具体实施方式

下文提供的方法、结构、器件和装置的示例性实施例的描述仅是示例性的并且意在出于仅示意的目的。以下描述并不旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所陈述特征的多个实施例的叙述并不意图排除具有额外特征的其它实施例或并入所陈述特征的不同组合的其它实施例。例如，各种实施例作为示例性实施例阐述并可在从属权利要求中记载。除非另有说明，否则可将示例性实施例或其组成部分组合或者可彼此分开应用。

本公开涉及一种形成含氮化钒的层的方法。所述方法包括在反应器的反应腔室内提供基板和向基板的表面上沉积含氮化钒的层。在根据本公开的方法中，沉积工艺包括(例如，依序和分开地)向反应腔室提供钒前体和向反应腔室提供氮前体。

根据本公开的方法可用于产生包含含氮化钒的层的结构和包含含氮化钒的层的器件。根据本公开的含氮化钒的层和结构可用作金属栅中的功函数金属、衬垫/屏障、金属电极(DRAM、逻辑、3DNAND)以及用于逻辑的p-金属栅，此外用作用于逻辑和其它应用的偶极子(p)调谐层。

根据本公开的方法可在批量加工工具如立式炉中以小批量在单晶片反应器或空间反应器中进行。

在一个实施例中，钒前体可包含有机化合物。在另一个实施例中，钒前体可包含无机化合物。

有机钒前体可包含以下中的一种或多种：烷基氨基钒前体、二烷基氨基钒前体、脒基钒前体、醇钒前体、氧钒基醇盐前体、β-二酮酸钒前体和环戊二烯基钒前体。

整个本公开中应使用以下缩写：Me代表甲基(CH₃)，Et代表乙基(C₂H₅)。ⁿPr代表正丙基，ⁱPr代表异丙基，ⁿBu代表正丁基，^tBu代表叔丁基，ⁿPn代表正戊基，^tPn代表叔戊基。AMD代表乙脒基而FMD代表甲脒基。

烷基氨基钒前体的实例有V(NMe₂)₄、V(NEt₂)₄和V(NEtMe)₄。示例性的二烷基氨基钒前体包括V(NMe₂)₄、V(NEt₂)₄和V(NEtMe)₄(分别命名为四(二甲基氨基)钒(IV)、四(二乙基氨基)钒(IV)和四(乙基甲基氨基)钒(IV))。

脒基钒前体的实例有V(ⁱPrAMD)₃、V(^tBuAMD)₃、V(ⁱPrFMD)₃和V(^tBuFMD)₃。醇钒前体的实例有V(OMe)₄、V(OEt)₄、V(OⁿPr)₄、V(OⁱPr)₄、V(OⁱBu)₄、V(O^tBu)₄、V(O^tPn)₄和V(OⁿPn)₄。此外，氧钒基醇盐前体的实例有VO(OMe)₃、VO(OEt)₃、VO(OⁿPr)₃、VO(OⁱPr)₃、VO(OⁱBu)₃、VO(O^tBu)₃、VO(O^tPn)₃和VO(OⁿPn)₃。

β-二酮酸钒前体的实例有V(acac)₃(三-(2,4-戊二酮酸)钒(IV))、V(thd)₃(三-(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钒(IV))、V(hfac)₃(三-(1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-戊二酮酸)钒(IV))、VO(acac)₂(氧代双(2,4-戊二酮酸)钒(IV))、VO(thd)₂(氧代双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钒(IV))和VO(hfac)₂(氧代双(1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-戊二酮酸)钒(IV))。

环戊二烯基钒前体包括VCp₂Cl₂、VCp₂、VCp₂(CO)₄(分别命名为双氯双(环戊二烯基)钒(IV)、双(环戊二烯基)钒(II)和四羰基环戊二烯基钒))。另外的示例性环戊二烯基钒化合物包括这些化合物的变型，其中Cp是未取代的或带有一个或多个烷基基团，例如MeCp、EtCp、iPrCp等。

