[发明专利]用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法

说明书

披露了一种用低电阻率金属填充凹陷特征的方法。该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；并且用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂增大在该第二层上相对于在该第一层上的金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中的第二层上；以及移除沉积在该第一层上、包括沉积在场区域上和该第一层的位于该凹陷特征中的侧壁上的金属核，以在该凹陷特征中的第二层上选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2018年10月10日提交的美国临时专利申请序列号62/744,038的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体处理和半导体器件，并且更具体地，涉及一种用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法。

背景技术

半导体器件含有被填充的凹陷特征，比如形成在比如层间电介质(ILD)的介电材料中的沟槽或过孔。由于在凹陷特征底部的金属层上相对于在介电材料上的有限金属沉积选择性，凹陷特征的选择性金属填充是有问题的。这使得在凹陷特征周围的场区域(水平区域)上和凹陷特征的侧壁上开始不想要的金属核沉积之前，难以在自底向上的沉积过程中用金属充分填充凹陷特征。

发明内容

本发明的实施例描述了一种用低电阻率金属填充半导体器件中的凹陷特征的方法。根据一个实施例，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；和用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该第二层上的金属沉积选择性。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中的第二层上；以及移除沉积在该第一层上、包括沉积在场区域上和该第一层的位于该凹陷特征中的侧壁上的金属核，以在该凹陷特征中的第二层上选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。

根据另一实施例，该方法包括：提供图案化衬底，该图案化衬底包含形成在第一层中的凹陷特征和暴露在该凹陷特征中的第二层；将含金属层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中；从该凹陷特征的底部并从围绕该凹陷特征的场区域各向异性地移除该含金属层，以在该凹陷特征的侧壁上形成该含金属层。该方法进一步包括：用表面改性剂预处理该衬底，该表面改性剂相对于在该第一层上的金属沉积选择性增大在该凹陷特征的侧壁上和在该第二层上的含金属层上金属沉积选择性；通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层相对于在围绕该凹陷特征的场区域上优先地沉积在这些侧壁上和该凹陷特征中的第二层上的含金属层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该预处理、沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。

根据另一实施例，该方法包括：提供包含形成在材料中的凹陷特征的图案化衬底；将金属氮化物层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中和围绕该凹陷特征的场区域上；氧化该场区域上的金属氮化物层。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中未被氧化的该金属氮化物层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。

根据另一实施例，该方法包括：提供包含形成在材料中的凹陷特征的图案化衬底；将金属氧化物层沉积在该衬底上，包括沉积在该凹陷特征中和围绕该凹陷特征的场区域上；氮化该场区域上和该凹陷特征中的金属氧化物层；氧化该场区域上的氮化的金属氧化物层。该方法进一步包括：通过气相沉积将金属层沉积在该衬底上，其中该金属层优先地沉积在该凹陷特征中未被氧化的氮化的该金属氧化物层上；以及移除沉积在该场区域上的金属核，以在该凹陷特征中选择性地形成该金属层。该沉积和移除的步骤可以重复至少一次以增加该金属层在该凹陷特征中的厚度。