本公開內(nèi)容的實施方式一般地涉及處理基板的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的線路中段(middle-of-the-line,MOL)制造使用具有鈦(Ti)/氮化鈦(TiN)、鎢成核層和鎢填充層的堆疊。TiN被用作為氟阻擋層。鎢成核層通過例如使用二硼烷(B₂H₆)和六氟化鎢(WF₆)的化學氣相沉積形成于TiN層頂上。相較于鎢填充層，TiN阻擋層和鎢成核層兩者都是高電阻性的。最小的TiN阻擋層厚度為至少約20埃。鎢成核層通常具有約10埃至約30埃的厚度。隨著電子器件的幾何大小持續(xù)縮小和器件密度持續(xù)增加，整體特征尺寸已減小且深寬比已增加。發(fā)明人已觀察到，當特征尺寸縮小到約10nm或更小時，TiN阻擋層與鎢成核層占據(jù)了顯著量的過孔(via)空間，而幾乎沒留下什么空位供低電阻鎢生長。而且，TiN阻擋層與鎢成核層的非正形沉積窄化了過孔的開口，導致后續(xù)的鎢填充步驟有顯著的挑戰(zhàn)。因此，發(fā)明人相信，MOL制造需要新的處理與集成方案，以滿足電阻率和填充的需求。

因此，發(fā)明人已提供了用于MOL應用的形成金屬有機鎢的改良方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于線路中段(MOL)應用的形成金屬有機鎢的方法。一些實施方式中，一種處理基板的方法包括下述步驟：提供基板至處理腔室，其中所述基板包括一特征，所述特征形成于所述基板的介電層的第一表面中；將所述基板暴露于等離子體，以在所述介電層頂上與所述特征內(nèi)形成鎢阻擋層，所述等離子體由包括金屬有機鎢前驅(qū)物的第一氣體形成，其中形成所述鎢阻擋層期間的所述處理腔室的溫度低于約200攝氏度；以及于所述鎢阻擋層上沉積鎢填充層，以填充所述特征至所述第一表面。

一些實施方式中，一種處理基板的方法包括下述步驟：提供基板至處理腔室，其中所述基板包括一特征，所述特征形成于所述基板的介電層的第一表面中；將鎢種晶層沉積于所述基板頂上以及所述特征內(nèi)；通過將所述基板暴露于等離子體而在所述鎢種晶層頂上沉積鎢阻擋層，所述等離子體由包括金屬有機鎢前驅(qū)物的第一氣體形成，其中形成所述鎢阻擋層期間的所述處理腔室的溫度低于約225攝氏度；以及于所述鎢阻擋層上沉積鎢填充層，以填充所述特征至所述第一表面。

一些實施方式中，提供一種計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)上儲存有多個指令，當執(zhí)行所述指令時，會引發(fā)處理腔室執(zhí)行處理基板的方法。所述方法可包括任一種本發(fā)明所公開的方法。

本公開內(nèi)容的其它和進一步的實施方式在下文中描述。

附圖說明

于上文中簡要總結(jié)且于下文中更詳細討論的本公開內(nèi)容的實施方式可通過參照附圖中所描繪的本公開內(nèi)容的說明性實施方式而理解。然而，附圖僅說明本公開內(nèi)容的典型實施方式，因而不應被視為對范圍的限制，因為本公開內(nèi)容可允許其它等效的實施方式。

圖1描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的處理基板的方法的流程圖。

圖2A至圖2C描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的形成于基板中的互連結(jié)構(gòu)(interconnect struct)的側(cè)剖面視圖。

圖3描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的適合執(zhí)行用于處理基板的方法的組合工具。

為了便于理解，已盡可能使用相同的附圖標號指代各附圖共通的相同元件。所述附圖并未按照比例繪制，且為了簡明起見而被簡化。一個實施方式的元件和特征可有利地并入其它實施方式而無需進一步贅述。

具體實施方式

在此提供一種用于線路中段(MOL)應用的形成金屬有機鎢阻擋層的方法。本發(fā)明所描述的創(chuàng)造性方法可有利地用于通過以鎢阻擋層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氮化鈦阻擋層和鎢成核層而促進形成改良的金屬接觸、過孔和柵極(gate)。相較于傳統(tǒng)的氮化鈦和鎢成核層，鎢阻擋層在特征內(nèi)占據(jù)較少空間，從而為低電阻鎢填充材料提供空間。此外，相較于常規(guī)的傳統(tǒng)氮化鈦阻擋層，鎢阻擋層減少了電阻并且促進了鎢填充處理。

