用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法技术

披露了一种用低电阻率金属填充凹陷特征的方法。该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；并且用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂增大在该第二层上相对于在该第一层上的金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中的第二层上；以及移除沉积在该第一层上、包括沉积在场区域上和该第一层的位于该凹陷特征中的侧壁上的金属核，以在该凹陷特征中的第二层上选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求2018年10月10日提交的美国临时专利申请序列号62/744,038的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及半导体处理和半导体器件，并且更具体地，涉及一种用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法。

技术介绍

[0004]半导体器件含有被填充的凹陷特征，比如形成在比如层间电介质(ILD)的介电材料中的沟槽或过孔。由于在凹陷特征底部的金属层上相对于在介电材料上的有限金属沉积选择性，凹陷特征的选择性金属填充是有问题的。这使得在凹陷特征周围的场区域(水平区域)上和凹陷特征的侧壁上开始不想要的金属核沉积之前，难以在自底向上的沉积过程中用金属充分填充凹陷特征。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例描述了一种用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法。根据一个实施例，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；和用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该第二层上的金属沉积选择性。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中的第二层上；以及移除沉积在该第一层上、包括沉积在场区域上和该第一层的位于该凹陷特征中的侧壁上的金属核，以在该凹陷特征中的第二层上选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。
[0006]根据另一实施例，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；将含金属层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中；从该凹陷特征的底部并从围绕该凹陷特征的场区域各向异性地移除该含金属层，以在该凹陷特征的侧壁上形成该含金属层。该方法进一步包括：用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该凹陷特征的侧壁上和在该第二层上的含金属层上金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层相对于在围绕该凹陷特征的场区域上优先地沉积在这些侧壁上和该凹陷特征中的第二层上的含金属层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。
[0007]根据另一实施例，该方法包括：提供包含形成在材料中的凹陷特征的图案化衬底；将金属氮化物层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中和围绕该凹陷特征的场区域
上；氧化该场区域上的金属氮化物层。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中未被氧化的该金属氮化物层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。
[0008]根据另一实施例，该方法包括：提供包含形成在材料中的凹陷特征的图案化衬底；将金属氧化物层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中和围绕该凹陷特征的场区域上；氮化该场区域上和该凹陷特征中的金属氧化物层；氧化该场区域上的氮化的金属氧化物层。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中未被氧化的氮化的该金属氧化物层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。
[0009]根据另一实施例，该方法包括：提供包含形成在材料中的凹陷特征的图案化衬底；将金属氧化物层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中和围绕该凹陷特征的场区域上；和氮化该场区域上的金属氧化物层。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该场区域上的氮化的金属氧化物层上；以及移除沉积在该凹陷特征中的金属核，以在该场区域上选择性地形成该金属层。该沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。
附图说明
[0010]通过参考以下在结合附图考虑时的具体实施方式，由于本专利技术变得更好理解而将容易获得对本专利技术及其许多附带优点的更完整的理解，其中：
[0011]图1A至图1F示意性地示出了根据本专利技术的实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；
[0012]图2A至图2E示意性地示出了根据本专利技术另一实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；
[0013]图3A至图3E示意性地示出了根据本专利技术另一实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；
[0014]图4A至图4F示意性地示出了根据本专利技术另一实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；
[0015]图5A至图5E示意性地示出了根据本专利技术另一实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；
[0016]图6A至图6D示意性地示出了根据本专利技术另一实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法；以及
[0017]图7示出了在图案化衬底上的凹陷特征中具有选择性Ru金属形成的SEM图像。
具体实施方式
[0018]本专利技术的实施例提供了用于在半导体器件的凹陷特征中选择性地形成低电阻率金属的方法。该方法可以用于用低电阻率金属完全填充凹陷特征。根据一个实施例，通过气相沉积，金属沉积选择性按以下顺序增大：含Si材料<含金属层<金属。例如，沉积的金属可
以包括Ru金属、Co金属或W金属。金属沉积的孵化时间针对金属最短并且针对含Si材料最长。孵化时间是指沉积过程期间直到在表面上开始金属沉积为止的延迟。在一个实施例中，这可以用于指相对于在凹陷特征上方的表面优先地在凹陷特征中形成金属。含Si材料可以包括SiO2、SiON或SiN。SiO2可以沉积为层或通过Si的氧化(例如通过暴露于空气、氧(O2或O)、臭氧或H2O)而形成。SiN可以沉积为层或通过Si的氮化(例如通过暴露于N或NH3)而形成。SiON可以沉积为层或通过氮化SiO2、通过SiN的氧化、或通过Si的氧化和氮化而形成。含金属层可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物、金属硫化物或金属磷化物。金属硅化物可以通过金属沉积在Si上或Si沉积在金属上、然后通过热处理、或通过在沉积过程期间形成金属硅化物而形成。金属可以例如包括Ru金属、C
o
金属或W金属。
[0019]图1A至图1F示意性地示出了一种根据本专利技术的实施例的用于在凹陷特征中进行选择性金属形成的方法。金属可以例如选自由Ru金属、C
o
金属和W金属组成的组。图案化衬底1包含围绕在第一层100中形成的凹陷特征110的场区域101。凹陷特征110包含侧壁103和具有暴露表面104的第二层102。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成半导体器件的方法，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该第二层上的金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中的该第二层上；以及移除沉积在该第一层上、包括沉积在场区域上和该第一层的位于该凹陷特征中的侧壁上的金属核，以在该凹陷特征中的该第二层上选择性地形成该金属层。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：重复该预处理、沉积和移除至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。3.如权利要求1所述的方法，其中，该预处理包括在该第一层上形成自组装单层(SAM)。4.如权利要求1所述的方法，其中，该金属层选自由Ru金属、Co金属和W金属组成的组，并且该第二层选自由Cu金属、Ru金属、Co金属、W金属和它们的组合组成的组。5.一种用于形成半导体器件的方法，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；将含金属层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中；从该凹陷特征的底部并从围绕该凹陷特征的场区域各向异性地移除该含金属层，以在该凹陷特征的侧壁上形成该含金属层；用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该凹陷特征的侧壁上和该第二层上的该含金属层上的金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层相对于在围绕该凹陷特征的场区域上优先地沉积在这些侧壁上和该凹陷特征中的该第二层上的该含金属层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：重复该预处理、沉积和移除至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。7.如权利要求5所述的方法，其中，该预处理包括在该第二层上形成自组装单层(SAM)。8.如权利要求5所述的方法，其中，该金属层选自由Ru金属、Co金属和W金属组成的组，并且该第二层选自由Cu金属、Ru金属、Co金属、W金属和它们的组合组成的组。9.如权利要求5所述的方法，其中，该含金属层包含金属氧化物、金属氮化物或它们的组合。10.如权利要求5所述的方法，其中，该金属氧化物包括Al2O3、TiU2、HfO2或MnU2，并且该金属氮化物包括AlN、TiN、HfN或MnN。11.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤凯鸿，大卫，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：