專利名稱：對(duì)包含鍺和銻的材料的金屬催化選擇性沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件制造。更具體地，本發(fā)明涉及用于在襯底表 面上選擇性地沉積包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。本發(fā)明還涉 及包括包含Ge和Sb的材料層的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
可通過合適的溫度變化而可逆地在由不同電阻率表征的兩個(gè)結(jié)構(gòu)相之間切換的 材料具有被用作相變存儲(chǔ)材料的潛力。一種這樣的材料是包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料。 下文中將包含Ge和Sb的材料稱為GeSb材料。為了制造實(shí)用的存儲(chǔ)器件，有必要在具有實(shí)際形貌復(fù)雜性的襯底上沉積GeSb材 料。用于實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器件的一種可能的結(jié)構(gòu)為線路和過孔(line-and-via)結(jié)構(gòu)，其類似 于在互連布線結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的那些結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)中，在窄過孔開口中的相變材料將構(gòu)成 存儲(chǔ)器件的有源部件。用于沉積GeSb材料的一種有前景的候選方法為化學(xué)氣相沉積。在CVD中，存在用 于大量候選金屬的具有適當(dāng)蒸氣壓力的許多有機(jī)金屬前體(例如羰基、烷基等等)。部分但 非所有的CVD工藝的有用特征是選擇性。通過該選擇性，其表示沉積反應(yīng)可以被執(zhí)行為使 材料僅僅沉積在襯底上的特定下伏材料上，而不沉積在襯底上的其他材料上，即使這些其 他材料在反應(yīng)溫度下被暴露于反應(yīng)劑氣體。這種CVD工藝的常見實(shí)例為在Si上選擇性生 長Si，而不在共同存在的SiO2上生長Si，在Si上生長W，但同樣不在SiO2上生長W。常規(guī)CVD方法所面臨的問題是在仍維持所需的上述選擇性的同時(shí)在足夠低的溫 度(低于約400°C )下進(jìn)行沉積。迄今為止，沒有已知的用于在低于400°C的溫度下在襯底上沉積GeSb材料且具有 所需的選擇性特征的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。因此，需要發(fā)展一種化學(xué)氣相沉積方法，其 中該沉積方法具有在硅的選擇區(qū)域上形成GeSb材料的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在襯底表面上選擇性沉積GeSb材料的化學(xué)氣相沉積(CVD) 方法。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法具有填充高縱橫比開口的能力。在此使用術(shù)語“高縱 橫比”表示其高度與寬度的比率超過3 1的開口。術(shù)語“開口”表示可以使用光刻和蝕刻 制造的線路開口、過孔開口、組合的線路/過孔開口、溝槽等等。在其他實(shí)施例中，本發(fā)明提 供一種用于在襯底的至少一個(gè)預(yù)選表面上選擇性沉積GeSb材料的CVD方法。所述預(yù)選表 面可以位于所述襯底上或所述襯底內(nèi)。本發(fā)明的CVD方法允許在寬的值范圍內(nèi)控制GeSb化學(xué)計(jì)量，并且本發(fā)明的方法在 低于400°C的襯底溫度下進(jìn)行，這使得本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的互連工藝和材料兼容。根據(jù)本 發(fā)明，GeSb材料可以由基本化學(xué)式GexSby形成，其中χ為約2到約98原子％，并且y為約 98到約2原子％。
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如上所述，本發(fā)明的方法是選擇性CVD方法，其意味著GeSb材料被沉積在襯底的 部分表面上而不被沉積在襯底的其他表面上。具體地，本發(fā)明可應(yīng)用于在絕緣材料即介電 材料上選擇性沉積GeSb材料。對(duì)于包含GeSb材料的線路和過孔(線路/過孔)結(jié)構(gòu)的制 造而言，這是有利的，因?yàn)樵诔练eGeSb材料之前過孔側(cè)壁不需要任何特殊的激活處理。一般而言，本發(fā)明的方法包括將襯底放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中，所述襯底包括包含這樣的金屬的區(qū)域，該 金屬能夠與鍺形成共晶合金(eutectic alloy)；將包括所述襯底的所述反應(yīng)腔抽空到小于1. 333 X IO-1Pa,優(yōu)選小于 1. 