用于金属栅极堆叠中的金属填充的方法及设备与流程

本公开内容的实施方式大体涉及薄膜制造技术。

背景技术：

1、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，发明人已观察到，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。

2、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，发明人已观察到，这些接缝也可能不期望地造成堆叠电阻增大。

3、因此，发明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

1、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)。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、以下描述本公开内容的其他及另外实施方式。

技术特征：

1.一种填充半导体结构中的特征的方法，包括以下步骤：

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：

9.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

10.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

11.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

12.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

13.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

14.根据权利要求8所述的缝隙填充，其中：

15.根据权利要求8至14中任一项所述的缝隙填充，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。

16.一种用于在半导体结构的特征中形成缝隙填充的系统，包括：

17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：

18.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：

19.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：

20.根据权利要求16至19中任一项所述的系统，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。

技术总结
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。

技术研发人员：斯里尼瓦斯·甘迪科塔,杨逸雄,杰奎琳·S·阮奇,李路平,杨勇,赛沙德利·甘古利
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13