一种金属钨的沉积方法
【专利摘要】本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种金属钨的沉积方法，可应用于三维存储器的制备工艺中，通过在金属钨栅刻蚀之后，增加一道以金属钨栅作为形核层的金属钨的选择性生长工艺，以延长金属钨栅的截面长度，改善金属钨栅由于刻蚀造成的凹陷，完善结构，降低金属钨栅的电阻，进而为后续工艺打下良好基础。
【专利说明】
一种金属钨的沉积方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种应用于三维存储器的制备工艺中的金属钨的沉积方法。【背景技术】
[0002]随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战:物理极限，现有显影技术极限。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难，以追求更低的单位存储单元生产成本，各种不同的三维闪存存储器结构应运而生。
[0003]随着存储器技术从二维发展到三维，对工艺的要求也越来越严苛。同时，金属钨的生长方式从物理气相沉积渐渐发展为化学气相沉积。这两种生长方式都是在整片晶圆上沉积，无法做到选择性生长。在目前三维存储器的钨栅形成工艺中，钨栅的截面长度最终依靠于刻蚀的能力，而对钨和氮化钛的刻蚀选择比无法做到一比一，结果往往造成钨栅的截面长度过短，如图la和lb所示。这不仅仅会增加钨栅的电阻，还会对结构有一定损伤，进而影响后续工艺，这是本领域技术人员所不期望见到的。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的问题，本发明公开了一种金属钨的沉积方法，包括:
[0005]提供一形成有金属钨结构的半导体结构；
[0006]将所述金属钨结构作为形核层于所述金属钨结构的表面生长金属钨，以延长所述金属钨结构的截面长度。[〇〇〇7]上述的金属钨的沉积方法，其中，将所述金属钨结构作为形核层于所述金属钨结构的表面生长金属钨的步骤包括:
[0008]将所述半导体结构放入沉积腔室中；
[0009]于所述沉积腔室中通入混合气体，使得所述半导体结构与混合气体充分接触以于作为形核层的所述金属钨结构的表面生长金属钨。
[0010]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述混合气体包括六氟化钨(WF6)和氢气(h2)。
[0011]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述方法应用于三维存储器的制备工艺中。
[0012]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述金属钨结构为金属钨栅。
[0013]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述半导体结构包括:
[0014]半导体衬底；
[0015]介质层，设置于所述半导体衬底之上；
[0016]若干沟槽，设置于所述介质层中；
[0017]金属钨栅，设置于所述若干沟槽中，且所述金属钨栅和所述介质层之间通过阻挡层隔离。
[0018]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述介质层为氧化硅。
[0019]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述阻挡层为氮化钛。
[0020]上述的金属钨的沉积方法，其中，形成所述半导体结构的步骤包括:
[0021]提供所述衬底；
[0022]于所述衬底之上交替沉积牺牲层和介质层；
[0023]移除所述牺牲层以形成所述若干沟槽；
[0024]于所述若干沟槽的底部及其侧壁均沉积氮化钛；
[0025]继续沉积金属钨以充满所述沟槽；
[0026]进行刻蚀工艺以去除多余的所述氮化钛和金属钨，形成所述阻挡层和所述金属钨栅。
[0027]上述的金属钨的沉积方法，其中，所述牺牲层的材质为氮化硅。
[0028]上述发明具有如下优点或者有益效果:[〇〇29]本发明公开了一种金属钨的沉积方法，可应用于三维存储器的制备工艺中，通过在金属钨栅刻蚀之后，增加一道以金属钨栅作为形核层的金属钨的选择性生长工艺，以延长金属钨栅的截面长度，改善金属钨栅由于刻蚀造成的凹陷，完善结构，降低金属钨栅的电阻，进而为后续工艺打下良好基础。【附图说明】
[0030]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0031]图la是本发明【背景技术】中沉积氮化钛和金属钨后的半导体结构的电镜示意图；
[0032]图lb是本发明【背景技术】中刻蚀部分氮化钛和金属钨形成阻挡层和金属钨栅后的半导体结构的电镜示意图；[〇〇33]图2a_2d是生长金属钨之前先形成形核层的流程结构示意图；
[0034]图3是本发明实施例中金属钨的沉积方法的流程图；[〇〇35]图4a_4c是本发明实施例中金属钨的沉积方法的流程结构示意图；
[0036]图5a是本发明实施例中金属钨生长前钨栅的电镜示意图；
[0037]图5b是本发明实施例中利用本发明的方法生长金属钨后的钨栅的电镜示意图；【具体实施方式】[〇〇38]金属钨的化学气相沉积法分为形核和生长两个步骤。如图2a_2d所示，形核过程中硅烷(SH4)会首先附着在衬底表面，通过对六氟化钨中的钨原子的置换形成金属钨薄膜，化学反应式为:
[0039]2ffF6+3SiH4^2ff+6H2+3SiF4；
[0040]该金属钨薄膜即形核层。而本发明的金属钨的沉积方法是基于三维存储器中金属栅已经形成的状况下，金属钨的二次生长。
[0041]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
[0042]如图3所示，本实施例涉及一种金属钨的沉积方法，可应用于三维存储器的制备工艺中；具体的，该方法包括:
[0043]步骤S1，如图4a所示，提供一形成有金属钨结构2的半导体结构；在三维存储器的制备工艺中，该金属钨结构2为金属钨栅，当然，在其他结构的制备工艺中，该金属钨结构2 可以为金属钨导线等，只要金属钨结构的截面有延长的需求，且该金属钨结构在后续的金属钨沉积工艺中可以作为形核层继续生长金属钨即可。