333 X IO-1Pa的基礎(chǔ)壓力；將所述襯底加熱到低于400°C的溫度；向所述反應(yīng)腔提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料沉積到所述襯底的包含所述金屬的所 述區(qū)域上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述襯底是具有至少一個(gè)開口的互連介電材料，所述 開口具有大于3 1的縱橫比，并且本發(fā)明的方法具有用GeSb材料選擇性填充所述至少一 個(gè)開口的能力。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，所述能夠與鍺形成共晶合金的金屬存在于所述至 少一個(gè)開口的底部。在其他實(shí)施例中，所述襯底具有基本上平坦的表面，并且本發(fā)明的方法 具有在所述襯底的包含所述金屬的預(yù)選區(qū)域上選擇性沉積GeSb材料的能力。除了上述方法之外，本發(fā)明還預(yù)期一種方法，其中在破壞真空(breaking vacuum) 內(nèi)的同一反應(yīng)器中沉積所述金屬以及包含Ge和Sb的材料。本發(fā)明的該方面包括將襯底放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中；將包括所述襯底的所述反應(yīng)腔抽空到小于1. 333 X IO-1Pa,優(yōu)選小于 1. 333 X ICT4Pa的基礎(chǔ)壓力；將所述襯底加熱到低于400°C的溫度；在所述襯底的一區(qū)域上形成能夠與鍺形成共晶合金的金屬；向所述反應(yīng)腔提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料沉積到所述襯底的包含所述金屬的所 述區(qū)域上。在本發(fā)明的高度優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括將絕緣材料放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中，所述絕緣材料包括包含Au的區(qū)域；將包括所述互連結(jié)構(gòu)的所述反應(yīng)腔抽空到小于1. 333X ICT1Pa的基礎(chǔ)壓力；將所述互連結(jié)構(gòu)加熱到低于400°C的溫度；向所述反應(yīng)腔提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料沉積到所述絕緣材料的包含Au的所 述區(qū)域上。除了用于選擇性沉積GeSb材料的CVD方法之外，本發(fā)明還涉及一種包括利用本發(fā) 明的方法形成的GeSb材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。一般而言，本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底，其包括包含金屬的區(qū)域；以及在所述金屬上的包含Ge和Sb的材料，其中所述材料包括其厚度小于5個(gè)單層的所述金屬的表面層。在此使用術(shù)語“單層”表示一個(gè)原子厚的所述金屬的表面層。根據(jù)本發(fā)明，所述GeSb材料被夾在用于催化GeSb的生長的下金屬層與在所述 GeSb材料的生長期間形成的上表面金屬層之間。如果在沉積開始之前所述金屬足夠薄，則 所述下金屬層可以為趨近于像沒有一樣那么薄。


圖1是(通過截面圖)示例出在選擇性化學(xué)氣相沉積GeSb材料之前可以在本發(fā) 明中采用的初始結(jié)構(gòu)的圖示；圖2是可以在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的用于選擇性沉積GeSb材料的化學(xué)氣 相沉積設(shè)備的示意圖；圖3是在利用本發(fā)明的方法在結(jié)構(gòu)的選擇區(qū)域上選擇性沉積GeSb材料之后(通 過截面圖)的圖示；圖4示出與Ge(0. 15) Sb (0. 85)的參考樣品相比在Au表面上生長的GeSb材料的 X射線光發(fā)射譜；以及圖5是示出在不同沉積溫度下通過本發(fā)明的方法制備的各種GeSb材料的強(qiáng)度與 結(jié)合能的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考以下討論和本發(fā)明的附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，本發(fā)明提供用于選 擇性沉積GeSb材料的金屬催化CVD方法以及通過該方法形成的結(jié)構(gòu)。注意，本申請(qǐng)的附圖 是為了示例的目的而提供的，因此，附圖未必按比例繪制。首先參考圖1，其示例出在本發(fā)明中可以采用的示例性襯底10。具體地，該示例性 襯底10是絕緣材料，即，介電材料，其具有可選地包括中間粘附層12的基本上平坦的表面。 在所示的實(shí)施例中，金屬14被設(shè)置在中間粘附層12的頂上。在其他實(shí)施例中，當(dāng)不存在中 間粘附層12時(shí)，可以直接在襯底10上形成金屬14。