TWI868193B - 利用直接微波電漿的ｐｅａｌｄ氮化鈦 - Google Patents

Abstract

揭露了一種沉積氮化鈦的方法。本揭露書的一些實施例提供了一種利用直接微波電漿來沉積氮化鈦的PEALD處理。在一些實施例中，直接微波電漿具有高電漿密度和低離子能量。在一些實施例中，電漿直接在基板表面之上方產生。

Description

利用直接微波電漿的PEALD氮化鈦

本揭露書的實施例大體上關於用於形成氮化鈦的方法。本揭露書的一些實施例利用原子層沉積方法。本揭露書的一些實施例利用直接微波電漿。

氮化鈦（TiN）是半導體製造中必不可少的材料。氮化鈦通常用作在有源裝置和用以操作電路的金屬接點之間的導電連接，同時充當擴散阻障以阻止金屬從金屬接點擴散。

最近在45nm技術及以上的晶片設計中，使用TiN作為導體來改善電晶體的效能。與具有比標準SiO₂ 更高的介電常數的閘極介電質（如，HfSiO）結合使用時，閘極長度可按比例縮小，同時具有低洩漏、較高的驅動電流及相同或更好的閾值電壓。

氮化鈦可藉由使用鹵化鈦前驅物（諸如TiCl₄ ）或Ti金屬有機前驅物（諸如TDMAT）和氮源（諸如氨）的熱反應來沉積。氮化鈦的熱ALD通常為膜提供更高的雜質和更高的電阻率。此外，這些處理必須在相對高的晶圓溫度下執行。

還已經使用電容器耦合RF電漿（CCP）和遠端電漿（RPS）證明了氮化鈦的電漿增強ALD（PEALD）。CCP受以下事實的限制：相對高的離子能量可能會導致電漿損壞基板。此外，離子通量不能達到高深寬比的結構，諸如溝槽和孔，經常產生具有較低保形性的膜。RPS的優勢在於它是基於無離子和純自由基的處理；然而，由於從電漿產生到基板的距離較大，RPS電漿的自由基濃度低。

因此，存在有利用電漿處理來沉積氮化鈦的方法的需求。

本揭露書的一個或多個實施例涉及一種沉積氮化鈦的方法。方法包含以下步驟：將處理容積內的基板表面順序曝露於鈦前驅物和由電漿氣體產生的直接微波電漿。

本揭露書的其他實施例涉及一種沉積氮化鈦的方法。方法包含以下步驟：將處理容積內的基板表面順序曝露於鈦前驅物、氨氣和由電漿氣體產生的直接微波電漿。

本揭露書的其他實施例涉及一種沉積氮化鈦的方法。方法包含以下步驟：將處理容積內的基板表面順序曝露於鈦前驅物、第一脈衝的氨氣、由電漿氣體產生的直接微波電漿及第二脈衝的氨氣。

在描述本揭露書的幾個示例性實施例之前，應當理解，本揭露書不限於在以下描述中闡述的構造或處理步驟的細節。本揭露書能夠具有其他實施例並且能夠以各種方式被實踐或執行。

如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，術語「基板」是指處理作用於其上的表面或表面的一部分。熟悉本領域者還將理解的是，除非上下文另外明確指出，否則對基板的引用也可僅指基板的一部分。另外，提及在基板上沉積可指裸基板和在其上沉積或形成有一個或多個膜或特徵的基板兩者。

如於此所使用的「基板」是指在製造處理期間在其上執行膜處理的基板上形成的任何基板或材料表面。例如，可在其上執行處理的基板表面包括諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料，以及諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金和其他導電材料的任何其他材料，具體取決於應用。基板包括（但不限於）半導體晶圓。可將基板曝露於預處置處理以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、UV固化、電子束固化及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上進行膜處理外，在本揭露書中，所揭露的任何膜處理步驟還可在基板上形成的底層上進行，如下面更詳細地揭露的，且術語「基板表面」旨在包括上下文指示的這種底層。因此，例如，在膜/層或部分膜/層已經沉積在基板表面上的情況下，新沉積的膜/層的曝露表面成為基板表面。

