一种合金薄膜的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种合金薄膜的制备方法。


背景技术：

2.随着半导体集成电路的集成度不断提高，互补金属氧化物半导体器件(cmos)的工艺尺寸越来越小，多晶硅栅极介质的厚度也不断减薄，电子直接隧穿引起的栅极漏电流随之增大，易导致互补金属氧化物半导体器件功耗过大，甚至发生器件失效情形；因高介电(high－k)介质能够在保持栅极电容不变的同时增加栅极介质的物理厚度，因而以高介电(high－k)介质替代传统的氮氧化硅介质成为半导体工艺的发展趋势，但是以铪基材料为代表的高介电(high－k)介质存在与多晶硅栅兼容性差的问题，影响半导体器件的电学性能，而金属栅极则可以较好的解决上述问题，由此发展了以高介电(high－k)介质材料代替氮氧化硅栅介质和利用金属栅取代多晶硅栅的工艺技术。
3.有效功函数是金属栅极结构中最重要的参数之一，其是影响阈值电压的最主要因素。金属栅极结构的有效功函数与构成金属栅极结构的材料的功函数有关，金属栅极结构的材料的功函数则需要和沟道中载流子的能量相匹配，钛铝基金属栅极因钛、铝的功函数接近硅导带而成为小尺寸nmos器件栅结构中优选的金属栅极结构，而对于高性能器件，还需要金属栅极结构的功函数可调。
4.目前通常采用物理气相沉积(pvd)或者原子层沉积(ald)制备钛铝薄膜以得到钛铝基金属栅极，并通过改变钛铝基金属栅极的钛/铝比实现金属栅极有效功函数的调节；然而，pvd工艺会对栅介质造成损伤，而且得到的薄膜厚度差异较大，影响后道工序的质量，进而降低器件的电学性能；而ald工艺调节生长温度的变化使得钛铝薄膜中的钛铝比值不易控制且调节前驱体脉冲时间的工艺较为复杂，影响批量生产的稳定性，因此，需要提供一种合金薄膜的制备方法。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的合金薄膜的制备方法无法同时满足工艺简单和形成的合金薄膜中的不同元素之间的原子比难以控制、批量生产稳定性差的缺陷，从而提供一种合金薄膜的制备方法。
6.本发明提供一种合金薄膜的制备方法，所述合金薄膜包括第一元素至第m元素，合金薄膜的制备方法包括：提供反应腔室，反应腔室设有喷淋装置和承载平台，优选的，在反应腔室的顶部设置喷淋装置，喷淋装置下方设置承载平台；在所述承载平台表面放置前制程结构；在所述前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜，步骤包括：设置喷淋装置具有特征温度；设置喷淋装置与承载平台之间具有特征距离；设置稳流装置具有特征流量；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体，m为大于或等于2的整数，任意的第m前驱体包括第m元素，m为大于或等于1且小于或等于m的整数；通过调节特征温度、特征距离和特征流量中的
任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比。
7.可选的，对于第一元素至第m元素中任意的第m1元素和第m2元素，二者具有不同的原子活性，可选的，第m1元素的原子活性高于第m2元素的原子活性，m1、m2均为大于或等于1且小于或等于m的整数，且m1不等于m2；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征温度的升高而增大；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征距离的增大而降低，所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征流量的增大而降低。
8.可选的，m等于2；所述合金薄膜包括钛元素和铝元素；在特征温度、特征距离和特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的过程为：在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入含钛前驱体和含铝前驱体；通过调节特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
9.可选的，通过调节特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过升高特征温度增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过降低特征温度减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
10.可选的，通过调节特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过增大特征距离减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小特征距离增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
11.可选的，通过调节特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比包括：通过增大特征流量减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小特征流量增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
