用本文所述的氣相沉積工藝沉積在柵極層上。通常，金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物沉積于柵極層上，且厚度為約20埃至約200埃，例如約40埃。隨后，第二含金屬層沉積至金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物上。第二含金屬層包含鈦、氮化鈦、鎢、鉭、釕或上述的組合物，且可由CVD、ALD、PVD、電化學(xué)電鍍或無電電鍍工藝沉積。圖3B繪示具有含金屬柵極電極350的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，含金屬柵極電極350含有以本文所述的方法沉積的金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬碳硅化物或金屬碳氮化物，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于邏輯應(yīng)用。此外，圖3B的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于具柵極結(jié)構(gòu)的平面和三維晶體管。具柵極結(jié)構(gòu)的三維晶體管實(shí)例包括鰭狀場效晶體管(FinFET)(依據(jù)早期DELTA (單柵極)晶體管設(shè)計(jì)建構(gòu)于絕緣體上覆硅技術(shù)基板上的非平面、雙柵極晶體管)或三柵極晶體管結(jié)構(gòu)。圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的CMOS結(jié)構(gòu)400的示意圖。CMOS結(jié)構(gòu)400包含基板402，外延層404沉積于基板402上。p_井406和η-井408形成于外延層404內(nèi)。NMOS結(jié)構(gòu)418形成于P-井406上。NMOS結(jié)構(gòu)418包含源極電極410a、漏極電極410b、高k層412、覆蓋層414和柵極電極416。同樣地，PMOS結(jié)構(gòu)428形成于η-井408上。PMOS結(jié)構(gòu)428包含源極電極420a、漏極電極420b、高k層422、覆蓋層424和柵極電極426。隔離區(qū)430隔開NMOS結(jié)構(gòu)418和PMOS結(jié)構(gòu)428。覆蓋層414、424置于高k層412、422與柵極電極416、426間，以免柵極電極416、426與高k層412、422反應(yīng)。覆蓋層414、424可調(diào)整閾值電壓。在一實(shí)施例中，NMOS結(jié)構(gòu)·418中的覆蓋層414不同于PMOS結(jié)構(gòu)428中的覆蓋層424。就NMOS結(jié)構(gòu)418而言，高k層412可為氧化鉿，柵極電極416可包含本文所述的金屬或金屬碳化物?？膳浜纤龀练e工藝使用的ALD工藝和ALD沉積腔室的細(xì)節(jié)進(jìn)一步描述于共同讓渡的美國專利證書號6，916，398與2002年10月25日申請的美國專利申請案序號10/281，079 (公開號為US 2003-0121608)、和共同讓渡的美國專利證書號6，998，014,2006年11月6日申請的美國專利申請案序號11/556,745(公開號為US 2007-0119370)與2006年11月6日申請的美國專利申請案序號11/556,763 (公開號為US 2007-0128864)。用以預(yù)熱前驅(qū)物的蒸發(fā)器或安瓿更詳述于共同讓渡的美國專利證書號6，905，541,6, 915，592與7，186,385、和2006年8月24日申請的美國專利申請案序號10/590,448 (公開號為US2007-0067609)與2005年10月7日申請的美國專利申請案序號11/246,890 (公開號為US 2007-0079759)。用以輸送前驅(qū)物至處理腔室的系統(tǒng)更詳述于共同讓渡的美國專利證書號6，955，211和2003年11月3日申請的美國專利申請案序號10/700,328 (公開號為US2005-0095859)ο“基板表面”或“基板”在此指任何基板或形成于基板上的材料表面，在制造工藝期間在所述基板或基板表面上進(jìn)行膜處理。