沉积含金属膜于具有图案化构造的基板上的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种沉积含金属膜于具有图案化构造的基板上的方法，即揭示由底部向上的金属沉积方法，以填入内连线结构和置换栅极结构，能使具有高深宽比的细微构造的间隙填入不会造成空洞，并且提供具有良好镀膜品质的金属膜。利用ＧＣＩＢ工艺沉积金属膜的临场前处理能允许表面杂质和表面氧化物，以改善底层和沉积的金属之间的粘结性。借由ＰＩ－ＣＶＤ工艺沉积的金属膜是使用高能量低频率的光源，于相对低的温度时呈现类液态的性质，而允许金属膜由底部向上填入细微构造。由ＰＩ－ＣＶＤ工艺沉积的金属膜的后沉积退火工艺能使金属膜致密化，并从金属膜移除残留的气态物种。本发明专利技术解决了具有高深宽比的细微构造在间隙填入时所面临的挑战。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属膜的沉积方法，尤其涉及一种在具有高深宽比的细微半导体 装置结构上由底部向上的金属化方法。
技术介绍
为改善半导体装置效能所付出的持续努力，伴随着持续缩减半导体装置尺寸的持 续努力，由此改善了装置的运算速度和功能性的能力。随着装置上的构造尺寸的降低，该 装置的效能逐渐地依赖内连线而决定，这些内连线在功能性装置之间是必需的。为了改善 半导体设计的内连线外观且降低对装置内连线的相对冲击，典型地使用多层内连线结构制 造集成电路。多层内连线包含在这些多重芯片模块中，并借由交错的介电层来分离，所述介 电层是用做金属构造之间的电性绝缘。用于构筑该互连的金属构造的金属的选择特性是依 据低电阻率、对电子迁移的抵抗性、对底层基板材料的粘结性、稳定性(兼具有电性和机械 性)、以及工艺的容易度。基于上述理由，常选择铜是因为其具有低电阻率、对电子迁移的 高抵抗性、及对应力孔洞的抵抗性。通常会沉积一扩散阻障层以衬垫所述多个沟槽和导孔 (开孔)。该扩散阻障层有时也作为提升粘结性的膜层。对于接触栓，通常使用钨(W)填入 栓塞结构，而非使用铜，以避免铜扩散到栅极。也会使用一粘结层衬垫所述多个接触栓。随 着装置构造尺寸的降低，接触物、导孔和沟槽结构的间隙填入渐渐地变得具有挑战性。除了金属内连线之外，在制造互补式金属-氧化物-半导体(CMOS)晶体管的栅极 电极时，因使用high-k介电材料和金属置换原先的二氧化硅和多晶硅，因此也具有金属填 隙的挑战性。置换金属栅极工艺通常使用于形成该栅极电极。一典型的置换金属栅极工 艺的开始为在一半导体基板上形成一 high-k介电材料和形成一牺牲栅极于一对间隙子之 间。在完成后续的工艺步骤后，移除该牺牲栅极，并将遗留下的沟槽填入一或多层金属。基 于元件构造的缩小，将遗留下的沟槽填入一或多层金属也逐渐地变得困难。对于先进的工 艺技术，沟槽、导孔和接触物的填隙以及以金属膜层取代栅极结构而不产生空洞并使其具 有优良的电性效能和可靠度是很关键的。因此，业界急需的是一种改良的金属填隙工艺因 应先进的半导体制造技术。
技术实现思路
本专利技术的实施例揭示由底部向上的金属沉积以填入内连线结构和置换栅极结构 的方法，能使具有高深宽比的细微构造的间隙填入不会造成空洞，并且提供良好镀膜品质 的金属膜。利用气体团簇离子束(gas cluster ion beam，简称GCIB)工艺沉积金属膜的临 场前处理能允许表面杂质和表面氧化物，以改善底层和沉积的金属之间的粘结性。借由光 诱发化学气相沉积(photo-induced chemical vapor exposition，简称 PI-CVD)工艺沉积 的金属膜是使用高能量低频率的光源，于相对低的温度时展现类液态的性质，而允许金属 膜由底部向上地填入该细微构造。由PI-CVD工艺沉积的金属膜的后沉积退火工艺能使金 属膜致密化，并从该金属膜移除残留的气态物种。对于先进的制造技术，上述由底部向上金属沉积方法解决了具有高深宽比的细微构造在间隙填入时所面临的挑战。以下所描述的由底部向上的金属沉积以填入内连线结构和置换栅极结构的方法， 能使具有高深宽比的细微构造的间隙填入不会造成空洞，并且提供良好镀膜品质的金属 膜。利用气体团簇离子束(GCIB)工艺沉积金属膜的临场前处理能允许移除表面杂质和表 面氧化物，以改善底层和沉积的金属之间的粘结性。借由光诱发化学气相沉积(PI-CVD)工 艺沉积的金属膜是使用高能量低频率的光源，于相对低的温度时展现类液态的性质，而允 许金属膜由底部向上填入该细微构造。