本揭露書的實施例關於使用直接微波電漿增強的原子層沉積（PEALD）處理來沉積氮化鈦的方法。本揭露書的一些實施例有利地提供比由熱TiN沉積處理所提供的TiN膜優異的TiN膜。本揭露書的一些實施例有利地提供具有改進的Ti：N比例、較低的Cl^- 濃度、較低的電阻率或較低的膜應力的膜。

與CCP和RPS電漿相反，直接微波（uwave）電漿有利地提供比RPS更高的電漿自由基密度和比CCP更低的離子能量。因此，微波電漿可為ALD處理提供相對高的自由基濃度，而不會引起對基板的離子損傷。此外，具有微波電漿的PEALD已證實了調節膜組成、電阻率和應力的能力。

如在本揭露書和附隨的申請專利範圍中使用的，「氮化鈦」或「TiN」是指基本上由鈦和氮原子組成的無機材料。除非另有說明，否則不應從本揭露書推斷出鈦和氮的特定比例，無論是化學計量或其他方面的比例。

參照第1圖，顯示了示例性處理工具100的橫截面圖。處理工具100可為適合於利用電漿的任何類型的處理操作的處理工具。儘管於此詳細描述的實施例涉及ALD電漿處理方法，但是應當理解，還可在處理工具100上實施額外的電漿處理方法。此外，還應當理解，於此描述的PEALD方法也可使用不同的處理工具執行。

通常，處理工具100包括腔室178。在用於電漿處理的處理工具100中，腔室178可為真空腔室。真空腔室可包括用於從腔室移除氣體以提供期望的真空的泵（未顯示）。另外的實施例可包括腔室178，腔室178包括用於向腔室178內提供處理氣體的一個或多個氣體管線170和用於從腔室178移除副產物的排氣管線172。儘管未顯示，但是應當理解，處理工具可包括噴頭或其他氣體分配組件，用於在基板174之上均勻分配處理氣體。

在一些實施例中，基板174可被支撐在卡盤176上。例如，卡盤176可為任何合適的卡盤，諸如靜電卡盤。卡盤還可包括冷卻管線及/或加熱器，以在處理期間對基板174提供溫度控制。

處理工具100包括一個或多個微波源105。微波源105可包括固態微波放大電路130和施加器142。在一些實施例中，電壓控制電路110向電壓控制振盪器120提供輸入電壓，以便以期望頻率產生微波輻射，微波輻射被傳輸到每個微波源105中的固態微波放大電路130。在由微波放大電路130進行處理之後，微波輻射被傳輸到施加器142。在一些實施例中，施加器142的陣列140耦合到腔室178，並且每個都用作天線，用於將微波輻射耦合到腔室178中的處理氣體以產生電漿。

現在參考第2圖，根據一個或多個實施例顯示了施加器142的橫截面圖。在一些實施例中，微波輻射藉由同軸電纜351傳輸到施加器142，同軸電纜351耦合到軸向延伸穿過施加器142的單極357。單極357也可延伸到形成在介電共振腔353的中心中的通道358中。介電共振腔353可為介電材料，諸如石英、氧化鋁、氧化鈦或類似者。一些實施例還可包括不包括材料（亦即，介電共振腔353可為空氣或真空）的共振腔353。

在一些實施例中，介電共振器經調整尺寸使得介電共振器支持微波輻射的共振。通常，介電共振腔353的尺寸取決於用以形成介電共振腔353的材料的介電常數和微波輻射的頻率。例如，具有較高介電常數的材料將允許形成較小的共振腔353。在介電共振腔353包括圓形橫截面的實施例中，介電共振腔353的直徑可在約1cm和15cm之間。

在一些實施例中，介電共振腔353沿著垂直於單極357的平面的橫截面可為任何形狀，只要介電共振腔353的尺寸能夠支持共振即可。在第2圖所示的實施例中，沿著垂直於單極357的平面的橫截面是圓形的，儘管也可使用其他形狀，諸如多邊形（如，三角形、矩形等）、對稱多邊形（如，正方形、五邊形、六邊形等）、橢圓或類似者。