例如，進(jìn)行處理的基板表面可包括如單晶、多晶或非晶硅、應(yīng)變硅、絕緣體上覆硅(SOI)、摻雜硅、硅鍺、鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、及/或碳摻雜氧化硅等材料，例如Si0xcy(如取自美國加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司的black diamond'MS k介電質(zhì))?；蹇删哂懈鞣N尺寸(如直徑200毫米或300毫米的晶圓)、和矩形或方形窗格。除非另有所指，否則本文所述的實(shí)施例和實(shí)例較佳施行于直徑200毫米或300毫米的基板上。本文所述的工藝實(shí)施例可用于沉積金屬碳氮化物材料、金屬氮化物材料、上述的衍生物、上述的合金、和其它含金屬材料至許多基板與表面上?？捎糜诒景l(fā)明實(shí)施例的基板包括半導(dǎo)體晶圓，例如結(jié)晶硅(如Si〈100>或Si〈lll>)、氧化硅、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或未摻雜的多晶硅、摻雜或未摻雜的硅晶圓、和圖案化或未圖案化的晶圓，但不以此為限?；蹇山佑|預(yù)處理工藝，以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火及/或烘烤基板表面。實(shí)施例
在以下實(shí)際和假設(shè)實(shí)施例中，可以各種沉積工藝形成含金屬材料，例如本文所述的金屬碳化物材料。金屬碳化物材料、層或膜可沉積做為金屬柵極電極、阻障層、粘著層、和用于各種邏輯、閃存與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)應(yīng)用及觸點(diǎn)應(yīng)用的其它部件。金屬前驅(qū)物(如鹵化鉭前驅(qū)物(TaF5及/或TaCl5))在流入沉積腔室前先于蒸發(fā)器、起泡器或安瓿中加熱。金屬前驅(qū)物經(jīng)加熱達(dá)至少約50°C，較佳為至少約60°C，更佳為約60°C至約85°C，例如約65°C。預(yù)熱的金屬前驅(qū)物比起室溫下的金屬前驅(qū)物更能徹底留在載氣中。在沉積工藝期間，基板或基板基座的示例溫度為約200°C至約800°C，較佳約350°C至約550°C，更佳約40(TC至約50(TC。沉積腔室雖有局部變化，但溫度類似基板溫度。沉積腔室具有受控環(huán)境，該環(huán)境經(jīng)加壓成約I毫托耳至約100托耳，較佳約I托耳至約10托耳，更佳約2托耳至約5托耳。在其它實(shí)例中，應(yīng)理解本文所述的工藝也可采用其它溫度和壓力。實(shí)施例I : PE-ALD利用PE-ALD工藝沉積鉭層至基板上?；搴突寤?jīng)加熱達(dá)約250°C。在PE-ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉭前驅(qū)物(TaF5)、氬氣凈化氣體、氫等離子氣體而產(chǎn)生 等離子、和氬氣凈化氣體。PE-ALD循環(huán)使基板接觸鉭前驅(qū)物氣體約5秒及接觸凈化氣體約2秒，然后接觸氫氣，以400瓦在氫氣中產(chǎn)生等離子并接觸基板長達(dá)10秒。鉭前驅(qū)物氣體的流率為在約250sccm的氬氣載氣中占約3sccm的TaF5。經(jīng)過20次循環(huán)后(每次循環(huán)沉積厚度約O. 5埃的鉭材料且持續(xù)約20秒)，將于基板上沉積最終厚度約10埃的鉭材料。經(jīng)組成分析發(fā)現(xiàn)，等離子接觸約20秒后，平均層厚度100埃的鉭材料的電阻率將小于200 μ Ω -cm,例如130 μ Ω -cm至小于200 μ Ω -cm。沉積層具有大于15. 5/立方厘米的密度、β相鉭結(jié)構(gòu)、和小于5%的氧原子量與小于1%的氟原子量。在一些區(qū)域中，部分平均層厚度100埃的區(qū)域的電阻率小于100 μ Ω-cm，這些區(qū)域可認(rèn)為是純鉭。實(shí)施例2 ALD利用ALD工藝沉積碳化鋁鉿層至基板上?；搴突寤?jīng)加熱達(dá)約500°C。在ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸齒化鉿前驅(qū)物(HfCl4)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、鋁前驅(qū)物(三乙基鋁(TEA)、三叔丁基鋁(TTBA)及/或三甲基鋁(TMA))、和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。