[發(fā)明專利]實(shí)現(xiàn)無縫鈷間隙填充的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380014720.7
• 申請(qǐng)日: 2013-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN104205302B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 布尚·N·左普;阿夫熱里諾·V·杰拉托斯;博·鄭;雷宇;付新宇;斯里尼瓦斯·甘迪科塔;尚浩·于;馬修·亞伯拉罕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/31;H01L21/205;H01L21/8238
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,趙靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及用于在半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)中沉積接觸金屬層的方法。

背景技術(shù)

集成電路可包括一百萬個(gè)以上的微電子場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，這些晶體管形成在基板(例如，半導(dǎo)體晶片)上且共同合作以執(zhí)行電路內(nèi)的各種功能。可靠地制造次半微米(sub-half?micron)和更小的特征結(jié)構(gòu)是制造下一代半導(dǎo)體器件的超大規(guī)模集成電路(VLSI)和特大規(guī)模集成電路(ULSI)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，當(dāng)集成電路技術(shù)被推向極限時(shí)，欲不斷縮小VLSI和ULSI技術(shù)中的互連線(interconnects)尺寸在處理能力上有著額外的要求。可靠地形成柵極圖案對(duì)于集成電路的成功并持續(xù)致力于提高電路密度和各別基板和芯片(die)的品質(zhì)而言相當(dāng)重要。

隨著特征結(jié)構(gòu)尺寸越來越小，對(duì)于較高深寬比(aspect?ratio)(定義為所述特征結(jié)構(gòu)的深度與寬度之間的比例)的要求也穩(wěn)定提高至20:1，甚至更高。當(dāng)在具有小的幾何形狀(諸如具有約20:1的深寬比或更小的幾何形狀)的接觸結(jié)構(gòu)中沉積接觸金屬層時(shí)，可能發(fā)生各式各樣的問題。例如，當(dāng)過孔具有小于50nm的臨界尺寸或具有大于10:1的深寬比時(shí)，使用傳統(tǒng)的PVD工藝所沉積的接觸金屬層經(jīng)常遭遇階梯覆蓋不良、懸突(overhang)和在過孔或溝槽內(nèi)形成空隙(void)的情況。過孔或溝槽的底部和側(cè)壁上沉積不足亦可能造成沉積不連續(xù)，從而導(dǎo)致器件短路或互連形成不良。此外，接觸金屬層對(duì)于下方的含硅層可能具有較差的附著力，導(dǎo)致所述接觸金屬層從基板和后續(xù)的導(dǎo)電金屬層上剝落。

隨著晶體管密度的增加和隨之而來金屬接觸截面的減少，要使用現(xiàn)有的低電阻率鎢(W)集成方案以滿足接觸電阻的要求將極具挑戰(zhàn)性。在鎢接觸集成方案中必須使用高電阻率粘附層(例如，B₂H₆成核作用)和阻擋層(例如，TiN)，導(dǎo)致接觸電阻升高，使得鎢接觸集成方案對(duì)于小于22納米的節(jié)點(diǎn)技術(shù)而言是缺乏吸引力的選項(xiàng)。

因此，需要一種用于在高深寬比特征結(jié)構(gòu)中形成接觸金屬層的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及用于在半導(dǎo)體器件的接觸結(jié)構(gòu)中沉積接觸金屬層的方法。在某些實(shí)施方式中，提供一種沉積接觸金屬層以用于形成半導(dǎo)體器件中的接觸結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括進(jìn)行循環(huán)金屬沉積工藝以在基板上沉積接觸金屬層，并對(duì)設(shè)置在所述基板上的接觸金屬層進(jìn)行退火。所述循環(huán)金屬沉積工藝包括使所述基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物，以在所述基板上沉積所述接觸金屬層的一部分，使所述接觸金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝，以及重復(fù)進(jìn)行使所述基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物的步驟及使所述接觸金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝的步驟，直到達(dá)到所述接觸金屬層的預(yù)定厚度。

在某些實(shí)施方式中，提供一種沉積接觸金屬層以用于形成半導(dǎo)體器件中的接觸結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括進(jìn)行阻擋層沉積工藝以在基板上沉積阻擋層，進(jìn)行潤濕層沉積以在所述基板上沉積潤濕層，以及進(jìn)行循環(huán)金屬沉積工藝以在所述基板上沉積接觸金屬層。所述循環(huán)金屬沉積工藝包括使所述基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物，以在所述基板上沉積所述接觸金屬層的一部分，以及重復(fù)進(jìn)行使所述基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物的步驟和使所述接觸金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝的步驟，直到達(dá)到所述接觸金屬層的預(yù)定厚度。所述方法進(jìn)一步提供對(duì)設(shè)置在所述基板上的接觸金屬層進(jìn)行退火。

在某些實(shí)施方式中，提供一種沉積接觸金屬層以用于形成半導(dǎo)體器件中的接觸結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括進(jìn)行阻擋層沉積工藝以在基板上沉積阻擋層，進(jìn)行潤濕層沉積工藝以在所述基板上沉積潤濕層，以及在所述潤濕層上進(jìn)行退火工藝。所述方法進(jìn)一步包括進(jìn)行金屬沉積工藝以在所述基板上沉積接觸金屬層，這一步驟是通過使所述接觸金屬層暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物而在所述基板上沉積所述接觸金屬層的一部分。最后，所述方法包括使所述接觸金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝并對(duì)設(shè)置在所述基板上的接觸金屬層進(jìn)行退火。

附圖說明

可參照各實(shí)施方式(一些實(shí)施方式描繪于附圖中)來詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征以及以上簡(jiǎn)要概述的有關(guān)本發(fā)明更特定的描述。然而應(yīng)注意，這些附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明可允許其他等效實(shí)施方式。

圖1描繪適合用于執(zhí)行本文所述實(shí)施方式的金屬沉積處理腔室的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖；