通过控制表面组成来调控钨生长制造技术

在此揭示一种在催化体CVD沉积期间选择性控制催化材料的沉积速率的方法。所述方法可包括以下步骤：将基板定位在处理腔室中，所述基板包括表面区域和间隙区域二者；将包含钨的第一成核层保形地沉积于所述基板的暴露表面上；用活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，其中所述活化氮优先沉积于所述表面区域上；使包含钨卤化物的第一沉积气体与含氢气体反应，以优先沉积钨填充层于所述基板的间隙区域中；使包含钨卤化物的成核气体反应，以形成第二成核层；以及使包含钨卤化物的第二沉积气体与含氢气体反应，以沉积钨场层。

Controlling tungsten growth by controlling surface composition

A method for selectively controlling the deposition rate of catalytic materials during catalytic CVD deposition is disclosed. The method may include the following steps: positioning the substrate in a processing chamber comprising both a surface area and a gap area; conformally depositing a first nucleation layer containing tungsten on the exposed surface of the substrate; and treating at least part of the first nucleation layer with activated nitrogen, wherein the activated nitrogen preferentially precipitates. Accumulate on the surface area; react the first deposited gas containing tungsten halide with hydrogen-containing gas to preferentially deposit tungsten-filled layer in the gap area of the substrate; react the nucleating gas containing tungsten halide to form a second nucleating layer; and reverse the second deposited gas containing tungsten halide with hydrogen-containing gas. The tungsten field should be deposited.

