[發明專利]增強材料結構的處置

在審

• 申請號: 202080032700.2
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN114072894A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 大衛·朱;史蒂文·C·洪;馬爾科姆·J·貝文;查爾斯·朱;佐藤達也;帕特里夏·M·劉;約翰內斯·斯溫伯格;陳世忠
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/67
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

可實行處理方法以生產可包括高k介電材料的半導體結構。方法可包括將含氮前驅物或含氧前驅物輸送至在半導體處理腔室中含有的基板。方法可包括以含氮前驅物或含氧前驅物在基板的暴露的表面上形成反應配體。方法還可包括形成覆蓋基板的高k介電材料。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有于2019年5月3日遞交的第16/403,312號美國專利申請的優先權和權益，出于所有目的將上述申請的內容通過引用全部并入在此。

技術領域

本技術涉及半導體系統、工藝和裝備。更具體而言，本技術涉及用于增強在柵極結構中形成材料的處置(treatment)。

背景

邏輯柵極性能涉及所使用的材料特性以及結構層的厚度和面積。然而，隨著一些柵極特性調整成適應裝置規模，挑戰出現。舉例而言，在氧化硅柵極電介質中，隨著厚度降低可改良電容，而可帶來更高的通道移動性(mobility)和更快速的裝置性能。然而，隨著厚度持續降低，柵極泄漏可影響裝置，并且可造成裝置產量的降低。已經采用高k材料來用于柵極電介質，以降低有效氧化物厚度，同時限制對柵極泄漏的影響。最大化特定高k材料的努力由于與高k材料形成有關的形態問題而受限。

因此，需要改良的系統和方法而可用于最大化高k材料的性能，并且能夠生產高品質的裝置和結構。這些和其他需求通過本技術來解決。

概述

可實行處理方法以生產可包括高k介電材料的半導體結構。方法可包括將含氮前驅物或含氧前驅物輸送至在半導體處理腔室中含有的基板。方法可包括以含氮前驅物或含氧前驅物在基板的暴露的表面上引入反應配體。方法還可包括形成覆蓋基板的高k介電材料。

在一些實施方式中，含氮前驅物可以是或包括第一含氮前驅物，并且含氧前驅物可以是或包括第一含氧前驅物。方法還可包括在形成高k介電材料之后，以第二含氮前驅物或第二含氧前驅物處置高k介電材料。第二含氮前驅物可以是或包括熱活化的含氮前驅物或等離子體增強的含氮前驅物。處置可以小于或大約10原子％的量將氮并入到高k介電材料中。方法還可包括在形成高k介電材料之后，實行熱退火。形成高k介電材料可包括實行原子層沉積工藝。含氮前驅物可以是或包括氨。在輸送氨的同時，基板可維持在高于或約是300℃的溫度下。基板可以是或包括含硅材料。高k介電材料可以是或包括至少一種選自由下列項組成的群組的元素：鉿、鋯、硅、鑭、鋁、鈦和鍶。

本技術的一些實施方式還可包含形成半導體結構的方法。方法可包括通過以含氮前驅物或含氧前驅物接觸基板來預處置該基板。方法可包括在收容經預處置的基板的第一半導體處理腔室中形成覆蓋預處置的基板的高k介電材料。方法可包括將基板傳送至第二半導體處理腔室。方法還可包括對高k介電材料進行后處置。

在一些實施方式中，后處置可包括將基板和高k介電材料暴露至含氧前驅物或含氮前驅物。方法可包括在后處置之后，使高k介電材料退火。將基板傳送至第二半導體處理腔室可包括在多腔室處理系統上的兩個腔室之間傳送基板。可在多腔室處理系統上維持真空條件的同時實行傳送。用于預處置的含氮前驅物可以是或包括氨。在將氨輸送至基板的同時，基板可維持在低于約700℃的溫度下。預處置可實行達小于或大約一分鐘。基板可以是或包括含硅材料，且含硅材料的暴露的表面層可為硅。含硅材料可以是或包括氧化硅。高k介電材料可以是或包括至少一個選自由下列項組成的群組的元素：鉿、鋯、硅、鑭、鋁、鈦和鍶。

本技術的一些實施方式還可包含形成半導體結構的方法。方法可包括在將基板維持在大于或約是400℃的第一溫度下的同時，通過以含氮前驅物或含氧前驅物接觸基板，來預處置包括含硅材料的基板。方法可包括在將預處置的基板維持在小于第一溫度的第二溫度下的同時，形成覆蓋預處置的基板的高k介電材料。方法還可包括利用以大于第一溫度或大約與第一溫度相同的溫度的第三溫度實行的退火，對高k介電材料進行后處置。