通过控制表面组成来调控钨生长的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式大体设及用于在半导体制造期间处理基板的方法。特别地，本 发明的实施方式设及在CVD沉积工艺之前处理成核层的方法。
【背景技术】
[0002] 可靠地生产纳米尺寸的特征是下一代半导体器件的关键技术之一。缩小的电路与 器件尺寸已对处理能力提出了额外的要求。位于集成电路技术核屯、的多层互连需要精准地 处理高深宽比特征，比如过孔及其他互连。可靠地形成该些互连对未来成功及持续努力增 加单个基板的电路密度与品质是至关重要的。
[0003] 基板上形成的特征的金属锻覆（metallization)包括诸如鹤之类的金属的CVD沉 积。鹤可用于漏极触点、源极触点的金属填充、金属栅极填充和栅极触点，W及DRAM和闪存 中的应用。随着特征尺寸缩小，渐渐难W填充横截面尺寸小于20nm的特征，同时维持填充 区域无空隙。此外，若鹤的填充并非几近完美，则后处理步骤（比如鹤层的CMP及鹤（湿式 和干式）回蚀刻（etdiback))可能会打开空隙或甚至缝，而产生集成问题。
[0004] 在凹状（re-entrant)特征中，所述特征的上部小于下部，所述特征不能通过当前 的技术（甚至是W100%保形的鹤处理）无缝地填充。鹤CVD填充在近20年已发展至几近 100%的保形性。但是，当前的技术在传统的ALD鹤成核之后进行鹤面化物与的体CVD填 充，无法达成在特征内部比在场上有更多的填充物。所产生的缝在鹤CMP期间暴露至浆料， 或在鹤回蚀刻期间暴露至鹤蚀刻化学品（chemistry)。CMP浆料或回蚀刻化学品从鹤CVD 处理进入缝，扩大缝，且可能导致下游的显著集成问题。
[0005] 因此，在本领域中有许多努力致力于建立一种用于特征的无缝鹤填充的鹤沉积工 艺，所述工艺具有增强的自底向上的鹤生长过程。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施方式大体提供一种形成与处理成核层W控制鹤优先沉积至沟槽与 过孔中的方法。在一个实施方式中，一种控制CVD工艺中的成核的方法可包括W下步骤：使 包含鹤面化物的第一成核气体与反应物气体反应，W沉积第一成核层；由含氮气体形成等 离子体，W产生活化氮；用所述活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，其中所述活化氮 优先沉积在表面区域上；使包含鹤面化物的第一沉积气体与含氨气体反应，W沉积鹤填充 层；使包含鹤面化物的第二成核气体与反应物气体反应，W沉积第一成核层；W及使包含 六氣化鹤的第二沉积气体与氨气反应，W沉积鹤场层（tungstenfieldlayer)。
[0007] 在另一实施方式中，一种控制CVD工艺中的成核的方法可包括w下步骤；沉积包 含鹤的第一成核层；用活化氮处理所述第一成核层的至少一部分，其中所述活化氮优先沉 积在表面区域上；使包含鹤面化物的第一沉积气体与含氨气体反应，W沉积鹤填充层；沉 积包含鹤面化物的成核气体，W形成第二成核层；W及使包含鹤面化物的第二沉积气体与 含氨气体反应，W沉积鹤场层。
【附图说明】
[000引为了能够详细地理解本发明的上述特征，可通过参考实施方式来获得上文简要概 述的本发明的更特定描述，该些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而应注意附 图仅绘示本发明的典型实施方式，因而不应将该些附图视为对本发明的范围的限制，因为 本发明可容许其他等同有效的实施方式。
[0009] 图1是具有根据标准鹤沉积技术的特征的基板的截面图。
[0010] 图2是根据一个实施方式的用于沉积无缝鹤填充物的方法的方块图。
[0011] 图3A至图3C是根据一或更多个实施方式描绘氮处理对鹤成核延迟的影响的图。
[0012] 图4A至图4D是根据一或更多个实施方式的具有填充特征的基板的放大图像。