【技术实现步骤摘要】
通过控制表面组成来调控钨生长本申请是申请日为2013年08月20日、申请号为201380053240.1、专利技术名称为“通过控制表面组成来调控钨生长”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施方式大体涉及用于在半导体制造期间处理基板的方法。特别地，本专利技术的实施方式涉及在CVD沉积工艺之前处理成核层的方法。
技术介绍
可靠地生产纳米尺寸的特征是下一代半导体器件的关键技术之一。缩小的电路与器件尺寸已对处理能力提出了额外的要求。位于集成电路技术核心的多层互连需要精准地处理高深宽比特征，比如过孔及其他互连。可靠地形成这些互连对未来成功及持续努力增加单个基板的电路密度与品质是至关重要的。基板上形成的特征的金属镀覆(metallization)包括诸如钨之类的金属的CVD沉积。钨可用于漏极触点、源极触点的金属填充、金属栅极填充和栅极触点，以及DRAM和闪存中的应用。随着特征尺寸缩小，渐渐难以填充横截面尺寸小于20nm的特征，同时维持填充区域无空隙。此外，若钨的填充并非几近完美，则后处理步骤(比如钨层的CMP及钨(湿式和干式)回蚀刻(etchback))可能会打开空隙或甚至缝，而产生集成问题。在凹状(re-entrant)特征中，所述特征的上部小于下部，所述特征不能通过当前的技术(甚至是以100％保形的钨处理)无缝地填充。钨CVD填充在近20年已发展至几近100％的保形性。但是，当前的技术在传统的ALD钨成核之后进行钨卤化物与H2的体CVD填充，无法达成在特征内部比在场上有更多的填充物。所产生的缝在钨CMP期间暴露至浆料，或在钨回蚀刻期间暴露至钨蚀刻化学品(chemistry)。CMP浆料或回蚀刻化学品从钨CVD处理进入缝，扩大缝，且可能导致下游的显著集成问题。因此，在本领域中有许多努力致力于建立一种用于特征的无缝钨填充的钨沉积工艺，所述工艺具有增强的自底向上的钨生长过程。
技术实现思路
本专利技术的实施方式大体提供一种形成与处理成核层以控制钨优先沉积至沟槽与过孔中的方法。在一个实施方式中，一种控制CVD工艺中的成核的方法可包括以下步骤：使包含钨卤化物的第一成核气体与反应物气体反应，以沉积第一成核层；由含氮气体形成等离子体，以产生活化氮；用所述活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，其中所述活化氮优先沉积在表面区域上；使包含钨卤化物的第一沉积气体与含氢气体反应，以沉积钨填充层；使包含钨卤化物的第二成核气体与反应物气体反应，以沉积第二成核层；以及使包含六氟化钨的第二沉积气体与氢气反应，以沉积钨场层(tungstenfieldlayer)。在另一实施方式中，一种控制CVD工艺中的成核的方法可包括以下步骤：沉积包含钨的第一成核层；用活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，其中所述活化氮优先沉积在表面区域上；使包含钨卤化物的第一沉积气体与含氢气体反应，以沉积钨填充层；沉积包含钨卤化物的成核气体，以形成第二成核层；以及使包含钨卤化物的第二沉积气体与含氢气体反应，以沉积钨场层。附图说明为了能够详细地理解本专利技术的上述特征，可通过参考实施方式来获得上文简要概述的本专利技术的更特定描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而应注意附图仅绘示本专利技术的典型实施方式，因而不应将这些附图视为对本专利技术的范围的限制，因为本专利技术可容许其他等同有效的实施方式。图1是具有根据标准钨沉积技术的特征的基板的截面图。图2是根据一个实施方式的用于沉积无缝钨填充物的方法的方块图。图3A至图3C是根据一或更多个实施方式描绘氮处理对钨成核延迟的影响的图。图4A至图4D是根据一或更多个实施方式的具有填充特征的基板的放大图像。为了帮助理解，已尽可能使用相同的标记数字来表示各图共用的相同元件。应考虑到在一个实施方式中揭示的元件可有利地用于其他实施方式，而无需特定详述。具体实施方式本专利技术的实施方式大体提供一种形成与处理成核层以控制钨优先沉积到沟槽与过孔中的方法。通过现有技术在特征中沉积钨可能导致产生缝，所述缝来自钨CVD的成核生长已生长到一起的区域。在许多情况中，这些缝可能具有诸如缝隙之类的缺陷，这些缝隙是在生长期间由于壁的一个部分以与壁的另一部分稍微不同的速率生长而形成。如前文所述，这些缝隙可能会被后沉积处理(比如在CMP期间)劣化。通过控制CVD沉积的钨能生长的区域，能避免这些负面的影响。参照下文所论述的附图将更清楚地描述在此揭示的实施方式。图1是具有根据标准钨沉积技术的特征的基板100的截面图。如在此描绘的，基板100具有暴露的场表面102和特征104。基板100可具有标准组成，比如结晶硅基板。特征104可以是被蚀刻的特征，比如过孔或沟槽。形成于基板中的特征104可具有变化的截面尺寸。例如，基板100可具有宽度从4nm变化至8nm、总深度为110nm且深宽比为25:1的特征104。薄钨层106可通过化学反应沉积于暴露的场表面102和特征104之上，比如通过原子层沉积(ALD)而沉积的薄保形层。在薄钨层106上的是钨填充层108。钨填充层108保形地沉积于薄钨层106上。当层从所有表面同时且以相同速率生长时，可能发生两个问题。第一，在特征104中，底部区域110的宽度比特征104的中间区域112或顶部区域114的宽度还要宽，中间区域112或顶部区域114可能会过早(prematurely)生长在一起，而产生空隙116。第二，在预期地较普遍的情况中，特征104的区域会同时生长在一起，而非从底部区域110向上生长。特征104中的此生长模式会产生缝118，缝118是在钨填充层108的生长相遇时形成的。缝118产生空间而让后处理反应物损坏钨填充层108的均匀性，后处理反应物比如为与CMP一并使用的那些物质。通过用氮处理成核层的一部分，能在成核区域中减慢成核。由此，能在钨层的生长中很大程度上避免这些异常(anomaly)。实施方式包括氮化一部分的成核层以形成氮化钨(WN)。氮化主要发生在基板的场区域上，而极少氮会行进至基板表面中所形成的特征中，这些特征比如过孔和沟槽。WN起作用以通过减少氢前驱物的活化来增加场区域中由体沉积工艺沉积钨所需的时间。能实施各种技术以施加表面氮化，但所述氮化在场中应该比在一或更多个特征内更显著。直接等离子体氮化造成场上优先氮化。可有偏压或无偏压地使用直接氮等离子体。也可能使用含氮远程等离子体氮化。在此情况中，无离子化氮存在。然而，扩散限制仍可能造成场中氮化多于特征中深处的氮化。最终结果为，相较于在特征中的成核，在场上有比较高的钨成核延迟。一旦特征中确立钨的生长，则钨会从成核点加速生长(在此情况中，为自底向上的机制)且产生无缝钨填充。图2是根据一个实施方式的用于沉积无缝钨填充物的方法200的方块图。方法200可包括将基板定位于处理腔室中。所述基板能具有任何组成，比如结晶硅基板。于一或更多个实施方式使用的处理腔室可以是任何CVD处理腔室，比如CenturaCVDW沉积腔室，所述腔室可购自位于美国加州圣克拉拉市的应用材料公司。下文描述的流量及其他处理参数是针对200mm的基板。应了解，在不背离于此揭示的本专利技术的情况下，能根据被处理的基板的尺寸及所使用的腔室类型调整这些参数。方法200可包括沉积包含钨的第一成核层，如204中所述。在此实施方式中，第一成核层是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种于CVD工艺中控制成核的方法，包括以下步骤：将基板定位在处理腔室中，所述基板包括表面区域和间隙区域二者；将包含钨的第一成核层保形地沉积于所述表面区域和所述间隙区域上；用活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，所述活化氮沉积于所述表面区域上；使包含第一钨前驱物的第一沉积气体与第一含氢气体反应，以沉积钨填充层于所述第一成核层上，所述钨填充层沉积在所述基板的间隙区域中；使包含第二钨前驱物的成核气体反应，以形成第二成核层于所述钨填充层上；以及使包含第三钨前驱物的第二沉积气体与第二含氢气体反应，以沉积钨场层于所述第二成核层上。

