用于在介電層頂上由下而上間隙填充的選擇性沉積鎢的方法技術

一種用于在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的方法及設備。在實施方式中，方法包括：在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由PVD工藝沉積鎢層以在場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，并且在底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中第二厚度小于第一厚度及第三厚度；氧化鎢層的頂表面以在場頂上形成第一氧化的鎢部分，在側壁頂上形成第二氧化的鎢部分，并且在底表面頂上形成第三氧化的鎢部分；去除第一、第二、及第三氧化的鎢部分，其中第二鎢部分完全從側壁去除；以及從場鈍化或完全去除第一鎢部分。從場鈍化或完全去除第一鎢部分。從場鈍化或完全去除第一鎢部分。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于在介電層頂上由下而上間隙填充的選擇性沉積鎢的方法


[0001]本公開內容的實施方式一般涉及用于在介電層頂上選擇性沉積鎢的方法。

技術介紹

[0002]半導體裝置幾何形狀的大小持續減小，使得半導體制造設備產生具有小于30nm的特征大小的裝置，并且正在開發及實施新設備以制備具有甚至更小的幾何形狀的裝置。減小的特征大小導致裝置上的結構特征的空間尺寸減小。在裝置上的間隙及溝槽的寬度變窄到間隙深度與寬度的深寬比變得足夠高而使得用材料填充間隙具有挑戰性的情況。在間隙完全填充之前，沉積材料易于在頂部堵塞，從而在間隙中間產生孔隙或縫隙。
[0003]使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)技術的鎢膜的間隙填充沉積是眾多半導體制造工藝的集成部分。鎢膜可用作呈以下形式的低電阻率電氣連接：水平互連、在相鄰金屬層之間的通孔，以及在第一金屬層與硅基板上的裝置之間的觸點。在常規的鎢沉積工藝中，在真空腔室中將晶片加熱到處理溫度，鎢膜(主體層)在成核層上沉積。專利技術人已發現，不管CVD主體層鎢沉積的保形性質，溝槽仍可能有問題地促進在間隙填充鎢中形成所圍封的袋。
[0004]物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)技術是已知的，但專利技術人已觀察到間隙填充問題仍然存在，由于PVD沉積的鎢膜的厚度可取決于膜是在基板場、特征的側壁、還是特征的底部上沉積而變化。PVD鎢沉積通常沉積不用作持續選擇性沉積的基板的非選擇性材料毯覆層。專利技術人還觀察到，鎢的PVD沉積在非導電表面(諸如介電材料)的頂上是成問題的。
[0005]選擇性沉積工藝可以有利地減少在常規光刻中涉及的步驟數量及成本，同時保持裝置尺寸縮小的步伐。由于鎢是廣泛地用于減小晶體管連接的接觸電阻的重要材料，在鎢集成方案中的選擇性沉積具有高潛在價值。專利技術人觀察到，鎢材料在硅與電介質(諸如氮化硅及氧化硅)之間的不良選擇性在最大化金屬特征填充方面提出了嚴峻的挑戰，例如，不良選擇性可導致在高深寬比特征的側壁及底部上的鎢材料沉積并且限制利用期望的金屬材料填充特征的能力。因為不良選擇性可促進基板的非均勻性，需要鎢材料的高選擇性沉積來減小接觸電阻并且最大化特征填充材料的體積。
[0006]由此，專利技術人已經開發用于向電介質(諸如氧化硅、氮化硅及正硅酸四乙酯(TEOS))選擇性沉積鎢材料的改進方法。

