[發明專利]通過控制表面組成來調控鎢生長

有效

• 申請號: 201380053240.1
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104813444B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 吳凱;樸基振;柳尚澔;李相協;大東和也;約書亞·柯林斯;王成賢
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/20
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,趙靜

技術領域

本發明的實施方式大體涉及用于在半導體制造期間處理基板的方法。特別地，本發明的實施方式涉及在CVD沉積工藝之前處理成核層的方法。

背景技術

可靠地生產納米尺寸的特征是下一代半導體器件的關鍵技術之一。縮小的電路與器件尺寸已對處理能力提出了額外的要求。位于集成電路技術核心的多層互連需要精準地處理高深寬比特征，比如過孔及其他互連。可靠地形成這些互連對未來成功及持續努力增加單個基板的電路密度與品質是至關重要的。

基板上形成的特征的金屬鍍覆(metallization)包括諸如鎢之類的金屬的CVD沉積。鎢可用于漏極觸點、源極觸點的金屬填充、金屬柵極填充和柵極觸點，以及DRAM和閃存中的應用。隨著特征尺寸縮小，漸漸難以填充橫截面尺寸小于20nm的特征，同時維持填充區域無空隙。此外，若鎢的填充并非幾近完美，則后處理步驟(比如鎢層的CMP及鎢(濕式和干式)回蝕刻(etchback))可能會打開空隙或甚至縫，而產生集成問題。

在凹狀(re-entrant)特征中，所述特征的上部小于下部，所述特征不能通過當前的技術(甚至是以100％保形的鎢處理)無縫地填充。鎢CVD填充在近20年已發展至幾近100％的保形性。但是，當前的技術在傳統的ALD鎢成核之后進行鎢鹵化物與H₂的體CVD填充，無法達成在特征內部比在場上有更多的填充物。所產生的縫在鎢CMP期間暴露至漿料，或在鎢回蝕刻期間暴露至鎢蝕刻化學品(chemistry)。CMP漿料或回蝕刻化學品從鎢CVD處理進入縫，擴大縫，且可能導致下游的顯著集成問題。

因此，在本領域中有許多努力致力于建立一種用于特征的無縫鎢填充的鎢沉積工藝，所述工藝具有增強的自底向上的鎢生長過程。

發明內容

本發明的實施方式大體提供一種形成與處理成核層以控制鎢優先沉積至溝槽與過孔中的方法。在一個實施方式中，一種控制CVD工藝中的成核的方法可包括以下步驟：使包含鎢鹵化物的第一成核氣體與反應物氣體反應，以沉積第一成核層；由含氮氣體形成等離子體，以產生活化氮；用所述活化氮處理所述第一成核層的至少一部分，其中所述活化氮優先沉積在表面區域上；使包含鎢鹵化物的第一沉積氣體與含氫氣體反應，以沉積鎢填充層；使包含鎢鹵化物的第二成核氣體與反應物氣體反應，以沉積第二成核層；以及使包含六氟化鎢的第二沉積氣體與氫氣反應，以沉積鎢場層(tungsten field layer)。

在另一實施方式中，一種控制CVD工藝中的成核的方法可包括以下步驟：沉積包含鎢的第一成核層；用活化氮處理所述第一成核層的至少一部分，其中所述活化氮優先沉積在表面區域上；使包含鎢鹵化物的第一沉積氣體與含氫氣體反應，以沉積鎢填充層；沉積包含鎢鹵化物的成核氣體，以形成第二成核層；以及使包含鎢鹵化物的第二沉積氣體與含氫氣體反應，以沉積鎢場層。

附圖說明

為了能夠詳細地理解本發明的上述特征，可通過參考實施方式來獲得上文簡要概述的本發明的更特定描述，這些實施方式中的一些實施方式在附圖中示出。然而應注意附圖僅繪示本發明的典型實施方式，因而不應將這些附圖視為對本發明的范圍的限制，因為本發明可容許其他等同有效的實施方式。

圖1是具有根據標準鎢沉積技術的特征的基板的截面圖。

圖2是根據一個實施方式的用于沉積無縫鎢填充物的方法的方塊圖。

圖3A至圖3C是根據一或更多個實施方式描繪氮處理對鎢成核延遲的影響的圖。

圖4A至圖4D是根據一或更多個實施方式的具有填充特征的基板的放大圖像。

為了幫助理解，已盡可能使用相同的標記數字來表示各圖共用的相同元件。應考慮到在一個實施方式中揭示的元件可有利地用于其他實施方式，而無需特定詳述。

具體實施方式

本發明的實施方式大體提供一種形成與處理成核層以控制鎢優先沉積到溝槽與過孔中的方法。通過現有技術在特征中沉積鎢可能導致產生縫，所述縫來自鎢CVD的成核生長已生長到一起的區域。在許多情況中，這些縫可能具有諸如縫隙之類的缺陷，這些縫隙是在生長期間由于壁的一個部分以與壁的另一部分稍微不同的速率生長而形成。如前文所述，這些縫隙可能會被后沉積處理(比如在CMP期間)劣化。通過控制CVD沉積的鎢能生長的區域，能避免這些負面的影響。參照下文所論述的附圖將更清楚地描述在此揭示的實施方式。