一种薄膜沉积方法以及薄膜沉积设备与流程

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种薄膜沉积方法、一种薄膜沉积设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、随着半导体器件特征尺寸的持续缩减，互连结构对低电阻率金属薄膜的性能要求不断提升。钼凭借其较低的电阻率、良好的热稳定性以及与介电材料的兼容性，被业内评估为传统互连金属的低电阻率替代材料，并广泛应用于逻辑器件及存储器的金属化堆叠结构中。

2、在现有技术中，钼膜由原子层沉积（atomic layer deposition，ald）工艺进行制备，通过同时通入氨气与含钼前驱体，或同时通入氨气、氢气以及含钼前驱体，沉积形成氮化钼成核层，再将成核层的至少一部分转化为金属钼，以形成钼膜。但上述工艺易在氮化钼成核层形成较难去除的氮氧化钼，并残留氧、氯等杂质，导致所得氮化钼层杂质含量较高，后续转化形成的金属钼层的电阻率也随之升高，难以满足先进工艺节点对低电阻率金属化堆叠结构的要求。

3、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种薄膜沉积方法、一种薄膜沉积设备以及一种计算机可读存储介质，通过抑制成核层工艺进行过程中氮氧化钼的生成，减少氮化钼层中的含氧量及其他杂质含量，从而降低氮化钼层及最终金属钼层的电阻率，满足先进工艺节点的低电阻率需求。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种薄膜沉积方法、一种薄膜沉积设备以及一种计算机可读存储介质。通过在向晶圆提供钼前驱体之后，交替向吸附了钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气以沉积氮化钼层，再向氮化钼层提供氢气，以将氮化钼层的至少一部分转化为第一金属钼层，和/或在氮化钼层表面生成第二金属钼层，从而抑制在氮化钼成核层形成过程中氮氧化钼的生成，以降低氮化钼层中的氧、氯等杂质含量，提升膜层致密性，进而降低氮化钼层及最终金属钼层的电阻率，满足先进工艺节点的低电阻率需求。

3、具体来说，根据本发明的第一方面提供的薄膜沉积方法，包括以下步骤：向晶圆提供钼前驱体；交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层；以及向生成了所述氮化钼层的晶圆提供氢气，以将所述氮化钼层的至少一部分厚度转化为第一金属钼层，和/或在所述氮化钼层的表面生成第二金属钼层。

4、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层的步骤包括：以预设流量比例，交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供所述氨气和所述氢气，以在所述晶圆表面生成所述氮化钼层，其中，所述氨气的流量介于2000sccm~5000sccm之间，所述氢气的流量介于2000sccm~10000sccm之间，所述预设流量比例介于2:1~1:2之间。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层的步骤包括：以预设的第一时间窗口和第二窗口，交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供所述氨气和所述氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层，其中，所述第一时间窗口介于3s~10s之间，所述第二时间窗口介于6s~16s之间。

6、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层的步骤包括：交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供所述氨气和所述氢气，并将工艺腔室内的气压维持在20torr~50torr，以在所述晶圆表面生成氮化钼层。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供氨气和氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层的步骤包括：交替向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供预设轮数的所述氨气和所述氢气，以在所述晶圆表面生成氮化钼层，其中，所述预设轮数介于10~50之间，所述氮化钼层的厚度介于1nm~6nm之间。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述向晶圆提供钼前驱体的步骤包括：在每轮交替向所述晶圆提供所述氨气和所述氢气之前，向晶圆提供钼前驱体。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述向晶圆提供钼前驱体的步骤包括：将所述晶圆传输到工艺腔室；将所述晶圆预热至工艺温度，其中，所述工艺温度介于300℃~400℃之间；以及向经过预热的所述晶圆提供所述钼前驱体。

10、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述向晶圆提供钼前驱体的步骤包括：将所述钼前驱体通入工艺腔室前端的缓冲容器内，并使所述缓冲容器内的气压维持在1torr~20torr之间；向所述缓冲容器内通入惰性气体，以将所述缓冲容器内的气压提升到70torr~200torr之间；以及向所述工艺腔室通入所述钼前驱体和所述惰性气体的混合物脉冲，并使所述缓冲容器在输出所述混合物脉冲后的气压，仍维持在20torr~50torr之间。

11、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述向生成了所述氮化钼层的晶圆提供氢气，以将所述氮化钼层的至少一部分厚度转化为第一金属钼层的步骤包括：向生成了所述氮化钼层的晶圆提供20l~60l的氢气，以将所述氮化钼层的至少一部分厚度转化为所述第一金属钼层。

12、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述在所述氮化钼层的表面生成第二金属钼层的步骤包括：将所述钼前驱体通入工艺腔室前端的缓冲容器内，并使所述缓冲容器内的气压维持在1torr~20torr之间；向所述缓冲容器内通入惰性气体，以将所述缓冲容器内的气压提升到70torr~200torr之间；向所述工艺腔室通入所述钼前驱体和所述惰性气体的混合物脉冲，并使所述缓冲容器在输出所述混合物脉冲后的气压，仍维持在20torr~50torr之间；以及向吸附了所述钼前驱体的晶圆提供20l~60l的氢气，以在所述氮化钼层的表面生成所述第二金属钼层。

13、进一步地，在本发明的一些实施例中，根据本发明的第一方面提供的薄膜沉积方法，还包括以下步骤：在向所述晶圆提供所述钼前驱体、所述氨气和/或所述氢气后，向所述工艺腔室提供吹扫气体，以清除多余的钼前驱体、氨气和/或氢气。

14、此外，根据本发明的第二方面提供的薄膜沉积设备包括：工艺腔室，用于容纳晶圆，并对其进行薄膜沉积工艺；前驱体源，用于向所述工艺腔室提供钼前驱体；氨气源，用于向所述工艺腔室提供氨气；氢气源，用于向所述工艺腔室提供氢气；以及处理器，连接所述工艺腔室、所述前驱体源、所述氨气源和所述氢气源，并被配置用于执行计算机指令，以实施由本发明的第一方面提供的薄膜沉积方法。

15、进一步地，在本发明的一些实施例中，根据本发明的第二方面提供的薄膜沉积设备还包括以下的至少一者：缓冲容器，位于所述前驱体源和所述工艺腔室之间；惰性气源，用于向所述缓冲容器和/或所述工艺腔室提供惰性气体；加热件，用于将所述晶圆预热至工艺温度；以及升降机构，连接所述工艺腔室的加热盘和/或喷淋头，用于调节所述加热盘和所述喷淋头之间的间距。

16、此外，根据本发明的第三方面提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实施由本发明的第一方面提供的薄膜沉积方法。