在一些實施例中，介電共振腔353的橫截面在垂直於單極357的所有平面上可能不相同。例如，靠近施加器殼體355的開口端的底部延伸部分的橫截面可比靠近通道358的介電共振腔的橫截面寬。除了具有不同尺寸的橫截面之外，介電共振腔353還可具有不同形狀的橫截面。例如，介電共振腔353靠近通道358的部分可具有圓形的橫截面，而介電共振腔353靠近施加器殼體355的開口端的部分可為對稱的多邊形形狀（如，五邊形、六邊形等）。然而，應當理解，實施例還可包括介電共振腔353，其在垂直於單極357的所有平面上具有均勻的橫截面。

在一些實施例中，施加器142還可包括阻抗調諧背短路器（backshort）356。背短路器356可為在施加器殼體355的外表面上方滑動的可移位外殼。當需要對阻抗進行調整時，致動器（未顯示）可使背短路器356沿著施加器殼體355的外表面滑動，以改變在背短路器356的表面與介電共振腔353的頂表面之間的距離D。這樣，一些實施例提供了一種以上的方式來調節系統中的阻抗。在一些實施例中，可將阻抗調諧背短路器356與反饋處理結合使用，以解決阻抗失配。替代地，反饋處理或阻抗調諧背短路器356可自己用以調整阻抗失配。

在一些實施例中，施加器142用作將微波電磁場直接耦合到處理腔室178中的介電天線。進入介電共振腔353的單極357的特定軸向佈置可產生TM01 δ模式激發。然而，對於不同的施加器佈置，不同的激發模式是可能的。例如，雖然在第2圖中顯示了軸向佈置，但是應當理解，單極357可從其他取向進入介電共振腔353。在一個這樣的實施例中，單極357可橫向地(亦即，通過介電共振腔353的側壁)進入介電共振腔353。

第3圖根據本揭露書的一個或多個實施例描繪了用於在基板上形成氮化鈦膜的通用方法400。方法400通常在操作410處開始，其中提供了要在其上形成氮化鈦膜的基板並將其放置在處理腔室中。如於此所用，「基板表面」是指可在其上形成層的任何基板表面。基板表面可具有在其中形成的一個或多個特徵，在其上形成的一個或多個層以及它們的組合。可在沉積氮化鈦膜之前預處置基板(或基板表面)，例如，藉由拋光、蝕刻、還原、氧化、鹵化、羥基化、退火、烘烤或類似者。

在操作420處，在基板表面上形成氮化鈦膜。可經由循環沉積處理(諸如原子層沉積(ALD)或類似者)來形成氮化鈦膜。

如於此所用，「原子層沉積」或「循環沉積」是指兩種或更多種反應性化合物的順序曝光，以在基板表面上沉積材料層。如在這份說明書和附隨的申請專利範圍中所使用的，術語「反應性化合物」、「反應性氣體」、「反應性物種」、「前驅物」、「處理氣體」及類似者可互換使用，以表示具有能夠與基板表面或在表面反應（如，化學吸附、氧化、還原）中的基板表面上的材料反應的物種的物質。基板或基板的一部分分別曝露於被引入處理腔室的反應區中的兩種或更多種反應性化合物。

在時域ALD處理中，曝露於每種反應性化合物是藉由一定的時間延遲來分開，以使每種化合物能夠在基板表面上黏附及/或反應，並接著從處理腔室清除。在空間ALD處理中，基板表面（或基板表面上的材料）的不同部分同時曝露於兩種或更多種反應性化合物，使得基板上的任何給定點基本上不會同時曝露於一種以上的反應性化合物。如這份說明書和附隨的申請專利範圍中所使用的，在這方面使用的術語「基本上」是指（如熟悉本領域者將理解的）存在基板的一小部分可能由於擴散而同時曝露於多種反應性氣體的可能性，且同時曝露是非期望的。