无机钒前体的实例有卤化钒前体和卤氧化钒前体。卤化钒前体可选自氟化钒、氯化钒、溴化钒、碘化钒等。卤氧化钒可选自氟氧化钒、氯氧化钒、溴氧化钒、碘氧化钒等。

此外，示例性的钒前体可包括“异质”或混合配体前体，其中示例性的配体类型可以任何可达到的数量(通常3-5种配体，但可有例外)的任何组合连接到钒原子。实例可包括V(Cl)_x(NMe)_4-x和V(Cl)_x(iPrAMD)_x。

氮前体可选自氨(NH₃)、肼(N₂H₄)以及包含氮和氢或由氮和氢组成的其它化合物中的一种或多种。例如，可使用氮气和氢气的混合物。在一个实施例中，氮前体不包括双原子氮，即氮前体为非双原子前体。

相对于使用其它前体如金属有机钒前体的方法，使用卤化钒前体可能是有利的，因为卤化钒前体可能相对廉价，可产生具有较低杂质如碳浓度的钒层，和/或使用这样的前体的工艺与使用金属有机或其它钒前体的工艺相比可能更可控。此外，可在没有等离子体辅助的情况下使用这样的反应物来形成激发物种。另外，与使用有机金属钒前体的方法相比，使用卤化钒的工艺可能更易于规模化。

在一个实施例中，沉积工艺包含至少一种前体的连续流动。在另一个实施例中，两种前体的流动可都是连续的。在另一个实施例中，两种前体的流动可以是至少部分同时的。

循环沉积工艺可包括原子层沉积工艺和循环化学气相沉积工艺中的一种或多种。循环沉积工艺可包括热工艺——即，不使用等离子体活化物种的工艺。在一些情况下，可将反应物暴露于等离子体以形成活化的反应物物种。在一些实施例中，循环沉积工艺可包含仅一个或多个热工艺。

在一个实施例中，在循环沉积工艺过程中反应腔室内基板的温度在约20℃至约800℃之间。例如，循环沉积工艺可包括加热基板到反应腔室内期望的沉积温度。温度可低于800℃。例如，加热基板到沉积温度可包括加热基板到大约20℃至大约800℃之间的温度。在一些实施例中，基板温度可在约100℃至约400℃之间、或在约200℃至约500℃之间，例如250℃、300℃或450℃，或在约20℃至约200℃之间。

在热循环沉积工艺的情况下，向反应腔室提供前体的持续时间可相对长以允许前体与另一前体或其衍生物反应。例如，持续时间可大于或等于5秒或者大于或等于10秒或者在约5秒至10秒之间。在一个实施例中，向反应腔室提供氮前体的持续时间大于或等于5秒，或者大于或等于10秒，或者在约5秒至约10秒之间。

除了控制基板的温度外，还可调节反应腔室内的压力。例如，在本公开的一些实施例中，反应腔室内的压力可小于760托或者在0.2托至760托之间、1托至100托之间、或1托至10托之间。

在一个实施例中，基板的表面包含第一表面材料和第二表面材料，并且其中循环沉积工艺导致含氮化钒的层相对于第二表面材料选择性地沉积在第一表面材料上。

在一些实施例中，含氮化钒的层相对于基板的第二介电表面选择性地沉积在基板的第一金属或金属性表面上。在一些实施例中，第二表面包含-OH基团，如基于SiO₂的表面。在一些实施例中，氮化钒相对于第二不同的SiO₂表面选择性地沉积在基板的第一金属、金属性、金属氧化物或介电表面上。

除非另外指明，否则如果表面在本文中被称为金属表面，那么其可以是金属表面或含金属表面。在一些实施例中，金属或金属性表面可包含金属，例如元素金属、金属氮化物、金属硅化物、金属碳化物和/或它们的混合物。在一些实施例中，金属或金属性表面可包含表面氧化，例如天然金属氧化物的表面层。在一些实施例中，金属或金属性表面的金属或金属性材料在具有或不具有表面氧化的情况下是导电的。在一些实施例中，金属或金属性表面包含硅，如H-封端的硅。在一些实施例中，金属或金属性表面为硅表面，如H-封端的硅表面。在一些实施例中，金属或金属性表面不为硅表面，不为如H-封端的硅表面。第一金属或金属性表面在本文中也可称为第一表面。

