[发明专利]用无氟钨填充高深宽比的特征的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求于提交2014年5月31日提交的名称为“METHODSOFFILLINGHIGHASPECTRATIOFEATURESWITHFLUORINEFREETUNGSTEN”的美国临时专利申请No.62/006,117的权益，以及根据35U.S.C§119(e)要求于2014年11月4日提交的名称为“METHODSOFFILLINGHIGHASPECTRATIOFEATURESWITHFLUORINEFREETUNGSTEN”的美国临时专利申请No.62/075,092的权益，两者在此通过参考引入其全部内容并用于所有目的。

技术领域

本发明总体上涉及半导体制造工艺，具体涉及用无氟钨填充高深宽比的特征的方法。

背景技术

使用化学气相沉积(CVD)技术的钨膜沉积是半导体制造工艺的组成部分。例如，钨膜可以相邻金属层之间的水平互连、通孔，以及第一金属层和硅衬底上的器件之间的触头的形式被用作为低电阻率的电气连接。在一钨沉积工艺的示例中，阻挡层被沉积在介电衬底上，然后跟着钨膜的薄成核层的沉积。之后，剩余的钨膜被沉积在该成核层上作为体层(bulklayer)。通常，钨体层通过在化学气相沉积工艺中用氢(H₂)还原六氟化钨(WF₆)来形成。

发明内容

本发明描述的主题的一个方面是在衬底上沉积钨的方法。该方法包括在第一组条件下将衬底暴露于氯化钨和还原剂以通过化学气相沉积(CVD)在衬底上的特征中沉积第一钨层并在第二组条件下将所述衬底暴露到氯化钨和还原剂以蚀刻所述第一钨层。

根据各种实施方式，在沉积和蚀刻操作中使用的氯化钨化合物可以是相同的或不同的。氯化钨(WCl_x)可包括WCl₂、WCl₄、WCl₅、WCl₆、以及它们的混合物。还原剂的实例包括氢气(H₂)。

在一些实施方式中，蚀刻所述第一钨层包括非保形蚀刻，使得在特征的开口附近的所述第一钨层的平均厚度的减小大于在特征内的第一钨层的平均厚度的减小。在一些实施方式中，从所述第一组条件到所述第二组条件的转变包括降低温度。在一些实施方式中，从所述第一组条件到所述第二组条件的转变包括增大WCl_x通量。在一些实施方式中，从所述第一组条件到所述第二组条件的转变包括降低室的压强。在一些实施方式中，从所述第一组条件到所述第二组条件的转变包括提高WCl_x流率。在一些实施方式中，从所述第一组条件到所述第二组条件的转变包括提高WCl_x浓度。

所述主题的另一个方面涉及一种方法，所述方法包括将部分填充钨的特征暴露于WCl_x以去除在部分填充的特征中的钨的一部分。在一些实施方式中，也可将特征暴露于氢气(H₂)。在一些实施方式中，在特征的开口附近的钨的平均厚度的减小大于在特征内的钨的平均厚度的减小。

本发明公开的主题的另一个方面涉及用于处理衬底的装置。该装置可以包括：(a)一个或多个工艺室，其包括被配置成容纳衬底的基架；(b)至少一个出口；(c)偶联到一个或多个工艺气体源的一个或多个工艺气体入口；以及(d)控制器，其用于控制所述装置中的操作，包括机器可读指令，所述指令用于：(i)将氯化钨和还原剂引入一个或多个处理室中的一个；以及(ii)在(i)之后，将氯化钨和还原剂引入一个或多个处理室中的一个，其中，从(i)到(ii)的转变包括用于从沉积机制(regime)切换到蚀刻机制的指令。

在一些实施方式中，其中所述控制器包括用于通过提高氯化钨浓度以从(i)转变到(ii)的指令。在一些实施方式中，其中所述控制器包括用于通过降低衬底的温度以从(i)转变到(ii)的指令。在一些实施方式中，所述控制器包括用于通过改变氯化钨以从(i)转变到(ii)的指令。在一些实施方式中，所述控制器包括用于通过提高氯化钨流率以从(i)转变到(ii)的指令。

下面参照附图进一步描述这些方面和其他方面。

附图说明

图1示出了根据某些实施方式在半导体处理的不同阶段期间包含高深宽比的特征的半导体衬底的示例。

图2是描述根据所述实施方式执行的操作的工艺流程图。

图3A示出了在填充工艺的不同阶段的特征的横截面的一个示例的示意性表示。