由PI-CVD工艺沉积的金属膜的后沉积退火工艺能 使金属膜致密化，并且在相对低的温度下从该金属膜移除残留的气态物种。借由GCIB和 PI-CVD工艺沉积的金属膜并未或仅有极少部分沉积在所述多个构造(或开口)的侧壁表面 上。因为在沉积过程中，开口的尺寸并未减少以及所述多个开口(或构造)的高宽比也并 未增加，因此上述由底部向上填入的特性很重要。对于先进的制造技术，上述由底部向上金 属沉积方法解决了具有高深宽比的细微构造在间隙填入时所面临的挑战。于一实施例中，提供一种沉积一含金属膜在具有图案化构造的基板上的方法。上 述方法包括放置一具有图案化构造的基板于一气体团簇离子束(GCIB)工艺腔体中；在 GCIB工艺腔体中借由使用离子团簇的处理气体，施以一基板的表面处理，以移除该基板的 一表面层或将该表面层转换；以及在GCIB工艺腔体中借由使用GCIB法沉积一含金属膜，从 底部往上填入该图案化构造，其中极少的含金属膜沉积在该图案化构造的侧壁上。于另一实施例中，提供一种沉积一含金属膜在具有图案化构造的基板上的方法。 该方法包括放置一具有图案化构造的基板于一光诱发化学气相沉积(PI-CVD)工艺腔体 中；使用PI-CVD法沉积一含金属膜，其中该含金属膜的类液态本质致使该含金属膜从底部 往上填入该图案化构造；以及实施一退火工艺于该含金属膜层，以致密化该含金属膜层并 从该含金属膜层释放残留的气态化合物。本专利技术能使具有高深宽比的细微构造的间隙填入不会造成空洞，并且提供良好镀 膜品质的金属膜。为使本专利技术能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下 附图说明图IA显示根据本专利技术的一实施例的一内连线结构的剖面示意IB显示根据本专利技术的一实施例，将金属沉积填入开口的剖面示意图。图IC显示开口可利用由底部向上的金属沉积工艺填入一金属层的剖面示意图。图2A显示根据本专利技术的一实施例具有方向性的离子团簇到达具有阻障/粘结层 的开口，以沉积一金属层的剖面示意图。图2B显示根据本专利技术的一实施例，当离子团簇撞击基板表面时，离子团簇将分解 成金属和残留的气态物种的示意图。图3A显示根据本专利技术的一实施例，在一 GCIB工艺腔体中整合表面前处理和沉积 镀膜的制造流程图。图;3B显示根据本专利技术的一实施例在基板中具有导通孔开口和沟槽开口的双镶嵌 结构。图3C显示根据本专利技术的实施例的一置换栅极结构位于一基板的上面。图3D显示根据本专利技术的实施例在图3C的开口中填入一选择性的阻障/粘结层和一栅极金属层。图3E显示根据本专利技术的实施例借由GCIB法沉积功函数层于一置换栅极结构中。图3F显示根据本专利技术的一实施例，借由GCIB法沉积的金属层和功函数层可填入 一置换栅极结构中。图4A显示根据本专利技术的实施例以光子能量打断金属分子和有机化合物之间的键 结的示意图。图4B显示根据本专利技术的一实施例，以PICVD工艺沉积的金属层呈现类液态的本 质，能使金属分子移动(“流动”)至构造的底部，并且由底部向上填满开口。图5显示根据本专利技术的一实施例，借由PI-CVD工艺沉积含金属膜于一图案化构造 上，接续实施退火步骤的制造流程图。其中，附图标记说明如下100 内连线结构；101 介电材料；102,102' 开口 ；103 阻障层；104 悬挂凸出结构；105 基板；106 空洞(void)；115,115' 金属层；202 开口 ；214、215、216 金属膜；211 离子团簇；205 基板；225 基板表面；300 制造流程；301--304 工艺步骤；311 导通孔开口；312 沟槽开口；313 阻障/粘结层；314 金属膜层；315 基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种沉积含金属膜于具有图案化构造的基板上的方法，包括：放置一具有图案化构造的基板于一气体团簇离子束工艺腔体中，该气体团簇离子束即ＧＣＩＢ；在ＧＣＩＢ工艺腔体中借由使用离子团簇的处理气体，施以一基板的表面处理，以移除该基板的一表面层或将该表面层转换；以及在ＧＣＩＢ工艺腔体中借由使用ＧＣＩＢ法沉积一含金属膜，从底部往上填入该图案化构造，其中极少的含金属膜沉积在该图案化构造的侧壁上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林思宏，杨棋铭，陈其贤，林进祥，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]