在一些实施例中，金属或金属性表面包含一种或多种过渡金属。在一些实施例中，金属或金属性表面包含铝。在一些实施例中，金属或金属性表面包含Al、Cu、Co、Ni、W中的一种或多种。在一些实施例中，金属性表面包含氮化钛。在一些实施例中，金属或金属性表面包含一种或多种贵金属如Ru。在一些实施例中，金属或金属性表面包含导电金属氧化物，如贵金属氧化物如RuO₂。

在一些实施例中，材料选择性地沉积在包含金属氧化物表面的第一金属表面上。金属氧化物表面可例如为WO_x、HfO₂、TiO₂、Al₂O₃或ZrO₂表面。在一些实施例中，金属氧化物表面为金属性材料的氧化表面。在一些实施例中，金属氧化物表面是通过使用氧化合物如包含O₃、H₂O、H₂O₂、O₂、氧原子、等离子体或原子团或其混合物的化合物氧化至少金属性材料的表面而形成的。在一些实施例中，金属氧化物表面为金属性材料上形成的天然氧化物。

在一些实施例中，含氮化钒的层相对于第二SiO₂表面选择性地沉积在包含介电表面的第一表面上。为简单起见，本文中使用术语介电来与另一表面即金属或金属性表面区分开。除非针对特定实施例另有指明，否则在本申请的上下文中，术语介电可理解为覆盖不导电或具有非常高的电阻率的所有表面。如本文所用，术语“介电表面”可指介电材料的表面，包括但不限于含硅介电材料，如例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅及其混合物。另外，术语“介电表面”还可指金属氧化物材料的表面或金属氮化物材料的氧化表面。

在一些实施例中，介电表面在本文中可被称为第二表面。在一些实施例中，第二表面可包含任何介电表面。在一些实施例中，提供了包含第一金属或金属性表面和第二介电表面的基板。在一些实施例中，提供了包含第一金属表面的基板，所述第一金属表面包含金属氧化物表面。在一些实施例中，第二表面可包含-OH基团。在一些实施例中，第二表面可以是基于SiO₂的表面。在一些实施例中，第二表面可包含Si-O键。在一些实施例中，第二表面可包含基于SiO₂的低-k材料。在一些实施例中，第二表面可包含大于约30％、优选大于约50％的SiO₂。在一些实施例中，第二表面可包含GeO₂。在一些实施例中，第二表面可包含Ge-O键。

在一个实施例中，第一表面可包含金属，并且第二表面可包含金属。在另一个实施例中，第一表面可包含金属，而第二表面可包含介电材料。在另一个实施例中，第一表面可包含介电材料，而第二表面可包含金属。在还另一个实施例中，第一表面和第二表面都包含介电材料。

在一个实施例中，沉积的选择性为至少50％、或至少80％、或至少90％。在另一个实施例中，沉积的选择性可为至少95％、至少98％或至少99％。沉积的选择性可甚至为至少99.5％或约100％。沉积的选择性可替代地基于给定条件下给定表面材料上的成核速度来评价。例如，含氮化钒的层可在一个、两个或三个沉积循环之后在第一表面材料上开始生长。或者，含氮化钒的层可在十个沉积循环之后在第一表面材料上开始生长。含氮化钒的层可在50个沉积循环之后或100个沉积循环之后在第二表面材料上开始生长。

在一个实施例中，沉积的选择性在循环沉积过程中通过回蚀来调节。在本文中，回蚀指的是在沉积循环之间去除一些已经沉积的层的工艺。回蚀可增加选择性，因为它可比在第一表面材料上更多地减慢在第二表面材料上的层生长。根据本公开的方法可包括一个或多个回蚀阶段，所述一个或多个回蚀阶段的时间间隔、持续时间和其它特征可独立于沉积周期来选择。这允许调整工艺以达到所需的层选择性、厚度等。

在一个实施例中，含氮化钒的层为种子层。种子层可增加另一种沉积材料的成核速率。这进而可导致以较少数量的沉积循环获得基本上或完全连续的层并改善层的完整性。这可允许沉积较薄的层。替代地或另外，获得的层的表面可更平滑。这在例如在敏感应用和包含高纵横比结构的应用中避免缺陷方面可能是有利的。在一个实施例中，可在沉积氮化钛层之前沉积含氮化钒的层作为种子层。氮化钛层可通过使用循环沉积工艺从TiCl₄和NH₃沉积。

