TWI794276B - 用於填充基材表面上的間隙特徵的方法和相關的半導體元件結構 - Google Patents

用於填充基材表面上的間隙特徵的方法和相關的半導體元件結構 Download PDF

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Abstract

本發明公開了用於填充基材表面上的間隙特徵的方法。該方法可包括：將包含一個或多個間隙特徵的基材提供到反應室內；以及通過迴圈沉積-蝕刻方法用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，其中迴圈沉積-蝕刻方法的單元迴圈包括：通過執行第一迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵；和部分蝕刻鉬金屬膜。該方法還可包括：通過執行第二迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵。本發明還公開了包括間隙填充鉬金屬膜的半導體元件結構，所述間隙填充鉬金屬膜設置在通過本公開內容的方法形成的基材的表面中或表面上的一個或多個間隙特徵中。

Description

用於填充基材表面上的間隙特徵的方法和相關的半導體元件結構 〔相關申請的交叉引用〕
本專利申請案請求以下的優先權：名稱為“Layer Forming Method”且於2017年8月30日提交的美國非臨時專利申請案第15/691,241號；名稱為“Layer Forming Method”且於2017年12月18日提交的美國臨時專利申請第62/607,070號；以及名稱為“Deposition Method”且於2018年1月19日提交的美國臨時專利申請案第62/619,579號。
本公開內容一般涉及用於填充基材表面上的間隙特徵的方法，並且特別涉及利用迴圈沉積-蝕刻方法用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵的方法。本公開內容一般還涉及包括用鉬金屬膜填充的一個或多個間隙特徵的半導體元件結構。
用於形成半導體元件結構的半導體製造方法(例如，電晶體、記憶元件和積體電路)是廣泛範圍的，並且尤其可包括沉積方法、蝕刻方法、熱退火方法、光刻方法和摻雜方法等。
通常利用的特定半導體製造方法是將金屬膜沉積到間隙特徵內，從而用金屬膜填充間隙特徵，該方法通常被稱為「間隙填充」。半導體基材可包括在具有非平面表面的基材的多個間隙特徵。間隙特徵可包括基本上垂直的間隙特徵，其設置在基材表面的突出部分或在基材表面中形成的凹槽之間。間隙特徵還可包括基本上水平的間隙特徵，其設置在界定水平間隙特徵的兩個相鄰材料之間。隨著半導體元件結構幾何形狀已減小，並且高縱橫比特徵在此類半導體元件結構如DRAM、閃速記憶體和邏輯中已變得越來越普遍，用具有所需特性的金屬填充多個間隙特徵已變得越來越困難。
沉積方法例如高密度電漿(HDP)、低於大氣壓的化學氣相沉積(SACVD)和低壓化學氣相沉積(LPCVD)已用於間隙填充方法，但這些方法通常不能實現所需的間隙填充能力。
相應地，需要方法和相關的半導體元件結構用於填充具有改進特性的具有間隙填充金屬的非平面基材上的間隙特徵。
提供該概述用於以簡化的形式引入一系列概念。下文在本公開的實例實施例的詳細描述中進一步詳細描述這些概念。此概述並不意圖識別所要求的主題的關鍵特徵或基本特徵，也並非意圖用於限制所要求的主題的範圍。
在一些實施例中，提供了用於填充基材表面上的間隙特徵的方法。該方法可包括：將包含一個或多個間隙特徵的基材提供到反應室內；通過迴圈沉積-蝕刻方法用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，其中迴圈沉積-蝕刻方法的單元迴圈包括：通過執行第一迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵；並且部分蝕刻鉬金屬膜。該方法還可包括：通過執行第二迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜填充一個或多個 間隙特徵。