ALD循環(huán)使基板接觸鉿前驅(qū)物氣體約10秒、氮?dú)鈨艋s10秒，接著使基板接觸TEA及/或TTBA 5秒，然后氮?dú)鈨艋?秒。鉿前驅(qū)物氣體的流率為在約250sccm的氬氣載氣中占約2 sccm的HfCl4。TEA及/或TTBA前驅(qū)物的流率為約30毫克/分鐘。經(jīng)過100次循環(huán)后(每次循環(huán)沉積厚度約2至約3埃的鋁化鉿且持續(xù)約20秒)，將于基板上沉積最終厚度約200至300埃的鋁化鉿材料。經(jīng)組成分析發(fā)現(xiàn)，平均層厚度100埃的碳化鉿材料的電阻率將小于ΙΟΟΟμ Ω-cm,例如800至900 μ Ω -cm。沉積層具有約35原子％的鉿、約15原子％的鋁、約45原子％的碳和約5原子％的氧。實(shí)施例3 PE-ALD利用ALD工藝沉積鋁化鉿層至基板上?；搴突寤?jīng)加熱達(dá)約500°C。在ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉿前驅(qū)物(HfCl4)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、鋁前驅(qū)物(三乙基鋁(TEA)及/或三叔丁基鋁(TTBA))、和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w，并在一或多次ALD循環(huán)后，接觸氫等離子。ALD循環(huán)使基板接觸鉿前驅(qū)物氣體約10秒、氮?dú)鈨艋s10秒，接著使基板接觸TEA及/或TTBA 5秒，然后氮?dú)鈨艋?秒。鉿前驅(qū)物氣體的流率為在約250 sccm的氬氣載氣中占約2SCCm的HfCl4。鋁前驅(qū)物的流率為約30毫克/分鐘。等離子氣體以2000sCCm的流率引進(jìn)，且等離子產(chǎn)生約10秒。實(shí)施例 4 PE-ALD利用ALD工藝沉積鋁化鉿層至基板上。基板和基板基座經(jīng)加熱達(dá)約500°C。在ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸齒化鉿前驅(qū)物(HfCl4)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、等離子工藝、鋁前驅(qū)物(三乙基鋁(TEA)及/或三叔丁基鋁(TTBA))、和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。ALD循環(huán)使基板接觸鉿前驅(qū)物氣體約10秒、氮?dú)鈨艋?0秒，接著使基板接觸氫等離子約5秒、使基板接觸鋁前驅(qū)物5秒,然后進(jìn)行氮?dú)鈨艋?秒。鉿前驅(qū)物氣體的流率為在約250 sccm的氬氣載氣中占約2SCCm的HfCl4。鋁前驅(qū)物的流率為約30毫克/分鐘。等離子氣體以2000sCCm的流率引進(jìn)，且等離子產(chǎn)生約10秒。實(shí)施例5 ALD 利用ALD工藝沉積碳化鉭層至基板上?；搴突寤?jīng)加熱達(dá)約550°C。在100次ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉭前驅(qū)物(TaCl5)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、乙烯前驅(qū)物和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。ALD循環(huán)使基板接觸鉭前驅(qū)物氣體約5秒、氮?dú)鈨艋?秒，接著使基板接觸乙烯5秒,然后氮?dú)鈨艋?秒。鉭前驅(qū)物氣體的流率為在約250sccm的氬氣載氣中占約2sccm的TaCl5。乙烯前驅(qū)物的流率為約lOOOsccm。公認(rèn)乙烯會與TaCl5反應(yīng)而形成C2H4Cl2,抽走C2H4Cl2后將留下TaC膜。經(jīng)過100次循環(huán)后(每次循環(huán)沉積厚度小于約I埃的碳化鉭且持續(xù)約14秒)，將于基板上沉積最終厚度約100埃的碳化鉭材料。Ta/C比率為約O. 90。實(shí)施例6 :脈沖式CVD利用脈沖式化學(xué)氣相沉積工藝沉積碳化鉭層至基板上。