在沉积金属层之前使用含氮化钒的层作为种子层可能是有利的。可沉积在含氮化钒的种子层上的金属的实例有钼、钨、铜和钴。金属层可用作例如阻挡金属、用于逻辑的功函数金属或用作DRAM电极。

在一个实施例中，种子层的厚度为0.6nm或更小，例如0.4nm。可能可以沉积基本上连续的含氮化钒的薄层。这样的层可在空间有限的结构中具有优势。种子层可以是基本上连续的。在一个实施例中，种子层可以是非连续的。成核的速度也可通过非连续的种子层来改善。这可能是期望的，例如以减少种子层对正在产生的结构的性质的影响。

在另外的实施例中，含氮化钒的层可沉积在种子层(在本公开中称为底层)上。在基板与含氮化钒的层之间使用底层可允许沉积具有降低的电阻率的含氮化钒的层。因此，可能是使用底层允许以较少数量的沉积循环沉积基本上或完全连续的含钒层，从而改善了层的完整性和/或表面平滑性，如上所述。在一些实施例中，在包含介电材料、基本上由介电材料组成或由介电材料组成的基板上沉积底层。在一些实施例中，介电材料为热氧化物。在一些实施例中，介电材料为热氧化物。

在含氮化钒的层下使用底层在其中使用厚度在10nm以下、或5nm以下、或3nm以下、或2nm以下、或1.5nm以下的含氮化钒的层的应用中可能是有利的。在一些实施例中，底层的厚度可例如为约0.05nm至约0.4nm、或约0.1nm至约0.3nm，如约0.15nm、约0.2nm、约0.25nm或约0.35nm。

底层可以是基本上连续的。在一些实施例中，底层可以是非连续的。底层可包含各种化学物质，如如本领域已知地沉积的氧化硅或含碳金属氧化物。在一些实施例中，在一至五个沉积循环如一个、两个或三个沉积循环中沉积底层。

作为根据本公开的方法的非限制性例子，当根据本公开的含氮化钒的层基本上仅包含钒和氮并且层的厚度为大约时，膜的电阻率可为200μOhm cm或更低。当含氮化钒的层的厚度为大约时，电阻率可小于300μOhm cm，而当层的厚度为大约时，电阻率可小于350uOhm。此外，当含氮化钒的膜的厚度为大约时，电阻率可小于500μOhmcm。与相似厚度的TiN层的电阻率增加相比，含氮化钒的层的电阻率的增加可能较慢。

根据本公开的方法可在单晶片工具上或在批量反应器中进行。反应腔室可以是独立的反应腔室或是多功能工具的一部分。

对于批量沉积中的含氮化钒的层，可能可以获得良好的晶片内厚度不均匀性以及良好的下沉(down-boat)厚度和电阻率性能。在一些实施例中，晶片在加工过程中旋转。在一些实施例中，批量反应器包括配置为容纳竖直堆叠在晶舟上的25个或更多、50个或更多、75个或更多、100个或更多、150个或更多晶片的反应器。在其它实施例中，批量反应器可包括配置为容纳10个或更少晶片、8个或更少晶片、6个或更少晶片、4个或更少晶片、或者2个晶片的小批量反应器。在其中使用批量反应器的一些实施例中，并且当含氮化钒的层的厚度小于20nm、小于15nm、小于10nm、小于7nm、小于5nm、小于4nm或小于3nm时，晶片与晶片的厚度或电阻率不均匀性可小于20％(1西格玛)、小于10％、小于5％、小于3％、小于2％或甚至小于1％。

在晶片内，厚度或电阻率的不均匀性小于30％(1西格玛)、小于20％、小于15％、小于10％、小于5％、小于3％、小于2％、小于1％或甚至小于0.5％。

在一个实施例中，含氮化钒的层被用作蚀刻停止层。在另一个实施例中，含氮化钒的层可被用作金属氧化物如介电金属氧化物(例如，氧化铝)的蚀刻停止层。

在一个实施例中，循环沉积工艺包括在SiH₄的存在下退火。退火可用于减小层的应力。退火可在循环沉积工艺过程中进行。替代地，退火可在循环沉积工艺之后进行。退火可进行一次。替代地，退火可在循环沉积工艺过程中以预定的时间间隔进行若干次。退火可通过减小层固有应力和/或热应力来影响层性质。沉积层中应力的减小可积极地影响最终器件的性质。