出於概述本發明和優於現有技術而實現的優勢的目的，上文中描述了本發明的某些目標和優勢。當然，應理解，未必所有此類目標或優勢都可根據本發明的任一特定實施例實現。因此，舉例來說，所屬領域的技術人員將認識到，本發明可以按實現或優化如本文中所教示或建議的一種優勢或一組優勢，但不一定實現如本文中可能教示或建議的其它目的或優勢的方式來實施或進行。
所有這些實施例意欲在本文中所公開的本發明的範圍內。對於所屬領域的技術人員來說，這些和其它實施例將從參考附圖的某些實施例的以下詳細描述變得顯而易見，本發明不限於所公開的任何特定實施例。
100:半導體元件結構
102:基材
104:垂直的間隙特徵
106:金屬間隙填充材料
108:接縫
110:半導體元件結構
112:基材
114:水平的間隙特徵
116:金屬間隙填充材料
118:接縫
200:例示性方法
205:迴圈沉積-蝕刻階段
210:程序方塊
220:鉬沉積方法
230:程序方塊
240:決策閘
250:程序方塊
260:程序方塊
305:迴圈沉積階段
310:子程序方塊
320:子程序方塊
340:子程序方塊
400:半導體元件結構
402:基材
404:垂直高縱橫比間隙特徵
405:襯裡材料
406:鉬金屬膜/鉬間隙填充金屬
408:半導體元件結構
410:基材
408:半導體元件結構
412:水平高縱橫比間隙特徵
414:鉬金屬膜/鉬間隙填充金屬
415:襯裡材料
儘管本說明書以特別指出並明確請求保護被視為本發明的實施例的權利要求得出結論，但當與附圖結合閱讀時，從本公開內容的實施例的某些實例的描述中可更容易地確定本公開內容的實施例的優點，在所述附圖中：圖1A和1B示出了填充有金屬間隙填充材料的間隙特徵的橫截面示意圖，其中所述金屬間隙填充材料包括接縫特徵；圖2示出了非限制性例示方法流程，證實了用鉬金屬膜在基材的表面上填充一個或多個間隙特徵的方法；圖3示出了根據本公開內容的實施例，用於在間隙特徵中沉積鉬金屬膜的迴圈沉積方法的非限制性例示子方法流程；和圖4A和4B示出了根據本公開內容的實施例的半導體元件結構的橫截面示意圖，所述半導體元件結構包括設置在一個或多個間隙特徵中並填充一個或多個間隙特徵的鉬金屬膜。
儘管下文公開某些實施例和實例，但所屬領域的技術人員將理解，本發明延伸超出了所具體公開的實施例和/或本發明的用途和顯而易見的修改以及其等效物。因此，希望本發明所公開的範圍不應受下文所描述特定公開實施例的限制。
本文呈現的圖示並不意味著是任何特定材料、結構或元件的實際視圖，而僅僅是用於描述本公開內容的實施例的理想化表示。
如本文使用的，術語「基材」可指可使用，或者可在其上形成元件、電路或膜的任何一種或多種底層材料。
如本文使用的，術語「迴圈沉積」可指將一種或多種前體(反應物)依序引入反應室內，以在基材上沉積膜，並且包括沉積技術，例如原子層沉積和迴圈化學氣相沉積。
如本文使用的，術語「迴圈化學氣相沉積」可指其中基材依序暴露於一種或多種揮發性前體的任何方法，所述前體在基材上反應和/或分解以產生所需的沉積。
如本文使用的，術語「原子層沉積」(ALD)可指氣相沉積方法，其中在反應室中進行沉積迴圈，優選多個連續沉積迴圈。通常，在每個迴圈期間，將前體用化學方法吸附沉積表面(例如，基材表面或先前沉積的底層表面，例如來自先前ALD迴圈的材料)，從而形成不易與額外前體反應的單層或亞單層(即，自限性反應)。此後，視需要，可以隨後將反應物(例如，另一種前體或反應氣體)引入到方法室中以用於將用化學方法吸附的前體轉化成沉積表面上的所要材料。通常，此反應物能夠與前體進一步反應。此外，在每個迴圈期間還可利用沖洗步驟以在轉換用化學方法吸附的前體之後從方法室去除過量前體和/或從方法室去除過量反應物和/或反應副產物。此外，當用前體組合物、反應性氣體和 沖洗(例如惰性載體)氣體的交替脈衝執行時，如本文使用的，術語「原子層沉積」還意欲包括由相關術語指定的方法，所述相關術語例如「化學氣相原子層沉積」、「原子層磊晶」(ALE)、分子束磊晶(MBE)、氣源MBE或有機金屬MBE和化學束磊晶。
