一种半导体设备及其基片处理方法技术

一种半导体设备及其基片处理方法，半导体设备包含成核腔和至少一个处理腔，温度控制系统将成核腔维持为第一温度，将处理腔维持为第二温度，气体控制系统控制含钨气体输入成核腔执行成核工艺，气体控制系统控制不含碳及金属原子的处理气体输入处理腔对执行过成核工艺的特征区内靠近所述开口的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区内远离开口的下段沉积。本发明专利技术在利用不同腔室实现温度分别控制的基础上，通过气体控制系统实现对不同操作工艺的压力和气体流速的调节，无需对基片的制程温度进行反复调节，保持了工艺的稳定性，节省了制程时间，实现了温度、压力、气体流速的全面调节，扩大了制程窗口，满足了制程需求。满足了制程需求。满足了制程需求。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体设备及其基片处理方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种用于在基片上执行钨沉积工艺的半导体设备及其基片处理方法。

技术介绍

[0002]使用沉积技术进行导电材料的沉积是许多半导体制造工艺的必不可少的部分，钨具有很低的电阻和电子迁移率，因此被广泛应用于逻辑器件和存储器件中，并作为接触孔(contacts)和中段连接线(middle
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line interconnects)的首选材料。在早前的技术节点中，由于器件的尺寸较大，因而可以使用共形CVD沉积法进行钨的填充，但是，根据摩尔定律，器件的特征尺寸不断减小，在当前的技术节点下，难以使用传统的沉积方法对这些器件进行无缝隙的钨填充，因此新型的工艺及设备亟待研发。对于逻辑器件，钨主要应用于3D NAND的字线(word line)和触点(contact)上，3D NAND是由多层堆栈形成，现在主流的堆栈层数在96层，因此作为字线和触点的特征区具有很高的深宽比，特征区尺寸的减小给钨的沉积在工艺上和设备上均带来了挑战。因此目前的钨沉积工艺中，在具有高深宽比的特征区中执行常规钨沉积工艺时，通常先在特征区中沉积成核层，然后在特征区中陆续沉积多层填充层，在沉积每一层填充层之前，要先执行保形抑制处理工艺对特征区进行抑制操作，以利于后续沉积填充层，防止在沉积过程中特征区的开口被夹断。钨沉积工艺对于温度、压力和气体流速都十分敏感，沉积成核层和沉积填充层，以及进行抑制操作所需的温度、压力、气体流速都不尽相同。目前的钨沉积设备无法分别对温度、压力和气体流速等制程参数进行精确的调节，缩小了制程窗口，难以满足制程需求。
[0003]这里的陈述仅提供与本专利技术有关的
技术介绍
，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种半导体设备及其基片处理方法，在利用不同腔室实现温度分别控制的基础上，通过气体控制系统实现对不同操作工艺的压力和气体流速的调节，无需对基片的制程温度进行反复调节，保持了工艺的稳定性，节省了制程时间，实现了温度、压力、气体流速的全面调节，扩大了制程窗口，满足了制程需求。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种半导体设备，用于在基片上执行钨沉积工艺，所述基片的表面具有高深宽比的特征区，所述特征区具有开口，所述半导体设备包含：
[0006]成核腔，用于在所述特征区执行钨的成核工艺；
[0007]至少一个处理腔，用于对执行过成核工艺的特征区内靠近所述开口的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区内远离开口的下段沉积；
[0008]传输腔，用于将所述基片移动到不同位置；
[0009]气体控制系统，控制含钨气体输入所述成核腔执行所述成核工艺，控制不含碳及金属原子的处理气体输入所述处理腔执行所述保形抑制处理工艺；
[0010]所述半导体设备还包含温度控制系统，用于将所述成核腔维持为第一温度，将所
述处理腔维持为第二温度，所述第一温度不等于第二温度。
[0011]所述特征区为深宽比大于20的孔，所述孔的内壁覆盖有内衬层。
[0012]所述成核腔内具有第一基座，用于承载所述基片，所述温度控制系统通过所述第一基座维持所述第一温度，所述第一温度的范围为200℃
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400℃。
[0013]所述处理腔内具有第二基座，用于承载所述基片，所述温度控制系统通过所述第二基座维持所述第二温度，所述第二温度的范围为300℃
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500℃。
[0014]所述气体控制系统在所述成核腔执行成核工艺后，将所述含钨气体和还原气体输入所述成核腔，执行填充操作。
[0015]所述气体控制系统在所述处理腔执行保形抑制处理工艺后，将所述含钨气体和还原气体输入所述处理腔执行填充操作。
[0016]所述气体控制系统以设定的时间间隔依次控制含钨气体、清扫气体、还原气体和清扫气体输入所述成核腔。
[0017]所述含钨气体为WF6、WCl6、W(CO)6中的一种或几种。
[0018]所述还原气源为B2H6、H2、SiH4中的一种或几种。
[0019]所述半导体设备包含N个处理腔，所述第N个处理腔用于对经过第N
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1处理腔进行工艺处理后的特征区的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区的下段沉积，所述N大于等于2；
[0020]所述气体控制系统控制不含碳及金属原子的处理气体输入所述第N处理腔执行所述保形抑制处理工艺。
[0021]所述成核腔和处理腔环绕所述传输腔设置。
[0022]所述保形抑制处理工艺包括热保形抑制处理工艺、等离子体处理工艺和远端等离子体处理工艺中的一种或几种。