本發(fā)明所述的創(chuàng)造性方法可與任何器件節(jié)點一并利用，但可特別有利于約10nm或更小的器件節(jié)點。如在本發(fā)明中所使用的“阻擋層”可指這樣的層：所述層沿著特征的側(cè)壁和/或下表面的至少一部分一致地形成，使得在沉積所述層前的所述特征的實質(zhì)性部分在沉積所述層后維持未填充狀態(tài)。一些實施方式中，阻擋層可沿著特征的側(cè)壁與下表面的整體而形成。

圖1描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的用于MOL應用的形成金屬有機鎢層的方法100的流程圖。方法100可在任何適合的處理腔室中執(zhí)行，所述適合的處理腔室配置成用于化學氣相沉積(CVD)或等離子體增強原子層沉積(PEALD)中的一種或多種?？捎糜趫?zhí)行本發(fā)明所公開的創(chuàng)造性方法的示例性處理系統(tǒng)可包括(但不限于)或處理系統(tǒng)線路，以及Plus或SIPPVD處理腔室，上述處理系統(tǒng)線路和處理腔室都可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。包括購自其它制造商的其它處理腔室也可合適地與本發(fā)明所提供的教導一并使用。

如圖A所示，方法100一般地開始于步驟102，步驟102為提供基板200，基板200具有形成于基板200的第一表面204中的特征202，特征202朝向基板200的相對的第二表面206延伸進入基板200?；?00可以是任何能夠在上面具有沉積材料的基板，諸如硅基板、Ⅲ-Ⅴ族化合物基板、硅鍺(SiGe)基板、外延基板、絕緣體上覆硅(SOI)基板、顯示器基板(諸如液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示器、電致發(fā)光(EL)燈顯示器)、太陽能電池陣列、太陽能板、發(fā)光二極管(LED)基板、半導體晶片或類似物。一些實施方式中，一個或多個額外層可設置于基板上，使得如下文所述的鎢阻擋層可至少部分地形成于額外層上。例如，一些實施方式中，可于基板上設置包括金屬、氮化物、氧化物或類似物或前述材料的組合的層，且在所述層上可形成有鎢層。

基板200可以是具有特征202形成在基板中的任何適合的基板。例如，基板200可包括介電材料、硅(Si)、金屬或類似物中的一種或多種。此外，基板200可包括額外材料層，或者可具有一個或多個已完成或部分完成的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)形成在基板中或基板上。例如，基板200可包括第一介電層212，第一介電層212諸如為氧化硅、低k材料(例如，介電常數(shù)低于氧化硅或低于約3.9的材料)或類似物。特征202可形成在第一介電層212中。一些實施方式中，第一介電層212可設置于第二介電層214頂上，第二介電層214諸如為氧化硅、氮化硅、碳化硅或類似物。導電材料(例如導電材料220)可設置于第二介電層214中，并且可對齊特征202，使得特征202在填充有導電材料時提供往返導電材料的電子路徑。例如，導電材料可以是互連件所耦接的接線或過孔的一部分。

特征202可以是任何開口，諸如過孔、溝槽、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)或類似物。一些實施方式中，特征202可具有高深寬比，例如約5:1或更大的深寬比。如在本發(fā)明中所用的，深寬比是特征深度對特征寬度的比。特征202可通過使用任何適合的蝕刻工藝蝕刻基板200而形成。特征202包括底表面208與側(cè)壁210。

一些實施方式中，且如圖2A至圖2C中的虛線所示，特征202可完全地延伸通過基板200和第二基板228的上表面226，且可形成特征202的底表面208。第二基板228可設置于鄰近基板200的第二表面206。進一步(且也由虛線所示)，導電材料(例如導電材料220)可設置在第二基板228的上表面226中且對齊特征202。導電材料例如可為器件(諸如邏輯器件或類似物)的一部分或為至器件的電子路徑的一部分，以向器件提供電連接性，所述器件諸如為柵極、接觸墊、導電線或過孔或者類似物。

接著，在步驟104中，且如圖2B所示，基板200暴露至由包括金屬有機鎢前驅(qū)物的第一氣體所形成的等離子體，以于基板200頂上形成鎢阻擋層216。例如，特征202的側(cè)壁210、特征202的底表面208和基板200的第一表面204可被鎢阻擋層216覆蓋。第一氣體進一步包括反應物氣體(諸如氫氣(H₂)或氨氣(NH₃))以及伴隨金屬有機鎢前驅(qū)物氣體的載氣，諸如氬氣、氦氣或氮氣。第一氣體中氫氣的存在有利地將鎢阻擋層216中的碳不純物減至最少。載氣以約300sccm至約600sccm的流速提供。