12.可选的，在形成不同特征原子比的不同合金薄膜时，任意的第m前驱体的流量不变，反应腔室的温度不变，任意的第m前驱体的脉冲时间不变，第m前驱体通入反应腔时的载气流量不变。
13.可选的，在前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜的工艺包括原子层沉积工艺；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的步骤包括：进行若干个连续的子循环沉积，任意一个子循环沉积用于沉积一层原子层膜；在任意一个子循环沉积中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内交替通入第一前驱体至第m前驱体，通入不同的前驱体的步骤之间还进行了吹扫步骤。
14.可选的，所述特征温度的取值范围为：120℃－220℃；所述特征距离的取值范围为：2mm－15mm；所述特征流量的取值范围为：500sccm－1100sccm。
15.可选的，所述含钛前驱体通入喷淋装置之前的温度为室温，优选的为18℃－35℃，所述含铝前驱体通入喷淋装置之前的温度为40℃－115℃。
16.可选的，所述反应腔室包括第一子反应腔室以及位于所述第一子反应腔室内的第二子反应腔室，在所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间设有加热装置，所述承载平台位于所述第二子反应腔室中。可选的，所述合金薄膜为金属栅极层；所述前制程结构包括衬底层，位于所述衬底层一侧的高介电栅介质层，位于所述高介电栅介质层背离所述衬底层一侧的阻挡层；所述金属栅极层位于所述阻挡层背离所述衬底层的一侧表面。本发
明技术方案，具有如下优点：
17.本发明提供的合金薄膜的制备方法，包括：提供反应腔室，反应腔室设有喷淋装置和承载平台；在所述承载平台表面放置前制程结构；在所述前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜，步骤包括：设置喷淋装置具有特征温度；设置喷淋装置与承载平台之间具有特征距离；设置稳流装置具有特征流量；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体，m为大于或等于2的整数；通过调节特征温度、特征距离、特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比，可避免通过调节薄膜沉积的生长温度、即反应腔室的温度产生的热不稳定性影响，以及降低前驱体脉冲调节时与携源载气的关联影响，工艺简单，可准确控制合金薄膜中不同元素的原子比，批量稳定性好，从而实现金属栅极层合金薄膜的有效功函数的稳定调节，保证器件的电学性能。
18.进一步的，在前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜的工艺包括原子层沉积工艺；原子层沉积工艺具有较高的保形台阶覆盖性，因此可提高合金薄膜膜层的均匀性，保证后道工序的加工质量，进一步提高器件的电学性能。
19.进一步的，所述反应腔室包括第一子反应腔室以及位于所述第一子反应腔室内的第二子反应腔室，所述加热装置位于所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间，所述承载平台位于所述第二子反应腔室中。所述加热装置位于所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间，可以使得第一子反应腔室和所述第二子反应腔室中的温度均匀分布，同时防止反应腔室的温度发生较大波动，进一步降低热不稳定的影响，提高合金薄膜的质量和制备效果。
20.进一步的，所述合金薄膜为金属栅极层；所述前制程结构包括衬底层，位于所述衬底层一侧的高介电栅介质层，位于所述高介电栅介质层背离所述衬底层一侧的阻挡层；所述金属栅极层位于所述阻挡层背离所述衬底层的一侧表面。通过调节特征温度、特征距离、特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比，可避免通过调节薄膜沉积的生长温度、即反应腔室的温度产生的热不稳定性影响，防止在生长温度变化时，金属栅极层中的金属材料与高介电栅介质层中的材料之间发生相互扩散或化学反应造成金属栅极层中元素的原子比发生变化、难以准确控制；还可降低前驱体脉冲调节时与携源载气的关联影响，方便工艺调节；而在高介电栅介质层与金属栅极层之间设置的阻挡层，可以进一步避免金属栅极层中的金属材料与高介电栅介质层中的材料之间发生相互扩散或化学反应，保证器件的电学性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一实施例提供的合金薄膜的制备方法的流程图。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.本实施例提供一种合金薄膜的制备方法，所述合金薄膜包括第一元素至第m元素，参考图1，所述合金薄膜的制备方法包括以下步骤：
28.步骤s1：提供反应腔室，反应腔室设有喷淋装置和承载平台；优选的，在反应腔室的顶部设有喷淋装置，承载平台位于喷淋装置的下方；
29.步骤s2：在所述承载平台表面放置前制程结构；