【技术特征摘要】
2012.10.11 US 61/712,648;2013.08.15 US 13/968,0571.一种于CVD工艺中控制成核的方法，包括以下步骤：将基板定位在处理腔室中，所述基板包括表面区域和间隙区域二者；将包含钨的第一成核层保形地沉积于所述表面区域和所述间隙区域上；用活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，所述活化氮沉积于所述表面区域上；使包含第一钨前驱物的第一沉积气体与第一含氢气体反应，以沉积钨填充层于所述第一成核层上，所述钨填充层沉积在所述基板的间隙区域中；使包含第二钨前驱物的成核气体反应，以形成第二成核层于所述钨填充层上；以及使包含第三钨前驱物的第二沉积气体与第二含氢气体反应，以沉积钨场层于所述第二成核层上。2.如权利要求1所述的方法，其中所述钨填充层与所述钨场层中至少之一在250℃与450℃之间的温度沉积。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一钨前驱物、所述第二钨前驱物或所述第三钨前驱物中至少之一选自由六氟化钨(WF6)、六氯化钨(WCl6)及前述物质的组合所组成的群组。4.如权利要求1所述的方法，其中活化氮包含源气体，所述源气体选自由N2、NH3、H2、Ar、He、Ne及前述气体的组合所组成的群组。5.如权利要求1所述的方法，其中用活化氮处理所述基板达10秒或更长的时间段。6.如权利要求1所述的方法，其中在大于400℃的温度下沉积所述钨场层。7.如权利要求1所述的方法，其中用活化氮处理所述基板达1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，朴基振，柳尚澔，李相协，大东和也，约书亚·柯林斯，王成贤，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US