在時域ALD實施例中，曝露於每種處理氣體是藉由一定的時間延遲/暫停來分開，以允許處理氣體的成分在基板表面上黏附及/或反應。替代地或組合地，在一些實施例中，可在將基板曝露於處理氣體之前及/或之後執行淨化，其中使用惰性氣體來執行淨化。例如，可將第一反應性氣體提供給處理腔室，隨後用惰性氣體淨化。接下來，可將第二反應性氣體提供至處理腔室，隨後用惰性氣體淨化。在一些實施例中，可將惰性氣體連續地提供給處理腔室，並可將第一反應性氣體以劑量或脈衝的方式提供到處理腔室中，隨後將第二反應性氣體以劑量或脈衝的方式提供到處理腔室中。在這樣的實施例中，在第一反應性氣體的劑量和第二反應性氣體的劑量之間可能發生延遲或暫停，從而允許惰性氣體的連續流動在處理氣體的劑量之間淨化處理腔室。

在時域ALD處理的一個態樣中，將第一反應性氣體（亦即，第一前驅物或化合物A）脈衝到反應區中，隨後進行第一時間延遲。接下來，將第二前驅物或化合物B脈衝到反應區中，隨後進行第二延遲。在每個時間延遲期間，將淨化氣體（諸如氬氣）引入處理腔室中，以淨化反應區或以其他方式從反應區移除任何殘留的反應性化合物或反應副產物。替代地，淨化氣體可在整個沉積處理中連續流動，使得在反應化合物的脈衝之間的時間延遲期間僅淨化氣體流動。將反應性化合物替代地脈衝化，直到在基板表面上形成所期望的膜或膜厚度。在任何一種情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B和淨化氣體的ALD處理是一個循環。循環可從化合物A或化合物B任一者開始，並繼續循環的各個順序，直到達到具有預定厚度的膜為止。

在空間ALD處理的實施例中，第一反應性氣體和第二反應性氣體同時被輸送至反應區，但是被惰性氣體幕及/或真空幕分開。基板相對於氣體輸送設備移動，使得基板上的任何給定點都曝露於第一反應性氣體和第二反應性氣體。

在空間ALD實施例中，對每種處理氣體的曝露同時發生在基板的不同部分，使得基板的一部分曝露於第一反應性氣體，而基板的不同部分曝露於第二反應性氣體（若僅使用兩種反應性氣體）。使基板相對於氣體輸送系統移動，使得基板上的每個點順序曝露於第一和第二反應性氣體兩者。在時域ALD或空間ALD處理的任何實施例中，可重複此順序直到在基板表面上形成預定的層厚度。

如在這份說明書和附隨的申請專利範圍中所使用的，術語「前驅物」、「反應物」、「反應性氣體」及類似者可互換使用，以指代可與基板表面反應的任何氣態物種。

如於此所用，「脈衝」或「劑量」是指間歇地或非連續地引入到處理腔室中的一定量的來源氣體。每個脈衝內特定化合物的量可能會隨時間變化，取決於脈衝的持續時間。特定的處理氣體可包括單一化合物或兩種或多種化合物的混合物/組合，例如以下所述的處理氣體。

每個脈衝/劑量的持續時間是可變的，並且可被調整以適應（例如）處理腔室的容積容量及與其耦接的真空系統的容量。另外，處理氣體的劑量時間可能會根據處理氣體的流率、處理氣體的溫度、控制閥的類型、所採用處理腔室的類型以及處理氣體的成分吸附到基板表面上的能力而變化。劑量時間還可基於將形成的層的類型和將形成的裝置的幾何形狀而變化。劑量時間應足夠長，以提供一定量的化合物，足以在基板的基本上整個表面上吸附/化學吸附，並在其上形成一層處理氣體成分。

在操作420處形成氮化鈦膜的處理可藉由將基板曝露於第一反應性氣體開始。如在操作430處所示，第一反應性氣體包含鈦前驅物，並在第一時間段內曝露於基板。在一些實施例中，在不使用電漿的情況下提供鈦前驅物。