30.步骤s3：在所述前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜，步骤包括：设置喷淋装置具有特征温度；设置喷淋装置与承载平台之间具有特征距离；设置稳流装置具有特征流量；优选的，喷淋装置为喷淋板，稳流装置为吹扫气体的质量流量控制器；在特征温度、特征距离和特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体，m为大于或等于2的整数，任意的第m前驱体包括第m元素，m为大于或等于1且小于或等于m的整数；
31.步骤s4：通过调节特征温度、特征距离和特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比。
32.由于调节薄膜沉积的生长温度、即反应腔室的温度会对合金薄膜产生热不稳定性影响，使合金薄膜中的元素扩散至栅介质层，不仅影响器件性能，而且不同元素的原子比也会不时发生变化、难以控制，而前驱体一般通过载气携源进入反应腔，导致前驱体脉冲调节时还需要相应调整载气流量，不仅工艺复杂，而且不易控制合金薄膜不同元素的原子比，批量稳定性较差，进而影响金属栅极层的有效功函数调节以及器件的电学性能。
33.本实施例提供的合金薄膜的制备方法，通过改变喷淋装置的温度、喷淋装置与承载平台之间的距离影响不同元素原子的吸附能力，通过改变吹扫气体的稳流装置的流量影响不同元素原子的解吸能力，避免生长温度调节给合金薄膜元素带来的热不稳定影响、以及前驱体脉冲调节带来的载气流量关联影响，经试验验证，钛铝基合金薄膜中的钛铝比，即钛元素与铝元素的原子比与喷淋装置的温度呈正向线性变化，与喷淋装置与承载平台之间
的距离、吹扫气体的稳流流量分别呈反向线性变化，也就是说，钛铝比随喷淋装置的温度升高而增大、随喷淋装置与承载平台之间的距离的增大而降低、随吹扫气体的稳流流量的增大而降低，而若是调节反应腔室的温度或者脉冲时间，钛铝比则呈现曲线式变化，从而通过调节特征温度、特征距离和特征流量中的任意一个或几个参数的数值可以将合金薄膜中的特征原子比调节至目标比值，因此，所述合金薄膜的制备方法可简单实现合金薄膜中的各个元素之间的原子比准确可控、并有效提高批量生产的稳定性。
34.在一个实施例中，对于第一元素至第m元素中任意的第m1元素和第m2元素，二者具有不同的原子活性，优选的，第m1元素的原子活性高于第m2元素的原子活性，m1为大于或等于1且小于或等于m的整数，m2为大于或等于1且小于或等于m的整数，且m1不等于m2；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征温度的升高而增大；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征距离的增大而降低，所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着特征流量的增大而降低。
35.在一个实施例中，m等于2；所述合金薄膜包括钛元素和铝元素；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的过程为：在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入含钛前驱体和含铝前驱体；通过调节特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
36.在一个实施例中，通过调节特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过升高特征温度增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过降低特征温度减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
37.在一个实施例中，通过调节特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过增大特征距离减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小特征距离增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
38.在一个实施例中，通过调节特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比包括：通过增大特征流量减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小特征流量增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。
39.在一个实施例中，在形成不同特征原子比的不同合金薄膜时，任意的第m前驱体的流量不变，反应腔室的温度不变，任意的第m前驱体的脉冲时间不变，第m前驱体通入反应腔时的载气流量不变。
40.m等于2；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内交替通入含钛前驱体和含铝前驱体以形成不同特征原子比的不同合金薄膜时，含钛前驱体和含铝前驱体的流量不变，反应腔室的温度不变，含钛前驱体和含铝前驱体的脉冲时间不变，载气携含钛前驱体、含铝前驱体进入反应腔室时的流量不变。在一个具体的实施例中，反应腔室的温度为350℃－450℃，例如380℃、400℃或者420℃；第一前驱体、第二前驱体通入反应腔室内通过载气携源，如通过载气携含钛前驱体、含铝前驱体进入反应腔室，载气包括惰性气体，例如氮气，载气的流量为1000sccm，载气的纯度为99.9999％，含钛前驱体的脉冲时间为0.1s－5s，例如3s；含铝前驱体的脉冲时间为0.1s－35s，例如20s。
