金属钨的填充方法技术

本发明专利技术属于半导体设计及制造领域，本发明专利技术提供一种金属钨的填充方法，方法包括步骤：于开口的侧壁形成氮化钨钝化层；以及于所述开口中进行金属钨填充。本发明专利技术在金属钨填充过程中特别插入了氮化钨钝化层。由于金属钨在钨种子层和氮化钨钝化层表面的生长具有显著不同的沉积速率，本发明专利技术利用氮化钨钝化层对金属钨的进一步生长具有的钝化作用，促使金属钨的后续沉积产生一定的迟滞时间。本发明专利技术通过在金属钨填充过程插入的特征氮化钨钝化层，使得结构内外侧产生迟滞强度差异，可以显著增强金属钨的填充效果，实现金属钨的完全填充，避免结构内部孔隙等缺陷的产生，并大大提高了填充工艺的可调节能力。

Filling method of tungsten metal

【技术实现步骤摘要】
金属钨的填充方法
本专利技术属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种金属钨的填充方法。
技术介绍
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3DNOR闪存和3DNAND闪存。其中，3DNAND存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。金属钨因为具有低电阻率和高稳定性的特性，被广泛应用于各种低层金属及孔槽结构的填充，如接触孔(CT)、金属布线结构的第底层金属(M0)、第一层金属(M1)，在高深宽比的孔槽结构的填充中具有显著优势。现有的各种栓孔和沟槽结构通常采用单纯金属钨的气相化学反应方式直接填充。通过持续地生长沉积直至完全填充，并希望得到尽可能纯的金属钨结构，因此，在此生长过程中不会引入钨以外的异种化学物质。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种金属钨的填充方法，用于解决现有技术中金属钨的填充过程容易产生孔隙的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种金属钨的填充方法，所述填充方法包括步骤：于开口的侧壁形成氮化钨钝化层；于所述开口中进行金属钨填充。>可选地，所述开口形成于一基底内，且所述开口的上部区域具有自所述开口朝所述基底凹陷的弯曲部。可选地，所述弯曲部与所述开口顶部开口的宽度之比大于110％。可选地，所述开口的侧壁与所述开口底部之间的倾斜角度大于85°。可选地，所述开口的深宽比介于5～50之间。可选地，所述氮化钨钝化层的厚度自所述开口的开口朝所述开口的内部逐渐减小。可选地，所述氮化钨钝化层的厚度范围介于5埃米～150埃米之间。可选地，所述氮化钨钝化层的化学式为WNx，其中，x的取值范围介于0.1～2.0之间。可选地，所述开口包括上孔槽部及下孔槽部，所述氮化钨钝化层仅形成于所述上孔槽部的侧壁或/及所述开口的顶部表面。可选地，形成所述氮化钨钝化层之前还包括：在所述开口内沉积钨种子层以及覆盖所述钨种子层的钨本体层，所述钨本体层围成孔，所述氮化钨钝化层位于所述孔内并与所述钨本体层接触；或者；在所述开口内沉积钨种子层，所述钨种子层围成孔，所述氮化钨钝化层位于所述孔内并与所述钨种子层接触。可选地，采用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺生长钨种子层，其中，所述化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺的气源包括第一气源及六氟化钨，所述第一气源包括硅烷及乙硼烷中的一种或两种，所述六氟化钨与第一气源的体积比例介于0.4～3之间，所述第一气源的流量介于50sccm～1000sccm之间，所述六氟化钨的流量介于50sccm～1500sccm之间，沉积温度介于250℃～400℃之间，沉积时间介于0.5秒～500秒之间，所述钨种子层的厚度介于15埃米～500埃米之间。可选地，采用化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺形成所述钨本体层，其中，所述化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺的气源包括六氟化钨及氢气，所述六氟化钨与所述氢气的体积比例介于10～100之间，所述六氟化钨的流量介于50sccm～1500sccm之间，所述氢气的流量介于1000sccm～50000sccm之间，沉积温度介于250℃～400℃之间，沉积时间介于0秒～500秒之间，所述钨本体层的厚度介于0埃米～1500埃米之间。可选地，采用远程等离子体处理工艺于部分填充的所述金属钨表面形成所述氮化钨钝化层，其中，所述远程等离子体处理工艺采用的气源包括氮气，用以产生活性氮离子并与所述钨薄层反应形成所述氮化钨钝化层，所述氮气的流量介于5sccm～100sccm，反应温度介于20℃～450℃之间，反应时间介于0.2秒～60秒之间，所述氮化钨钝化层的厚度介于5埃米～100埃米之间。可选地，采用原位等离子体处理工艺于部分填充的所述金属钨表面形成所述氮化钨钝化层，其中，所述原位等离子体处理工艺所采用的气源包括氮气及氩气，用以对所述钨种子层表面进行氮化处理形成所述氮化钨钝化层，所述氮气的流量介于5sccm～100sccm之间，沉积温度介于20℃～350℃之间，沉积时间介于0.2秒～60秒之间，所述氮化钨钝化层的厚度介于5埃米～100埃米之间。可选地，采用化学气相沉积工艺形成所述氮化钨钝化层，其中，所述化学气相沉积工艺的气源包括氨气及六氟化钨，所述六氟化钨与所述氨气的体积比例介于0.2～10，所述六氟化钨流量介于10sccm～400sccm之间，所述氨气流量介于5sccm～300sccm之间，沉积温度介于100℃～450℃之间，沉积时间介于0.5秒～60秒之间，所述氮化钨钝化层的厚度介于5埃米～150埃米之间。可选地，采用原子层沉积工艺形成所述氮化钨钝化层，其中，所述原子层沉积工艺的气源包括氨气、六氟化钨及乙硼烷，所述六氟化钨与所述氨气的体积比例介于0.2～10，所述六氟化钨的流量范围介于10sccm～400sccm之间，所述氨气的流量范围介于5sccm～300sccm之间，所述乙硼烷的流量范围介于0～300sccm之间，沉积温度介于100℃～450℃之间，沉积时间介于0.5秒～60秒之间，所述氮化钨钝化层的厚度介于5埃米～120埃米之间。可选地，采用化学气相沉积工艺于未闭合的所述开口进行金属钨填充，其中，所述化学气相沉积工艺的气源包括六氟化钨及氢气，所述六氟化钨与所述氢气的体积比例介于10～100之间，沉积温度介于350℃～500℃之间。如上所述，本专利技术的金属钨的填充方法，具有以下有益效果：本专利技术在金属钨填充过程中特别插入了氮化钨钝化层。由于金属钨在钨种子层和氮化钨钝化层表面的生长具有显著不同的沉积速率，本专利技术利用氮化钨钝化层对金属钨的进一步生长具有的钝化作用，促使金属钨的后续沉积产生一定的迟滞时间。本专利技术通过在金属钨填充过程插入的特征氮化钨钝化层，使得结构内外侧产生迟滞强度差异，可以显著增强金属钨的填充效果，实现金属钨的完全填充，避免结构内部孔隙等缺陷的产生，并大大提高了填充工艺的可调节能力。本专利技术可有效避免金属钨结构填充不实产生的孔隙等缺陷，极大地降低了由于孔隙外露而造成的氟侵蚀的风险。本专利技术可以提高金属钨填充的反应温度，从而增加沉积速率，减少反应时间和气体消耗量。传统的金属钨沉积工艺为了增强金属钨结构填充，需要降低反应速率来提升台阶覆盖率，而本专利技术经过处理形成氮化钨钝化层后，使得填充结构的顶部生长停滞，在更快沉积速率下就可以实现较高的台阶覆盖率，同时避免了高沉积速率下结构顶部的悬突(overhang)效应。本专利技术的金属钨结构填充效果更强，并且反应温度更高，得到的金属钨结晶度更高，可以显著降低导通电阻，提升器件响应速度。...