技術實現思路

[0007]本文提供了用于在介電表面的頂上選擇性沉積鎢層的方法及設備。在一些實施方式中，一種在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的方法包括：(a)在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由物理氣相沉積(PVD)工藝沉積鎢層以在基板場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，并且在介電底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中第二厚度小于第一厚度及第三厚度；
(b)氧化鎢層的頂表面以在基板場頂上形成第一氧化的鎢部分，在側壁頂上形成第二氧化的鎢部分，并且在介電底表面頂上形成第三氧化的鎢部分；(c)去除第一氧化的鎢部分、第二氧化的鎢部分及第三氧化的鎢部分，其中第二鎢部分完全從側壁去除；以及(d)從基板場鈍化或完全去除第一鎢部分。在實施方式中，在基板場頂上的第一氧化的鎢部分與在介電底表面頂上的第三氧化的鎢部分相比較厚。在實施方式中，在介電底表面頂上維持第三鎢部分、或第三鎢部分的一部分促進選擇性鎢生長。
[0008]在一些實施方式中，一種在介電底表面頂上選擇性沉積鎢層的方法包括：(a)在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由物理氣相沉積(PVD)工藝沉積鎢層以在基板場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，并且在介電底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中第二厚度小于第一厚度及第三厚度；以及(b)去除第一鎢部分、及第二鎢部分，其中第一鎢部分及第二鎢部分完全從基板去除，并且其中第三鎢部分保留在介電底表面頂上。在實施方式中，第一厚度小于第三厚度。
[0009]在一些實施方式中，本公開內容涉及上面存儲有指令的非暫時性計算機可讀介質，所述指令當執行時導致反應腔室在介電表面頂上選擇性沉積鎢層，包括：(a)在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由物理氣相沉積(PVD)工藝沉積鎢層以在基板場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，并且在介電底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中第二厚度小于第一厚度及第三厚度；(b)氧化鎢層的頂表面以在基板場頂上形成第一氧化的鎢部分，在側壁頂上形成第二氧化的鎢部分，并且在介電底表面頂上形成第三氧化的鎢部分；(c)去除第一氧化的鎢部分、第二氧化的鎢部分及第三氧化的鎢部分，其中第二鎢部分完全從側壁去除；以及(d)從基板場鈍化或完全去除第一鎢部分。
[0010]在一些實施方式中，本公開內容涉及上面存儲有指令的非暫時性計算機可讀介質，所述指令當執行時導致反應腔室在介電表面頂上選擇性沉積鎢層，包括：(a)在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由物理氣相沉積(PVD)工藝沉積鎢層以在基板場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，并且在介電底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中第二厚度小于第一厚度及第三厚度；以及(b)去除第一鎢部分，及第二鎢部分，其中第一鎢部分及第二鎢部分完全從基板去除，并且其中第三鎢部分保留在介電底表面頂上。
[0011]下文描述了本公開內容的其他及進一步實施方式。
附圖說明
[0012]上文所簡要概述并且在下文更詳細論述的本公開內容的實施方式可以通過參考在附圖中描繪的本公開內容的說明性實施方式來理解。然而，附圖僅示出本公開內容的典型實施方式，并且由此不被認為限制范圍，因為本公開內容可允許其他等同有效的實施方式。
[0013]圖1圖示根據本公開內容的實施方式的用于在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的方法的流程圖。
[0014]圖2A至圖2E分別圖示根據諸如本公開內容的圖1的實施方式的在介電表面頂上選
擇性沉積鎢層的階段。
[0015]圖3A至圖3E分別圖示根據本公開內容的實施方式的在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的階段。
[0016]圖4A至圖4D分別圖示根據本公開內容的實施方式的在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的階段。
[0017]圖5A至圖5E分別圖示根據本公開內容的實施方式的在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的階段。
[0018]圖6圖示根據本公開內容的一些實施方式的適用于執行處理基板的方法的群集工具。
[0019]圖7圖示根據本公開內容的實施方式的用于在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的方法的流程圖。
[0020]為了便于理解，相同附圖標記在可能的情況下已經用于標識圖中共有的相同元件。所述附圖并非按比例繪制，并且為了清楚起見可簡化。一個實施方式的元件及特征可有利地并入其他實施方式中，而無需本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種在介電表面頂上選擇性沉積鎢層的方法，包含以下步驟：(a)在基板場頂上并且在基板中設置的特征的側壁及介電底表面頂上經由物理氣相沉積(PVD)工藝沉積鎢層以在所述基板場頂上形成具有第一厚度的第一鎢部分，在所述側壁頂上形成具有第二厚度的第二鎢部分，及在所述介電底表面頂上形成具有第三厚度的第三鎢部分，其中所述第二厚度小于所述第一厚度及所述第三厚度；和(b)去除所述第一鎢部分和所述第二鎢部分，其中所述第二鎢部分完全從所述基板去除，并且其中所述第三鎢部分余留在所述介電底表面頂上。2.如權利要求1所述的方法，其中在(b)期間，所述第一鎢部分完全從所述基板去除。3.如權利要求1所述的方法，進一步包含以下步驟：(c)在(b)之前，氧化所述鎢層的頂表面以在所述基板場頂上形成第一氧化的鎢部分，在所述側壁頂上形成第二氧化的鎢部分，及在所述介電底表面頂上形成第三氧化的鎢部分；其中(b)進一步包含去除所述第一氧化的鎢部分、所述第二氧化的鎢部分及所述第三氧化的鎢部分；和(d)從所述基板場鈍化或完全去除所述第一鎢部分。4.如權利要求3所述的方法，其中將氧化所述鎢層的所述頂表面的步驟表征為保形或超保形的。5.如權利要求3所述的方法，其中氧化所述鎢層的所述頂表面的步驟包含以下步驟：使所述鎢層的所述頂表面與氧等離子體接觸。6.如權利要求3所述的方法，其中氧化的步驟進一步包含以下步驟：在約300攝氏度至約400攝氏度的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷偉，徐翼，雷雨，河泰泓，雷蒙德，
申請(專利權)人：應用材料公司，
類型：發明
國別省市：