[发明专利]用于增强填充物和减少衬底撞击的原子层沉积

说明书

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及用于沉积钨的衬底处理系统。

背景技术

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该背景技术部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的发明人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

在集成电路(IC)制造期间，制造晶体管，然后将晶体管连接在一起以执行期望的电路功能。连接过程通常称为“金属化”，并且通常使用图案化、蚀刻和沉积步骤进行。

钨(W)可用于在沟槽、通孔或触点中提供低电阻电连接。当沉积W时，氮化钛(TiN)通常用作W和下层之间的阻挡层。可以通过分子氢(H₂)或硅烷(SiH₄)还原六氟化钨(WF₆)来沉积W。然而，氟基前体气体可能与某些工艺不相容。也可以使用无氟工艺来使用热原子层沉积(ALD)沉积W。然而，使用无氟前体气体的W的热ALD可能导致TiN阻挡层的蚀刻。

ALD是可以用于通过将处理室中的衬底顺序地暴露于吸附在衬底的表面上的前体气体来将W沉积在衬底上的循环工艺。清洗处理室，将处理室暴露于反应气体中以引起与吸附的前体的化学反应，然后再次清洗。重复该循环多次。热被用来促进所述反应。

当沉积W时，可以在W的热ALD沉积之前使用生长增强剂(例如BH_x聚合物、SiH_x……)。此外，W成核层可以由W前体的ALD与还原剂(例如SiH₄、乙硼烷(B₂H₆)或锗烷(GeH₄))形成。然而，生长增强剂和成核层易于增加W的电阻率。

发明内容

用于沉积钨的方法包括在衬底处理室中布置包括氮化钛层的衬底，并且使用包括氯化钨(WCl_x)(其中x是整数)气体的前体气体在衬底上进行钨的多阶段原子层沉积。执行包括在第一ALD阶段期间使用第一剂量强度的前体气体沉积钨，以及在第二ALD阶段期间使用第二剂量强度的前体气体沉积钨。第一剂量强度基于第一剂量浓度和第一剂量周期。第二剂量强度基于第二剂量浓度和第二剂量周期。第二剂量强度是第一剂量强度的1.5至10倍。

在其他特征中，第一ALD阶段包括：a)以第一剂量浓度将衬底暴露于前体气体持续第一剂量周期；b)在第一剂量周期后，清洗所述衬底处理室；c)将衬底暴露于反应气体中持续第一反应物周期；以及d)在所述第一反应物周期之后，清洗所述衬底处理室。第二ALD阶段包括：e)以第二剂量浓度将衬底暴露于前体气体持续第二剂量周期；f)在第二剂量周期后，清洗所述衬底处理室；g)将衬底暴露于反应气体中持续第二反应物周期；以及h)在所述第二反应物周期之后，清洗所述衬底处理室。

在其他特征中，重复a)至d)M次，其中M是大于1的整数，重复e)至h)Y次，其中Y是大于1的整数。

在其他特征中，该方法包括将衬底处理室中的处理温度设定在450℃至600℃的温度范围内。该方法包括将衬底处理室中的处理压力设定在1托至10托的压力范围内。

在一些特征中，反应气体包括选自由分子氢、乙硼烷、硅烷和锗烷所组成的组中的至少一种气体。第二剂量强度是第一剂量强度的2至5倍。在第一ALD阶段期间沉积的钨的第一厚度在至的范围内。在第二ALD阶段期间沉积的钨的第二厚度在至的范围内。

在其他特征中，在第二ALD阶段之后，该方法包括重复所述第一ALD阶段和所述第二ALD阶段。

在其他特征中，在第二ALD阶段之后，该方法包括分别以T个剂量强度执行T个阶段，其中T是大于零的整数。T个阶段中的第一个阶段具有比第二剂量强度更高的剂量强度，并且T个阶段中的其余阶段分别具有比所述T个阶段的先前的阶段更高的剂量强度。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种用于沉积钨的方法，包括：

在衬底处理室中布置包括氮化钛层的衬底；

使用前体气体在所述衬底上执行钨的多阶段原子层沉积，所述前体气体包括氯化钨(WCl_x)气体，其中x是整数，并且其中所述执行包括：

在第一ALD阶段期间使用第一剂量强度的所述前体气体沉积钨；和

在第二ALD阶段期间使用第二剂量强度的所述前体气体沉积钨，

其中所述第一剂量强度基于第一剂量浓度和第一剂量周期，

其中所述第二剂量强度基于第二剂量浓度和第二剂量周期，以及