TW202407131A

TW202407131A - 鉬之選擇性沉積之方法

Info

Publication number: TW202407131A
Application number: TW112126838A
Authority: TW
Inventors: 蘭德哈達丁; 古諾巴特納卡; 莫西佛吉斯; 荷西亞歷山卓羅米洛; 安妮魯杜謝卡瓦特
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2024-02-16
Also published as: US20240035151A1; WO2024025765A1

Abstract

在此說明用於選擇性沉積的方法。此方法包括在基板表面的第一部分上沉積氧化物，基板表面選自由金屬表面、金屬氮化物表面與金屬矽化物表面所組成的群組。此方法進一步包括在上方不具有沉積的氧化物之基板表面的第二部分上選擇性沉積鉬膜。

Description

鉬之選擇性沉積之方法

本發明的實施例大體上關於在金屬表面或金屬氮化物表面上選擇性沉積鉬的方法。本發明的特定實施例關於利用氧化鑭以用於在圖案化沉積與間隙填充應用中的選擇性沉積之選擇性沉積方法。

半導體產業在尋求包括快速縮放奈米尺度特徵的裝置微型化中面臨到許多挑戰。此類挑戰包括通常使用多個微影步驟與蝕刻步驟的複雜裝置的製造。再者，半導體產業需要對於用於圖案化複雜架構的高成本EUV之低成本替代物。為了維持裝置微型化的進行與保持晶片製造成本降低，選擇性沉積已顯現出有希望成功。它具有藉由簡化整合方法而移除昂貴的微影步驟的潛力。

材料的選擇性沉積可以各種方式來完成。例如，一些處理基於它們的表面化學可具有對於表面的固有選擇性。這些處理是稀有的，且通常特定於所使用的反應物、所形成的材料及基板表面。

此外，隨著裝置的尺寸持續縮減，裝置之間的間隙/空間也縮減，增加了將裝置彼此實體地隔離的困難度。以高品質介電材料在通常為不規則形狀的裝置之間的高深寬比溝槽/空間/間隙中的填充對於以包括間隙填充、硬遮罩及間隔物應用的現行方法之實行變成為增加的挑戰。選擇性沉積方法通常包括在基板上沉積遮罩材料與圖案化遮罩材料以形成圖案化遮罩。在遮罩的圖案化之後，基板的多個區域可接著透過圖案化遮罩暴露。圖案化遮罩可從基板移除以暴露基板的未佈植區域及材料可被選擇性沉積在基板的選定區域上。然而，利用遮罩材料、圖案化遮罩材料、及移除遮罩的這些方法要求在數個處理流程中的多個處理步驟。

有著對於相較於利用遮罩材料的沉積與移除的現行方法利用較少處理步驟來增加相比於金屬表面在特定氧化物上的鉬沉積之選擇性的新式鉬沉積處理的需求。

本發明的一或多個實施例關於選擇性沉積的方法。此方法包含在基板表面的第一部分上沉積氧化物，基板表面選自由金屬表面、金屬氮化物表面、金屬矽化物表面及前述物的組合所組成的群組；及在基板表面的第二部分上選擇性沉積鉬膜，基板表面的第二部分之上不具有沉積的氧化物。

在一些實施例中，填充在基板中的間隙的方法。在一或多個實施例中，填充在基板中的間隙的方法包含在間隙的側壁表面上沉積氧化物層，側壁表面包含選自由金屬表面、金屬氮化物表面、金屬矽化物表面及前述物的組合所組成的群組的表面；及在間隙的底表面上沉積鉬，間隙的底表面之上不具有沉積的氧化物層。

在說明本發明的數個範例實施例之前，將理解到本發明並不侷限於在之後說明書中所述的架構或處理步驟的細節。本發明能夠是其他實施例且以各種方式實行或執行。

在本說明書與隨附申請專利範圍中使用時，用語「基板」與「晶圓」可被互換地使用，兩者皆指稱在其上進行處理的表面或表面的部分。除非上下文另外清楚地指明，本領域的通常知識者也將理解到關於基板也可僅指稱基板的一部分。此外，關於在基板上的沉積可意指裸基板與具有沉積或形成在其上的一或多個膜或特徵的基板兩者。