在一个实施例中，退火中可使用硅烷化合物，如硅烷(SiH₄)、乙硅烷(Si₂H₆)、丙硅烷(Si₃H₈)或丁硅烷(Si₄H₁₀)。其它硅烷化合物包括卤代硅烷，如氯硅烷，例如可使用八氯丙硅烷(OCTS)、HCDS(六氯乙硅烷)和DCS(二氯硅烷)。

在不将本公开限制于任何特定理论的情况下，在含硅化合物如硅烷的存在下退火可能向层中引入一些量的硅。通过适当地选择退火方案，引入的硅的量可不同并可调整。

在一个实施例中，退火可在300℃至500℃之间的温度下、例如在大约350℃、370℃或400℃的温度下进行。

本公开通过附图中描绘的以下示例性实施例进一步说明。此外，本文呈现的图示并不意味着是任何特定材料、结构或器件的实际视图，而仅仅是用来描述本公开的实施例的示意性表示。应理解，图中的元件仅为简单和清晰起见示意而不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大以帮助改善对所示意的本公开实施例的理解。

图1示意了根据本公开的示例性实施例的方法100。可使用方法100来形成包含氮化钒的层，即含氮化钒的层。含氮化钒的层可在器件如本文提到的器件的形成过程中使用。然而，除非另有说明，否则方法不限于这样的应用。

方法100包括在反应器(102)的反应腔室内提供基板和向基板(104)的表面上沉积包含氮化钒的层。

在102期间，可在反应腔室内提供基板。在步骤102期间使用的反应腔室可以是或可包括配置为进行沉积工艺的化学气相沉积反应器系统的反应腔室。沉积工艺可为循环沉积工艺。反应腔室可以是独立的反应腔室或是多功能工具的一部分。反应腔室可为批量加工工具。

步骤102可包括加热基板到反应腔室内的期望沉积温度。在本公开的一些实施例中，步骤102包括加热基板到低于800℃的温度。例如，在本公开的一些实施例中，加热基板到沉积温度可包括加热基板到大约100℃至大约500℃、约250℃至约450℃、约250℃至约400℃、或约200℃至约350℃之间的温度。

除了控制基板的温度外，还可调节反应腔室内的压力。例如，在本公开的一些实施例中，步骤102期间反应腔室内的压力可小于760托或者在0.5托至760托、约1托至100托、如或约1托至10托之间。压力可为例如10托或更小、5托或更小、3托或更小、2托或更小、1托或更小、0.1托或更小或者0.001托或更小。

在步骤104期间，使用沉积工艺向基板的表面上沉积包含氮化钒的层。如上所述，沉积工艺可以是循环沉积工艺，并且可包括循环CVD、ALD或混合循环CVD/ALD工艺。举例来说，在一些实施例中，与CVD工艺相比，特定ALD工艺的生长速率可能低。提高生长速率的一个方法可以是相比于通常在ALD工艺中采用的温度在更高的沉积温度下操作，从而导致化学气相沉积工艺的一些部分，但仍利用前体的依序引入。这样的工艺可被称作循环CVD。在一些实施例中，循环CVD工艺可包括向反应腔室中引入两种或更多种前体，其中在反应腔室中所述两种或更多种前体之间可能存在重叠的时间段，从而导致沉积的ALD组成部分和沉积的CVD组成部分两者。这被称为混合工艺。根据进一步的实例，循环沉积工艺可包括一种反应物/前体的连续流动和第二前体进入反应腔室中的周期性脉冲。步骤104期间反应腔室中的压力和/或温度可与上文结合步骤102所述的任何压力和温度相同或相似。

