沉积无氟/碳保形钨的方法技术

本发明专利技术提供使用含钨反应气体沉积钨膜或含钨膜的原子层沉积方法，所述含钨反应气体包含以下的一或多种：五氯化钨、具有经验式WCl5或WCl6的化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本专利技术的实施例涉及半导体基板的处理。更具体地说，本专利技术的实施例涉及使用 原子层沉积技术于半导体基板上低温沉积钨层或硅化钨层的方法。 半导体处理工业继续寻求更大的产出率，同时增加经沉积于具有较大表面积的基 板上的层的均匀性。这些相同因素与新型材料结合亦提供基板的每单位面积上电路的更高 集成。随着电路集成增加，对有关层厚度的更大均匀性及工艺控制的需要上升。因此，已开 发各种技术来以有成本效益的方式于基板上沉积层，同时保持对层的特性的控制。 化学气相沉积（chemicalvapordeposition;CVD)为用于在基板上沉积层的最常 见的沉积工艺之一。CVD为通量相关沉积技术，所述通量相关沉积技术要求精确控制基板温 度及引入处理腔室内的前驱物以产生均匀厚度的期望层。这些需求随着基板大小的增加变 得更为重要，从而需要更复杂的腔室设计及气体流动技术来保持足够均匀性。 表现出极好阶梯覆盖的CVD的变型为循环沉积或原子层沉积（atomic1ayer deposition;ALD)。循环沉积是基于原子层外延（atomiclayerepitaxy;ALE)且使用化学 吸附技术以在连续循环内于基板表面上输送前驱物分子。循环将基板表面暴露至第一前驱 物、净化气体、第二前驱物及净化气体。第一前驱物及第二前驱物发生反应以形成产物化合 物作为基板表面上的膜。重复所述循环以形成具有期望厚度的层。 在高沉积速率下形成膜层同时提供足够的阶梯覆盖是相冲突的特性，所述相冲突 的特性经常需要牺牲其中一个特性来获得另一个特性。当耐火金属层在互连由介电层分离 的邻近金属层的触点形成期间沉积在间隙或通孔上时，此冲突尤其明显。历史上，已使用 CVD技术沉积诸如耐火金属的导电材料以经济且快速地形成触点。由于半导体电路系统的 日趋增加的集成，钨已基于优良的阶梯覆盖而被使用。因此，使用CVD技术沉积钨由于工艺 的高产出量而在半导体处理中享有广泛应用。 然而，通过常规CVD方法沉积钨伴随有若干缺点。举例而言，ALD工艺将钨膜沉积 至含有高深宽比（例如，20)的通孔内，而常规CVD工艺将通常导致类似通孔"交错断裂"且 不完全填满。同样，钨层在半导体晶片上的覆盖沉积在低于400°C的温度下非常耗时。钨的 沉积速率可通过增加沉积温度至例如约500°C至约550°C而提高。然而，在此较高范围内的 温度可能损害正形成的集成电路的下层部分的结构及操作完整性。使用钨亦使在制造工艺 期间的光刻步骤受挫，因为使用钨导致具有70%的反射率或小于硅的反射率的相对粗糙表 面（与厚度及波长相关的）。此外，钨已经证实难以均匀沉积。不良的表面均匀性通常增加 膜电阻率。 在具有替换栅极方案的高k金属栅极中，当技术节点到达20nm及以下时，需要被 填满的特征结构变得极其小。需要良好地控制功函数膜的保形性及此膜的性质（无包括氟 的有害元素）。另外，当由于较小结构内部的非常受限的可占用面积而发展膜层叠用于更小 特征结构时，需要组合已在较大结构上使用的数个功能层（诸如WF层、成核层、阻挡层）。 一直可用的钨膜及硅化钨（WSix)膜是引入氟的主要基于WFj9CVD/ALD工艺且在 沉积阻挡层及成核层之前无法直接沉积于栅极上。具有金属氧化物配位体的钨前驱物遭受 高碳含量的缺点，同时诸如氯化物的其它卤化物前驱物在高温下（600°C及超过600°C)处 理且不适合于替换栅极工艺。高温CVD工艺亦遭受不良阶梯覆盖的缺点。 钨金属沉积工艺可通过与氢反应而执行。然而，所述反应严格受限于氢的解离。氢 等离子体可增加反应速率但可对基板或正形成的膜造成损害。氢自由基亦可与钨前驱物反 应以形成钨膜。然而，通常用来产生自由基的"热线"与钨前驱物不相容。 因此，在此
需要使用原子层沉积技术以良好保形性沉积钨层的改进技 术。