此外，在此所使用的「基板」指稱在製造處理期間於其上執行膜處理的任何基板或形成在基板上的材料表面。例如，其上可執行處理的基板表面包括材料，諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽(SOI)、碳摻雜矽氧化物、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、及任何其他材料，諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、及其他導電材料，取決於應用。基板不受限地包括半導體晶圓。

基板可暴露至預處理製程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化(或者產生或嫁接目標化學部分(moiety)以施加化學官能性)、退火、及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身表面上的膜處理之外，在本發明中，所揭示的任何的膜處理步驟也可執行在形成在基板上的下方層之上，如之後更詳細說明的，及用語「基板表面」意於包括上下文所指示的此下方層。因此，例如，在膜/層或部分的膜/層已被沉積至基板表面上處，新沉積的膜/層的暴露表面成為基板表面。給定的基板表面所包含的將取決於將被沉積的膜及所使用的特定化學品。

在此使用時，「圖案化基板」指稱具有複數個不同材料表面的基板。在一些實施例中，圖案化基板包含第一表面與第二表面。在一些實施例中，第一表面包含氧化物而第二表面包含金屬、金屬氮化物及/或金屬矽化物。

在此說明書與隨附申請專利範圍中使用時，用語「反應氣體」、「處理氣體」、「前驅物」、「反應物」、及類似物可被互換地使用以意指包括與基板表面反應的物種之氣體。例如，第一「反應氣體」可簡單地吸附至基板的表面上且可被用於與第二反應氣體的進一步化學反應。

本發明的實施例提供利用氧化鑭(La ₂O ₃)的選擇性沉積的方法。

在此說明書與隨附申請專利範圍中使用時，用語「相較於第二表面在第一表面上選擇性沉積」及類似用語意指第一數量的膜或層沉積在第一表面上而第二數量的膜或層沉積在第二表面上，其中第二數量的膜小於第一數量的膜，或沒有膜沉積在第二表面上。以此方式使用的用語「相較於(over)」不暗示在另一表面的頂部上的一表面的物理定向，而是一表面相對於其他表面的化學反應的熱力學或動力學性質的關係。例如，相較於氧化物表面在金屬表面上選擇性沉積鉬膜意指鉬膜沉積在金屬表面上，而較少或沒有鉬膜沉積在氧化物表面上；或相對於在氧化物表面上的鉬膜的形成，在金屬表面上的鉬膜的形成是熱力學或動力學上偏好的。

在一些實施例中，「選擇性」意指主題材料以一速率形成在目標表面上，此速率大於或等於約10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍或50倍的在非選擇表面上的形成速率。換言之，關於目標材料表面相對於非選擇表面的選擇性是大於或等於約10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1或50:1。

根據一或多個實施例，選擇性沉積利用氧化物層的使用，其中氧化物層形成在其上避免沉積的基板材料上且帶有對於目標基板材料可忽略的影響。膜可沉積在目標基板材料上，而在其他基板材料上的沉積藉由氧化物層被最小化或防止。

參照第1圖，本發明的一或多個實施例關於處理方法100。基板105包含包括第一部分111a與第二部分112b的表面。當氧化物層120沉積在基板105的第一部分112a上，第二材料120具有氧化物表面122。第二部分112b包含基板105的材料而基板的第一部分112a包含氧化物表面122。

在一些實施例中，基板105與基板表面的第二部分112b是選自金屬表面、金屬氮化物表面、金屬矽化物表面及前述物的組合。在一或多個實施例中，金屬包含鎢、鈦、鋁、鑭、及鉬中的一者或多者。在一些實施例中，金屬氮化物表面與金屬矽化物表面包含TiN、MoN、LaN、TiSiN、TaN、TaSiN、MoSi _x、TaSi _x、及WN中的一者或多者。在特定實施例中，金屬氮化物表面包含TiN。

