[发明专利]三维竖直NAND字线的金属填充过程

说明书

公开了在半导体衬底上沉积诸如钨之类的过渡金属的方法。该方法包括提供乙硼烷和余量的氢的气体混合物，其中氢用于稳定气体混合物中的乙硼烷。该方法还包括将气体混合物输送到半导体衬底以形成硼层，其中硼层用作还原剂层以将含金属的前体转化为金属，例如将含钨的前体转化为钨。在一些实现方式中，半导体衬底包含竖直结构，例如三维竖直NAND结构，其具有在竖直结构的侧壁中具有开口的水平特征或字线，其中硼层可共形地沉积在竖直结构的水平特征中。

相关申请的交叉引用

本申请主张2017年8月14日提交的名称为“METAL FILL PROCESS FOR THREE-DIMENSIONAL VERTICAL NAND WORDLINE”的美国临时专利申请No.62/545,405的优先权的权益，其在此通过引用整体并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开总体上涉及过渡金属在半导体衬底上的沉积，并且更具体地涉及通过转化由含硼前体形成的硼层而进行的在半导体衬底上的过渡金属的沉积。

背景技术

钨和含钨材料的沉积是许多半导体制造工艺不可或缺的一部分。可以通过化学气相沉积(CVD)技术、等离子体增强CVD(PECVD)技术、原子层沉积(ALD)技术以及IC制造领域中已知的其他沉积技术，例如物理气相沉积(PVD)来实现这种沉积。钨和含钨的材料(以下称为基于钨的材料或仅称为钨材料)可用于水平互连、相邻金属层之间的通孔、第一金属层与硅衬底上的器件之间的接触，并且通常可以用于在IC设计中使用的各种高深宽比特性中。

在用于沉积钨材料的常规工艺中，将衬底在沉积室中加热至预定的工艺温度，并且沉积钨材料薄层以用作种子或成核层。之后，将钨材料主体层沉积在成核层的顶部。常规地，钨材料是通过用氢(H₂)还原六氟化钨(WF₆)而形成的。通常，钨材料沉积在衬底的整个暴露表面区域上，该表面区域通常包括一个或多个场区域以及各种IC特征。这些特征可以具有广泛变化的深宽比，并且在一些实施方案中，一个或多个或所有特征可以具有相对高的深宽比。

发明内容

本公开涉及一种方法。所述方法包括：在气体供应管线中提供气体混合物，其中所述气体混合物包含乙硼烷(B₂H₆)和余量的氢气(H₂)。所述方法还包括：将所述气体混合物从所述气体供应管线引入沉积室以到达半导体衬底的表面，其中所述半导体衬底包括具有多个水平定位的特征的竖直结构，其中所述乙硼烷分解以在所述水平定位的特征中形成硼层。所述方法还包括：将所述硼层转换成所述半导体衬底中的过渡金属层。

在一些实现方式中，所述气体混合物包含按体积计至少20％的乙硼烷，余量为氢气。在一些实现方式中，所述气体混合物包含按体积计介于约20％至约50％之间的乙硼烷，余量为氢气。在一些实现方式中，所述过渡金属层包括钼、钌、钴或钨。在一些实现方式中，将所述硼层转换成所述过渡金属层包括使所述硼层与含钨前体反应以形成钨层。在一些实现方式中，所述半导体衬底在所述竖直结构的侧壁中具有开口，其能通过所述开口从所述竖直结构流体性地进入。在一些实现方式中，所述竖直结构是三维(3-D)竖直NAND结构。在一些实现方式中，所述硼层共形地沉积在所述竖直结构的所述水平定位的特征中，所述硼层的台阶覆盖率为至少90％。

本公开还涉及一种装置。所述装置包括：气体供应管线和与所述气体供应管线耦合的沉积室，其中所述沉积室被配置为在所述沉积室中处理半导体衬底，并且其中所述气体供应管线被配置为容纳乙硼烷与余量的氢气的气体混合物。所述半导体衬底包括具有多个水平定位的特征的竖直结构。所述装置还可以包括被配置为提供用于执行以下操作的指令的控制器：将所述气体混合物从所述气体供应管线引入所述沉积室以到达所述半导体衬底的表面，其中，所述乙硼烷分解以在所述水平定位的特征中形成硼层，以及将所述硼层转换成在所述半导体衬底中的过渡金属层。