在又一實(shí)施例中，襯底10是互連結(jié)構(gòu)，其包括在介電材料中形成的至少一個(gè)開 口。根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個(gè)開口具有大于3 1的縱橫比。所述至少一個(gè)開口可以包 括過孔、線路、溝槽、組合的線路/過孔結(jié)構(gòu)等等。在其中初始襯底10包括介電材料的情況下，該介電材料包括在互連技術(shù)中用作 級(jí)間電介質(zhì)的任何絕緣材料。典型地，該介電材料具有約4.0或更低的(在真空中測(cè)量的) 介電常數(shù)，其中約3. 7或更低的介電常數(shù)更典型?？梢栽诒景l(fā)明中用作介電材料的這種絕 緣材料的實(shí)例包括但不限于=SiO2，硅倍半氧烷(silsesquioxane)，包含Si、C、0和H的原 子的C摻雜的氧化物(S卩，有機(jī)硅酸酯)，熱固性聚亞芳基醚，或其多層。在該申請(qǐng)使用術(shù)語 “聚亞芳基”表示芳基部分(aryl moiety)或被惰性取代的芳基部分，例如，其通過化學(xué)鍵、 稠環(huán)、或惰性鏈接基團(tuán)(例如，氧、硫、砜、亞砜、羰基)等被鏈接在一起。雖然未示出，襯底10可以典型地被設(shè)置在第二襯底上。未示出的第二襯底包括半 導(dǎo)電材料、絕緣材料、導(dǎo)電材料、或其任何組合。當(dāng)?shù)诙r底由半導(dǎo)電材料構(gòu)成時(shí)，可以使用 任何半導(dǎo)體，例如 Si、SiGe、SiGeC、SiC、Ge 合金、GaAs、InAs、InP 以及其他 III/V 或 II/VI化合物半導(dǎo)體。除了這些列出的半導(dǎo)電材料類型之外，本發(fā)明還預(yù)期這樣的情況，其中半導(dǎo) 體襯底是層疊半導(dǎo)體，例如，Si/SiGe、Si/SiC、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上硅鍺(SGOI)。當(dāng)?shù)诙r底是絕緣材料時(shí)，該絕緣材料可以是有機(jī)絕緣體、無機(jī)絕緣體或包括多 層的其組合。當(dāng)?shù)诙r底是導(dǎo)電材料時(shí)，例如，第二襯底可以包括多晶硅、元素金屬、元素金 屬的合金、金屬硅化物、金屬氮化物或包括多層的其組合。當(dāng)?shù)诙r底包括半導(dǎo)電材料時(shí)， 可以在其上制造一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件，例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。當(dāng)?shù)?二襯底包括絕緣材料和導(dǎo)電材料的組合時(shí)，該襯底可以代表多層互連結(jié)構(gòu)的第一互連層。當(dāng)在襯底10中形成至少一個(gè)開口時(shí)，典型地利用光刻和蝕刻形成所述開口。光刻 工藝包括在典型地設(shè)置于襯底10的頂上的硬掩模材料(例如，氧化物和/或氮化物)的頂 上形成光致抗蝕劑，將光致抗蝕劑暴露于輻射的希望圖形，并顯影被曝光的抗蝕劑。蝕刻工 藝包括濕法化學(xué)蝕刻和/或干法化學(xué)蝕刻。在這些類型的時(shí)刻工藝當(dāng)中，優(yōu)選干法化學(xué)蝕 刻工藝，例如反應(yīng)離子蝕刻、離子束蝕刻或等離子體蝕刻。在線路/過孔結(jié)構(gòu)的情況下，采 用常規(guī)的先過孔后線路工藝。可替代地，在本發(fā)明中還預(yù)期先線路后過孔工藝。如上所述，襯底10可以包括可選的中間粘附層12。可選的中間粘附層12包括金 屬或金屬氮化物。用于可選的中間粘附層的合適金屬的實(shí)例包括但不限于Ti，Ta，Ru和W?？梢岳贸Ｒ?guī)沉積工藝形成可選的粘附層12，例如，該常規(guī)沉積工藝包括化學(xué)氣 相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、蒸發(fā)、濺射、鍍敷、金屬有機(jī)沉積以及 化學(xué)溶液沉積。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以在與GeSb材料相同的反應(yīng)腔中形成中間粘 附層12而不在沉積之間破壞真空。當(dāng)存在時(shí)，可選的中間粘附層12典型地具有約1到約6nm的厚度，其中約2到約 4nm的厚度更典型。在圖1的實(shí)施例中，在中間粘附層12的頂上設(shè)置金屬14。在其他實(shí)施例中，當(dāng)不 存在中間粘附層時(shí)，可以直接在襯底10的頂上形成金屬14。無論采用哪種實(shí)施例，金屬14 包括能夠與鍺形成共晶合金的任何金屬。能夠與鍺形成共晶合金的這種金屬的示例性實(shí)例 包括但不限于Au、Al和Sn。優(yōu)選地，采用Au或Al作為金屬14。更優(yōu)選地，采用Au作為 金屬14。可以在襯底10的其中隨后將形成Gesb材料的預(yù)選區(qū)域(或預(yù)選區(qū))上選擇性地 形成金屬14。