根据本公开的一些实例，沉积工艺为热沉积工艺。在这些情况下，沉积工艺不包括使用等离子体来形成用于沉积工艺中的活化物种。例如，沉积工艺可不包括等离子体的形成或使用，可不包括激发物种的形成或使用，和/或可不包括自由基的形成或使用。在热循环沉积工艺的情况下，向反应腔室提供前体的步骤的持续时间可相对长以允许前体与另一前体或其衍生物反应。例如，持续时间可大于或等于5秒或者大于或等于10秒或者在约5秒至10秒之间。

在其它情况下，可使用等离子体来激发一种或多种前体、一种或多种前体和/或一种或多种惰性气体。

循环沉积工艺可包括(例如，分开地和/或依序地)向反应腔室提供钒前体和向反应腔室提供氮前体。在一些情况下，可与钒前体或与氮前体一起向反应腔室提供氢反应物。氢反应物可包含例如H₂或者激发的、原子、等离子体或自由基氢物种。

图2描绘了适合于方法100的步骤104的示例性循环方法200。方法200包括向反应腔室提供钒前体的步骤(步骤202)和向反应腔室提供氮前体的步骤(步骤204)。根据本公开的实例，在向反应腔室提供氮前体的步骤(步骤204)期间，形成含氮化钒的层。

在本公开的一些实施例中，方法100包括重复包括步骤202和204的单元沉积循环，在步骤202和/或步骤204之后有任选的吹扫或移动步骤。沉积循环可基于例如含氮化钒的层的期望厚度重复一次或多次。例如，如果含氮化钒的层的厚度小于特定应用所期望的厚度，则可将步骤202和204重复一次或多次。在一些实施例中，所述方法包括至少1个循环到至多100个循环、或至少2个循环到至多80个循环、或至少3个循环到至多70个循环、或至少4个循环到至多60个循环、或至少5个循环到至多50个循环、或至少10个循环到至多40个循环、或至少20个循环到至多30个循环。在一些实施例中，所述方法包括至多100个循环、或至多90个循环、或至多80个循环、或至多70个循环、或至多60个循环、或至多50个循环、或至多40个循环、或至多30个循环、或至多20个循环、或至多10个循环、或至多5个循环、或至多4个循环、或至多3个循环、或至多2个循环、或单个循环。

钒前体可包含本公开中指示的任何前体。

可在一个或多个步骤之前或之后使用真空和/或惰性气体吹扫反应腔室以例如缓和前体之间的气相反应并实现自饱和表面反应(例如，在ALD的情况下)。例如，可在步骤202、204中的一个或多个之后吹扫反应腔室。另外或替代地，可移动基板以分开接触第一气相前体和第二气相前体。在使基板与下一反应性化学物质接触之前，可如通过吹扫反应空间或通过移动基板来从基板表面或反应腔室去除过剩的化学物质和反应副产物(如果有的话)。可在向反应腔室提供前体的步骤之后和/或在向反应腔室提供前体的步骤之后吹扫反应腔室。

在一些实施例中，在纵横比(高/宽)大于约2、大于约5、大于约10、大于约25、大于约50、大于约100、或在约10至100或约5至约25之间的结构中/上，包含氮化钒的层的台阶覆盖率等于或高于约50％、或高于约80％、或高于约90％、或约95％、或约98％、或约99％或更高。

在一些实施例中，含氮化钒的层的生长速率可相对低——例如，小于3埃/循环、约0.2至3埃/循环之间、或约0.1至约1埃/循环。替代地，含氮化钒的层的生长速率可小于10埃/循环、或小于5埃/循环或小于4埃/循环。相对低的生长速率可促进期望的膜厚度精度和/或膜厚度均匀性。然而，当适当地选择工艺条件时，可实现更快的生长速率。优选的层生长速率取决于应用并可由技术人员根据需要选择。

图3示意了根据本公开的另外的实例的器件300的结构/部分。器件或结构300包括基板302、介电或绝缘材料305和包含氮化钒的层308。在所示实例中，结构300还包括另外的传导层310。