[0013] 为了帮助理解，已尽可能使用相同的标记数字来表示各图共用的相同元件。应考 虑到在一个实施方式中揭示的元件可有利地用于其他实施方式，而无需特定详述。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的实施方式大体提供一种形成与处理成核层W控制鹤优先沉积到沟槽与 过孔中的方法。通过现有技术在特征中沉积鹤可能导致产生缝，所述缝来自鹤CVD的成核 生长已生长到一起的区域。在许多情况中，该些缝可能具有诸如缝隙之类的缺陷，该些缝隙 是在生长期间由于壁的一个部分W与壁的另一部分稍微不同的速率生长而形成。如前文所 述，该些缝隙可能会被后沉积处理（比如在CMP期间）劣化。通过控制CVD沉积的鹤能生 长的区域，能避免该些负面的影响。参照下文所论述的附图将更清楚地描述在此揭示的实 施方式。
[001引图1是具有根据标准鹤沉积技术的特征的基板100的截面图。如在此描绘的，基 板100具有暴露的场表面102和特征104。基板100可具有柄;准组成，比如结晶娃基板。特 征104可W是被蚀刻的特征，比如过孔或沟槽。形成于基板中的特征104可具有变化的截 面尺寸。例如，基板100可具有宽度从4皿变化至8皿、总深度为110皿且深宽比为25:1的 特征104。
[0016] 薄鹤层106可通过化学反应沉积于暴露的场表面102和特征104之上，比如通过 原子层沉积（ALD)而沉积的薄保形层。在薄鹤层106上的是鹤填充层108。鹤填充层108 保形地沉积于薄鹤层106上。当层从所有表面同时且W相同速率生长时，可能发生两个问 题。第一，在特征104中，底部区域110的宽度比特征104的中间区域112或顶部区域114 的宽度还要宽，中间区域112或顶部区域114可能会过早（prema化rely)生长在一起，而产 生空隙116。第二，在预期地较普遍的情况中，特征104的区域会同时生长在一起，而非从 底部区域110向上生长。特征104中的此生长模式会产生缝118,缝118是在鹤填充层108 的生长相遇时形成的。缝118产生空间而让后处理反应物损坏鹤填充层108的均匀性，后 处理反应物比如为与CMP-并使用的那些物质。
[0017] 通过用氮处理成核层的一部分，能在成核区域中减慢成核。由此，能在鹤层的生长 中很大程度上避免该些异常（anomaly)。实施方式包括氮化一部分的成核层W形成氮化鹤 (WN)。氮化主要发生在基板的场区域上，而极少氮会行进至基板表面中所形成的特征中，该 些特征比如过孔和沟槽。WN起作用W通过减少氨前驱物的活化来增加场区域中由体沉积工 艺沉积鹤所需的时间。
[001引能实施各种技术W施加表面氮化，但所述氮化在场中应该比在一或更多个特征内 更显著。直接等离子体氮化造成场上优先氮化。可有偏压或无偏压地使用直接氮等离子体。 也可能使用含氮远程等离子体氮化。在此情况中，无离子化氮存在。然而，扩散限制仍可能 造成场中氮化多于特征中深处的氮化。最终结果为，相较于在特征中的成核，在场上有比较 高的鹤成核延迟。一旦特征中确立鹤的生长，则鹤会从成核点加速生长（在此情况中，为自 底向上的机制）且产生无缝鹤填充。
[0019] 图2是根据一个实施方式的用于沉积无缝鹤填充物的方法200的方块图。方法 200可包括将基板定位于处理腔室中。所述基板能具有任何组成，比如结晶娃基板。于一或 更多个实施方式使用的处理腔室可W是任何CVD处理腔室，比如CenturaCVDW沉积腔室， 所述腔室可购自位于美国加州圣克拉拉市的应用材料公司。下文描述的流量及其他处理参 数是针对200mm的基板。应了解，在不背离于此揭示的本发明的情况下，能根据被处理的基 板的尺寸及所使用的腔室类型调整该些参数。
[0020] 方法200可包括沉积包含鹤的第一成核层，如204中所述。在此实施方式中，第一 成核层是通过ALD工艺沉积的。ALD工艺可包括将鹤面化物吸附在基板的暴露表面上。鹤 面化物可选自所有可得的鹤面化物，比如六氣化鹤（WFe)或六氯化鹤（WCle)。可于恒定压 强（比如5托尔）提供鹤面化物至基板。进一步而言，鹤面化物能于250°C与350°C之间的 温度（比如300°C)下被吸附。
[002^ 在鹤面化物已被吸附在基板上之后，则能使用惰性气体（比如氣气）清除（purge) 腔室的残余气体。随后能用反应物气体处理基板，所述反应物气体比如为己棚烧、甲硅烷或 己硅烷，所述反应物气体与吸附的鹤面化物反应，而在吸附表面上产生金属鹤W及产生如 上文所述那样被清除的面化物气体。沉积的薄鹤层能具有在10A与100A之间的最终厚 度，比如25A。重要的是，应注意在不背离在此描述的本发明的情况下，其他实施方式可包 括由其他技术形成的成核层。