41.在一个实施例中，在前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比
的合金薄膜的工艺包括原子层沉积工艺；原子层沉积工艺具有较高的保形台阶覆盖性，因此可提高所沉积的合金薄膜膜层的均匀性，保证后道工序的加工质量，进一步提高器件的电学性能。
42.在一个实施例中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的步骤包括：进行若干个连续的子循环沉积，任意一个子循环沉积用于沉积一层原子层膜；在任意一个子循环沉积中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内交替通入第一前驱体至第m前驱体，通入不同的前驱体的步骤之间还进行了吹扫步骤。
43.在一个实施例中，所述特征温度的取值范围为：120℃－220℃，例如130℃、150℃、180℃、200℃或者210℃。
44.在一个实施例中，所述特征距离的取值范围为：2mm－15mm，例如3mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm或者14mm。
45.在一个实施例中，所述特征流量的取值范围：500sccm－1100sccm，例如550sccm、600sccm、650sccm、700sccm、850sccm、950sccm或者1000sccm。
46.在一个实施例中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入含钛前驱体和含铝前驱体之前，所述含钛前驱体的温度为室温，优选的，为18℃－35℃，例如20℃、25℃或者30℃；所述含铝前驱体的温度为40℃－115℃，例如50℃、65℃、75℃、85℃或者100℃。
47.在一个实施例中，所述反应腔室包括第一子反应腔室以及位于所述第一子反应腔室内的第二子反应腔室，所述加热装置位于所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间，所述承载平台位于所述第二子反应腔室中。所述加热装置位于所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间，可以使得第一子反应腔室和所述第二子反应腔室中的温度均匀分布，因此可提高合金薄膜的质量和制备效果。
48.在一个实施例中，所述合金薄膜为金属栅极层；所述前制程结构包括衬底层，位于所述衬底层一侧的高介电栅介质层，位于所述高介电栅介质层背离所述衬底层一侧的阻挡层；所述金属栅极层位于所述阻挡层背离所述衬底层的一侧表面。通过调节特征温度、特征距离、特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比，可避免通过调节薄膜沉积的生长温度、即反应腔室的温度产生的热不稳定性影响，防止在生长温度变化时，金属栅极层中的金属材料与高介电栅介质层中的材料之间发生相互扩散或化学反应造成金属栅极层中元素的原子比发生变化、难以准确控制；还可降低前驱体脉冲调节时与携源载气的关联影响，方便工艺调节；而在高介电栅介质层与金属栅极层之间设置的阻挡层，可以进一步避免金属栅极层中的金属材料与高介电栅介质层中的材料之间发生相互扩散或化学反应，保证器件的电学性能。
49.在一个实施例中，所述衬底层包括硅衬底层；所述高介电栅介质层的材料包括氧化铪；所述阻挡层的材料包括氮化钛。
50.本实施例提供的合金薄膜的制备方法可以简单实现将合金薄膜中的特征原子比调节至目标比值，进而实现对金属栅极层的有效功函数可控调节，可以避免调节反应腔室的温度、即薄膜生长温度给合金薄膜元素带来的热不稳定影响，导致合金薄膜中的特征原子比不可控，提高合金薄膜特征原子比的批量生产稳定性，防止互补金属氧化物半导体器
件中合金薄膜中的金属材料与高介电栅介质之间发生相互扩散或化学反应，避免互补金属氧化物半导体器件造成更大的漏电流以及有效功函数偏移，提高了互补金属氧化物半导体器件的电性能和产品良率。
51.本实施例提供的合金薄膜的制备方法还可以避免调节第一前驱体至第m前驱体的脉冲时间，由于第一前驱体至第m前驱体的脉冲时间会带来关联影响，调节较为复杂，因此本实施例提供的合金薄膜的制备方法使得合金薄膜的制备更加简单。
52.合金薄膜的制备方法采用原子层沉积工艺可以避免对互补金属氧化物半导体器件中的high－k栅介质层造成损伤，还可以避免合金薄膜中的膜层厚度差异较大，特别对于高深宽比的鳍式场效应晶体管(finfet器件)，可以避免鳍式场效应晶体管产生漏电，以及影响后道工序的质量，可进一步提高鳍式场效应晶体管或者互补金属氧化物半导体器件的电性能和产品良率。
53.不同特征原子比的合金薄膜，即不同特征原子比的金属栅极膜层可使金属栅极结构具有不同接近硅基材导带边缘的有效功函数，从而提高与相应n型金属－氧化物－半导体的高介电(high－k)介质材料层、硅基材之间的工艺兼容性及n型金属－氧化物－半导体的电学性能。
54.下面提供具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
55.实施例1
56.本实施例提供一种合金薄膜的制备方法，包括：提供反应腔室，反应腔室的顶部具有喷淋装置，所述反应腔室中还具有位于所述喷淋装置下方的承载平台；在所述承载平台表面放置前制程结构；在所述前制程结构的表面形成第一元素和第二元素具有特征原子比的合金薄膜，具体步骤包括：设置喷淋装置的特征温度为120℃；设置喷淋装置与承载平台之间的特征距离为8mm；设置稳流装置的特征流量为1000sccm。
