用核化抑制的钨特征填充制造技术

本发明专利技术描述了用钨填充特征的方法，以及相关的系统和装置，其涉及钨核化的抑制。在一些实施方式中，所述方法涉及沿特征轮廓的选择性抑制。选择性抑制钨核化的方法可包括使所述特征暴露于直接或远程等离子体。在某些实施方式中，可在选择性抑制期间对衬底施加偏置。可将包括偏置功率、暴露时间、等离子体功率、工艺压力和等离子体化学品的工艺参数用于调节抑制轮廓。本文所述的方法可用于填充垂直特征，诸如钨通孔，以及水平特征诸如垂直NAND(VNANA)字元线。所述方法可用于共形填充和由下向上/由内向外的填充。应用的实例包括逻辑和存储接触填充、DRAM埋入式字元线填充、垂直集成存储栅极/字元线填充、以及使用通过硅穿孔(TSV)的3-D集成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用核化抑制的钨特征填充优先权要求本申请要求于2012年3月27日提交的美国临时专利申请No.61/616,377、2012年12月14日提交的美国临时专利申请No.61/737,419、以及2012年2月22日提交的美国专利申请No.13/774,350的优先权。这些申请的整个公开内容通过引用全部并入本专利技术以用于所有目的。
技术介绍
使用化学气相沉积(CVD)技术进行含钨材料的沉积是许多半导体制造工艺的必不可少的部分。这些材料可用于水平互连、相邻金属层之间的通孔、第一金属层和硅衬底上装置之间的触点、以及高深宽比特征。在常规沉积工艺中，在沉积室中将衬底加热至预定工艺温度，并且沉积含钨材料的薄层，所述含钨材料的薄层用作种子层或核化层。此后，将剩余的含钨材料(主体层)沉积到核化层上。通常，含钨材料由六氟化钨(WF6)与氢气(H2)的还原反应形成。使含钨材料沉积在包括特征和场区的衬底的整个暴露表面区域之上。将含钨材料沉积到小的并且尤其是高深宽比的特征中可造成在经填充的特征内部形成接缝和空隙。大接缝可导致高电阻、污染、填充材料的损耗，并且另外使集成电路的性能降低。例如，接缝可在填充加工之后延伸接近场区，然后在化学－机械平坦化期间打开。
技术实现思路
本文所述的一个方面是一种方法，所述方法包括：提供包括特征的衬底，所述特征具有一个或多个特征开口和特征内部；选择性抑制特征中的钨核化，使得沿特征轴存在差别抑制轮廓；以及根据差别抑制轮廓选择性地将钨沉积在特征中。选择性抑制特征中钨核化的方法包括使特征暴露于直接等离子体或远程等离子体。在某些实施例中，可在选择性抑制期间对衬底施加偏置。包括偏置功率、暴露时间、等离子体功率、工艺压力和等离子体化学品的工艺参数可用于调节抑制轮廓。根据各种实施例，等离子体可包含经活化物质，所述经活化物质与特征表面的一部分相互作用以抑制后续的钨核化。经活化物质的例子包括氮、氢、氧和碳活化物质。在一些实施例中，等离子体是基于氮的和/或基于氢的。在一些实施例中，在钨核化的任何选择性抑制之前，将钨层沉积在特征中。在其它实施例中，在任何钨沉积在特征中之前进行选择性抑制。如果沉积，则钨层可共形沉积，在一些实施例中，例如通过脉冲核化层(PNL)或原子层沉积(ALD)工艺进行。钨在特征中的选择性沉积可通过化学气相沉积(CVD)工艺进行。在将钨选择性沉积在特征中之后，可将钨沉积在特征中以完成特征填充。根据各种实施例，这可涉及特征中的非选择性沉积或一个或多个额外的循环的选择性抑制和选择性沉积。在一些实施例中，从选择性沉积到非选择性沉积的过渡涉及允许CVD工艺在不沉积中间钨核化层的情况下继续进行。在一些实施例中，在特征中的非选择性沉积之前，可例如通过PNL或ALD工艺将钨核化层沉积在选择性沉积的钨上。根据各种实施例，选择性抑制钨核化可涉及处理钨(W)表面、或阻隔层或内衬层，诸如氮化钨(WN)或氮化钛(TiN)层。选择性抑制可在同时或不同时蚀刻特征中的材料的情况下进行。根据各种实施例，选择性抑制特征中的至少收缩部。本专利技术的另一方面涉及一种方法，所述方法包括使特征暴露于原位等离子体以选择性抑制特征的一部分。根据各种实施例，等离子体可以为基于氮、基于氢、基于氧、或基于烃的。在一些实施例中，等离子体可包含含氮、含氢、含氧或含烃气体中的两种或更多种的混合物。例如，可使未经填充的或部分填充的特征暴露于直接等离子体，从而选择性抑制特征的一部分的钨核化，使得特征中具有差别抑制轮廓。在一些实施例中，在选择性抑制特征的一部分之后进行CVD操作，从而根据所述差别抑制轮廓选择性沉积钨。本专利技术的另一方面涉及单室和多室装置，其被构造用于使用选择性抑制进行特征填充。在一些实施例中，装置包括被构造成支撑衬底的一个或多个室；被构造成在一个或多个室中产生等离子体的原位等离子体发生器；被构造成引导气体进入一个或多个室中的气体入口；以及具有程序指令的控制器，程序指令用于产生诸如基于氮和/或基于氢的等离子体之类的等离子体，同时对衬底施加偏置功率使得衬底暴露于等离子体，在使所述衬底暴露于等离子体之后，使含钨前体和还原剂进入内部安置有衬底的室中，以沉积钨。这些和其它方面在下文进一步描述。附图说明图1A-1G示出可根据本文所述的方法填充的各种结构的实例。图2-4为示出用钨填充特征的方法中的某些操作的工艺流程图。图5-7为示出在特征填充的各个阶段下的特征的示意图。图8-9B为示出适用于实施本文所述方法的装置的实例的示意图。