用六氟化鎢(wf6)回蝕進行鎢沉積的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本文所述實施方式大體涉及基板的處理，更特定言之，涉及用于使用氣相沉積工 藝在基板上形成鎢材料的方法。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)描述
[0004] 可靠地生產(chǎn)納米尺寸的特征是下一代半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵技術(shù)之一?？s小的電路及 器件尺寸對處理能力寄予額外的要求。位于集成電路技術(shù)核心的多級互連需要高深寬比特 征(諸如過孔(via)及其他互連）的精確處理?？煽啃纬蛇@些互連對于將來的成功及用以增 大電路密度和提高單個基板質(zhì)量的后續(xù)努力而言都非常重要。
[0005] 形成于基板上的特征的金屬化包括諸如媽之類的金屬的化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor deposition;CVD)?？蓪層糜谠礃O觸點（source contact)、漏極觸點（drain contact)的金屬填充、金屬柵極填充與柵極觸點(gate contact)以及動態(tài)隨機存取存儲器 (Dynamic Random Access Memory;DRAM)及閃存中的應(yīng)用。隨著技術(shù)節(jié)點減少，器件特性及 與隨后工藝的整合都需要具有低電阻率及低粗糙度的鎢膜。
[0006] 化學(xué)氣相沉積（CVD)是用于鎢的金屬填充的一種工藝技術(shù)。在下層的層間介電 (interlayer dielectric; ILD)材料10中蝕刻圖案。然后處理媽，以填充經(jīng)蝕刻的基板。
[0007] 但是特征尺寸的連續(xù)減小已意味著在此工藝中難度不斷增大。當(dāng)在側(cè)壁以及特征 的底表面上形成鎢層時，CVD工藝將在特征中的兩個表面上沉積金屬。對于高深寬比特征， 如可在表示CVD期間的鎢沉積生長結(jié)果的圖1中所見，在自下而上的（bottom up)填充工藝 達(dá)到介電層厚度的全高度(full height)以使用大體上無空隙的媽填充材料來充分填充特 征之前，特征的開口（在新一代器件中，標(biāo)稱(nominal)特征縫隙開口尺寸在32nm及更小的 范圍之內(nèi)（由此特征(或凹部)在介電材料層的表面中所建立(create)的縫隙可為32nm或更 ?。┛勺?yōu)?閉口（closed off )"27。在特征的較下部分已完全從特征底表面生長之前，側(cè) 壁上的鎢生長傾向于封閉特征開口處的特征，這導(dǎo)致在特征中形成空隙30?？障?0的存在 改變了互連特征的材料及操作特性且可能最終引起器件的誤操作及早期故障(premature breakdown)。導(dǎo)電元件、接線承載當(dāng)前狀態(tài)下的這些技術(shù)器件中、為本領(lǐng)域技術(shù)人員所創(chuàng)建 且已知的接近其實際最大電流密度以便實現(xiàn)高效。目標(biāo)是在未來的器件中于較小特征中達(dá) 到相同的電流密度或更高的電流密度。
[0008] 因此，需要在無上文討論的傳統(tǒng)技術(shù)中的限制及問題的情況下使用CVD以用于利 用鎢來無空隙填充高深寬比的超小特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本文所述的實施方式大體涉及基板的處理，更特定言之，涉及用于使用氣相沉積 工藝在基板上形成鎢材料的方法。在一個實施方式中，提供了用于在基板上沉積鎢膜的方 法。此方法包括以下步驟:將具有形成于基板中的特征的基板定位在基板處理腔室中，其中 所述特征由至少一個側(cè)壁及底表面來界定;通過將鹵化鎢化合物和含氫氣體的連續(xù)流引入 至所述處理腔室以在所述特征之上沉積第一媽膜來沉積整體媽層(bulk tungsten layer) 的第一膜;通過將所述第一膜暴露于經(jīng)活化的處理氣體和所述鹵化鎢化合物的連續(xù)流而使 用等離子體處理來蝕刻所述整體鎢層的第一膜，以移除所述第一膜的部分；以及通過將所 述鹵化鎢化合物和所述含氫氣體的連續(xù)流引入至處理腔室以在第一鎢膜之上沉積第二鎢 膜來沉積所述整體鎢層的第二膜。
[0010] 附圖簡要說明
[0011]因此，以可詳細(xì)理解本公開內(nèi)容的上述特征的方式，通過參考實施方式可獲得上 文簡要概述的本公開內(nèi)容的更詳細(xì)的描述，這些實施方式中的一些實施方式圖示于附圖 中。然而，應(yīng)注意的是，附圖僅圖示了本公開內(nèi)容的典型實施方式，且附圖因此并不被視為 對本公開內(nèi)容的范圍的限制，因為本公開內(nèi)容可允許其他等效實施方式。
[0012] 圖1(現(xiàn)有技術(shù))是具有使用現(xiàn)有技術(shù)工藝沉積于特征中的鎢的特征的基板的示意 剖視圖；
[0013] 圖2是可用于根據(jù)本文所述的實施方式來沉積鎢層的等離子體增強化學(xué)氣相沉積 (plasma enhanced CVD;PECVD)處理腔室的示意剖視圖；
[0014] 圖3是描繪用于根據(jù)本文所述的實施方式來沉積鎢填充層的方法的流程圖；