在所示例的實(shí)施例中，跨過包括中間粘附層12和襯底10的結(jié)構(gòu)完整地形成 金屬14。在另外的其他實(shí)施例中，可以在包括襯底10的結(jié)構(gòu)的特定區(qū)域上或所述特定區(qū)域 內(nèi)設(shè)置金屬14。在一些實(shí)施例中，可以在沉積作為襯底10的介電材料之前在第二襯底上形成金 屬14。在這樣的實(shí)施例中，金屬14將完整地存在于介電材料之下，并且當(dāng)在介電材料中形 成開口時(shí)，金屬14的一部分暴露。通過常規(guī)沉積工藝形成金屬14，所述常規(guī)沉積工藝包括，例如，CVD、PECVD、濺射、 無電鍍、電鍍、蒸發(fā)、化學(xué)溶液沉積和金屬有機(jī)沉積。在一些實(shí)施例中，在與GeSb材料相同 的反應(yīng)腔內(nèi)形成金屬14，從而發(fā)生沉積而不破壞真空。在一些實(shí)施例中，可以在襯底10的 選擇區(qū)上形成金屬14時(shí)使用沉積、光刻和蝕刻，其中襯底10可選地包括中間粘附層12。用于“催化”GeSb材料的選擇性沉積的金屬14的厚度可以依賴于所使用的材料以 及在其形成時(shí)使用的沉積工藝而變化。典型地，金屬14具有約1到約50nm的厚度，其中約3到約IOnm的厚度更典型?，F(xiàn)在參考圖2，其示例出可以在本發(fā)明中采用的用于在襯底10的區(qū)域上或其內(nèi)沉 積GeSb材料的典型的化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器50。注意，雖然參考圖2所示例的化學(xué)氣 相沉積反應(yīng)器50，但本發(fā)明不限于利用僅僅這樣的反應(yīng)器。而是還可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的其他類型的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器來執(zhí)行本發(fā)明。下面，在這里進(jìn)一步詳述可以在 本發(fā)明中采用的其他類型的反應(yīng)器。重新參考CVD反應(yīng)器50，CVD反應(yīng)器50包括反應(yīng)腔52，其中初始結(jié)構(gòu)被放置在該 反應(yīng)腔52內(nèi)。反應(yīng)腔52典型地為真空密封，其包括襯底保持器54、連接到吸入歧管58的 噴頭56、以及可以通過閥62而被打開或關(guān)閉的真空泵60 (例如渦輪分子泵)。根據(jù)本發(fā)明，諸如圖1所示的包括襯底10的初始結(jié)構(gòu)被放置在位于CVD反應(yīng)腔52 內(nèi)的襯底保持器54的表面上。初始結(jié)構(gòu)與噴頭56典型地分隔約10到約80mm的距離。雖 然具體地提到該距離，但本發(fā)明不限于所列舉的距離。在初始結(jié)構(gòu)被放置于反應(yīng)腔52內(nèi)的條件下，將反應(yīng)腔52內(nèi)的壓力抽空到小于 1. 333X 10^8的基礎(chǔ)壓力，其中更優(yōu)選小于1. 333X ICT4Pa的基礎(chǔ)壓力。通過打開到真空 泵60的閥62，實(shí)現(xiàn)到該基礎(chǔ)壓力的抽空。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，襯底保持器54典型地包括加熱元件，該加熱元件能夠 在隨后的沉積含Ge前體和含Sb前體期間加熱初始結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，該加熱元件能夠?qū)?初始結(jié)構(gòu)加熱到低于400°C的溫度，其中約250°C到約375°C的溫度更典型。然后通過噴頭56將含Ge前體和含Sb前體引入到被加熱的結(jié)構(gòu)。根據(jù)所示出的 具體實(shí)施例，通過吸入歧管58向噴頭56引入作為氣體混合物的前體。通過利用質(zhì)量控制 器64而允許含Ge前體的氣流從源63典型地但不必需地進(jìn)入惰性氣體中，并且通過利用質(zhì) 量流控制器68而使惰性氣體從源66流過包括含Sb前體的起泡器70，形成前體氣體混合 物。優(yōu)選地，含Ge前體是純含Ge前體，S卩，其不包括惰性氣體。在本申請(qǐng)中使用術(shù)語“惰性 氣體”表示不參與GeSb材料的形成的氣體。這樣的惰性氣體的實(shí)例包括Ar、Ne、N2, H2、和 He，其中高度優(yōu)選Ar。根據(jù)本發(fā)明，含Ge前體包括包含Ge的任何化合物或絡(luò)合物。含Ge前體的實(shí)例包 括鍺烷(例如甲鍺烷、乙鍺烷、丙鍺烷以及更高的鍺烷)、包含1到約16個(gè)碳原子的鍺烷基、 鍺烷氫化物、以及其他有機(jī)鍺烷。優(yōu)選地，含Ge前體例如是鍺烷或包含1到約6個(gè)碳原子 的鍺烷基，例如，叔-丁基鍺烷?？梢栽诒景l(fā)明中采用的含Sb前體包括包含Sb的任何化合物或絡(luò)合物。這樣的前 體的示例性實(shí)例包括包含1到約16個(gè)碳原子的銻烷基、銻胺、氫化銻以及其他有機(jī)含銻化 合物。