用于金属栅极堆叠中的金属填充的方法及设备技术

一种填充半导体结构中的特征的方法包括通过原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)中的一者在该特征中形成阻挡层；其中该阻挡层为钴(Co)、钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物(TiAlC)或氮化钛(TiN)中的一者；及通过ALD或CVD中的一者在特征中及在阻挡层之上形成金属层；其中该金属层为铝(Al)、Co、Mo、钌(Ru)或钨(W)中的一者。钌(Ru)或钨(W)中的一者。钌(Ru)或钨(W)中的一者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属栅极堆叠中的金属填充的方法及设备


[0001]本公开内容的实施方式大体涉及薄膜制造技术。

技术介绍

[0002]在先前(即，较大)节点中，行业已使用钛(Ti)的物理气相沉积(PVD)继之以铝(Al)的化学气相沉积(CVD)来实现用于金属栅极堆叠应用的金属填充。然而，专利技术人已观察到，由于(例如)来自诸如三维(3D)FinFET或环绕式栅极(gate all around；GAA)结构的新应用及结构的挑战，随着元件缩放至更小的特征大小(例如，更小的节点)，前述工艺再也无法满足缝隙填充的要求。
[0003]为了说明上述问题，图1示意性地描绘具有基底层102的基板100，特征104形成在该基底层102中。阻挡层106形成在基底层102的顶表面之上，包括在特征104的表面上(例如，沿着特征104的侧壁及底部)。金属层108随后形成在阻挡层106的顶上。在通过阻挡层106及金属层108填充特征之后，在特征104内观察到接缝110。此接缝的存在是不期望的，因为接缝不利于后续处理，诸如，化学机械平坦化(CMP)或蚀刻处理。举例而言，蚀刻剂或CMP研磨浆料可能会不期望地经由接缝扩散至特征中。另外，专利技术人已观察到，这些接缝也可能不期望地造成堆叠电阻增大。
[0004]因此，专利技术人已提供了用于填充可延伸至更具挑战性的3D结构(诸如，FinFET及GAA结构)中的特征的方法及设备的实施方式。