[0023]在至少一个所述成核腔中沉积成核层，和/或沉积保护层。
[0024]在至少一个所述处理腔中执行保形抑制处理工艺，和/或沉积填充层。
[0025]本专利技术还提供一种基片处理方法，气体控制系统控制含钨气体输入成核腔执行成核工艺，气体控制系统控制不含碳及金属原子的处理气体输入处理腔对执行过成核工艺的特征区内靠近所述开口的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区内远离开口的下段沉积。
[0026]温度控制系统将成核腔维持为第一温度，将处理腔维持为第二温度，所述第一温度不等于第二温度。
[0027]所述第一温度的范围为200℃
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400℃。
[0028]所述第二温度的范围为300℃
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500℃。
[0029]气体控制系统在成核腔执行成核工艺后，将含钨气体和还原气体输入成核腔，执行填充操作。
[0030]气体控制系统在处理腔执行保形抑制处理工艺后，将含钨气体和还原气体输入处理腔执行填充操作。
[0031]气体控制系统以设定的时间间隔依次控制含钨气体、清扫气体、还原气体和清扫气体输入成核腔。
[0032]所述含钨气体为WF6、WCl6、W(CO)6中的一种或几种。
[0033]所述还原气源为B2H6、H2、SiH4中的一种或几种。
[0034]所述保形抑制处理工艺包括热保形抑制处理工艺、等离子体处理工艺和远端等离子体处理工艺中的一种或几种。
[0035]在至少一个成核腔中沉积成核层，和/或沉积保护层。
[0036]在至少一个处理腔中执行保形抑制处理工艺，和/或沉积填充层。
[0037]本专利技术提供的一种半导体设备及其基片处理方法，采用多个腔室来执行对高深宽比特征区的钨沉积工艺，将对高深宽比特征区执行钨沉积工艺的多个操作步骤按照工艺参数的不同进行划分，将不同制程温度的操作工艺分别在不同的腔室中进行，不同腔室中的温度保持稳定，无需对基片的制程温度进行反复调节，保持了工艺的稳定性，节省了制程时间。在利用不同腔室实现温度分别控制的基础上，通过气体控制系统实现对不同操作工艺的压力和气体流速的调节，从而实现温度、压力、气体流速的全面调节，扩大了制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体设备，用于在基片上执行钨沉积工艺，所述基片的表面具有高深宽比的特征区，所述特征区具有开口，其特征在于，所述半导体设备包含：成核腔，用于在所述特征区执行钨的成核工艺；至少一个处理腔，用于对执行过成核工艺的特征区内靠近所述开口的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区内远离开口的下段沉积；传输腔，用于将所述基片移动到不同位置；气体控制系统，控制含钨气体输入所述成核腔执行所述成核工艺，控制不含碳及金属原子的处理气体输入所述处理腔执行所述保形抑制处理工艺。2.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备还包含温度控制系统，用于将所述成核腔维持为第一温度，将所述处理腔维持为第二温度，所述第一温度不等于第二温度。3.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述特征区为深宽比大于20的孔，所述孔的内壁覆盖有内衬层。4.如权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述成核腔内具有第一基座，用于承载所述基片，所述温度控制系统通过所述第一基座维持所述第一温度，所述第一温度的范围为200℃
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400℃。5.如权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，所述处理腔内具有第二基座，用于承载所述基片，所述温度控制系统通过所述第二基座维持所述第二温度，所述第二温度的范围为300℃
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500℃。6.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述气体控制系统在所述成核腔执行成核工艺后，将所述含钨气体和还原气体输入所述成核腔，执行填充操作。7.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述气体控制系统在所述处理腔执行保形抑制处理工艺后，将所述含钨气体和还原气体输入所述处理腔执行填充操作。8.如权利要求1或6所述的半导体设备，其特征在于，所述气体控制系统以设定的时间间隔依次控制含钨气体、清扫气体、还原气体和清扫气体输入所述成核腔。9.如权利要求8所述的半导体设备，其特征在于，所述含钨气体为WF6、WCl6、W(CO)6中的一种或几种。10.如权利要求8所述的半导体设备，其特征在于，所述还原气源为B2H6、H2、SiH4中的一种或几种。11.如权利要求7所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备包含N个处理腔，所述第N个处理腔用于对经过第N
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1处理腔进行工艺处理后的特征区的上段执行保形抑制处理工艺，使其不阻挡所述特征区的下段沉积，所述N大于等于2；所述气体控制系统控制不含碳及金属原子的处理气体输入所述第N处理腔执行所述保形抑制处理工艺。12.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄宇峰，陶珩，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：