鈦前驅物可為任何合適的化合物以將鈦原子層吸附在基板表面上用於以後的反應。在一些實施例中，鈦前驅物包含四氯化鈦(TiCl₄)或基本上由其組成。就此而言，基本上由所宣稱物種組成的反應物在莫耳基礎上佔大於95%、98%、99%或99.5%的所宣稱物種，不包括任何惰性稀釋氣體。

基板曝露於鈦前驅物的時間段可為允許鈦前驅物在基板表面的頂上形成足夠的吸附層所需的任何合適的時間量。例如，處理氣體可流入處理腔室中約0.1秒至約90秒的期間。在一些時域ALD處理中，將鈦前驅物曝露於基板表面在約0.1秒至約90秒的範圍中，或在約0.5秒至約60秒的範圍中，或在約1秒至約30秒的範圍中，或在約2秒至約25秒的範圍中，或在約3秒至約20秒的範圍中，或在約4秒至約15秒的範圍中，或在約5秒至約10秒的範圍中的一段時間。

在一些實施例中，可與鈦前驅物同時將惰性氣體另外提供給處理腔室。惰性氣體可與鈦前驅物混合(如， 作為稀釋氣體)或單獨提供，並且可為脈衝的或恆定的流動。在一些實施例中，惰性氣體以在約1至約10000sccm的恆定流量流入處理腔室中。惰性氣體可為任何惰性氣體，(例如)諸如氬氣、氦氣、氖氣或其組合。

在將基板曝露於鈦前驅物的同時，還可調節其他處理參數。在整個方法400中，一些處理參數(如，基板溫度、腔室壓力)可維持相對恆定。

在一些實施例中，可將處理腔室維持在約0.2至約100Torr的壓力下，或在約0.3至約90Torr的範圍中，或在約0.5至約80Torr的範圍中，或在約1至50Torr的範圍中的壓力下。在一些實施例中，將處理腔室維持在小於或等於50Torr、小於或等於25Torr、小於或等於約10Torr、小於或等於約5Torr，或小於或等於約1Torr的壓力下。

在一些實施例中，可將處理期間的基板的溫度維持在300℃至650℃的範圍中，或在400℃至500℃的範圍中的溫度下。在一些實施例中，將基板維持在小於650℃、小於600℃、小於550℃或小於500℃的溫度下。

接下來，在操作435處，可使用惰性氣體淨化處理腔室(特別是在時域ALD中)。(由於存在將反應性氣體分隔開的氣幕，因此在空間ALD處理中可能不需要。)惰性氣體可為任何惰性氣體，(例如)諸如氬氣、氦氣、氖氣或類似者。在一些實施例中，在430處的基板曝露於鈦前驅物期間，惰性氣體可與提供給處理腔室的惰性氣體 相同，或替代地，可為不同。在惰性氣體相同的實施例中，可藉由從處理腔室轉移第一反應性氣體，允許惰性氣體流過處理腔室，淨化處理腔室的任何多餘的第一反應性氣體成分或反應副產物來進行淨化。在一些實施例中，可以與如上所述的與第一反應性氣體結合使用的相同的流率來提供惰性氣體，或者在一些實施例中，可增加或減小流率。例如，在一些實施例中，可以約0至約10000sccm的流率將惰性氣體提供至處理腔室以淨化處理腔室。

在空間ALD中，在反應性氣體流之間維持淨化氣體幕，並且可能不需要淨化處理腔室。在空間ALD處理的一些實施例中，可用惰性氣體淨化處理腔室或處理腔室的區域。

惰性氣體的流動可有助於從處理腔室移除任何過量的第一反應性氣體成分及/或過量的反應副產物，以防止第一和第二反應性氣體的不希望的氣相反應。

接下來，在操作440處，將基板任選地曝露於第二反應性氣體達第二時間段。第二反應性氣體包含氮前驅物。在一些實施例中，氮前驅物與基板表面上的鈦前驅物的吸附層反應以沉積氮化鈦膜。