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，含Sb前體是三(二甲胺)銻。在本發(fā)明中采用的兩種前體氣體的流量可以依賴于所產(chǎn)生的GeSb材料的預(yù)期化 學(xué)計(jì)量而變化。根據(jù)本發(fā)明，不存在惰性氣體的含Ge前體的流量為約1到約lOOOsccm，同 時(shí)采用約10到約300Sccm的包含含Sb前體的惰性氣體的流量。當(dāng)惰性氣體與含Ge前體 共存時(shí)，含Ge前體的流量典型地大于用于純含Ge前體的上述流量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例中，純含Ge前體氣體的流量為約2到約150SCCm，同時(shí)采用約15到約50sCCm的包含含 Sb前體的惰性氣體的流量。在高度優(yōu)選的實(shí)施例中，采用約5Sccm的20%鍺烷，同時(shí)采用 20sCCm的包含20ml三(二甲胺)銻的Ar。應(yīng)理解，上述流量適用于所采用的特定反應(yīng)器。如果采用另一種反應(yīng)器，例如，具有不同的容積導(dǎo)出線管和泵浦速度的反應(yīng)器，則優(yōu)選的流 量會(huì)顯著地偏離上面給出的流量。應(yīng)注意，在沉積工藝過程期間，將反應(yīng)腔52內(nèi)的壓力保持在約1到約10托的沉積 壓力。典型地，在沉積工藝期間將反應(yīng)器內(nèi)的沉積壓力保持在約6到約8托的值。還應(yīng)注意，替代如上所述且如圖2所示使兩種前體氣體在單個(gè)輸入歧管中混合， 本發(fā)明的方法在這樣的情況下同樣起作用，其中將單獨(dú)的歧管用于每種前體并且可以在噴 頭本身中或者在噴頭與初始結(jié)構(gòu)之間的空間中發(fā)生兩種前體氣體的混合。后者被稱為混合 后體系。典型地將前體作為氣體混合物，即，同時(shí)地，提供到初始結(jié)構(gòu)10。雖然典型地優(yōu)選 同時(shí)接觸，但本發(fā)明也可用于首先利用含Ge前體提供Ge層且接著提供含Sb前體。根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)包含Ge和Sb的材料的約10到約lOOOnm/min的沉積速率， 其中更優(yōu)選約20到約150nm/min的沉積速率。在上述細(xì)節(jié)下，本發(fā)明形成選擇性地沉積在金屬14上的包含Ge和Sb的材料，產(chǎn) 生圖3所示的結(jié)構(gòu)。在圖3中，參考標(biāo)號(hào)20表示包含Ge和Sb的材料。根據(jù)本發(fā)明，GeSb 材料20具有化學(xué)式GexSby，其中χ為約2到約98原子％的Ge，y為約98到約2原子％的 Sb。更優(yōu)選地，本發(fā)明中提供的GeSb材料20為這樣的材料，其中Ge的原子百分比χ為約 10到約20原子％，Sb的原子百分比y為約90到約80原子％。除了形成GeSb材料20，在GeSb材料20上形成表面金屬層22。根據(jù)本發(fā)明，表面 金屬層22包括與金屬層14相同的金屬，金屬層14也存在于圖3所示的結(jié)構(gòu)中。表面金屬 層22具有小于5個(gè)單層厚的厚度，其中優(yōu)選約1到約3個(gè)單層的厚度。在層20的生長期 間在GeSb材料20的表面上形成表面金屬層22。以下實(shí)例更詳細(xì)地示例本發(fā)明。實(shí)例在該實(shí)例中，利用能夠與Ge形成共晶合金的金屬作為用于選擇性沉積的催化劑， 在介電材料的表面上在360°C下選擇性沉積GeSb材料。應(yīng)注意，當(dāng)在介電材料上生長GeSb 材料時(shí)，在該實(shí)例中使用的條件下觀察到可忽略的膜生長。當(dāng)在介電材料上首先沉積Au 時(shí)，GeSb材料以超過10nm/min的生長速率沉積。圖4示出與Ge (0. 15) Sb (0. 85)的參考樣 品相比在Au表面上生長的GeSb材料(本發(fā)明的樣品)的X射線光發(fā)射譜。在所沉積的膜 的譜中的Ge特征和Sb特征的強(qiáng)度表明所獲得的成分與參考樣品的成分大致相同。該譜的 一個(gè)附加特征是由Au 4f級(jí)引起的峰的出現(xiàn)。該峰不是產(chǎn)生于膜下方的金，而使產(chǎn)生于在 生長期間漂浮在膜表面上的金薄膜。相信上述現(xiàn)象對(duì)于本發(fā)明的沉積方法極為重要。在所采用的溫度下，Ge前體不是簡單地與介電表面反應(yīng)，或與GeSb材料自身反 應(yīng)。因此，當(dāng)襯底為電介質(zhì)時(shí)沒有沉積顯著量的Ge。在沒有Ge沉積時(shí)，Sb很難隨時(shí)間成 核，因此凈結(jié)果是沒有在介電表面上的生長。然而，Ge前體在生長溫度下與Au的反應(yīng)較強(qiáng)。 這允許開始沉積反應(yīng)。然而，對(duì)于Ge，Au具有限制的溶解度，因此其漂浮在該膜的表面上， 允許維持生長。圖5表明生長溫度的小變化(線A_370°C，線B_360°C，線C_350°C)允許在寬范圍 內(nèi)調(diào)整GeSb材料的化學(xué)計(jì)量。這還可以通過前體氣體混合物的合適變化而實(shí)現(xiàn)。以上實(shí)例表明，可以利用本發(fā)明的方法在低于400°C的溫度下選擇性沉積GeSb材
