[發(fā)明專利]實現(xiàn)無縫鈷間隙填充的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480049063.4
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN105518827B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 布尚·N·左普;阿夫耶里諾斯·V·杰拉托斯;博·鄭;雷雨;傅新宇;斯里尼瓦斯·甘迪科塔;柳尚澔;馬修·亞伯拉罕
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

本文提供用于在半導(dǎo)體裝置的特征結(jié)構(gòu)界定中沉積金屬層的方法。在一個實施方式中，提供用于沉積金屬層以形成半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法包括執(zhí)行循環(huán)金屬沉積工藝以在基板上沉積金屬層和將設(shè)置在基板上的金屬層退火。循環(huán)金屬沉積工藝包括將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物以在基板上沉積金屬層的一部分；將金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝；和重復(fù)將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物的步驟和將金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝的步驟，直至達到金屬層的預(yù)定厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容的實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)體裝置的特征結(jié)構(gòu)中沉積含金屬層的方法。

背景技術(shù)

集成電路可包括形成于基板(例如半導(dǎo)體晶片)上的一百萬個以上的微電子場效應(yīng)晶體管(例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場效應(yīng)晶體管)，且集成電路可協(xié)作以在電路內(nèi)執(zhí)行多種功能。可靠地生產(chǎn)亞半微米(sub-half micron)和更小的特征結(jié)構(gòu)是用于半導(dǎo)體裝置的下一代超大規(guī)模集成電路(VLSI)和超大規(guī)模集成電路(ULSI)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，隨著集成電路技術(shù)的極限的推進，VLSI和ULSI技術(shù)中的互連的縮小尺寸已對處理能力具有了額外需求。柵極圖案的可靠的形成對于集成電路的成功和對于提高電路密度和提高單個基板及芯片(die)的品質(zhì)的持續(xù)努力而言十分重要。

因為特征結(jié)構(gòu)尺寸已變得更小，對較高深寬比(定義為特征結(jié)構(gòu)的深度與特征結(jié)構(gòu)的寬度之間的比例)的需求已穩(wěn)定地增至20:1和甚至更高。當將金屬層沉積至幾何形狀較小(例如深寬比約為20:1或更小的幾何形狀)的特征結(jié)構(gòu)界定(feature definition)中時，可能發(fā)生多種問題。例如，在過孔的臨界尺寸小于50nm或深寬比大于10:1時，通過使用傳統(tǒng)的PVD工藝所沉積的金屬層常遭遇以下問題：不良的階梯覆蓋、懸垂和在過孔或溝槽內(nèi)形成空隙。在過孔或溝槽的底部和側(cè)壁上的不充分的沉積亦可導(dǎo)致沉積不連續(xù)性，從而導(dǎo)致裝置短路或不良的互連形成。此外，金屬層可能對下層材料層具有不良粘附，導(dǎo)致金屬層從基板和隨后的導(dǎo)電金屬層上剝落。

隨著晶體管密度的增大和隨后的金屬層截面的縮小，通過使用現(xiàn)有的低電阻率鎢(W)集成方案來滿足接觸電阻需求已變得相當困難。高電阻率粘附(例如B₂H₆成核)和阻擋層(例如TiN)在鎢集成方案中的必需性導(dǎo)致接觸電阻增大，從而使其成為小于22納米的技術(shù)節(jié)點的不理想的選項。

因此，需要用于在高深寬比的特征結(jié)構(gòu)中形成接觸金屬層的改良方法。

發(fā)明內(nèi)容

本公開內(nèi)容的實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)體裝置的結(jié)構(gòu)中沉積金屬層的方法。在一個實施方式中，提供一種用于沉積金屬層以形成半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法包括執(zhí)行循環(huán)金屬沉積工藝以在形成于基板中的特征結(jié)構(gòu)界定中沉積金屬層，所述步驟包括：將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物以在特征結(jié)構(gòu)界定中沉積金屬層的一部分；將所述金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝；重復(fù)將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物的步驟和將所述金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝的步驟，直至達到金屬層的預(yù)定厚度，和將所述金屬層退火。

在另一實施方式中，提供一種用于沉積金屬層以形成半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法包括：執(zhí)行阻擋層沉積工藝以在形成于基板中的特征結(jié)構(gòu)界定中沉積阻擋層；執(zhí)行潤濕層沉積以在阻擋層上沉積潤濕層；執(zhí)行循環(huán)金屬沉積工藝以在潤濕層上沉積金屬層，所述循環(huán)金屬沉積工藝包括將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物以在特征結(jié)構(gòu)界定中沉積金屬層的一部分，將所述金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝，重復(fù)將基板暴露于沉積前驅(qū)物氣體混合物的步驟和將所述金屬層的所述部分暴露于等離子體處理工藝或氫退火工藝的步驟，直至達到金屬層的預(yù)定厚度，和將所述金屬層退火。