57.在一个实施例中，还包括：设置反应腔室的温度不变，为420℃；设置反应腔室内的气压为4torr；设置第一前驱体的脉冲时间为4s；设置第二前驱体的脉冲时间为15s；在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体和第二前驱体之前，所述第一前驱体的温度为20℃，所述第二前驱体的温度为80℃。
58.在一个实施例中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第二前驱体的步骤包括：进行若干个连续的子循环沉积，任意一个子循环沉积用于沉积一层原子层膜；在任意一个子循环沉积中，在特征温度、特征距离、特征流量的条件下向所述反应腔室内交替通入第一前驱体和第二前驱体，通入不同的前驱体之间还进行了吹扫气体的吹扫步骤。具体的，对第一反应前驱体进行吹扫处理的时间为10s；对第二反应前驱体进行吹扫处理的时间为20s；对第一反应前驱体和第二反应前驱体进行吹扫处理的过程中，采用的吹扫气体的体积流量为1000sccm，采用的吹扫气体包括惰性气体，例如氮气。
59.第一前驱体和第二前驱体通入反应腔室内通过载气携第一前驱体和第二前驱体进入反应腔室，载气包括惰性气体，例如氮气，载气的流量为1000sccm，载气是纯度为99.9999％的氮气，第一前驱体为含钛前驱体，第二前驱体为含铝前驱体，例如，第一前驱体为氯化钛，第二前驱体为三乙基铝；铝原子的原子活性高于钛原子的原子活性，形成的合金薄膜中钛元素和铝元素的比值为0.3，所述合金薄膜形成的金属栅极结构的有效功函数为
4.46ev。
60.调节合金薄膜中第一元素和第二元素的特征原子比时，可通过调节特征温度的数值来调节特征原子比。例如，第一元素和第二原子的特征原子比为0.6－1，特征温度的范围为120℃－220℃，特征温度对不同元素原子吸附能力的影响不同，本实施例中，升高特征温度后，铝原子的原子活性大于钛原子的原子活性，因此，升高特征温度使铝原子更易吸附，形成的合金薄膜中铝原子的含量大于钛原子的含量，因此钛元素和铝元素的特征原子比随着特征温度的升高而增大。
61.实施例2
62.本实施例提供一种合金薄膜的制备方法，其与实施例1提供的合金薄膜的制备方法的区别在于：设置喷淋装置与承载平台之间的特征距离为6mm。形成的合金薄膜中钛元素和铝元素的比值为1.2，所述合金薄膜形成的金属栅极结构的有效功函数为4.51ev。
63.调节合金薄膜中第一元素和第二元素的特征原子比时，可通过调节喷淋装置与承载平台之间的特征距离来调节。例如，第一元素和第二元素的特征原子比为0.2－0.6，喷淋装置与承载平台之间的特征距离为2mm－15mm，本实施例中，由于钛原子的原子半径(1.45埃)大于铝原子的原子半径(1.43埃)，特征距离的大小对铝原子和钛原子吸附能力影响不同，因此，钛元素和铝元素的特征原子比随着喷淋装置与承载平台之间的特征距离的升高而降低。
64.实施例3
65.本实施例提供一种合金薄膜的制备方法，其与实施例1提供的合金薄膜的制备方法的区别在于：稳流装置的特征流量为800sccm。形成的合金薄膜中钛元素和铝元素的比值为0.6，所述合金薄膜形成的金属栅极结构的有效功函数为4.48ev。
66.调节合金薄膜中第一元素和第二元素的特征原子比时，可通过调节向所述反应腔室内通入的平衡气体的特征流量来调节。例如，第一元素和第二元素的特征原子比为0.7－0.9，稳流装置的特征流量的范围为500sccm－1100sccm，通常与吹扫气体的体积流量相近，本实施例中，稳流装置的特征流量可以影响钛原子和铝原子解吸附的能力，因此，钛元素和铝元素的特征原子比随着特征流量的升高而降低。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种合金薄膜的制备方法，所述合金薄膜包括第一元素至第m元素，其特征在于，包括：提供反应腔室，所述反应腔室内设有喷淋装置和承载平台；在所述承载平台表面放置前制程结构；在所述前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜，步骤包括：设置所述喷淋装置具有特征温度；设置所述喷淋装置与所述承载平台之间具有特征距离；设置稳流装置具有特征流量；在所述特征温度、所述特征距离、所述特征流量的条件下通过喷淋装置向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体，m为大于或等于2的整数，任意的第m前驱体包括第m元素，m为大于或等于1且小于或等于m的整数；通过调节特征温度、特征距离和特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比。2.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，对于第一元素至第m元素中任意的第m1元素和第m2元素，二者具有不同的原子活性，m1、m2均为大于或等于1且小于或等于m的整数，且m1不等于m2；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着所述特征温度的升高而增大；所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着所述特征距离的增大而降低，所述第m1元素和第m2元素的特征原子比随着所述特征流量的增大而降低。3.