技术实现思路

[0005]本文中提供用于填充特征的方法及设备的实施方式。特定而言，本公开内容的实施方式有利地提供用于完成对FinFET/GAA结构友好的不同缝隙填充方案的方法及设备。本文所述的已公开的处理可用在较小结构中以及更复杂结构中，诸如，3D结构，诸如，FinFET及GAA应用中(除其他以外)。
[0006]另外，本文所提供的方法及设备的实施方式也可用于填充特征，其中接缝得以减小或被消除。特定而言，本公开内容的实施方式有利地提供用于在填充特征的同时最小化、减小或消除接缝形成的方法及设备。金属膜被证明可以提供良好的缝隙填充，具有最小的电学性能影响。此外，因为下层的TiN材料性质得以保留，所以可更容易地整合在多腔室处理工具中，如以下所述。
[0007]在一些实施方式中，一种填充半导体结构中的特征的方法包括通过原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)中的一者在该特征中形成阻挡层；其中该阻挡层为钴(Co)、钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物(TiAlC)、或氮化钛(TiN)中的一者；及通过ALD或CVD中的一者在特征中及在阻挡层之上形成金属层；其中该金属层为铝(Al)、Co、Mo、钌(Ru)或钨(W)中的一者。
[0008]在一些实施方式中，一种在半导体结构的特征中的缝隙填充包括在该特征中的阻挡层；其中该阻挡层是以下项中的一者：钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物
(TiAlC)、或氮化钛(TiN)，其中每一者已通过原子层沉积(ALD)形成；或钴(Co)或Ti，其中每一者已通过化学气相沉积(CVD)形成；及在特征中且在阻挡层之上的金属层；其中该金属层是以下项中的一者：Mo或钨(W)，其中每一者已通过ALD形成；或铝(Al)、Co或钌(Ru)，其中每一者已通过CVD形成；其中金属层为无缝的。
[0009]在一些实施方式中，一种用于在半导体结构的特征中形成缝隙填充的系统包括被配置为通过原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)中的一者在该特征中形成阻挡层的设备，该阻挡层为钴(Co)、钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物(TiAlC)、或氮化钛(TiN)中的一者；及被配置为通过ALD或CVD中的一者在该特征中及该阻挡层之上形成金属层的设备，该金属层为铝(Al)、Co、Mo、钌(Ru)或钨(W)中的一者；其中该阻挡层及该金属层是缝隙填充；其中该缝隙填充是无缝的。
[0010]以下描述本公开内容的其他及另外实施方式。
附图说明
[0011]可以通过参考在附图中所描绘的本公开内容的说明性实施方式理解以上简要概述并在以下更详细地论述的本公开内容的实施方式。然而，附图仅绘示本公开内容的典型实施方式且因此不应被视为限制范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
[0012]图1是填充在基板中且含有接缝的先前技术特征的示意图。
[0013]图2A至图2F分别描绘可使用根据本公开内容的方法及设备制造的非限制性示例性结构。
[0014]图3是根据本公开内容的实施方式的在特征中形成具有缝隙填充的半导体结构的方法的流程图。
[0015]图4A至图4E描绘根据本公开内容的实施方式的在特征中形成具有缝隙填充的半导体结构的横截面图。
[0016]图5描绘根据本公开内容的实施方式的说明性多腔室处理系统的示意性俯视图。
[0017]为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同附图标记来表示图中共同的相同元件。各图并未按比例绘制，并可为了清楚起见而简化。一个实施方式的元件及特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0018]本文中提供用于填充特征的方法及设备的实施方式。特定而言，本公开内容的实施方式有利地提供用于完成对FinFET/GAA结构友好的不同缝隙填充方案的方法及设备。本文所述的已公开的处理可用在较小结构中以及更复杂结构中，诸如，3D结构，诸如，FinFET及GAA应用中(除其他以外)。缝隙填充可不形成或基本上不形成接缝。
[0019]如本文中所使用，术语“无接缝”、“无缝”及其类似术语旨在表示“无接缝”和/或“基本上无接缝”。
[0020]如本文中所使用，术语“基本上无接缝”及其类似术语旨在包括其中接缝可通过透射电子显微术(transition electron microscopy；TEM)检测到但其中接缝在整个特征长度上具有不多于约3埃的宽度的结构。
[0021]替代地或额外地，如本文中所使用，术语“基本上无接缝”及其类似术语旨在表示
存在可通过透射电子显微术检测到的接缝但该接缝(若存在)对于具有被填充的特征的半导体造成最小的电学性能影响。
[0022]如本文中所使用，术语“最小的电学性能影响”及其类似术语旨在表示半导体在填充其中的特征之后会经历不多于约0％至约5％(例如，从约0至约5％)的平带电压(Vfb)变化和/或不多于约5％(例如，从约0至约5％)的等效氧化物厚度(equivalent oxide thickness；EOT)变化。
[0023]图2A至图2F分别描绘可使用根据本公开内容的方法及设备制造的示例性结构。在实施方式中，根据本公开内容的实施方式，在半导体结构的特征中的缝隙填充可包括阻挡层及在其上的金属接触层。缝隙填充可以是无缝的。
[0024]图2A示意性地描绘具有基底层202的基板200A，其中特征204是根据本公开内容的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种填充半导体结构中的特征的方法，包括以下步骤：通过原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)中的一者在所述特征中形成阻挡层；其中所述阻挡层为钴(Co)、钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物(TiAlC)、或氮化钛(TiN)中的一者；以及通过ALD或CVD中的一者在所述特征中及在所述阻挡层之上形成金属层；其中所述金属层为铝(Al)、Co、Mo、钌(Ru)或钨(W)中的一者。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层的步骤是通过ALD，且所述阻挡层为Mo、MoN加Mo、Ti、TiAlC、或TiN中的一者。3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层的步骤是通过CVD，且所述阻挡层为Co或Ti中的一者。4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述阻挡层的步骤是通过PVD，且所述阻挡层为Ti。5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述金属层的步骤是通过ALD，且所述金属层为Mo或W中的一者。6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述金属层的步骤是通过CVD，且所述金属层为Al、Co、或Ru中的一者。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述半导体结构为鳍式场效应晶体管(FINFET)、环绕式栅极晶体管(GAA)、p型金属氧化物半导体(PMOS)、或n型金属氧化物半导体(NMOS)中的一者。8.一种在半导体结构的特征中的缝隙填充，包括以下步骤：位于所述特征中的阻挡层；其中所述阻挡层为以下项中的一者：钼(Mo)、氮化钼(MoN)加Mo、钛(Ti)、钛铝碳化物(TiAlC)、或氮化钛(TiN)，其中每一者已通过原子层沉积(ALD)形成；或钴(Co)或Ti，其中每一者已通过化学气相沉积(CVD)形成；以及位于所述特征中且位于所述阻挡层之上的金属层；其中所述金属层为以下项中的一者：Mo或钨(W)，其中每一者已通过ALD形成；或铝(Al)、Co或钌(Ru)，其中每一者已通过CVD形成；其中所述金属层是无缝的。9.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：所述阻挡层为Mo；并且所述金属层为...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里尼瓦斯，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：