[0015]圖4A至圖4F是具有根據(jù)本文所述的實施方式沉積于特征中的鎢的特征的基板的 示意剖視圖；以及
[0016] 圖5是可用于執(zhí)行本文所述的實施方式的群集工具的平面示意圖。
[0017] 為便于理解，已盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來指定各圖所共有的相同元件。預(yù)期， 在一個實施方式中所公開的元件可有益地用于其他實施方式，而無需詳細(xì)敘述。
【具體實施方式】
[0018] 本文所述實施方式大體涉及基板的處理，更特定言之，涉及用于使用氣相沉積工 藝在基板上形成鎢材料的方法。
[0019] 媽(W)已經(jīng)用在邏輯應(yīng)用中的觸點級別（contact level)約二十年。在最新的先進 互補金屬氧化物半導(dǎo)體（complementary metal oxide semiconductor;CMOS)器件中，諸如 金屬柵極之類的新技術(shù)和FinFET出現(xiàn)，這導(dǎo)致鎢的新應(yīng)用：用作PM0S及匪0S器件兩者的金 屬柵極填充。在三維（3dimensional ;3D)NAND器件中，亦將媽用于金屬柵極填充。媽填充的 這些需求變得越來越具有挑戰(zhàn)性。對于觸點而言，在鎢保形填充(conformal fill)之后，由 于觸點的尺寸越來越小且通常留下大接縫（seam)，所以凸出（overhang)變得更具挑戰(zhàn)性。 另外，在WCMP期間，接縫將被暴露于楽:料中，這引起整合（integration)問題。對于在先進的 CMOS及三維NAND兩者中的金屬柵極溝槽而言，傳統(tǒng)的鎢保形生長不可避免地在中間留下接 縫，該接縫可在鎢回蝕工藝期間擴展得更寬，從而引起器件故障。因此，對于在先進的邏輯 及內(nèi)存裝置中的觸點及金屬柵極填充兩者而言，都需要無縫鎢填充?？山柚疚乃龅逆u 沉積-回蝕-沉積填充工藝來實現(xiàn)這種無縫鎢填充。通常，為了更好的工藝控制，鎢回蝕工藝 在專用蝕刻腔室中利用NF 3作為蝕刻劑。額外的蝕刻腔室使得工具配置更加復(fù)雜。NF3蝕刻的 另一主要缺點是在回蝕之后NF 3將玷污(poison)鎢表面，因此第二鎢沉積工藝需要另一鎢 成核層，從而導(dǎo)致更低的產(chǎn)量及更高的觸點/接線電阻。
[0020] 在本文所述的某些實施方式中，通過使用鹵化鎢等離子體(例如WF6等離子體)來 實現(xiàn)鎢回蝕。等離子體源可為射頻(radio frequency;RF)等離子體源或遠(yuǎn)程等離子體源 (remote plasma source;RPS)。從WF6等離子體中解離出原子氟且將原子氟用以蝕刻金屬 鎢。蝕刻速率取決于WF6流量及等離子體條件。通過調(diào)整工藝條件，可達(dá)到~0.5 Α/?少至 3 Α/秒的范圍內(nèi)的很適度的蝕刻速率以控制回蝕量。隨即，可在具有不同的臨界尺寸 (critical dimensions;CD)和凸出的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生無縫填充，且可避免TiN襯墊（liner)遭受 原子氟攻擊。因為在蝕刻劑中沒有氮，所以在WF 6回蝕之后沒有毒害效應(yīng)（poisoning effect)。第二沉積工藝可在無需成核層的情況下直接利用WF 6+H2化學(xué)物質(zhì)。另一大優(yōu)點為： 由于在一個腔室中可使用WF6作為沉積前驅(qū)物及蝕刻劑兩者，所以可實現(xiàn)單個腔室沉積-蝕 亥IJ-沉積工藝。具有RF或RPS等離子體能力的標(biāo)準(zhǔn)WCVD腔室可執(zhí)行沉積及回蝕兩者，這提供 提高的產(chǎn)量及腔室冗余(chamber redundancy)。
[0021] 圖2是可用于根據(jù)本文所述的實施方式來沉積鎢層的等離子體增強化學(xué)氣相沉積 (plasma enhanced CVD;PECVD)處理腔室200的示意剖視圖。這樣的處理腔室200可購自位 于Santa Clara,California(加利福尼亞圣克拉拉）的Applied Materials, Inc.(應(yīng)用材料 公司），下文對該腔室進行簡短描述。能夠執(zhí)行本文所述的成核及整體層沉積方法的整合處 理系統(tǒng)為媽化學(xué)氣相沉積腔室，該沉積腔室可購自位于Santa Clara,California!；加利福 尼亞圣克拉拉)的Applied Materials, Inc.(應(yīng)用材料公司）。應(yīng)理解的是，如下所述的腔室 為示例性實施方式，且在不偏離本文所述的本發(fā)明的特性的情況下可使用或改進包括來自 其他廠商的腔室的其他腔室以匹配本公開內(nèi)容的實施方式。
[0022] 處理腔室200可為處理系統(tǒng)的一部分，該處理系統(tǒng)包括連接到中央傳送腔室且由 機械手操作的多個處理腔室（參看圖5)。處理腔室200包括界定處理空間212的壁206、底部 208、及蓋210。壁206及底部208通常由單塊鋁制成。在壁206中可具有導(dǎo)管(未圖示），流體可 通過這些導(dǎo)管，以控制壁206的溫度。處理腔室200亦可包括將處理空間212耦接至排氣口 216的栗環(huán)214以