[发明专利]用钴填充基板特征的方法与设备

说明书

于此提供了用于用钴填充特征的方法和设备。在一些实施方式中，一种用于处理基板的方法包括：经由化学气相沉积(CVD)工艺在基板的顶上和设置在基板中的特征内沉积第一钴层；及通过在具有钴靶材的物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理以将第一钴层的一部分回流到特征中而至少部分地用钴或含钴材料填充特征。PVD腔室可被构造成从设置在PVD腔室中的钴靶材同步地沉积钴或含钴材料在特征内。

技术领域

本公开内容的实施方式一般地涉及半导体制造工艺的领域，尤其是，涉及用于在半导体基板的特征中沉积含钴层的方法。

背景技术

钴是用于在10/7nm节点中的接点和BEOL(线路的后端)互连件填充应用的新材料解决方案的一个候选者。钨(W)接点包括钛(Ti)/氮化钛(TiN)阻挡层，发明人已经观察到此是有问题的，因为Ti/TiN阻挡层增加了界面电阻并限制了特征(例如，互连件)的向下缩放。另外，发明人已经观察到当阻挡层/衬里经由电阻缩放而增加界面电阻及负面影响时，铜(Cu)通孔是有问题的。

此外，发明人已经观察到通过化学气相沉积(CVD)的共形钴填充通常不期望地导致嵌入到特征中的空隙，并形成微空隙。即使使用侵蚀性退火工艺(例如，更高的温度和更长的退火时间)，微孔隙也难以移除并且可能不期望地保留在特征中。此外，BEOL工艺包括有限的退火温度以保护基板上的介电材料。

因此，发明人提供了一种用钴填充基板特征的改进方法。

发明内容

于此提供了用于用钴填充特征的方法和设备。在一些实施方式中，一种用于处理基板的方法包括：经由化学气相沉积(CVD)工艺在基板的顶上和设置在基板中的特征内沉积第一钴层；及通过在具有钴靶材的物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理以将第一钴层的一部分回流到特征中而至少部分地用钴填充特征。在实施方式中，在物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理以将第一钴层的一部分回流到特征中包括从设置在PVD腔室中的钴靶材同步地沉积钴在特征内。

任选地，实施方式可包括在沉积第一钴层之前在特征内沉积底层；及将第一钴层直接沉积在底层的顶上。

在一些实施方式中，一种用于处理基板的方法包括：在设置在基板中的特征内沉积底层；经由化学气相沉积(CVD)工艺在基板的顶上并直接在底层的顶上沉积第一钴层；通过在物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理以将第一钴层的一部分回流到特征中而用钴部分地填充特征；及经由CVD工艺沉积第二钴层以完全填充特征。在实施方式中，在物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理以将第一钴层的一部分回流到特征中包括从设置在PVD腔室中的钴靶材同步地沉积钴在特征内。

在一些实施方式中，一种用于在基板上膜沉积的设备包括：中央真空传送腔室；化学气相沉积(CVD)处理腔室，被构造成沉积氮化钛并耦接到中央真空传送腔室；化学气相沉积(CVD)处理腔室，被构造成沉积钴并耦接到中央真空传送腔室；及物理气相沉积(PVD)腔室，被构造成沉积钴并耦接到中央真空传送腔室。在实施方式中，PVD腔室被构造成在物理气相沉积(PVD)腔室中执行等离子体处理，以将第一钴层的一部分回流到特征中，同时从设置在PVD腔室中的钴靶材同步地沉积钴在特征内。

以下描述本公开内容的其他和进一步的实施方式。

附图说明

通过参考所附图式中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可理解以上简要概述并在下面更详细论述的本公开内容的实施方式。然而，所附图式仅图示了本公开内容的典型实施方式，且因此不应视为对范围的限制，因为本公开内容可允许其他等同有效的实施方式。

图1描绘了根据本公开内容的实施方式的用于在半导体器件的特征中沉积钴金属的方法的流程图。

图2A至图2F分别描绘了根据本公开内容的图1的实施方式的在半导体器件的特征中沉积金属的制造的数个阶段。