氮前驅物可為與基板上吸附的鈦層反應的任何合適的前驅物。在一些實施例中，氮前驅物包含氨或基本上由氨組成。在一些實施例中，在不使用電漿的情況下提供氮前驅物。

基板曝露於氮前驅物的時間段可為允許氮前驅物與基板表面或其上的材料反應所需的任何合適的時間量。例如，處理氣體可流入處理腔室中約0.1秒至約90秒的時段。在一些時域ALD處理中，將氮前驅物曝露於基板表面在約0.1秒至約90秒的範圍中，或栽約0.5秒至約60秒的範圍中，或在約1秒至約30秒的範圍中，或在約2秒至約25秒的範圍中，或在約3秒至約20秒的範圍中，或在約4秒至約15秒的範圍中，或在約5秒至約10秒的範圍中的一段時間。

在一些實施例中，可與氮前驅物同時將惰性氣體另外提供到處理腔室。惰性氣體可與氮前驅物混合(如，作為稀釋氣體)或單獨提供，並且可為脈衝的或恆定的流動。在一些實施例中，惰性氣體以約1至約10000sccm的範圍中的恆定流量流入處理腔室中。惰性氣體可為任何惰性氣體，(例如)諸如氬氣、氦氣、氖氣或其組合。

接下來，在操作445處，可使用惰性氣體淨化處理腔室。在操作445處的淨化步驟類似於在操作435處所述的淨化步驟。

接下來在操作450處，將基板曝露於由電漿氣體產生的直接微波電漿。在一些實施例中，電漿氣體流入處理腔室，並接著被點燃以形成直接電漿。在一些實施例中，用包含具有介電共振腔的施加器的一個或多個微波源來點燃電漿。上面描述了示例性微波源。

不受理論的束縛，據信於此所述和利用的微波源能夠在緊鄰基板表面的範圍內產生電漿。在一些實施例中，直接微波電漿在基板表面的25mm、20mm、15mm、10mm或5mm內產生。在一些實施例中，在施加器殼體355的開口端與基板表面之間的距離小於或等於100mm、小於或等於80mm、小於或等於60mm，或小於或等於50mm。

與其他電漿源相比，於此所述的微波源能夠產生具有更高電漿密度及/或更低離子能量的電漿。例如，微波模組可允許比典型的RF電漿處理系統大了大約五倍或更多倍的功率密度。例如，用於電漿增強化學氣相沉積處理的典型功率為大約3,000W，且對於300mm直徑的晶圓提供大約4W/cm²的功率密度。相反地，根據一些實施例的微波模組可使用具有4cm直徑的施加器的300W功率放大器，以提供大約24W/cm²的功率密度。

在一些實施例中，直接電漿具有在250W至5000W的範圍中、在400W至4000W的範圍中或在約500W至3000W的範圍中的功率。在一些實施例中，直接電漿具有大於或等於400W、大於或等於500W或大於或等於600W的功率。

不受理論的束縛，在一些實施例中，直接電漿與鈦前驅物反應以形成氮化鈦膜。在一些實施例中，直接電漿與鈦前驅物(在430處供應)和氮前驅物(在440及/或460處供應)反應以形成氮化鈦膜。在一些實施例中，直接電漿含有與鈦前驅物(在430處供應)反應以形成氮化 鈦膜的N*及/或NH*自由基。在一些實施例中，直接電漿與由鈦前驅物(在430處供應)和氮前驅物(在440及/或460處供應)的反應形成的氮化鈦膜反應，以降低雜質水平、電阻率和膜應力。

電漿氣體包含氫氣(H₂)、氬氣、氨氣或氮氣(N₂)的一種或多種。在一些實施例中，電漿氣體進一步包含氬氣或氫氣(H₂)的一種或多種。在一些實施例中，電漿氣體包含氬氣以及氮氣(N₂)、氫氣(H₂)或氨氣的至少一種。在一些實施例中，電漿氣體包括氫氣(H₂)、氮氣(N₂)以及氬氣或氨氣的至少一種。