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，m等于2；所述合金薄膜包括钛元素和铝元素；在所述特征温度、所述特征距离、所述特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的过程为：在所述特征温度、所述特征距离、所述特征流量的条件下向所述反应腔室内通入含钛前驱体和含铝前驱体；通过调节所述特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节所述特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比；和/或，通过调节所述特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。4.根据权利要求3所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，通过调节所述特征温度调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过升高所述特征温度增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过降低所述特征温度减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。5.根据权利要求3所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，通过调节所述特征距离调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比的步骤包括：通过增大所述特征距离减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小所述特征距离增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。6.根据权利要求3所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，通过调节所述特征流量调节合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比包括：通过增大所述特征流量减小合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比，或者，通过减小所述特征流量增大合金薄膜中钛元素和铝元素的特征原子比。7.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，在形成不同特征原子比的不同合金薄膜时，任意的第m前驱体的流量不变，反应腔室的温度不变，任意的第m前驱体的脉冲时间不变，第m前驱体通入反应腔时的载气流量不变。
8.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，在前制程结构的表面形成第一元素至第m元素具有特征原子比的合金薄膜的工艺包括原子层沉积工艺；在所述特征温度、所述特征距离、所述特征流量的条件下向所述反应腔室内通入第一前驱体至第m前驱体的步骤包括：进行若干个连续的子循环沉积，任意一个子循环沉积用于沉积一层原子层膜；在任意一个子循环沉积中，在所述特征温度、所述特征距离、所述特征流量的条件下向所述反应腔室内交替通入第一前驱体至第m前驱体，通入不同的前驱体的步骤之间还进行了吹扫步骤。9.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述特征温度的取值范围为：120℃－220℃；所述特征距离的取值范围为：2mm－15mm；所述特征流量的取值范围为：500sccm－1100sccm。10.根据权利要求3所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述含钛前驱体通入所述喷淋装置之前的温度为室温，所述含铝前驱体通入所述喷淋装置之前的温度为40℃－115℃。11.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述反应腔室包括第一子反应腔室以及位于所述第一子反应腔室内的第二子反应腔室，在所述第一子反应腔室与所述第二子反应腔室之间设有加热装置，所述承载平台位于所述第二子反应腔室中。12.根据权利要求1所述的合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述合金薄膜为金属栅极层；所述前制程结构包括衬底层，位于所述衬底层一侧的高介电栅介质层，位于所述高介电栅介质层背离所述衬底层一侧的阻挡层；所述金属栅极层位于所述阻挡层背离所述衬底层的一侧表面。

技术总结
一种合金薄膜的制备方法包括：提供反应腔室，反应腔室内设有喷淋装置和承载平台；在承载平台表面放置前制程结构；在前制程结构的表面形成第一元素至第M元素具有特征原子比的合金薄膜，步骤包括：设置喷淋装置具有特征温度；设置喷淋装置与承载平台之间具有特征距离；设置稳流装置具有特征流量；在特征温度、特征距离和特征流量的条件下向所述腔室内通入第一前驱体至第M前驱体，M为大于或等于2的整数；通过调节特征温度、特征距离和特征流量中的任意一个或几个参数的数值来调节特征原子比。合金薄膜的制备方法工艺简单且合金薄膜可实现不同元素之间的原子比可控调节。同元素之间的原子比可控调节。同元素之间的原子比可控调节。


技术研发人员：李翔 袁红霞 强慧 韩萍 许所昌 王学博
受保护的技术使用者：江苏微导纳米科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/14