基板302可以是或可包括任何本文所述的基板材料。

介电或绝缘材料305可包括一个或多个介电或绝缘材料层。例如，介电或绝缘材料305可包括界面层304和沉积成叠置在界面层304上面的高-k材料306。在一些情况下，界面层304可不存在或可不在可察觉的程度上存在。界面层304可包含氧化物，如氧化硅，其可使用例如化学氧化工艺或氧化物沉积工艺形成在基板302的表面上。高-k材料306可以是或可包括例如介电常数大于约7的金属氧化物。在一些实施例中，高-k材料的介电常数高于氧化硅的介电常数。在一些实施例中，高-k材料可包括氧化铪(HfO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钛(TiO₂)、硅酸铪(HfSiO_x)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)中的一种或多种及包含一个或多个这样的层的混合物/层合物。

含氮化钒的层308可根据本文描述的方法形成。当使用循环沉积工艺来形成含氮化钒的层308时，例如通过控制一个或多个沉积循环期间钒前体和/或一种或多种反应物的量和/或相应的脉冲时间或脉冲次数，从含氮化钒的层308的底部到含氮化钒的层308的顶部，含氮化钒的层308中钒、氮和/或其它组成成分的浓度可不同。在一些情况下，含氮化钒的层308可具有化学计量组成。可通过改变层中或沉积循环中钒、氮和/或其它化合物的量来改变含氮化钒的层308的功函数和其它性质。

包含氮化钒的层308可包含单独或组合地小于一原子百分数、小于0.2原子百分数、或小于0.1原子百分数、或小于0.05原子百分数的量的杂质，如卤素、氢等。

含氮化钒的层308的厚度可随应用而异。作为实例，含氮化钒的层308的厚度可小于5nm或约0.1nm至约10nm、或约0.1nm至约5nm、或约0.2nm至约5nm、或约0.3nm至约3nm、或约0.3nm至约1nm。当用于替换可能包含铝而不是钒的层时，含氮化钒的层308可相对薄，这对于包括功函数和/或电压阈值调整层在内的许多应用来说可能是期望的。在一些情况下，含氮化钒的层308的厚度可大于2nm——例如，当含氮化钒的层308被用作阻挡层或衬垫时。

移位的含氮化钒的层308的功函数可为>4.6eV、>4.7eV、>4.8eV、>4.9eV、>4.95eV或>5.0eV。使用如本文所述的含氮化钒的层，器件的功函数值可移位约30meV至约300meV、或约30meV至约200meV、或约50meV至约100meV。可操纵含氮化钒的层的厚度和/或组成以获得功函数和/或阈值电压的期望移位。

另外或替代地，包含氮化钒的层308可——例如，使用方法100——形成厚度<5nm、<4nm、<3nm、<2nm、<1.5nm、<1.2nm、<1.0nm或<0.9nm的连续膜。含氮化钒的层308可相对平滑，具有相对低的晶界形成。在一些情况下，含氮化钒的层308可以是非晶的，具有相对低的柱状晶体结构(与TiN相比)。在小于10nm的厚度下，示例性的含氮化钒的层308的RMS粗糙度可<1.0nm、<0.7nm、<0.5nm、<0.4nm、<0.35nm或<0.3nm。

另外的传导层310可包括例如金属，如难熔金属等。作为实例，传导层310可以是或可包括以下中的一种或多种：氮化钛；氮化钒；包括氮化钛和金属(例如W、Co、Ru、Mo)或氮化钛、钛铝碳和氮化钛的金属堆叠；氮化碳钨；钴；铜；钼；钌等。

尽管示意为含氮化钒的层308叠置在介电或绝缘材料305上面，但在一些情况下，含氮化钒的层308可另外或替代地直接形成在基板302(其可包括各种层和/或拓扑)上方和/或在介电或绝缘材料305下面、界面层304与高-k材料306之间、和/或高-k材料306的层之间。此外，可沉积含氮化钒的层308并至少部分地去除，使得所得结构可不再包括含氮化钒的层308或者包括比最初形成在结构上的包含氮化钒的层的数量少的层。

图4示意了根据本公开的实例的另一示例性结构400。器件或结构400包括基板402、介电或绝缘材料404和含氮化钒的层406。在所示实例中，结构400还包括另外的传导层412。基板402、介电或绝缘材料404、含氮化钒的层406和另外的传导层412可与基板402、介电或绝缘材料404、含钒和/或氮化钒的层408和传导层410相同或相似。与上面类似，含氮化钒的层406可另外或替代地形成为叠置在基板402(其可包括各种层和/或拓扑)上面和/或绝缘材料404下面、界面层408与高-k材料410之间、和/或高-k材料410的层之间。此外，可沉积含氮化钒的层406并至少部分地去除，使得所得结构可不再包括含氮化钒的层406或者包括比最初形成在结构上的包含氮化钒的层406的数量少的层。