根據一或多個實施例的氧化物選自由SiO ₂、Al ₂O ₃、ZrO ₂、HfO ₂、La ₂O ₃及前述物的組合所組成的群組。在一些實施例中，利用一處理來沉積氧化物，此處理選自由原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、脈衝式化學氣相沉積(pCVD)及物理氣相沉積(PVD)所組成的群組。在特定實施例中，氧化物表面包含氧化鑭(La ₂O ₃)。

因此，參照第2圖，根據一或多個實施例，方法200包含在操作210處於基板表面的第一部分上沉積氧化物。顯示在220的是基板表面的第二部分不具有氧化物表面。在操作230處，鉬沉積在其上不具有氧化物的基板表面的第二部分上。根據一或多個實施例的鉬是藉由PVD、CVD、pCVD或ALD來沉積。合適的鉬前驅物包括但不限於MoCl ₅、MoO ₂Cl ₂、MoOCl ₄、及MoF ₆。

在一些實施例中，基板包含特徵，諸如通孔。現在參照第3A-C圖，顯示一實施例，其中在基板300中的間隙302(或通孔)在諸如由下而上間隙填充處理中被填充。第3A圖顯示基板300，具有頂表面310、間隙302(或通孔)，間隙302具有第一側壁表面320、第二側壁表面321與底表面330。

在此方法的一或多個實施例中，在已經沉積氧化物層120之後，此方法包含在其上不具有沉積的氧化物之基板表面的第二部分112b(如第1圖中所示作為基板的第二表面112b)上選擇性沉積鉬膜115。氧化物層120的存在抑制或防止在氧化物表面上處的沉積，及因此鉬被選擇沉積在基板105上。

根據一些實施例，選擇性沉積鉬膜115包含脈衝式化學氣相沉積(pCVD)處理或原子層沉積(ALD)處理。

在一或多個實施例中，填充基板300中的間隙302(或通孔)的方法包含沉積氧化物於間隙302的側壁表面。在顯示的實施例中，氧化物層350沉積在界定間隙302(或通孔)的第一側壁表面320及對面的第二側壁表面321上。間隙302進一步包含底表面330，底表面330上不具有沉積的氧化物層350。在第3C圖中，鉬膜340沉積在底表面330上，填充其上具有氧化物層350的第一側壁表面320與第二側壁表面321之間的間隙302。在一或多個實施例中，底表面包含選自由金屬表面、金屬氮化物表面、金屬矽化物表面及前述物的組合所組成的群組的表面。

根據一或多個實施例，金屬包含鎢、鈦、鋁、鑭及鉬中的一者或多者。在一些實施例中，金屬氮化物與金屬矽化物表面包含TiN、MoN、LaN、TiSiN、TaN、TaSiN、MoSi _x、TaSi _x、及WN中的一者或多者。在一些實施例中，氧化物選自由SiO ₂、Al ₂O ₃、ZrO ₂、HfO ₂、La ₂O ₃及前述物的組合所組成的群組。

在一或多個實施例中，利用一處理來沉積氧化物，此處理選自由原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、脈衝式化學氣相沉積(pCVD)及物理氣相沉積(PVD)所組成的群組。在一些實施例中，選擇性沉積鉬膜包含脈衝式化學氣相沉積(pCVD)處理。在一些實施例中，沉積鉬膜包含原子層沉積(ALD)處理。

在特定實施例中，底表面330包含氮化鈦而氧化物包含La ₂O ₃。

在利用ALD處理以沉積鉬的實施例中，有著第一脈衝的鉬前驅物、淨化、氫(H ₂)脈衝、氫(H ₂)的淨化，然後此處理被重複直到獲得期望層厚度。在脈衝式CVD(pCVD)處理中，鉬前驅物與氫(H ₂)氣一起流動，然後鉬前驅物流動被終止而僅有氫(H ₂)氣流動以用於單一循環。此循環被重複直到達成期望膜厚度。