技术实现思路
本专利技术的一或多个实施例涉及处理方法，所述处理方法包含将基板顺序地暴露至 包含第一反应气体及第二反应气体以形成含钨膜，所述第一反应气体包含含钨化合物，所 述含钨化合物包含具有经验式WxCl5x的化合物。 本专利技术的一些实施例针对处理方法。方法包含：将基板定位于处理腔室中及在小 于或等于约475°C的温度下将基板的至少一部分顺序地暴露至第一反应气体及第二反应气 体以形成含钨膜，第一反应气体包含五氯化钨、具有经验式WxCl5x的化合物或六氯化钨中的 一或多种。 本专利技术的一些实施例针对沉积WSiJ莫的方法。方法包含：将基板定位于处理腔室 中；及在小于或等于约475°c的温度下将基板的至少一部分顺序地暴露至第一反应气体及 第二反应气体以形成WSiJ莫。第一反应气体包含五氯化钨、具有经验式WxCl5x的化合物或六 氯化钨中的一或多种且第二反应气体包含含硅气体，含硅气体与含钨气体之比在约100:2 至约100:0. 2的范围内。 本专利技术的一些实施例针对处理方法，所述处理方法包含将处理腔室中的基板的至 少一部分顺序地暴露至包含含钨化合物的第一反应气体及包含氢自由基的第二反应气体 以形成含钨膜，所述含钨化合物具有经验式概：1 5或WC16。 本专利技术的一或多个实施例针对处理方法，所述处理方法包含：将基板定位在包含 气体分布组件的处理腔室中，所述气体分布组件包括多个狭长气体端口，所述多个狭长气 体端口包括第一反应气体端口及第二反应气体端口，第一反应气体端口与包含具有经验式 概：1 5或WC1 6的含钨化合物的第一反应气体流体连通且第二反应气体端口与包含氢的第二 反应气体流体连通，气体分布组件使第一反应气体及第二反应气体两者同时流入处理腔室 内。使第二反应气体通过加热元件以在第二反应气体中产生氢自由基。将基板的至少一部 分顺序地暴露至第一反应气体及在第二反应气体中的氢自由基以于基板上形成钨膜。 在一些实施例中，第二反应气体包含含氢化合物且含钨膜为钨膜。在一些实施例 中，含钨膜基本上由钨组成。在一或多个实施例中，第二反应气体包含含氮化合物且含钨膜 包含氮化钨。在一些实施例中，第二反应气体包含含硅化合物且含钨膜包含硅化钨（WSix)。 在一些实施例中，第二反应气体进一步包含氢。在一或多个实施例中，第二反应气 体包含含硅化合物及含氮化合物的混合物，且含钨膜包含钨硅氮化物（WSixNy)。 在一些实施例中，基板包含功函数金属。在一或多个实施例中，功函数金属包含Ti 及/或TiAl。在一些实施例中，在功函数金属与基本上由钨组成的膜之间不存在介入层。 在一或多个实施例中，在功函数金属与基本上由钨组成的膜之间存在介入层，所述介入层 具有小于约5埃的厚度。 在一些实施例中，在沉积含钨膜之前，基板包含氧化层，且方法进一步包含约5托 至约20托的范围内的分压下以二硅烷，或氢与硅烷的混合物浸渍基板。 在一些实施例中，含钨膜以在约0.2A/环及约3人/循环的范围内的速率生长。 一些实施例进一步包含自氢气产生氢自由基。在一或多个实施例中，自氢气产生 氢自由基包含使氢气通过加热元件，所述加热元件具有足够产生氢自由基的温度。一些实 施例进一步包含加热加热元件至足够产生氢自由基的温度。在一些实施例中，加热加热元 件包含提供经由加热元件流动的电流。一或多个实施例进一步包含施加动态张力至加热元 件的端部以防止加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理方法，包含以下步骤：将基板顺序地暴露至第一反应气体及第二反应气体以形成含钨膜，所述第一反应气体包含含钨化合物，所述含钨化合物包含具有经验式WxCl5x的化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅新宇，斯里尼瓦斯·甘迪科塔，阿夫耶里诺斯·V·杰拉托斯，阿蒂夫·努里，张镁，戴维·汤普森，史蒂夫·G·加奈耶姆，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US