在一些實施例中，在操作450處，將基板曝露於複數個直接電漿。在一些實施例中，第一直接電漿由第一電漿氣體形成，而第二直接電漿由第二電漿氣體形成。在一些實施例中，第一直接電漿包含不具有NH*自由基的N*自由基。在一些實施例中，第一直接電漿和第二直接電漿均包含N*和NH*自由基。在一些實施例中，第一電漿氣體和第二電漿氣體包含氫氣(H₂)、氬氣、氨氣或氮氣(N₂)的一種或多種。在一些實施例中，第一電漿氣體包含氮氣(N₂)和氬氣或基本上由氮氣(N₂)和氬氣組成。在一些實施例中，第一電漿氣體及/或第二電漿氣體基本上由氬氣和氨氣或氬氣、氮氣(N₂)和氫氣(H₂)組成。在一些實施例中，第一電漿氣體及/或第二電漿氣體包含氬氣、氨氣、氮氣(N₂)和氫氣(H₂)或基本上由其組成。

接下來，在操作455處，可使用惰性氣體淨化處理腔室。在操作455處的淨化步驟類似於在上述操作435處的淨化步驟。

接下來，在操作460處，將基板任選地曝露於第三處理氣體達第三時間段。第三處理氣體包含氮前驅物。在第三處理氣體中利用的氮前驅物可與在第二反應性氣體中利用的氮前驅物相同或不同。若在第二反應性氣體和第三處理氣體中利用的氮前驅物相同，則可將不同的處理步驟描述為氮前驅物的第一脈衝和氮前驅物的第二脈衝。

不受理論的束縛，在一些實施例中，氮前驅物與基板表面上任何剩餘的鈦前驅物的吸附層反應，以沉積氮化鈦膜。在一些實施例中，氮前驅物可吸附到基板表面上，以在隨後的處理循環中進行可能的反應。

在一些實施例中，第三處理氣體的氮前驅物包含氨或基本上由氨組成。在一些實施例中，在不使用電漿的情況下提供氮前驅物。

接下來，在操作465處，可使用惰性氣體淨化處理腔室。在操作465處的淨化步驟類似於在上述操作435處的淨化步驟。

儘管第3圖中所示的處理方法的一般實施例包括兩個、三個或四個脈衝的反應性氣體，但是應當理解，這僅僅是示例性的，並且可使用另外脈衝的反應性氣體。操作420的子處理包含一個循環。只要藉由處理腔室的淨化將反應性氣體分離，就可以任何順序進行循環。

接下來，在操作470處，確定氮化鈦膜是否已經達到預定厚度。若尚未達到預定厚度，則方法400返回操作420以繼續形成氮化鈦膜直到達到預定厚度。一旦達到預定厚度，方法400可結束或進行到操作480以進行任選的進一步處理(如，金屬膜的大量沉積)。

沉積的氮化鈦膜優於藉由其他電漿處理及/或熱處理沉積的氮化鈦膜。在一些實施例中，這份揭露書的氮化鈦膜具有預定的鈦：氮(Ti：N)比例。在一些實施例中，預定的Ti：N比例大於或等於約1。在一些實施例中，預定的比例小於或等於約1。

在一些實施例中，這份揭露書的氮化鈦膜具有較低的氯(Cl^-)含量。在一些實施例中，這份揭露書的氮化鈦膜具有較低的膜應力。在一些實施例中，這份揭露書的氮化鈦膜具有較低的電阻率。

在整個說明書中，對「一個實施例」、「某些實施例」、「一個或多個實施例」或「一實施例」的引用是指結合此實施例描述的特定特徵、結構、材料或特性包括在本揭露書的至少一個實施例中。因此，在整個說明書中各處出現的短語諸如「在一個或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」不一定指代本揭露書的相同實施例。此外，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式結合特定的特徵、結構、材料或特性。

儘管已經參考特定實施例描述了本揭露書，但是熟悉本領域者將理解，所描述的實施例僅是本揭露書的原理和應用的說明。對於熟悉本領域者將顯而易見的是，在不背離本揭露書的精神和範圍的情況下，可對本揭露書的方法和設備進行各種修改和變化。因此，本揭露書可包括在附隨的申請專利範圍及其等效物的範圍內的修改和變化。

