一种半导体设备制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体设备，包括：沉积腔室，用于对衬底进行沉积工艺，形成沉积层；表面处理腔室，用于对沉积层进行表面钝化或刻蚀工艺处理；远程等离子体源，共用于沉积腔室和表面处理腔室，用于向表面处理腔室通入第一等离子体，以对沉积层进行表面钝化处理或刻蚀工艺，以及用于对沉积腔室通入第二等离子体，以对沉积腔室进行清洗。本发明专利技术通过设置单独的表面处理腔室进行表面钝化工艺，可简化现有沉积工艺腔室结构，拓宽沉积工艺和表面处理工艺的工艺窗口，并通过使沉积腔室和表面表面处理腔室共用一个远程等离子体源，可提升远程等离子体源的利用率，降低表面钝化或刻蚀工艺腔室的整体成本。

A Semiconductor Equipment

The invention discloses a semiconductor device, which includes: a deposition chamber for depositing a process on a substrate to form a deposit layer; a surface treatment chamber for surface passivation or etching of the deposit layer; a remote plasma source, common to the deposition chamber and the surface treatment chamber, for introducing a first plasma to the surface treatment chamber to conduct surface treatment of the deposit layer. Surface passivation treatment or etching process, as well as for the deposition chamber into the second plasma, to clean the deposition chamber. By setting a separate surface treatment chamber for surface passivation process, the present invention can simplify the structure of the existing deposition chamber, widen the process window of the deposition process and surface treatment process, and by sharing a remote plasma source between the deposition chamber and the surface treatment chamber, the utilization rate of the remote plasma source can be increased, and the surface passivation or etching process chamber can be reduced. Overall cost.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体设备
本专利技术涉及半导体设备
，更具体地，涉及一种用于钨填充接触孔工艺中的半导体设备。
技术介绍
随着集成电路工艺进入深亚微米阶段,后端的金属互连大多采用铜互连技术。但由于铜的扩散问题,接触孔工艺还是采用钨填充技术。随着线宽的缩小,钨填充技术面临的挑战也越来越大。生产应用中,经常会发生接触孔钨填充有空洞问题。大的空洞会导致上层的铜金属扩散到器件内部,导致器件失效。因此,为了保证器件的稳定可靠,改善钨的阶梯覆盖率及减小接触孔的间隙就显得非常紧迫和重要。在钨填充技术中，钨化学气相沉积工艺(WCVD)因为有很好的台阶覆盖率，被广泛用于大规模集成电路做金属层间的通孔(Via)和垂直接触的接触孔(Contact)的填充。钨化学气相沉积工艺是热反应工艺，淀积过程主要可以分为两个部分：成核过程和大量淀积过程。在成核过程中，利用WF6和SiH4、H2反应，生成一薄层的钨，作为后续大量沉积时的种子层，其反应化学方程式为：2WF6+3SiH4→2W(s)+3SiF4+6H2成核过程的均匀性和生长速率，取决于成核之前硅片是否被充分加热；而成核过程又对整个化学气相淀积的钨的均匀性、应力和表面粗糙度有重大的影响，是钨化学气相沉积过程中极其重要的一步。在大量淀积过程中，WF6被H2还原，形成钨薄膜，其反应的化学方程式为：WF6+3H2→W+6HF在常规的钨沉积工艺中，一般是把处于沉积反应腔室中的衬底加热至预定工艺温度，并且沉积含钨材料的薄层，该薄层作为后期钨沉积的种子层或核化层。目前，该钨的种子层或核化层一般都采用ALD工艺完成(ALDW)，因为要求该层具有很好的保形性。然后将剩余的钨主体层(Bluk)沉积到核化层上(CVDW)。通常，钨材料是由氟化钨与氢气的还原反应形成，使钨沉积到接触孔内及其表面之上。然而，将钨材料沉积到小尺寸尤其是高深宽比的接触孔中，很容易在填充后的接触孔中形成缝隙或狭缝。如图1a-c所示，其显示未经表面钝化处理的接触孔钨填充状态。对接触孔10进行ALDW沉积后，在之后直接进行CVDW沉积时，在填充后的接触孔中形成了缝隙(狭缝)11。大的缝隙会导致高电阻、污染、填充材料的损耗，使集成电路的性能降低。并且，缝隙很容易在之后的化学-机械平坦化处理期间打开。为了保证钨材料在高深宽比的接触孔中填充良好，一般要在沉积完第一层W薄膜后，也就是用ALD工艺沉积完W种子层或核化层后，对接触孔的表面和孔口位置进行表面钝化处理，保证在后期采用CVD工艺沉积W材料时优先填充接触孔底部。如图2a-e所示，对接触孔10依次进行ALDW沉积、表面抑制(钝化)处理后，再进行CVDW沉积时，W将优先填充接触孔底部，从而避免了在接触孔内出现缝隙。现有技术中通常采用两种方案来对接触孔的表面和孔口位置进行表面钝化处理。其中，采用第一种方案时，为了能够在ALD沉积W种子层或核化层后对其表面进行钝化处理，在原有的ALD反应腔室上增加了CCP(射频容性耦合等离子体)放电模式的等离子体放电系统。一种典型的容性耦合PEALD反应腔室100的具体结构可如图3所示：远程等离子体源(RPS)110通过主管道121直接与气体分配板(showerhead)111连接。射频馈入115将射频直接加载在气体分配板111上；气体分配板111既是上电极结构，同时还具有对工艺气体匀流的作用。反应气体、清扫气体通过反应气体/清扫气体管道112通入主管道121。气体分配板111周围通过绝缘环125与腔室上盖119相连。气体分配板上方通过覆盖在腔室上盖上的绝缘板117与外界隔离。基座114位于气体分配板下方的反应腔室内；基座114用于放置衬底，可通过转轴122连接驱动电机。在基座周围设有约束环116，约束环用于将RPS产生的等离子体束缚在反应区域127内。反应区域是指约束环116以内、气体分配板11和基座114之间的空间区域；而约束环116和腔室内壁120之间的空间区域则为非反应区域128。在腔室底部还设有工艺排气系统113。在上述装置中，采用ALD工艺对衬底进行钨种子层或核化层沉积时，只需要将衬底加热到预设的工艺温度，不需要产生等离子体进行辅助沉积。CCP放电产生的等离子体主要用于ALD工艺完成后的表面钝化处理，只选择性地对接触孔表面和孔口处进行抑制钝化处理，并不形成新的化合物。该等离子体一般是基于氮的或者氢的等离子体，反应气体一般是Ar和N2和/或H2的混合气体。上述装置中的远程等离子体源(RPS)主要用于原位清洗，清洗腔室内部沉积的钨金属。因为反应腔室除了在硅片衬底上进行沉积反应外，也会在反应腔内部沉积钨金属，积累一定厚度后需要对反应腔进行清洁。如图4所示，其为现有的采用上述第二种方案时所使用的一种ICP和ALD反应腔室示意图。采用上述第二种方案时，仍采用一个例如图3的容性耦合PEALD反应腔室100(图右腔室)，并将表面(抑制)钝化工艺安排在一个单独的ICP反应腔室(图左腔室)中进行。其中，ALD反应腔室仍配有用于原位清洗的远程等离子体源110，但是没有集成CCP放电系统，使结构得到简化；但在另外一个ICP反应腔室中，需要采用ICP(电感耦合等离子体)放电模式，且需要分别使用到两套高功率射频电源102、103和匹配器(match)101、104，在腔室顶部还要设置大量线圈105。该第二种方案的工艺流程是在ALD反应腔室中完成W种子层或核化层的生长，然后再进入另外一个ICP反应腔室完成表面抑制钝化处理。可是，上述现有技术的两种方案都存在一定缺点：采用上述第一种方案时，需要将用于表面钝化处理的CCP放电装置集成到ALD反应腔室里，造成设备结构复杂，且表面钝化处理工艺窗口窄，以致无法达到最优的表面钝化效果。采用上述第二种方案时，需要使得表面钝化处理工艺在单独的腔室中进行，并通过ICP放电产生氮基或氢基等离子体。这需要单独配置上下两套大功率射频电源和匹配器，其成本较高。并且，其远程等离子体源仅用于ALD腔室的原位清洗，利用率很低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种半导体设备。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种半导体设备，包括：沉积腔室、表面处理腔室和远程等离子体源，其中：所述沉积腔室用于对衬底进行沉积工艺，形成沉积层；所述表面处理腔室用于对所述沉积层进行表面钝化或刻蚀工艺处理；所述远程等离子体源共用于所述沉积腔室和所述表面处理腔室，用于向所述表面处理腔室通入第一等离子体，以对所述沉积层进行表面钝化处理或刻蚀工艺；所述远程等离子体源还用于对所述沉积腔室通入第二等离子体，以对沉积腔室进行清洗。优选地，所述表面处理腔室通过第一分支管道、主管道与所述远程等离子体源连接，所述第一分支管道上连接有第一清扫气体管道；所述沉积腔室通过第二分支管道、主管道与所述远程等离子体源连接，所述第二分支管道上连接有第二反应气体/清扫气体管道；所述远程等离子体源上连接有进气管道。优选地，通过所述进气管道向远程等离子体源通入工艺气体，激发后形成所述第一等离子体，并经所述主管道和所述第一分支管道通入表面处理腔室。优选地，所述工艺气体为NF3、N2、H2、HF中的一种。优选地，通过所述进气管道向远程等离子体源通入清洗气体，激发后形成所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体设备，其特征在于，包括：沉积腔室、表面处理腔室和远程等离子体源，其中：所述沉积腔室用于对衬底进行沉积工艺，形成沉积层；所述表面处理腔室用于对所述沉积层进行表面钝化或刻蚀工艺处理；所述远程等离子体源共用于所述沉积腔室和所述表面处理腔室，用于向所述表面处理腔室通入第一等离子体，以对所述沉积层进行表面钝化处理或刻蚀工艺；所述远程等离子体源还用于对所述沉积腔室通入第二等离子体，以对沉积腔室进行清洗。

