[发明专利]无空隙低应力填充

说明书

本文提供了在深特征和相关装置中沉积低应力且无空隙金属膜的方法。所述方法的实施方案包括处理孔的侧壁以抑制金属沉积，同时留下未处理的特征底部。在随后的沉积操作中，金属前体分子扩散到特征底部以进行沉积。该工艺重复对剩余暴露侧壁进行处理的后续抑制操作。通过重复抑制和沉积操作，可以实现高质量的无空隙填充。这使得能执行高温、低应力沉积。

通过引用并入

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

沉积导电材料(如钨膜)是许多半导体制造过程中重要的一部分。这些材料可被用作水平内连接件、介于相邻金属层之间的通孔、金属层与硅衬底上的设备之间的触点、以及高深宽比特征。随着设备缩小以及更复杂的图案化架构被运用于该产业中，薄膜的沉积成为一种挑战。这些挑战包括沉积无空隙且低应力的膜。

这里提供所包含的背景与情境描述仅为了一般性呈现本公开的背景的目的。本公开的大部分内容呈现了发明人的成果，且仅是因为该成果被描述于该背景技术部分或在本文其他地方作为背景呈现，这并不意味承认其为现有技术。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种方法，该方法包括：提供3-D结构，所述3-D结构包括以阶梯状图案布置的金属线、覆盖所述阶梯状图案的介电材料、以及竖直定向特征，所述竖直定向特征提供通向金属线的流体通路；在所述竖直定向特征中沉积金属保形层；在第一抑制操作中以第一流率和第一暴露时间将所述金属保形层特征暴露于抑制物质；在所述第一抑制操作之后，在第一非保形沉积操作中优先在所述竖直定向特征的所述底部沉积金属，其中在所述第一非保形沉积操作期间所述衬底的温度至少为400℃；在所述第一非保形沉积操作之后，在第二抑制操作中以第二流率和第二暴露时间将所述特征暴露于抑制物质，其中所述第二流率低于第一流率和/或所述第二暴露时间短于所述第一暴露时间；并且在所述第二抑制操作之后，在第二非保形沉积操作中，在至少400℃的衬底温度下在所述特征中沉积金属。

在一些实施方案中，所述金属是钨、钴、钼和钌中的一种。在一些实施方案中，优先在所述竖直定向特征的所述底部沉积金属包括：将所述特征暴露于金属前体和还原剂，其中还原剂比金属前体的体积比至少为30:1。在一些实施方案中，优先在所述竖直定向特征的所述底部沉积金属包括：将所述特征以不超过100sccm的流率暴露于金属前体。在一些实施方案中，所述特征是3D NAND设备中的互连特征。在一些实施方案中，在沉积期间，所述金属是钨，并且所述衬底温度至少为430℃。在一些实施方案中，在沉积期间，所述金属是钼，并且所述衬底温度至少为600℃。

在一些实施方案中，所述抑制物质是含氮气体或等离子体物质。在一些实施方案中，所述第一禁止操作处理所述特征的大部分。在一些实施方案中，所述方法的所述第一抑制操作处理所述特征深度的至少70％。在一些实施方案中，在所述第一抑制操作期间的衬底温度不同于在所述第二抑制操作期间的衬底温度。

本公开内容的另一方面涉及一种用于处理衬底的装置，所述装置包括：(a)处理室，其包括至少一个站，所述站具有被配置为保持衬底的基座；(b)用于耦合至真空的至少一个出口；(c)耦合到一个或多个工艺气体源的一个或多个工艺气体入口；和(d)用于控制所述装置中的操作的控制器，其包括机器可读指令，所述机器可读指令用于执行以下方法：在第一抑制操作中以第一流率和第一暴露时间将抑制物质引入所述处理室；在所述第一抑制操作之后，在第一非保形沉积操作中，引入金属前体和还原剂以沉积金属，其中所述衬底在其上的所述基座的温度至少为400℃；在所述第一非保形沉积操作之后，在第二抑制操作中，以第二流率和第二暴露时间将抑制物质引入所述处理室，其中所述第二流率低于所述第一流率和/或所述第二暴露时间短于所述第一暴露时间；以及在所述第二抑制操作之后，引入金属前体和还原剂以沉积金属，其中所述衬底在其上的所述基座的温度为至少400℃。在一些实施方案中，在第二非保形沉积操作中，在沉积期间，所述金属是钨，并且所述衬底温度至少为430℃。在一些实施方案中，在所述第一和第二非保形沉积操作期间，还原剂比钨前体的体积比至少为30:1。