在100次循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉭前驅(qū)物(TaCl5)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、乙烯前驅(qū)物和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。實(shí)施例7 ALD利用脈沖式化學(xué)氣相沉積工藝沉積硅化鉭層至基板上。在100次ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉭前驅(qū)物(TaCl5)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、硅烷前驅(qū)物及/或二硅烷、和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。基板和基板基座經(jīng)加熱達(dá)約425°C。公認(rèn)硅烷會與TaCl5反應(yīng)而形成Si2H2Cl2或HC1，隨后抽走Si2H2Cl2或HCl后將留下TaSi膜。形成的硅化鉭膜具有I. 75的Ta/Si比率。在一類似實(shí)施例中，通過把溫度降低至約350°C，可得O. 90的Ta/Si比率。實(shí)施例8 ALD利用脈沖式化學(xué)氣相沉積工藝沉積碳化鋁鉭層至基板上。在100次ALD循環(huán)期間，基板相繼接觸鹵化鉭前驅(qū)物(TaCl5)、氮?dú)鈨艋瘹怏w、鋁前驅(qū)物(三乙基鋁(TEA))、和第二氮?dú)鈨艋瘹怏w。公認(rèn)TEA會與TaCl5反應(yīng)而形成烷基氯化鋁，隨后抽走烷基氯化鋁后將留下TaCxAly膜。基板和基板基座經(jīng)加熱達(dá)約300°C。形成的碳化鋁鉭層具有約I. 00的Ta/C比率。沉積層具有約37. 60原子％的鉭、約15. 50原子％的鋁和約37. 50原子％的碳。在一類似實(shí)施例中，通過把溫度提高至約350°C，可得約O. 90的Ta/C比率。以350°C的沉積溫度沉積的碳化鋁鉭膜具有約36. 35原子％的鉭、約17. 80原子％的鋁和約40. 25原子%的碳。借著再次把溫度提高至約400°C，可得約O. 79的Ta/C比率。在400°C的溫度下沉積的沉積層具有約33. 30原子％的鉭、約22. 30原子％的鋁和約42. 30原子％的碳。雖然本發(fā)明以特定實(shí)施例為例說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解如溫度、壓力、膜厚等反應(yīng)條件和沉積氣體順序當(dāng)可加以改變且涵蓋于內(nèi)。例如，相繼沉積工藝可具有不同的初始順序。初始順序可包括將鉭前驅(qū)物氣體引入處理腔室前，使基板接觸含氮?dú)怏w。此外，除了當(dāng)作觸點(diǎn)的擴(kuò)散阻障層外，碳氮化鉭層還可用于其它電路特征結(jié)構(gòu)。故本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)以前述實(shí)施方式為基礎(chǔ)，而是應(yīng)以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)，該范圍包括所有均等物范圍。
雖然本發(fā)明的實(shí)施例已揭露如上，然在不脫離本發(fā)明的基本范圍內(nèi)，當(dāng)可修改而得本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種處理基板的方法，包含下列步驟 沉積介電常數(shù)大于10的介電材料； 于該介電材料內(nèi)形成特征結(jié)構(gòu)定界； 共形沉積功函數(shù)材料至該特征結(jié)構(gòu)定界的側(cè)壁和底部上；以及沉積金屬柵極填充材料至該功函數(shù)材料上，以填充該特征結(jié)構(gòu)定界，其中該功函數(shù)材料通過使具有化學(xué)式MXy的至少一金屬鹵化物前驅(qū)物反應(yīng)而沉積，其中M是鉭、鉿、鈦和鑭，X是選自由氟、氯、溴和碘所組成的組的鹵化物，而y是3至5。
2.如權(quán)利要求I的方法，其中該功函數(shù)材料具有小于4.4eV的功函數(shù)和小于1000 μ Ω-cm的電阻率。
3.如權(quán)利要求I的方法,其中該金屬柵極填充材料和該功函數(shù)材料是相同材料。
4.如權(quán)利要求I的方法，其中該金屬柵極填充材料是鋁、鎢、銅、鈷或上述的組合物。