鎢阻擋層216可作用為防止后續(xù)沉積的金屬層擴散進入下面的層(諸如第一介電層212)以及作為適合的表面以供后續(xù)鎢填充層的形成(如下文所述)。鎢阻擋層216的存在有利地消除了對由例如氮化鈦形成的典型阻擋層的需求，所述典型阻擋層也使用鎢成核層建立適合的表面以供后續(xù)鎢填充層形成。鎢阻擋層216還提供比TiN阻擋層低約2至3倍的電阻率，從而減少過孔的電阻。鎢阻擋層216可具有適合防止后續(xù)沉積材料擴散至下面的層中的任何厚度。例如，一些實施方式中，鎢阻擋層216可具有約15埃至約40埃的厚度。

一些實施方式中，適合的鎢前驅(qū)物可包括化學式為W(A)(B)₂(C)、或W(A)(B)₃(D)、或W(B)₆、或W(A)₂(D)₂、或W(B)_6-x(B₂)_x、或W(E)₄、或W(F)₃、或W(F)₂(B)₂、或W(F)(B)₄的前驅(qū)物，其中A是帶負電的六電子供體，B是中性的二電子供體、C是帶正電的二電子供體、D是帶負電的二電子供體、E是帶負電的四電子供體、F是中性的四電子供體、且x是從0至6的正整數(shù)。適合的前驅(qū)物的范例包括：W(CO)₆、CpW(CO)₂NO、EtCpW(CO)₂NO、Cp*W(CO)₃NO、Cp₂WH₂、C₄H₉CNW(CO)₅、(C₅H₁₁CN)W(CO)₅、W(C₃H₅)₄、W(C₃H₄CH₃)₄、W(C₄H₆)₃、W(C₄H₆)₂(CO)₂或W(C₄H₆)(CO)₄。

如前文所述，鎢阻擋層216是經(jīng)過等離子體增強原子層沉積工藝(PEALD)通過將基板200暴露至處于等離子體態(tài)的鎢前驅(qū)物而形成。等離子體可通過下述方式形成：將足夠的能量(例如射頻(RF)能量)從電源耦合，以引燃第一氣體而形成所述等離子體。一些實施方式中，電源可示意性提供處于適合頻率(諸如約13.56MHz)的約100瓦至約1.2千瓦的電力。所述等離子體促進前驅(qū)物的分解，造成材料沉積于基板200上，從而形成鎢阻擋層218。

用于形成上文所討論的鎢阻擋層216的通常處理條件包括將處理腔室壓力維持在約5托至約20托。而且，形成鎢阻擋層期間的處理腔室的溫度低于約225攝氏度，諸如約175攝氏度至約225攝氏度。與其中腔室溫度必須大于約250攝氏度以分解鎢前驅(qū)物材料的熱化學氣相沉積工藝不同，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)PEALD工藝可用于在低于約225攝氏度的溫度下沉積鎢阻擋層。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)低溫PEALD工藝有利地于例如溝槽、過孔或其它高深寬比特征中形成具有期望性質(zhì)(諸如高密度、低電阻率和良好的階梯覆蓋率)的鎢阻擋層。如在本發(fā)明中所使用的，階梯覆蓋率定義為結(jié)構(gòu)側(cè)壁上沉積的材料的最小厚度對場(例如基板的上表面)上沉積的材料的厚度的比。

一些實施方式中，在鎢阻擋層216形成前，鎢種晶層先沉積于基板200頂上。鎢種晶層具有充分的厚度，以促進下面的硅或氧化物表面上的鎢等離子體增強原子層沉積(PEALD)的生長。一些實施方式中，種晶層可具有低于約2個單層鎢的厚度。鎢種晶層可通過等離子體增強化學氣相沉積工藝使用上文所列的鎢前驅(qū)物形成。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在PEALD鎢阻擋層形成前提供鎢種晶層提供了PEALD鎢膜性質(zhì)的顯著改善，諸如較低的粗糙度(例如從約5.9埃減少至約3.7埃(Rms))以及較低的電阻率(例如從約304μΩ-cm減少至3.7μΩ-cm)。

接著，在步驟106中，且如圖3C中所示，將鎢填充層224沉積于鎢阻擋層216上以填充特征202。一些實施方式中，鎢填充層224可通過化學氣相沉積工藝使用例如WF₆或WF₆與氫氣(諸如H₂或NH₃)的組合沉積。

特征202可填充至超過基板200的上表面的位高(level)，且沉積材料(例如鎢阻擋層216)與鎢填充層224可留在基板200的上表面上。因此，可使用諸如酸性溶液中的濕清潔(wetclean)、化學或電化學機械研磨或類似技術(shù)的技術(shù)從上表面移除過量的沉積材料，使得特征202填充有沉積的導電材料最多達大約與基板上表面相當?shù)奈桓?，如圖2C所示。