在所示实例中，基板402包括源极区414、漏极区416和沟道区418。尽管示意为卧式结构，但根据本公开的实例的结构和器件可包括立式和/或三维结构和器件，如FinFET器件、环栅器件和纳米片器件。

图5示意了根据本公开的实例的另一结构500。结构500适合于环栅场效应晶体管(GAA FET)(也称为横向纳米线FET)器件等。

在所示实例中，结构500包括半导体材料502、介电材料504、含氮化钒的层506和传导层508。结构500可形成为叠置在基板上面，包括本文所述的任何基板材料。

半导体材料502可包括任何合适的半导体材料。例如，半导体材料502可包括IV族、III-V族或II-VI族半导体材料。举例来说，半导体材料502包括硅。

介电材料504、含氮化钒的层506和传导层508可与上述介电或绝缘材料305、含氮化钒的层308和传导层310相同或相似。根据本公开的进一步实例，含氮化钒的层506可形成为叠置在半导体材料502上面和/或在介电材料504下面。

图6示意了根据本公开的还另外的示例性实施例的沉积装置600。装置600可用于进行如本文所述的方法和/或形成如本文所述的结构或器件部分。

在所示实例中，装置600包括一个或多个反应腔室602、第一前体气体源604、第二前体气体源606、吹扫气体源608、排气源610和控制器612。

反应腔室602可包括任何合适的反应腔室，如ALD或CVD反应腔室。

第一前体气体源604可包括容器和如本文所述的一种或多种钒前体——单独地或与一种或多种载气(例如，惰性气体)混合地。第二前体气体源606可包括容器和如本文所述的一种或多种前体(例如，氮前体)——单独地或与一种或多种载气混合地。吹扫气体源608可包括如本文所述的一种或多种惰性气体。尽管示意为具有三个气体源604-608，但装置600可包括任何合适数量的气体源。气体源604-608可经由管线614-618联接到反应腔室602，所述管线可各自包括流量控制器、阀、加热器等。

排气源610可包括一个或多个真空泵。

控制器612包括电子电路和软件以选择性地操作阀、歧管、加热器、泵和装置600中包括的其它部件。这样的电路和部件的运行从相应的源604-608引入前体、反应物和吹扫气体。控制器612可控制气体脉冲序列的时序、基板和/或反应腔室的温度、反应腔室内的压力以及各种其它操作以提供装置600的正确运行。控制器612可包括控制软件以电控制或气动控制阀而控制前体、反应物和吹扫气体进出反应腔室602的流动。控制器612可包括执行某些任务的模块，如软件或硬件部件，例如FPGA或ASIC。模块可有利地配置为位于控制系统的可寻址存储介质上并配置为执行一个或多个工艺。

装置600的其它配置是可能的，包括不同数目和种类的前体和反应物源及吹扫气体源。此外，应理解，存在阀、导管、前体源和吹扫气体源的许多布置，其可用来实现向反应腔室602中选择性地进给气体的目标。此外，作为装置的示意性图示，为了简化说明，省去了许多部件，这样的部件可包括例如各种阀、歧管、纯化器、加热器、容器、通风孔和/或旁路。

在沉积装置600的运行期间，基板如半导体晶片(未示意)将从例如基板搬运系统转移到反应腔室602。一旦一个或多个基板被转移到反应腔室602，即向反应腔室602中引入来自气体源604-608的一种或多种气体，如前体、反应物、载气和/或吹扫气体。

上文描述的本公开的实例实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅是本发明的实施例的实例，本发明由附随的权利要求书及其法律等同物限定。任何等同的实施例均意在包括在本发明的范围内。实际上，除本文示出和描述的那些外，本公开的各种修改，如所述要素的替代的可用组合，本领域技术人员可从说明书显而易见。这样的修改和实施例也意在落在附随的权利要求书的范围内。