9料。為了發(fā)生這樣的選擇性沉積，在襯底的將要形成GeSb材料的特定區(qū)域上形成諸如Au 的金屬。然后在襯底的包括該金屬的區(qū)域上形成GeSb。 雖然關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體地示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行上述和其他變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本 發(fā)明旨在不限于所描述和示例的確切的形式和細(xì)節(jié)，而是落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種選擇性地沉積包含鍺和銻的材料(20)的方法，包括以下步驟將襯底放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔(52)中，所述襯底包括包含這樣的金屬的區(qū)域(14)，所述金屬能夠與鍺形成共晶合金；將包括所述襯底的所述反應(yīng)腔(52)抽空到小于0.1333Pa的基礎(chǔ)壓力；將所述襯底加熱到低于400℃的溫度；向所述反應(yīng)腔(52)提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料(20)沉積到所述襯底的包含所述金屬的所述區(qū)域(14)上，其中在包含鍺和銻的所述材料(20)的生長期間，所述金屬的表面金屬層(22)漂浮在包含鍺和銻的所述材料(20)的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬包括Au、Al、Ge和In。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述金屬包括Au。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底的包含所述金屬的所述區(qū)域(14)是具有大于 31的縱橫比的至少一個(gè)開口的底壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中同時(shí)向所述反應(yīng)腔(52)提供所述前體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中首先向所述反應(yīng)腔(52)提供所述含鍺前體以形成Ge 層，隨后提供所述含銻前體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含鍺前體是鍺烷、包含1到約16個(gè)碳原子的鍺烷 基、鍺烷氫化物、或其他有機(jī)鍺烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述含銻前體是包含1到約16個(gè)碳原子的銻烷基、銻 胺、氫化銻、或其他有機(jī)含銻化合物。
9.一種選擇性地沉積包含鍺(Ge)和銻(Sb)的方法，包括以下步驟將襯底放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔(52)中；將包括所述襯底的所述反應(yīng)腔(52)抽空到小于0. 1333Pa的基礎(chǔ)壓力；將所述襯底加熱到低于400°C的溫度；在所述襯底的區(qū)域(14)上形成能夠與鍺形成共晶合金的金屬；向所述反應(yīng)腔(52)提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料(20)沉積到所述襯底的包含所述金屬的 所述區(qū)域(14)上，其中在包含鍺和銻的所述材料(20)的生長期間，所述金屬的表面金屬層 (22)漂浮在包含鍺和銻的所述材料(20)的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述金屬包括Au、Al、Ge和In。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述金屬包括Au。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述襯底的包含所述金屬的所述區(qū)域(14)是具有大 于31的縱橫比的至少一個(gè)開口的底壁。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中同時(shí)向所述反應(yīng)腔(52)提供所述前體。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中首先向所述反應(yīng)腔(52)提供所述含鍺前體以形成Ge 層，隨后提供所述含銻前體。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述含鍺前體是鍺烷、包含1到約16個(gè)碳原子的鍺烷 基、鍺烷氫化物、或其他有機(jī)鍺烷。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述含銻前體是包含1到約16個(gè)碳原子的銻烷基、銻2胺、氫化銻、或其他有機(jī)含銻化合物。