【技术特征摘要】
1.一种半导体设备，其特征在于，包括：沉积腔室、表面处理腔室和远程等离子体源，其中：所述沉积腔室用于对衬底进行沉积工艺，形成沉积层；所述表面处理腔室用于对所述沉积层进行表面钝化或刻蚀工艺处理；所述远程等离子体源共用于所述沉积腔室和所述表面处理腔室，用于向所述表面处理腔室通入第一等离子体，以对所述沉积层进行表面钝化处理或刻蚀工艺；所述远程等离子体源还用于对所述沉积腔室通入第二等离子体，以对沉积腔室进行清洗。2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述表面处理腔室通过第一分支管道、主管道与所述远程等离子体源连接，所述第一分支管道上连接有第一清扫气体管道；所述沉积腔室通过第二分支管道、主管道与所述远程等离子体源连接，所述第二分支管道上连接有第二反应气体/清扫气体管道；所述远程等离子体源上连接有进气管道。3.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，通过所述进气管道向远程等离子体源通入工艺气体，激发后形成所述第一等离子体，并经所述主管道和所述第一分支管道通入表面处理腔室。4.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述工艺气体为NF3、N2、H2、HF中的一种。5.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，通过所述进气管道向...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁安邦，师帅涛，陈鹏，史小平，傅新宇，李春雷，荣延栋，何中凯，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11