[發(fā)明專利]無阻擋層的鎢沉積

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880092720.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN112041969A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳一宏;巫勇;秦嘉政;斯里尼瓦·甘迪科塔;凱爾文·陳
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285;H01L21/02
• 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

公開了在不使用阻擋層的情況下沉積金屬膜的方法。一些實(shí)施方式包含形成包含硅或硼中的一或多種的非晶成核層，和在所述成核層上形成金屬層。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般地涉及沉積薄膜的方法。特別地，本公開內(nèi)容涉及沉積鎢膜或含鎢膜的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體處理工業(yè)持續(xù)需求更大的生產(chǎn)產(chǎn)量，同時增加在具有更大表面積的基板上所沉積的層的均勻性。這些相同的因素與新材料的結(jié)合還在每單位面積的基板上提供更高的電路集成度。隨著電路集成度增加，對于關(guān)于層厚度的更大均勻性和工藝控制的需求上升。結(jié)果，已開發(fā)以成本有效的方式在基板上沉積層同時保持對層特性的控制的各種技術(shù)。

化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition；CVD)是用于在基板上沉積層的最普遍的沉積工藝。CVD是一種通量依賴的沉積技術(shù)，所述技術(shù)需要對基板溫度和引入處理腔室中的前驅(qū)物精確控制以產(chǎn)生具有均勻厚度的所需層。隨著基板尺寸增加，這些要求變得越來越關(guān)鍵，這樣需要更復(fù)雜的腔室設(shè)計和氣流技術(shù)以保持足夠的均勻性。

展示優(yōu)異階梯覆蓋的CVD的變體是循環(huán)沉積或原子層沉積(atomic layerdeposition；ALD)。循環(huán)沉積基于原子層外延(atomic layer epitaxy；ALE)并且采用化學(xué)吸附技術(shù)以連續(xù)循環(huán)的方式將前驅(qū)物分子傳遞到基板表面上。循環(huán)將基板表面暴露于第一前驅(qū)物、凈化氣體、第二前驅(qū)物和凈化氣體。第一前驅(qū)物和第二前驅(qū)物反應(yīng)以在基板表面上形成作為膜的產(chǎn)物化合物。重復(fù)循環(huán)以形成層至所需厚度。

非晶硅廣泛地用于半導(dǎo)體裝置、平板顯示器和太陽能電池。對于深寬比特征中的具有保形性(即，良好的階梯覆蓋)或間隙填充性能的非晶硅沉積沉積工藝的開發(fā)，仍然存在關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)。常規(guī)低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)限于高溫(＞550℃)和低壓，且因此展現(xiàn)了不良的階梯覆蓋和/或間隙填充性能；等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)工藝也不能提供良好的階梯覆蓋和/或間隙填充性能。

由于半導(dǎo)體工業(yè)不斷增加的集成度，鎢已基于優(yōu)異的階梯覆蓋而被使用。結(jié)果，由于工藝的高產(chǎn)量，采用CVD技術(shù)的鎢沉積在半導(dǎo)體處理中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，通過常規(guī)CVD方法沉積鎢具有若干缺點(diǎn)。

例如，ALD工藝沉積鎢膜至含有高深寬比(例如，20)的通孔中，而常規(guī)CVD工藝將通常導(dǎo)致類似通孔“被夾斷”而不能完全填充。另外，鎢不容易地粘附到某些表面(例如，電介質(zhì)間隔物或氧化物)。為了增加鎢對電介質(zhì)間隔物的粘附，常規(guī)的工藝包括TiN層。作為種晶層的TiN膜的沉積可能很耗時，并且給整個工藝增加了額外的復(fù)雜性。

由于不良的成核性能，鎢薄膜的原子層沉積(ALD)顯示出對硅、二氧化硅和氮化鈦服務(wù)上的非常長的培育延遲(incubation delay)。成核層通常用于緩解此問題。常規(guī)地，ALD WSi_x或WB_x分別由WF₆/Si₂H₆和WF₆/B₂H₆來沉積。然而，WF₆直接暴露于基板表面(例如，Si、SiO₂)并且損壞基板。

另外，ALD鎢膜不能良好直接地粘附在硅或氧化硅基板表面上。氮化鈦膠層用于提高粘附性。然而，氮化鈦膠層和WSi_x/WB_x成核層并不能良好地導(dǎo)電，導(dǎo)致堆疊(W/WSi_x/TiN)的電阻率非常高。

因此，在本領(lǐng)域中存在對于沉積具有降低的電阻率并且無阻擋層/膠層的鎢層的改進(jìn)技術(shù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容