形成无空隙及接缝的金属特征的方法与流程

本文描述的实施方式大致上涉及半导体器件制造的领域，并且更特定而言，涉及处理包括含钨材料的成核层的方法。

背景技术：

1、由于钨(w)的低电阻率与高熔点，钨一般用作填充材料，以在半导体器件内形成许多导电特征。钨经常用于形成互连特征(例如过孔)并且填充源极和汲极接触件。一般而言，含钨特征形成在设置于基板上的材料的层中，该材料例如为硅或电介质。

2、为了防止钨材料扩散并促进与钨材料的附着，将一层或多层的阻挡材料(例如钛(ti)和/或氮化钛(tin))沉积于介电层上以对介电层中的开口加衬(line)。然后，在阻挡材料上面形成钨膜。不幸的是，使用传统方法将钨沉积至越来越小的特征中经常造成在所得的互连特征中形成非期望的接缝(seam)和/或空隙(void)，以及在特征外的基板表面上的覆盖物(overburden)。为了使钨膜维持与特征外的周围硅或介电层的表面共平面，基板表面被平坦化，以从场表面移除钨的覆盖物。

3、接缝和/或空隙是由在基板的场表面上和在基板上形成的开口中钨层的共形沉积所造成的。由于钨层同时从所有表面以相同的速率生长，所以可能会发生两个问题。第一，在开口的靠近表面的壁上形成的钨会生长在一起从而过早地夹止开口并且在开口的位于生长在一起的钨的下方的部分中产生没有钨的空间，即空隙。第二，由于沉积在开口的壁上的钨同时生长在一起，所以生长图案可以产生向上延伸穿过特征的接缝。一旦形成这些接缝和/或空隙，则可能造成劣化的性能、可靠性和/或受到抑制的产量，因为在后沉积处理(例如化学机械平坦化(cmp)或钨回蚀)中使用的腐蚀性化学物质可能会进一步打开既存的接缝和空隙。

4、在特征及场表面中沉积钨材料的另一项挑战是应力。钨填充材料中的高应力可能造成互连件的非期望的变形。在高特征密度的区域中，具有高深宽比的相邻特征以及钨填充与覆盖层中的高应力可能会引发设置在特征之间的硅或介电材料变形。例如，钨填充或覆盖层中的高应力可能引发存储器器件中的设置在钨埋字线(tungsten buried wordline,bwl)之间的硅鳍片变形，抑或称为非期望的线偏折。设置在钨特征之间的硅或介电材料的变形可能造成与后续形成的互连特征的非期望的偏移，从而造成短路和开路以及与此相关的可靠性与功能性问题。

5、此外，非期望的高应力钨膜可引发下层基板变形，例如翘曲。下层基板的变形使后续处理(例如cmp处理)变得困难，并且可能导致不一致的处理结果。降低其他材料的膜中应力的常规方法(例如退火)通常无法用于降低半导体器件制造处理中钨膜的应力，因为钨不具有允许在足够低以至于不会对由此形成的器件造成损坏的温度下使晶粒移动或改变的表面迁移率。

6、因此，本领域中需要解决上述问题的在半导体器件中形成导电特征的改善方法。

技术实现思路

1、本公开内容的实施方式提供沉积膜的方法，包括：在第一处理压力下或低于该第一处理压力通过将基板暴露于第一含钨前驱物气体与第一还原剂，来将钨块体(bulk)填充材料沉积至基板上的多个开口中，以及在钨块体填充材料上方沉积第一钨覆盖层(overburden layer)。基板包含第一材料层与钨成核层，该第一材料层具有形成在其中的多个开口，该钨成核层形成于第一材料层上并且对多个开口共形地(conformally)加衬。在钨块体填充材料上方沉积第一钨覆盖层包括：在第二处理压力将基板暴露于第二含钨前驱物气体及第二还原剂，其中第二处理压力比第一处理压力大至少三倍。

2、本公开内容的实施方式也提供额外的沉积膜的方法，包括：在将第一处理空间维持在第一处理压力的同时，通过同时地使第一含钨前驱物气体与第一还原剂流入第一处理空间并使基板暴露于第一含钨前驱物气体与第一还原剂，来将钨块体填充材料沉积至基板的第一材料层中所形成的多个开口中。该方法进一步包括：将第一钨覆盖层沉积至钨块体填充材料与基板的场表面(filed surface)上。将第一钨覆盖层沉积至钨块体填充材料与基板的场表面上包括：在将第二处理空间维持在第二处理压力的同时，在第二处理空间中将基板暴露至第二含钨前驱物气体与第二还原剂的交替脉冲，其中第二处理压力比第一处理压力大至少三倍。