100:處理工具

105:微波源

110:電壓控制電路

120:電壓控制振盪器

130:微波放大電路

140:陣列

142:施加器

170:氣體管線

172:排氣管線

174:基板

176:卡盤

178:腔室

351:同軸電纜

353:共振腔

355:施加器殼體

356:背短路器

357:單極

358:通道

400:方法

410:操作

420:操作

430:操作

435:操作

440:操作

445:操作

450:操作

455:操作

460:操作

465:操作

470:操作

480:操作

為了可詳細地理解本揭露書的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得上面簡要概述的本揭露書的更詳細的描述，其中一些示例顯示在附隨的圖式中。然而，應當注意，附隨的圖式僅顯示了本揭露書的典型實施例，且因此不應被認為是對其範圍的限制，因為本揭露書可允許其他等效的實施例。

第1圖根據本揭露書的一個或多個實施例顯示了包括微波電漿源的電漿處理工具的示意圖；

第2圖根據本揭露書的一個或多個實施例顯示了可用以將微波輻射耦合至處理腔室的施加器的橫截面圖；及

第3圖根據本揭露書的一個或多個實施例顯示了用於形成氮化鈦的示例性處理順序。

400:方法

410:操作

420:操作

430:操作

435:操作

440:操作

445:操作

450:操作

455:操作

460:操作

465:操作

470:操作

480:操作

Claims (17)

1. 一種沉積氮化鈦的方法，該方法包含以下步驟：將一基板表面順序曝露於一鈦前驅物和藉由一個或多個微波源由一電漿氣體產生的一直接微波電漿，該一個或多個微波源包含具有一介電共振腔的一施加器，其中該直接微波電漿在該基板表面的20mm內產生。
2. 如請求項1所述之方法，其中在該一個或多個微波源與該基板表面之間的一距離小於或等於50mm。
3. 如請求項1所述之方法，其中該電漿氣體包含氨氣或氮氣(N₂)。
4. 如請求項2所述之方法，其中該電漿氣體進一步包含氬氣或氫氣的一種或多種。
5. 如請求項1所述之方法，其中輸送到電漿氣體的該微波電漿功率大於或等於500W。
6. 如請求項1所述之方法，其中將該基板表面維持在小於或等於600℃的一溫度下。
7. 一種沉積氮化鈦的方法，該方法包含以下步驟：將一基板表面順序曝露於一鈦前驅物、氨氣和藉由一個或多個微波源由一電漿氣體產生的一直接微波電漿，該一個或多個微波源包含具有一介電共振腔的一施加器，其中該直接微波電漿在該基板表面的20mm內產生。
8. 如請求項7所述之方法，其中該電漿氣體包含氬氣。
9. 如請求項8所述之方法，其中該電漿氣體進一步包含氫氣(H₂)、氨氣或氮氣(N₂)。
10. 如請求項7所述之方法，其中該電漿氣體包含氫氣(H₂)和氮氣(N₂)。
11. 如請求項10所述之方法，其中該電漿氣體進一步包含氬氣或氨氣的至少一種。
12. 一種沉積氮化鈦的方法，該方法包含以下步驟：將一基板表面順序曝露於一鈦前驅物、藉由一個或多個微波源由一第一電漿氣體產生的一第一直接電漿及藉由該一個或多個微波源由一第二電漿氣體產生的一第二直接微波電漿，該一個或多個微波源包含具有一介電共振腔的一施加器，其中該直接微波電漿在該基板表面的20mm內產生。
13. 如請求項12所述之方法，其中該第一電漿氣體基本上由氮氣(N₂)組成。
14. 如請求項12所述之方法，其中該第一電漿氣體基本上由氮氣和氬氣組成。
15. 如請求項12所述之方法，其中該第二電漿氣體基本上由氨氣和氬氣組成。
16. 如請求項12所述之方法，其中該第二電漿氣體基本上由氮氣、氫氣和氬氣組成。
17. 如請求項12所述之方法，其中該第二電漿氣體基本上由氮氣、氫氣、氨氣和氬氣組成。