5.如權(quán)利要求I的方法,其中該功函數(shù)材料是鑭系材料、鉿系材料、鋯系材料、鉭系材料、鈦系材料或上述的組合物。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中該功函數(shù)材料進(jìn)一步包含碳、氮、硅、鋁或上述的組合物。
7.如權(quán)利要求I的方法，其中該功函數(shù)材料是具有化學(xué)式MCx的金屬碳化物材料中的一種，其中X在約O. 5至約2的范圍中；或者該功函數(shù)材料是具有化學(xué)式MSix的金屬硅化物材料，其中X在約O. 05至約2的范圍中。
8.如權(quán)利要求I的方法，其中該金屬鹵化物前驅(qū)物是五氯化鉭、五氟化鉭、四氯化鉿、三氯化鑭、四氯化鈦、四氟化鈦或上述的組合物。
9.如權(quán)利要求I的方法，其中該金屬鹵化物前驅(qū)物的反應(yīng)工藝進(jìn)一步包含無氮的氫基氣體、無氮的含碳?xì)怏w或無氮的含硅氣體。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中該功函數(shù)材料包含碳化鉭、碳化鉿、碳化鑭、硅化鉿、硅化鉭、硅化鑭、碳硅化鉭、碳硅化鉿、碳硅化鑭、碳化鋁鉿、碳化鋁鉭、碳化鋁鑭、碳氮化鉭、氮化鋁鉭、硼化鑭、硼化鉿或上述的組合物。
11.如權(quán)利要求I的方法，其中該金屬鹵化物前驅(qū)物的反應(yīng)工藝進(jìn)一步包含與鋁系前驅(qū)物反應(yīng)。
12.如權(quán)利要求I的方法，其中該金屬鹵化物前驅(qū)物的反應(yīng)工藝進(jìn)一步包含 沉積該金屬鹵化物前驅(qū)物； 使該金屬鹵化物前驅(qū)物接觸氫氣等離子；以及 將鹵化物濃度降至小于4原子％的鹵原子。
13.如權(quán)利要求I的方法，其中在該反應(yīng)工藝期間的基板溫度為約150°C至約425°C。
14.如權(quán)利要求I的方法，其中該反應(yīng)工藝是原子層沉積工藝，該原子層沉積工藝包含下列一或多次連續(xù)循環(huán) 將金屬鹵化物前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面上； 使用凈化氣體來清除該金屬鹵化物前驅(qū)物； 將無氮反應(yīng)氣體引進(jìn)到該處理腔室中，以形成第二層或第二單層； 使用該凈化氣體來清除該無氮反應(yīng)氣體； 將等離子氣體引進(jìn)到該處理腔室中；以及 產(chǎn)生等離子，并清除該處理腔室中的該等離子氣體。
15.如權(quán)利要求I的方法，其中該反應(yīng)工藝是原子層沉積工藝，該原子層沉積工藝包含下列一或多次連續(xù)循環(huán) 將金屬鹵化物前驅(qū)物引進(jìn)到處理腔室中，以形成第一層或第一單層至基板表面上； 使用凈化氣體來清除該金屬鹵化物前驅(qū)物； 將無氮反應(yīng)氣體引進(jìn)到該處理腔室中； 產(chǎn)生等離子，以形成第二層或第二單層；以及 使用該凈化氣體來清除該無氮反應(yīng)氣體。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例大致提供沉積含金屬材料和其組成物的方法。方法包括沉積工藝，其利用氣相沉積工藝形成金屬、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬氮化物和金屬碳化物衍生物，包括熱分解、化學(xué)氣相沉積(CVD)、脈沖式CVD或原子層沉積(ALD)。在一實(shí)施例中，提供處理基板的方法，該方法包括沉積介電常數(shù)大于10的介電材料、于介電材料內(nèi)形成特征結(jié)構(gòu)定界、共形沉積功函數(shù)材料至特征結(jié)構(gòu)定界的側(cè)壁和底部上、以及沉積金屬柵極填充材料至功函數(shù)材料上，以填充特征結(jié)構(gòu)定界，其中功函數(shù)材料通過使化學(xué)式為MXy的至少一金屬鹵化物前驅(qū)物反應(yīng)而沉積，其中M為鉭、鉿、鈦和鑭，X為選自由氟、氯、溴或碘所組成的組的鹵化物，y為3至5。
文檔編號H01L21/205GK102918636SQ201180026521
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者賽沙德利·甘古利, 斯里尼瓦斯·甘迪科塔, 雷宇, 盧欣亮, 劉相浩, 金勛, 保羅·F·馬, 張梅, 梅特伊·馬哈賈尼, 帕特麗夏·M·劉 申請人:應(yīng)用材料公司