範例的非限制沉積溫度以有利地提供用於選擇性鉬沉積是在450°C至600°C的範圍中。合適的沉積壓力以有利地提供用於選擇性鉬沉積是在從15 Torr至50 Torr的範圍中。合適的氫流動以有利地提供用於選擇性鉬沉積是在從5 slm至30 slm的範圍中。關於pCVD處理，鉬前驅物被脈衝在0.1秒至5秒的範圍中的時間。

在此使用的「原子層沉積」或「循環沉積」指稱依序暴露兩種或更多種的反應性化合物以在基板表面上沉積材料層。基板或基板表面的部分分開地暴露至導入處理腔室的反應區域中的兩種或更多種的反應性化合物。在時域ALD處理中，暴露至各個反應性化合物是藉由時間延遲而被分開，以容許各個化合物黏附及/或反應在基板表面上，然後從處理腔室被淨化。這些反應化合物被稱為被依序地暴露至基板。在空間ALD處理中，基板表面的不同部分或基板表面上的材料同時地暴露至此兩種或更多種反應化合物，使得在基板上的任何給定點實質上不同時地暴露至多於一種反應性化合物。在本說明書與隨附申請專利範圍中使用時，如本領域的通常知識者將理解到的，以此態樣使用的用語「實質上」意指有著基板的一小部分由於擴散會同時地暴露至多個反應氣體的可能性，及此同時暴露並非有意的。

在時域ALD處理的一態樣中，第一反應氣體(即，第一前驅物或化合物A)被脈衝進入反應區域，之後接著第一時間延遲。接下來，第二前驅物或化合物B被脈衝進入反應區域中，之後接著第二延遲。在每個時間延遲期間，諸如氬的淨化氣體被導入處理腔室中以淨化反應區域或者從反應區域移除任何殘留反應性化合物或反應副產物。或者，淨化氣體在整個沉積處理期間可連續地流動，使得在反應化合物的脈衝之間的時間延遲的期間僅有淨化氣體流動。反應性化合物或者被脈衝直到期望的膜或膜厚度形成在基板表面上。在任一種情景中，ALD處理的脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B及淨化氣體是一個循環。一個循環可以化合物A或化合物B的任一者來開始，及持續此循環的個別順序，直到達成具有期望厚度的膜。

在空間ALD處理的實施例中，第一反應氣體與第二反應氣體(例如，氮氣)被同時地遞送至反應區域，但藉由惰性氣體簾幕及/或真空簾幕而被分開。基板相對於氣體遞送設備而移動，使得基板上的任何給定點暴露至第一反應氣體與第二反應氣體。

在一些實施例中，相對於利用氧化物以覆蓋基板的一部分的選擇性改善是明顯的。在一些實施例中，在其上不具有氧化物的基板上的膜的沉積速率是比在以氫電漿清洗的基板上的沉積速率大上至少5%、大上至少10%、大上至少20%、大上至少30%、大上至少40%或大上至少50%。

貫穿本說明書之參照「一實施例(one embodiment)」、「一些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例(an embodiment)」意指關於此實施例描述的特定特徵、結構、材料、或特性被包括在本發明的至少一實施例中。因此，在貫穿本說明書的各種地方出現諸如「在一或多個實施例中」、「在一些實施例中」、「在一實施例中(in one embodiment)」或「在一實施例中(in an embodiment)」的片語不必然指稱本發明的相同實施例。再者，在一或多個實施例中，特定特徵、結構、材料、或特性可以任何合適方式組合。

雖然本發明在此參照特定實施例而說明，本領域的通常知識者將理解到所說明的實施例僅為本發明的原理與應用的例示。在不背離本發明的精神與範疇下，可對本發明的方法與設備進行各種修改與變化，對於本領域的通常知識者是顯而易見。因此，本發明可包括落在隨附申請專利範圍及其等效物的範疇內的修改與變化。

100:處理方法 105:基板 112a:第一部分 112b:第二部分 115:鉬膜 120:氧化物層 122:氧化物表面 200:方法 210,220,230:操作 300:基板 302:間隙 310:頂表面 320:第一側壁表面 321:第二側壁表面 330:底表面 340:鉬膜 350:氧化物層