17.一種選擇性地沉積包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料(20)的方法，包括以下步驟 將絕緣材料放置在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔(52)中，所述絕緣材料包括包含Au的區(qū)域(14)；將包括所述互連結(jié)構(gòu)的所述反應(yīng)腔(52)抽空到小于0. 1333Pa的基礎(chǔ)壓力； 將所述互連結(jié)構(gòu)加熱到低于40(TC的溫度； 向所述反應(yīng)腔(52)提供含銻前體和含鍺前體；以及從所述前體將包含鍺(Ge)和銻(Sb)的材料(20)沉積到所述絕緣材料的包含Au的 所述區(qū)域(14)上，其中在包含鍺和銻的所述材料(20)的生長期間，所述金屬的表面金屬層 (22)漂浮在包含鍺和銻的所述材料(20)的表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述襯底的包含所述Au的所述區(qū)域(14)是具有大 于31的縱橫比的至少一個(gè)開口的底壁。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中同時(shí)向所述反應(yīng)腔(52)提供所述前體。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中首先向所述反應(yīng)腔(52)提供所述含鍺前體以形成 Ge層，隨后提供所述含銻前體。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述含鍺前體是鍺烷、包含1到約16個(gè)碳原子的鍺 烷基、鍺烷氫化物、或其他有機(jī)鍺烷。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述含銻前體是包含1到約16個(gè)碳原子的銻烷基、 銻胺、氫化銻、或其他有機(jī)含銻化合物。
23.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底，其包括包含金屬的區(qū)域(14)；以及包含Ge和Sb且直接位于所述區(qū)域(14)上的材料(20)；以及包含所述金屬且直接位于所述材料(20)上的表面金屬層(23)，具有小于5個(gè)單層的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包括Au、Al、Ga和In。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬包括Au。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述襯底是介電材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述介電材料是具有約4.0或更低的介電常 數(shù)的級(jí)間介電材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述襯底的所述區(qū)域(14)是具有大于3 1 的縱橫比的至少一個(gè)開口的底壁。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包括所述區(qū)域(14)的所述襯底具有基本上平 坦的表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中包含Ge和Sb的所述材料(20)具有化學(xué)式 GexSby，其中y為約2到約98原子％的Ge，并且y為約98到約2原子％的Sb。
31.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括位于所述襯底與所述金屬之間的中間粘附 層(12)。
全文摘要
提供一種用于在襯底表面上選擇性沉積GeSb材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，其中使用能夠與鍺形成共晶合金的金屬來催化所述GeSb材料的生長。還提供一種結(jié)構(gòu)，其包括位于襯底的預(yù)選區(qū)域上的GeSb材料。根據(jù)本發(fā)明，所述GeSb材料被夾在用于催化GeSb的生長的下金屬層與在所述GeSb材料的生長期間形成的上表面金屬層之間。
文檔編號(hào)C23C30/00GK101910467SQ200880124687
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者F·R·麥克菲力, J·J·于卡斯, S·古哈 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司