具体实施方式在以下说明中，示出了多个具体细节以提供对本专利技术的深入理解。本专利技术可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，不详细描述熟知的工艺操作，以避免使本专利技术不必要地不清楚。虽然本专利技术将结合具体实施方式进行说明，但是将理解其不旨在将本专利技术限于所述实施方式。本文描述了用钨填充特征的方法以及相关系统和装置。应用的实例包括逻辑和存储接触填充、DRAM埋入式字元线填充、垂直集成存储栅极/字元线填充、以及使用通过硅穿孔(TSV)的3-D集成。本文所述的方法可用于填充垂直特征，诸如钨穿孔，和水平特征，诸如垂直NAND(VNAND)的字元线。所述方法可用于共形填充和由下而下或由内向外的填充。根据各种实施方式，特征可通过狭窄和/或凹陷开口、特征内的收缩部和高深宽比中的一个或多个来表征。可填充的特征的实例描绘于图1A-1C中。图1A示出了待用钨填充的水平特征101的剖视图的实例。特征可包括衬底103中的特征孔105。衬底可以为硅晶片，例如200nm晶片、300nm晶片、450nm晶片，包括上面沉积有一个或多个材料层的晶片，所述材料诸如介电、导电或半导体材料。在一些实施方式中，特征孔105可具有至少约2:1、至少约4:1、至少约6:1或更高的深宽比。特征孔105还可具有开口附近的介于约10nm至500nm之间，例如介于约25nm至300nm之间的尺寸，例如开口直径或线宽。特征孔105可被称为未填充特征或简称为特征。该特征和任何特征部分地由轴118来表征，轴118延伸穿过特征的长度，其中垂直取向的特征具有竖轴，而水平取向的特征具有水平轴。图1B示出了特征101的实例，所述特征101具有凹陷轮廓。所述凹陷轮廓是从特征的底部、封闭端或内部到特征开口变窄的轮廓。根据各种实施方式，轮廓可逐渐变窄和/或包括在特征开口处的突出部。图1B示出后者的实例，其中下层113作为特征孔105的侧壁或内表面的内衬。下层113可例如为扩散阻隔层、粘接层、核化层、它们的组合或任何其它适用的材料。下层113形成突出部115使得下层113在特征101的开口附近比在特征101内部厚。在一些实施方式中，可填充内部具有一个或多个收缩部的特征。图1C示出了不同的具有收缩部的经填充特征的实例的视图。图1C中的实例(a)、(b)、(c)中的每一个均包括在特征内中点处的收缩部109。收缩部109可以为例如介于约15nm-20nm宽。在使用常规技术将钨沉积在特征期间，收缩部可造成夹断，并且沉积的钨在所述特征的部分被填充之前阻挡进一步通过收缩部的沉积，从而导致特征中的空隙。实例(b)还包括在特征开口处的内衬/阻隔突出部115。此类突出部也可以是潜在的夹断点。实例(c)包括比实例(b)的突出部11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括:提供包含特征的衬底，所述特征具有一个或多个特征开口和特征内部，选择性抑制所述特征中的钨核化，使得沿特征轴具有差别抑制轮廓，其中选择性抑制在不蚀刻所述特征中的材料的情况下进行；以及根据所述差别抑制轮廓选择性地将钨沉积在所述特征中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.27 US 61/616,377;2012.12.14 US 61/737,419;1.一种用钨填充特征的方法，所述方法包括:提供包含特征的衬底，所述特征具有一个或多个特征开口和特征内部，选择性抑制所述特征中的钨核化，使得沿特征轴具有差别抑制轮廓，其中选择性抑制在不蚀刻所述特征中的材料的情况下进行；以及根据所述差别抑制轮廓选择性地将钨沉积在所述特征中。2.根据权利要求1所述的用钨填充特征的方法，其中选择性抑制所述特征中的钨核化包括使所述特征暴露于直接等离子体，同时向所述衬底施加偏置。3.根据权利要求1所述的用钨填充特征的方法，其中选择性抑制所述特征中的钨核化包括使所述特征暴露于远程产生的等离子体。4.根据权利要求2或3所述的用钨填充特征的方法，其中所述等离子体包含氮、氢、氧和碳活化物质中的一种或多种。5.根据权利要求2或3所述的用钨填充特征的方法，其中所述等离子体为基于氮的和/或基于氢的。6.根据权利要求1-3中任一项所述的用钨填充特征的方法，其还包括在选择性抑制之前在所述特征中沉积钨层。7.根据权利要求6所述的用钨填充特征的方法，其中所述钨层通过脉冲核化层(PNL)工艺进行沉积。8.根据权利要求6所述的用钨填充特征的方法，其中所述钨层共形沉积在所述特征中。9.根据权利要求1-3中任一项所述的用钨填充特征的方法，其中所述选择性沉积钨包括化学气相沉积(CVD)工艺。10.根据权利要求1-3中任一项所述的用钨填充特征的方法，其还包括在所述特征中选择性沉积钨之后，在所述特征中沉积钨以完成特征填充。11.根据权利要求1-3中任一项所述的用钨填充特征的方法，其还...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿南德·查德拉什卡，爱思特·杰恩，拉什纳·胡马雍，迈克尔·达内克，高举文，王徳齐，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US