3、本公开内容的实施方式也提供基板处理系统，包括：第一处理腔室、第二处理腔室、及将第一处理腔室耦接至第二处理腔室的传送腔室，以及非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上储存有指令，这些指令用于当由处理器运行时执行处理基板的方法。该方法包括：沉积材料层，该材料层具有形成于其中的多个开口；在第一处理压力下或低于第一处理压力通过将基板暴露于第一含钨前驱物气体与第一还原剂，来将钨块体填充材料沉积至多个开口中；以及在该钨块体填充材料上方沉积第一钨覆盖层。第一钨覆盖层的沉积包括：在第二处理压力下将基板暴露于第二含钨前驱物气体及第二还原剂，其中第二处理压力比第一处理压力大至少三倍。将材料层沉积至多个开口中发生在第一处理腔室，并且将钨块体填充材料沉积至多个开口中发生在第二处理腔室。

技术特征：

1.一种沉积膜的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述钨成核层暴露于处理气体的自由基物种，以相对于所述钨块体填充材料在所述多个开口内的表面上的沉积选择性地抑制所述钨块体填充材料在所述钨成核层的场表面上的沉积。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一处理压力为约50托或更小。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述基板暴露于所述第二含钨前驱物气体及所述第二还原剂以沉积所述第一钨覆盖层包括：将所述基板暴露于所述第二含钨前驱物气体与所述第二还原剂的交替脉冲。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述基板暴露于所述第二含钨前驱物气体及所述第二还原剂以沉积所述第一钨覆盖层包括：同时地将所述基板暴露于所述第二含钨前驱物气体与所述第二还原剂。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述第一钨覆盖层上沉积第二钨覆盖层，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述第一钨覆盖层上沉积第二钨覆盖层，包括：在第三处理压力下将所述基板暴露于第三含钨前驱物气体与第三还原剂的交替脉冲，其中

8.根据权利要求7所述的方法，其中沉积所述第二钨覆盖层进一步包括：

9.一种沉积膜的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一还原剂包括氢气(h2)，且所述第二还原剂包括二硼烷气体、含硅烷气体、或上述的组合。

11.根据权利要求9所述的方法，其中沉积所述第一钨覆盖层包括：在将所述第二处理空间维持在介于约150托和约300托之间的压力的同时，同时地使所述第二含钨前驱物气体与所述第二还原剂流入所述第二处理空间并使所述基板暴露于所述第二含钨前驱物气体与所述第二还原剂。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述第一钨覆盖层上沉积第二钨覆盖层，包括：在将所述第二处理空间维持在介于约900毫托和约100托之间的压力的同时，同时地使第三含钨前驱物气体与第三还原剂流进所述第二处理空间。

13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括沉积第二钨覆盖层，包括顺序重复以下操作：

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：在沉积所述钨块体填充材料之前，将基板暴露于处理气体的自由基物种，所述基板进一步包括钨成核层，所述钨成核层形成于所述第一材料层上并且对所述多个开口共形地加衬，其中将所述基板暴露于所述自由基物种形成抑制分布曲线(inhibition profile)，以相对于所述钨块体填充材料在所述多个开口内的表面上的沉积抑制所述钨块体填充材料在所述钨成核层的场表面上的沉积。

16.根据权利要求15所述的方法，其中形成所述自由机物种包括：

17.一种基板处理系统，包括：

18.根据权利要求17所述的基板处理系统，进一步包括：在沉积所述钨块体填充材料之前，沉积钨成核层并且将所述钨成核层暴露于处理气体的自由基物种。

19.根据权利要求17所述的基板处理系统，其中将钨块体填充材料沉积至所述多个开口中包括：

20.根据权利要求17所述的基板处理系统，其中将钨块体填充材料沉积至所述多个开口中包括：

技术总结
本文的实施方式大致上针对在半导体器件中形成高深宽比金属接触件和/或互连特征(例如，钨特征)的方法。通常，在高深宽比开口中进行钨的共形沉积在从开口的一个或多个壁向外生长的钨相遇的位置处造成接缝和/或空隙。因此，本文阐述的方法提供期望的自下而上的钨块体填充，以避免在所得互连特征中形成接缝和/或空隙，并且提供改善的接触金属结构及形成该结构的方法。在一些实施方式中，改善的覆盖层或覆盖层结构形成在基板的场区域上方，以使得能够形成与以传统方式形成的接触件或互连结构相比具有改进的特性的接触件或互连结构。

技术研发人员：岑羲,赵明锐,王佩琪,张潍铭,吴凯,罗祎,吴立其
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：2024/2/8