[發明專利]用鈷填充基板特征的方法與設備

在審

• 申請號: 201880061451.2
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN111133558A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 侯文婷;雷建新;李靖珠;陶榮
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/02;H01L21/285;C23C14/24;H01L21/324;C23C16/44;H01L21/67
• 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

于此提供了用于用鈷填充特征的方法和設備。在一些實施方式中，一種用于處理基板的方法包括：經由化學氣相沉積(CVD)工藝在基板的頂上和設置在基板中的特征內沉積第一鈷層；及通過在具有鈷靶材的物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理以將第一鈷層的一部分回流到特征中而至少部分地用鈷或含鈷材料填充特征。PVD腔室可被構造成從設置在PVD腔室中的鈷靶材同步地沉積鈷或含鈷材料在特征內。

技術領域

本公開內容的實施方式一般地涉及半導體制造工藝的領域，尤其是，涉及用于在半導體基板的特征中沉積含鈷層的方法。

背景技術

鈷是用于在10/7nm節點中的接點和BEOL(線路的后端)互連件填充應用的新材料解決方案的一個候選者。鎢(W)接點包括鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)阻擋層，發明人已經觀察到此是有問題的，因為Ti/TiN阻擋層增加了界面電阻并限制了特征(例如，互連件)的向下縮放。另外，發明人已經觀察到當阻擋層/襯里經由電阻縮放而增加界面電阻及負面影響時，銅(Cu)通孔是有問題的。

此外，發明人已經觀察到通過化學氣相沉積(CVD)的共形鈷填充通常不期望地導致嵌入到特征中的空隙，并形成微空隙。即使使用侵蝕性退火工藝(例如，更高的溫度和更長的退火時間)，微孔隙也難以移除并且可能不期望地保留在特征中。此外，BEOL工藝包括有限的退火溫度以保護基板上的介電材料。

因此，發明人提供了一種用鈷填充基板特征的改進方法。

發明內容

于此提供了用于用鈷填充特征的方法和設備。在一些實施方式中，一種用于處理基板的方法包括：經由化學氣相沉積(CVD)工藝在基板的頂上和設置在基板中的特征內沉積第一鈷層；及通過在具有鈷靶材的物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理以將第一鈷層的一部分回流到特征中而至少部分地用鈷填充特征。在實施方式中，在物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理以將第一鈷層的一部分回流到特征中包括從設置在PVD腔室中的鈷靶材同步地沉積鈷在特征內。

任選地，實施方式可包括在沉積第一鈷層之前在特征內沉積底層；及將第一鈷層直接沉積在底層的頂上。

在一些實施方式中，一種用于處理基板的方法包括：在設置在基板中的特征內沉積底層；經由化學氣相沉積(CVD)工藝在基板的頂上并直接在底層的頂上沉積第一鈷層；通過在物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理以將第一鈷層的一部分回流到特征中而用鈷部分地填充特征；及經由CVD工藝沉積第二鈷層以完全填充特征。在實施方式中，在物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理以將第一鈷層的一部分回流到特征中包括從設置在PVD腔室中的鈷靶材同步地沉積鈷在特征內。

在一些實施方式中，一種用于在基板上膜沉積的設備包括：中央真空傳送腔室；化學氣相沉積(CVD)處理腔室，被構造成沉積氮化鈦并耦接到中央真空傳送腔室；化學氣相沉積(CVD)處理腔室，被構造成沉積鈷并耦接到中央真空傳送腔室；及物理氣相沉積(PVD)腔室，被構造成沉積鈷并耦接到中央真空傳送腔室。在實施方式中，PVD腔室被構造成在物理氣相沉積(PVD)腔室中執行等離子體處理，以將第一鈷層的一部分回流到特征中，同時從設置在PVD腔室中的鈷靶材同步地沉積鈷在特征內。

以下描述本公開內容的其他和進一步的實施方式。

附圖說明

通過參考所附圖式中描繪的本公開內容的說明性實施方式，可理解以上簡要概述并在下面更詳細論述的本公開內容的實施方式。然而，所附圖式僅圖示了本公開內容的典型實施方式，且因此不應視為對范圍的限制，因為本公開內容可允許其他等同有效的實施方式。

圖1描繪了根據本公開內容的實施方式的用于在半導體器件的特征中沉積鈷金屬的方法的流程圖。

圖2A至圖2F分別描繪了根據本公開內容的圖1的實施方式的在半導體器件的特征中沉積金屬的制造的數個階段。