可于個別的處理腔室中執(zhí)行本發(fā)明所描述的方法，所述個別的處理腔室可以獨立配置(standalone configuration)的方式提供，或提供成組合工具的一部分，所述組合工具例如為下文中針對圖3所描述的整合工具300(即，組合工具)。整合工具300的范例包括與整合工具，可購自美國加州Santa Clara的應用材料公司。本發(fā)明所述的方法可通過使用耦接適合處理腔室的其它組合工具實施，或是在其它適合的處理腔室中實施。例如，一些實施方式中，上文所討論的創(chuàng)造性的方法可有利地在整合工具中執(zhí)行，使得在處理步驟之間有受限的真空破壞或無真空破壞。例如，減少的真空破壞可限制或防止種晶層或基板的其它部分的污染。

整合工具300包括真空密封處理平臺301、工廠界面304與系統(tǒng)控制器302。處理平臺301包括多個處理腔室，諸如314A、314B、314C與314D，所述處理腔室在操作上耦接至真空基板移送室(移送室303)。工廠界面304在操作上通過一個或多個裝載鎖定腔室(兩個裝載鎖定腔室，諸如圖4中所示306A和306B)耦接至移送室303。

一些實施方式中，工廠界面304包括至少一個塢站(docking station)307、至少一個工廠界面機械手338，以促進移送半導體基板。塢站307配置成接收一個或多個前開式標準艙(FOUP)。圖3的實施方式中顯示四個FOUP，諸如305A、305B、305C與305D。工廠界面機械手338配置成從工廠界面304移送基板通過裝載鎖定腔室(諸如306A和306B)至處理平臺301。裝載鎖定腔室306A和306B的各自具有耦接至工廠界面304的第一通口以及耦接至移送室303的第二通口。裝載鎖定腔室306A與306B耦接至壓力控制系統(tǒng)(未示出)，所述壓力控制系統(tǒng)泵抽壓降裝載鎖定腔室306A與306B且使裝載鎖定腔室306A與306B通氣，以促進在移送室303的真空環(huán)境與工廠界面304的實質(zhì)上周圍(例如大氣)環(huán)境之間傳送基板。移送室303具有設置在移送室303中的真空機械手342。真空機械手342能夠在裝載鎖定腔室306A與306B和處理腔室314A、314B、314C與314D之間移送基板321。

一些實施方式中，處理腔室314A、314B、314C與314D耦接至移送室303。處理腔室314A、314B、314C與314D包括至少等離子體增強原子層沉積(PEALD)腔室與化學氣相沉積(CVD)腔室。也可設置額外的腔室，諸如額外的CVD腔室和/或退火腔室、物理氣相沉積(PVD)腔室或類似腔室。CVD腔室與退火腔室可包括任何一個那些適合執(zhí)行所有或部分本發(fā)明所述方法的腔室(如前文所討論的)。

一些實施方式中，可將一個或多個可選的服務腔室(顯示為316A與316B)耦接至移送室303。服務腔室316A與316B可配置成執(zhí)行其它基板處理，諸如去氣、定向、基板度量、冷卻與類似處理。

系統(tǒng)控制器302利用直接控制處理腔室314A、314B、314C與314D而控制工具300的操作，或者是通過控制與處理腔室314A、314B、314C和314D以及工具300相聯(lián)的計算機(或控制器)而控制工具300的操作。在操作上，系統(tǒng)控制器302實現(xiàn)來自各自腔室和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與反饋，而使工具300的性能優(yōu)化。系統(tǒng)控制器302一般地包括中央處理單元(CPU)330、內(nèi)存334與支持電路332。CPU 330可以是任何形式的可用于工業(yè)設施中的通用計算機處理器中的一種。支持電路332常規(guī)地耦接至CPU 330且可包括高速緩存、時鐘電路、輸入/輸出子系統(tǒng)、電源、以及類似物。諸如前文所述的處理方法的軟件程序可儲存于內(nèi)存334中，且當由CPU 330執(zhí)行時，將CPU 330轉(zhuǎn)換成專用計算機(系統(tǒng)控制器302)。所述軟件程序也可由第二控制器(未示出)所儲存和/或執(zhí)行，所述第二控制器位于遠離工具300之處。

雖然前述內(nèi)容涉及本公開內(nèi)容的實施方式，但是在不脫離本公開內(nèi)容的基本范圍下可以設計本公開內(nèi)容的其它和進一步的實施方式。