[發(fā)明專利]鎢特征填充

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380022693.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN104272441A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿南德·查德拉什卡;愛思特·杰恩;拉什納·胡馬雍;邁克爾·達(dá)內(nèi)克;高舉文;王德齊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 諾發(fā)系統(tǒng)公司
• 主分類號(hào): H01L21/31
• 分類號(hào): H01L21/31;H01L21/205
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所 31263
• 代理人: 李獻(xiàn)忠

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)根據(jù)35USC§119(e)主張于2012年3月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/616,377號(hào)的優(yōu)先權(quán)，為所有的目的，該專利申請(qǐng)的整體內(nèi)容通過引用的方式并入本申請(qǐng)中。

背景技術(shù)

使用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的含鎢材料的沉積是許多半導(dǎo)體制造過程不可或缺的部分。這些材料可用于水平互連、鄰接金屬層之間的通孔、第一金屬層與硅襯底上的裝置之間的接點(diǎn)、以及高深寬比特征。在常規(guī)沉積過程中，在沉積腔室中將襯底加熱到預(yù)定的工藝溫度，并且沉積作為晶種或成核層的含鎢材料薄層。然后，將含鎢材料的其余部分(主體層)沉積在此成核層上。按照慣例，含鎢材料是通過六氟化鎢(WF₆)與氫(H₂)的還原反應(yīng)而形成。將含鎢材料沉積在包括特征與場(chǎng)區(qū)域的整個(gè)襯底暴露表面區(qū)域上方。

將含鎢材料沉積到小并且具高深寬比的特征內(nèi)可能會(huì)在已填充的特征內(nèi)部引起接縫與空隙的形成。大的接縫可能會(huì)導(dǎo)致高電阻、污染、所填充的材料的損失，并且以其他方式使集成電路的性能降低。例如，接縫可能在填充過程之后延伸靠近場(chǎng)區(qū)域，然后在化學(xué)機(jī)械研磨期間打開。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明所述主題的一方面可以在以鎢來填充特征的方法中實(shí)施，所述方法包括：在特征內(nèi)保形地沉積鎢以用第一主體(bulk)鎢層來填充特征，去除一部分的第一主體鎢層以在特征內(nèi)留下蝕刻過的鎢層；以及將第二主體鎢層選擇性地沉積在蝕刻過的鎢層上。根據(jù)各種實(shí)施例，第二主體鎢層可填充特征，或者可選擇性或保形地沉積一個(gè)或多個(gè)額外鎢層以完成特征填充。在某些實(shí)施例中，第二主體鎢層可部分地填充特征，而特征的剩余部分則維持未填充。

根據(jù)各種實(shí)施例，以第一主體鎢層保形地填充特征可包括使一個(gè)或多個(gè)空隙和/或接縫形成在特征內(nèi)。當(dāng)去除一部分的沉積鎢層時(shí)，可去除或打開這些接縫和/或空隙中的一個(gè)或多個(gè)。

選擇地沉積第二主體鎢層可包括在特征內(nèi)不形成成核層的情況下直接在蝕刻過的鎢層上進(jìn)行沉積。在某些實(shí)施例中，第二主體鎢層中的晶粒生長(zhǎng)的方向和/或長(zhǎng)度不同于第一主體鎢層。

根據(jù)各種實(shí)施例，特征可以參照襯底的平面而垂直定向或水平定向。在某些實(shí)施例中，特征可包括一個(gè)或多個(gè)收縮部或突出部，和/或具有內(nèi)凹輪廓。收縮部的實(shí)例包括3-D結(jié)構(gòu)中的支柱收縮部。去除一部分的第一主體鎢層可包括蝕刻通過收縮部或突出部。

可將第一主體鎢層沉積在特征表面上，包括在介電表面上、在加襯于特征的底層上、或在事先沉積的鎢成核層或主體鎢層上。底層的實(shí)例包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、無氟鎢(FFW)、以及TiAl(鈦鋁)。

去除一部分的第一主體鎢層可包括使該層暴露于在等離子體產(chǎn)生器中所產(chǎn)生的活化物質(zhì)，包括在遠(yuǎn)程產(chǎn)生和/或原位產(chǎn)生的等離子體中所產(chǎn)生的活化物質(zhì)。可以使用的等離子體產(chǎn)生器的實(shí)例包括電容耦合等離子體(CCP)產(chǎn)生器、感應(yīng)耦合等離子體(ICP)產(chǎn)生器、變壓器耦合等離子體(TCP)產(chǎn)生器、電子回旋共振(ECR)產(chǎn)生器、以及螺旋波等離子體產(chǎn)生器?；罨镔|(zhì)的實(shí)例可包括離子、自由基以及原子物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，這些方法可包括使鎢暴露于自由基與原子物質(zhì)，而實(shí)質(zhì)上不存在離子物質(zhì)。在某些其他實(shí)施例中，這些方法可包括使鎢暴露于離子物質(zhì)。

在某些實(shí)施例中，以具有超過100％的階梯覆蓋率的鎢來填充特征。在某些實(shí)施例中，第二主體鎢層可以對(duì)特征不保形。

本文所述的主題的另一方面可以在以鎢來填充特征的方法中實(shí)施，所述方法包括：提供包括特征的襯底，此特征具有一個(gè)或多個(gè)特征開口、特征側(cè)壁、特征內(nèi)部、以及沿著特征的長(zhǎng)度延伸的特征軸，在特征內(nèi)沉積鎢以用第一主體鎢層來填充特征，其中晶粒生長(zhǎng)與特征軸實(shí)質(zhì)上正交；去除一部分的第一主體鎢層而在特征內(nèi)留下蝕刻過的鎢層；以及將第二主體鎢層選擇性地沉積在蝕刻過的鎢層上，其中晶粒生長(zhǎng)實(shí)質(zhì)上平行于特征軸。

本文所述的主題的另一方面可以在包含以下步驟的方法中實(shí)施：在特征內(nèi)保形沉積鎢以用第一主體鎢層來填充特征，在去除一部分的鎢之后接收襯底，所接收的特征包括蝕刻過的鎢層；以及在蝕刻過的鎢層上選擇性地沉積第二主體鎢層。在某些實(shí)施例中，第二主體鎢層可以對(duì)特征不保形。