[发明专利]无成核的间隙填充ALD工艺

说明书

处理方法包括通过以下步骤来形成包含钨或钼的间隙填充层：将具有至少一个特征在其上的基板表面依次地暴露于金属前驱物和包含氢的还原剂以在所述特征中形成所述间隙填充层，其中在所述基板表面与所述间隙填充层之间不存在成核层。

技术领域

本公开内容一般地涉及沉积薄膜的方法。特别地，本公开内容涉及用于沉积包含例如钨或钼的间隙填充膜的方法。

背景技术

3D-NAND器件和用于应用诸如逻辑和DRAM的器件的制造包括可用金属填充字线、通孔、间隙等的工艺。在字线中存在金属允许到NAND晶体管的控制栅极的电连接。这样的金属填充的一个挑战是例如3D-NAND结构是数微米深。另一个挑战是金属还必须填充绝缘体堆叠(通常是氧化硅)之间的横向空间。

在具有超高深宽比的特征中沉积间隙填充薄膜(例如，含钨或含钼薄膜)是有挑战性的。3D半导体器件需要向水平沟槽和折返(reentrant)沟槽中进行无缝填充。不完整的沟槽填充可能引起高电阻、污染，填充材料的损失，并且因此引起器件性能的退化。

通常，含钨材料的原子层沉积(ALD)是基于二元反应WF₆+3H₂→W+6HF。简而言之，WF₆和H₂交替地(依次地)暴露于基板表面。据信，WF₆在自限制的反应中在基板表面上部分地分解以形成W-F暴露的氟化W表面。H₂脉冲将氟化W-F表面还原为W。然而，WF₆与基板(典型地是TiN)的反应非常缓慢并表现出显著的孕育延迟(incubation delay)。WF₆在基板表面上的这种成核问题造成随机表面生长和不良的沉积保形性。在WF₆-H₂ALD循环之前在TiN上沉积中间层可以用作成核促进剂。含钼材料的ALD呈现与含钨材料类似的化学物质和挑战。

使用金属硅化物(WSi_x和MoSi_x)的成核层已经用作克服包括(Si、SiO₂、TiN等)在各种表面上的孕育延迟问题的方式。使用金属前驱物和硅烷(SiH₄、Si₂H₆等)作为共反应物通过ALD沉积金属硅化物。然而，硅烷基金属硅化物成核层可表现出高电阻率和高界面氟水平。

本领域中需要沉积穿透且保形的膜以填充用于逻辑和DRAM以及其它应用的诸如3D-NAND字线、通孔和间隙的器件部件的方法。另外，本领域中需要保形地且有效地沉积包含例如钨或钼的间隙填充膜的方法。

发明内容

本公开内容的一个或多个实施方式涉及处理方法，所述处理方法包括通过以下步骤来形成包含钨或钼的所述间隙填充层：将具有至少一个特征在其上的基板表面依次地暴露于金属前驱物和包含氢的还原剂以在所述特征中形成间隙填充层。在所述基板表面与所述间隙填充层之间不存在成核层。

本公开内容的另外的实施方式涉及处理方法，所述处理方法包括将基板表面定位在处理腔室中。所述基板表面上具有至少一个特征。将所述基板表面依次地暴露于第一金属前驱物和反应物以形成底层，其中所述第一金属前驱物包括钛前驱物、铝前驱物和硅前驱物中的一种或多种，并且所述反应物包括氮前驱物、氧前驱物或它们的组合。将所述底层依次地暴露于包含钨前驱物或钼前驱物的第二金属前驱物和包含氢(H₂)的还原剂以在所述底层上形成间隙填充层。