[发明专利]使用氯化钨前体制备钨和氮化钨薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体制造工艺,具体涉及使用氯化钨前体制备钨和氮化钨薄膜。

背景技术

使用化学气相沉积(CVD)技术的钨膜沉积是半导体制造工艺的组成部分。例如，钨膜可以相邻金属层之间的水平互连、通孔，以及第一金属层和硅衬底上的器件之间的触头的形式被用作为低电阻率的电气连接。在一钨沉积工艺的示例中，阻挡层被沉积在介电衬底上，然后跟着钨膜的薄成核层的沉积。之后，剩余的钨膜被沉积在该成核层上作为体层(bulklayer)。通常，钨体层通过在化学气相沉积工艺中用氢(H₂)还原六氟化钨(WF₆)来形成。

发明内容

本文提供了沉积钨的方法。一种方法涉及将衬底暴露于还原剂和氢，以及将衬底暴露于氯化钨以沉积钨，其中氢的流率与还原剂的流率之比在约10:1和约100:1之间。氯化钨可选自WCl₂、WCl₄、WCl₅、WCl₆、以及它们的混合物。在一些实施方式中，钨在介于约450℃和约650℃之间的温度被沉积。

还原剂可选自硼烷类、硅烷类、以及锗烷类。在多种实施方式中，还原剂的流率在约100标准毫升每分钟(sccm)和约500sccm之间。衬底可被暴露于还原剂达到介于约0.25和约10秒之间的持续时间。

另一方面涉及一种方法，该方法包括在沉积体钨层之前，通过将特征暴露于稀释的还原剂和五氯化钨的交替脉冲来形成钨成核层。

每个交替脉冲周期所沉积的钨的数量可以是至少约还原剂可选自硼烷类、硅烷类、以及锗烷类。在一些实施方式中，还原剂被流动的氢稀释，且氢的流率与还原剂的流率之比在约10:1和约100:1之间。

该方法还可包括利用含钨前体通过化学气相沉积在钨成核层上沉积体钨层。含钨前体可选自WF₆、WCl₂、WCl₄、WCl₅、WCl₆、以及它们的混合物。

另一方法包括：通过脉冲式提供五氯化钨和还原剂以及减少还原剂的分解来沉积钨成核层，以及利用五氯化钨通过化学气相沉积来沉积钨体层。

在多种实施方式中，还原剂选自硅烷类、硼烷类、以及锗烷类。还原剂的分解可通过稀释还原剂流来减少。

在一些实施方式中，还原剂的分解通过以比还原剂的流率大至少约10倍的流率引入氢气来减少。在一些实施方式中，还原剂的分解通过以比脉冲式提供五氯化钨时的温度低的温度脉冲式提供还原剂来减少。

另一方面涉及一种方法，该方法包括：(a)将衬底暴露于在第一温度的还原剂，以及(b)将衬底暴露于在第二温度的无氟钨前体，其中所述第一温度低于所述第二温度。

另一方面涉及一种用于处理衬底的装置，该装置包括(a)至少一个处理室，其包括被构造为保持衬底的基架；(b)用于耦合到真空的至少一个出口；(c)耦合到一或多个工艺气体源的一或多个工艺气体入口；以及(d)用于控制所述装置中的操作的控制器，其包括用于下述操作的机器可读指令：(i)将还原剂和氢引入到处理室；(ii)将无氟钨前体引入到处理室；以及(iii)在第一阶段中重复(i)-(ii)以沉积钨成核层，其中氢的流率与还原剂的流率之比在(i)过程中在约10:1和约100:1之间。无氟钨前体可选自WCl₂、WCl₄、WCl₅、WCl₆、以及它们的混合物。

下面参考附图进一步描述这些方面以及其他方面。

附图说明

图1是根据所公开的实施方式执行的操作的工艺流程图。

图2是适于执行所公开的实施方式的装置或工具的示意图。

图3是用于执行所公开的实施方式的处理室的示意图。

图4是沉积速率的实验数据的图示。

图5是根据通过执行所公开的实施方式而进行的实验用钨填充的通孔的示意图。

具体实施方式

在接下来的描述中，许多具体细节被阐述以提供对所呈现的实施方式的透彻理解。所公开的实施方式可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下被实施。另一方面，公知的工艺操作没有被详细描述以免不必要地模糊所公开的实施方式。虽然所公开的实施方式将结合具体实施方式进行描述，但应当理解，这并非意图限制所公开的实施方式。