[发明专利]形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法

说明书

本申请设计形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法，描述了基底加工方法，其用于形成可以用于超导金属化或功函数调整应用的氮化钛材料。所述基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月26日提交的题为“Method for Forming TitaniumNitride Films with(200)Crystallographic Texture”的美国临时专利申请第62/703,701号的优先权，其公开内容通过引用整体明确地并入本文。

技术领域

本发明的实施方案属于半导体处理领域，并且特别地，描述了形成主要具有(200)晶体织构(crystallographic texture)的氮化钛膜的方法。例如，氮化钛膜可以用于超导和功函数调节应用。

背景技术

诸如人工智能(AI)、物联网(IOT)、大数据等的新技术需要越来越大的计算能力，因此正在开发若干创新性的计算技术。例如，量子计算正在成为领先的计算创新之一。量子计算需要包括超导金属化的微电子电路，并且需要用于沉积超导材料的新方法。

数十年来，氮化钛(TiN)是因其硬度而闻名并且已在许多工业中用作耐磨涂层的耐火材料。此外，TiN已经作为扩散阻挡材料和导电电极材料用于半导体器件中。已知TiN在微波频率下具有低损耗，这使得可以在许多新兴的量子器件结构中使用。TiN是块体T_c(bulk T_c)为6.0K的超导体，因此是用于量子计算的有吸引力的材料。

已经通过许多方法来生长TiN薄膜，包括原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)、脉冲层沉积(pulsed layer deposition，PLD)和化学气相沉积(chemical vapordeposition，CVD)，但是用于生长低损耗量子电路用TiN薄膜的最常用方法是其中使用Ar/N₂等离子体来溅射钛靶的反应溅射(例如，磁控溅射)。然而，需要新的方法来沉积例如用于超导和功函数调节应用的具有优选晶体织构的TiN薄膜。

发明内容

描述了基底处理方法，其用于形成可以用于超导金属化或功函数调整应用的氮化钛材料。所述基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。

描述了半导体器件，其包括通过气相沉积形成并且主要具有(200)晶体织构的氮化钛膜。

附图说明

包括在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施方案，并且与以上给出的本发明的一般描述和以下给出的详细描述一起用于说明本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于形成TiN膜的工序(processsequence)；

图2示出了根据本发明的一个实施方案的TiN膜的X射线衍射(XRD)图谱；

图3是根据本发明的一个实施方案的配置用于形成TiN膜的沉积系统的示意性俯视图；

图4是根据本发明的一个实施方案的用于处理TiN膜的包括微波等离子体源的等离子体处理系统的示意图；