藉由參照其中的一些實施例被繪示在隨附圖式中的實施例，可獲得簡短總結於上的本發明的更具體說明，使得本發明的上述特徵藉此可被更詳細地理解。然而，將注意到隨附圖式僅繪示本發明的典型實施例且因此不被當作限制其範疇，由於本發明可允許其他等效實施例。

第1圖繪示根據本發明的一或多個實施例之在處理期間的範例基板；

第2圖繪示根據本發明的一或多個實施例之範例處理方法；

第3A圖繪示具有特徵的範例基板；

第3B圖繪示第3A圖中所示具有特徵的基板，其帶有在側壁上的氧化物層；及

第3C圖繪示第3B圖中所示具有特徵的基板，其帶有在特徵中的鉬層。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:處理方法

105:基板

112a:第一部分

112b:第二部分

115:鉬膜

120:氧化物層

122:氧化物表面

Claims

一種選擇性沉積的方法，該方法包含以下步驟：在一基板表面的一第一部分上沉積一氧化物，該基板表面選自由一金屬表面、一金屬氮化物表面、一金屬矽化物表面及前述物的組合所組成的群組；及在該基板表面的一第二部分上選擇性沉積一鉬膜，該基板表面的該第二部分之上不具有沉積的該氧化物。
如請求項1所述之方法，其中該金屬包含鎢、鈦、鋁、鑭、及鉬中的一者或多者。
如請求項1所述之方法，其中該金屬氮化物表面與該金屬矽化物表面包含TiN、MoN、LaN、TiSiN、TaN、TaSiN、MoSi _x、TaSi _x、及WN中的一者或多者。
如請求項1所述之方法，其中該氧化物選自由SiO ₂、Al ₂O ₃、ZrO ₂、HfO ₂、La ₂O ₃及前述物的組合所組成的群組。
如請求項4所述之方法，其中利用一處理來沉積該氧化物，該處理選自由原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、脈衝式化學氣相沉積(pCVD)及物理氣相沉積(PVD)所組成的群組。
如請求項1所述之方法，其中選擇性沉積該鉬膜包含一脈衝式化學氣相沉積(pCVD)處理。
如請求項1所述之方法，其中選擇性沉積該鉬膜包含一原子層沉積(ALD)處理。
如請求項1所述之方法，其中該第一表面包含氮化鈦。
如請求項8所述之方法，其中該氧化物包含La ₂O ₃。
如請求項1所述之方法，其中該基板表面包含一特徵。
如請求項10所述之方法，其中該特徵包含一通孔。
一種填充一基板中的一間隙的方法，該方法包含以下步驟：在該間隙的一側壁表面上沉積一氧化物層，該側壁表面包含一表面，該表面選自由一金屬表面、一金屬氮化物表面、一金屬矽化物表面及前述物的組合所組成的群組；及在該間隙的一底表面上沉積鉬，該間隙的該底表面之上不具有沉積的該氧化物層。
如請求項12所述之方法，其中該金屬包含鎢、鈦、鋁、鑭、及鉬中的一者或多者。
如請求項12所述之方法，其中該金屬氮化物表面與該金屬矽化物表面包含TiN、MoN、LaN、TiSiN、TaN、TaSiN、MoSi _x、TaSi _x、及WN中的一者或多者。
如請求項12所述之方法，其中該氧化物選自由SiO ₂、Al ₂O ₃、ZrO ₂、HfO ₂、La ₂O ₃及前述物的組合所組成的群組。
如請求項15所述之方法，其中利用一處理來沉積該氧化物，該處理選自由原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、脈衝式化學氣相沉積(pCVD)及物理氣相沉積(PVD)所組成的群組。
如請求項12所述之方法，其中選擇性沉積該鉬膜包含一脈衝式化學氣相沉積(pCVD)處理。
如請求項12所述之方法，其中選擇性沉積該鉬膜包含一原子層沉積(ALD)處理。
如請求項12所述之方法，其中該底表面包含氮化鈦。
如請求項19所述之方法，其中該氧化物包含La ₂O ₃。