[0044]在本发明一个优选的实施例中，上述半导体结构包括、半导体衬底、设置于半导体衬底之上的介质层、设置于介质层中的若干沟槽、以及设置于若干沟槽中，且金属钨栅2和介质层之间通过阻挡层1隔离(图4a中仅示出了阻挡层1和位于阻挡层1表面的金属钨栅2); 优选的，上述介质层为氧化硅(例如Si02)，阻挡层为氮化钛(TiN)。
[0045]在本发明一个优选的实施例中，形成上述半导体结构的步骤包括:
[0046]步骤一、提供衬底，该衬底可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，在本实施例中，衬底选用单晶硅材料构成，在该衬底中还可以形成有埋层(图中未示出)等。
[0047]步骤二、于衬底之上交替沉积牺牲层和介质层，在本发明的实施例中，介质层的材质为氧化硅;牺牲层的材质为氮化硅，由于于衬底之上交替沉积氮化硅和氧化硅的工艺并非本发明改进的重点，在此便不予以赘述。[〇〇48]步骤三、移除牺牲层以形成若干沟槽，优选的，采用湿法刻蚀工艺移除该牺牲层。
[0049]步骤四、于若干沟槽的内壁表面均沉积氮化钛。
[0050]步骤五、继续沉积金属钨以充满上述沟槽。
[0051]步骤六、继续进行刻蚀工艺以去除多余的氮化钛和金属钨，形成上述阻挡层1和上述金属钨栅2。[〇〇52]步骤S2,如图4b和4c所示，将金属钨结构2作为形核层于金属钨结构2的表面生长金属钨，以延长金属钨结构2的截面长度;其中图4b为金属钨结构刚生长部分金属钨的结构不意图；图4c为金属妈_■次丨几积完成后的金属妈层的结构不意图。[〇〇53]在此，值得注意的是，由于本发明的金属钨选择性生长工艺是基于三维存储器中金属钨栅已经形成的状况下，金属钨的二次生长。因此在此过程中，通过对工艺的调整，去掉形核的步骤，只保留生长的步骤，把原有的金属钨栅作为形核层，使得原有的金属钨栅继续生长，而其他原本没有金属钨的地方，因为没有形核层而无法沉积，从而达到了金属钨选择性沉积的目的。
[0054]在本发明一个优选的实施例中，将金属钨结构2作为形核层于金属钨结构2的表面生长金属钨层3的步骤包括:
[0055]首先，将上述半导体结构放入沉积腔室中。
[0056]其次，于沉积腔室中通入混合气体，使得半导体结构与混合气体充分接触以于作为形核层的金属钨结构的表面生长金属钨;优选的，该混合气体可包括六氟化钨和氢气，则相应的化学反应式则可为:
[0057]WF6+3H2—W+6HF。[〇〇58]此外，由图5a和5b对比可知，利用本发明的方法生长金属钨后的金属钨栅的截面长度明显得到延长，经具体的实验数据金属钨栅在刻蚀之后钨栅的凹陷值约为31nm，而在金属钨二次生长之后可以做到钨凹陷值约为〇,得到了明显的改善;并且金属钨的二次生长为横向生长，其生长方向，生长量都可通过对工艺的调整来控制。
[0059]综上，本发明公开了一种金属钨的沉积方法，也可以称之为金属钨的选择性二次沉积工艺;该方法可使金属钨在二次沉积过程中具有选择性，即在二次沉积过程中，金属钨只在形核层上生长，而无法在未形成金属钨形核层的位置生长，此工艺可运用于复杂三维结构的半导体制程中进行金属钨栅的定向生长，从而降低刻蚀工艺难度，增加金属钨栅的横截面积，降低钨栅电阻。
[0060]本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
[0061]以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种金属钨的沉积方法，其特征在于，包括:提供一形成有金属钨结构的半导体结构；将所述金属钨结构作为形核层于所述金属钨结构的表面生长金属钨，以延长所述金属 钨结构的截面长度。2.如权利要求1所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，将所述金属钨结构作为形核层 于所述金属钨结构的表面生长金属钨的步骤包括:将所述半导体结构放入沉积腔室中；于所述沉积腔室中通入混合气体，使得所述半导体结构与混合气体充分接触以于作为 形核层的所述金属钨结构的表面生长金属钨。3.如权利要求2所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述混合气体包括六氟化钨和氢气。4.如权利要求1所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述方法应用于三维存储器的 制备工艺中。5.如权利要求4所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述金属钨结构为金属钨栅。6.如权利要求5所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述半导体结构包括:半导体衬底；介质层，设置于所述半导体衬底之上；若干沟槽，设置于所述介质层中；金属钨栅，设置于所述若干沟槽中，且所述金属钨栅和所述介质层之间通过阻挡层隔离。7.如权利要求6所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述介质层为氧化硅。8.如权利要求6所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述阻挡层为氮化钛。9.如权利要求8所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，形成所述半导体结构的步骤包 括:提供所述衬底；于所述衬底之上交替沉积牺牲层和介质层；移除所述牺牲层以形成所述若干沟槽；于所述若干沟槽的内壁表面均沉积氮化钛；继续沉积金属钨以充满所述沟槽；进行刻蚀工艺以去除多余的所述氮化钛和金属钨，形成所述阻挡层和所述金属钨栅。10.如权利要求9所述的金属钨的沉积方法，其特征在于，所述牺牲层的材质为氮化硅。
【文档编号】H01L21/8247GK106024719SQ201610478672
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】李 远, 万先进, 潘杰, 周小云, 张高升
【申请人】武汉新芯集成电路制造有限公司