【技术保护点】
1.一种金属钨的填充方法，其特征在于，所述填充方法包括步骤：/n于开口的侧壁形成氮化钨钝化层；/n于所述开口中进行金属钨填充。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属钨的填充方法，其特征在于，所述填充方法包括步骤：
于开口的侧壁形成氮化钨钝化层；
于所述开口中进行金属钨填充。


2.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述开口形成于一基底内，且所述开口的上部区域具有自所述开口朝所述基底凹陷的弯曲部。


3.根据权利要求2所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述弯曲部与所述开口顶部开口的宽度之比大于110％。


4.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述开口的侧壁与所述开口底部之间的倾斜角度大于85°。


5.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述开口的深宽比介于5～50之间。


6.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述氮化钨钝化层的厚度自所述开口的开口朝所述开口的内部逐渐减小。


7.根据权利要求6所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述氮化钨钝化层的厚度范围介于5埃米～150埃米之间。


8.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述氮化钨钝化层的化学式为WNx，其中，x的取值范围介于0.1～2.0之间。


9.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：所述开口包括上孔槽部及下孔槽部，所述氮化钨钝化层仅形成于所述上孔槽部的侧壁或/及所述开口的顶部表面。


10.根据权利要求1所述的金属钨的填充方法，其特征在于：形成所述氮化钨钝化层之前还包括：
在所述开口内沉积钨种子层以及覆盖所述钨种子层的钨本体层，所述钨本体层围成孔，所述氮化钨钝化层位于所述孔内并与所述钨本体层接触；或者；
在所述开口内沉积钨种子层，所述钨种子层围成孔，所述氮化钨钝化层位于所述孔内并与所述钨种子层接触。


11.根据权利要求10所述的金属钨的填充方法，其特征在于：采用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺生长钨种子层，其中，所述化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺的气源包括第一气源及六氟化钨，所述第一气源包括硅烷及乙硼烷中的一种或两种，所述六氟化钨与第一气源的体积比例介于0.4～3之间，所述第一气源的流量介于50sccm～1000sccm之间，所述六氟化钨的流量介于50sccm～1500sccm之间，沉积温度介于250℃～400℃之间，沉积时间介于0.5秒～500秒之间，所述钨种子层的厚度介于15埃米～500埃米之间。


12.根据权利要求10所述的金属钨的填充方法，其特征在于：采用化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺形成所述钨本体层，其中，所述化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺的气源包括六氟化钨及氢气，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹侃，胡凯，李远，万先进，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42