如本文使用的，術語「膜」和「薄膜」可指通過本文公開的方法形成的任何連續或非連續結構和材料。例如，「膜」和「薄膜」可包括2D材料、奈米層壓材料、奈米棒、奈米管或奈米顆粒、或甚至部分或全部分子層、或部分或完整原子層或原子和/或分子簇。「膜」和「薄膜」可包括具有針孔的材料或層，但仍然是至少部分連續的。
如本文使用的，術語「鹵化鉬前體」可指包含至少鉬組分和鹵化物組分的反應物，其中所述鹵化物組分可包括氯組分、碘組分或溴組分中的一種或多種。
如本文使用的，術語「硫屬化物鹵化鉬」可指包含至少鉬組分、鹵化物組分和硫族元素組分的反應物，其中所述硫族元素是選自元素週期表第IV族的元素，包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Te)。
如本文使用的，術語「氧鹵化鉬」可指包含至少鉬組分、氧組分和鹵化物組分的反應物。
如本文使用的，術語「還原劑前體」可指在氧化還原化學反應中將電子提供給另一個物種的反應物。
如本文使用的，術語「結晶膜」可指展示晶體結構的至少短程有序或甚至長程有序的膜，並且包括單晶膜以及多晶膜。
如本文使用的，術語「間隙特徵」可指設置在非平面表面的兩個表面之間的開口或腔。術語「間隙特徵」可指設置在從基材的表面垂直延伸的兩個突起的相對傾斜側壁、或者垂直延伸到基材的表面內的凹槽的相對傾斜側壁 之間的開口或腔，此類間隙特徵可被稱為「垂直間隙特徵」。術語「間隙特徵」還可指設置在兩個相對的基本上水平的表面之間的開口或腔，所述水平表面限定水平開口或腔；此類間隙特徵可被稱為「水平間隙特徵」。
如本文使用的，術語「接縫」可指由間隙填充金屬中形成的邊緣的鄰接形成的線或一個或多個空隙，並且「接縫」可使用掃描穿透式電子顯微鏡檢查(STEM)或穿透式電子顯微鏡檢查(TEM)加以證實，其中如果觀察揭示在垂直間隙填充金屬中的清晰垂直線或者一個或多個垂直空隙、或者在水平間隙填充金屬中的清晰水平線或者一個或多個水平空隙，則「接縫」存在。
在本公開內容的實施例自始至終給出了許多示例材料，應當注意，對於每種示例材料給出的化學式不應被解釋為限制性的，並且給出的非限制性示例材料不應受到給出的示例化學計量學的限制。
本公開內容包括用於填充基材表面上的一個或多個間隙特徵的方法，且特別是利用迴圈沉積-蝕刻方法用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵的方法。鉬金屬薄膜可用於許多應用中，例如，低電阻率間隙填充、用於3D-NAND的襯層、DRAM字線特徵、或作為CMOS邏輯應用中的互連材料。在間隙特徵中沉積鉬金屬膜的能力可允許對於邏輯應用(即，CMOS結構)中的互連和記憶體應用(例如3D-NAND和DRAM結構)中的字線/位線的較低有效電阻率。
本公開內容的實施例可提供優於先前已知方法的間隙填充方法和間隙填充金屬。包括通過常規現有技術方法用金屬膜填充的間隙特徵的半導體元件結構的例子在圖1A和圖1B中示出，其中圖1A示出了基本上垂直的間隙特徵和相關的間隙填充金屬，並且圖1B示出了基本上水平的間隙特徵和相關的間隙填充金屬。
例如，圖1A示出了包括基材102的半導體元件結構100的橫截面視圖，所述基材102包括基本上垂直的間隙特徵104，所述基本上垂直的間隙特徵 104填充有金屬間隙填充材料106。如圖1A所示，設置在金屬間隙填充材料106內的是通常稱為接縫108的特徵。接縫指金屬間隙填充材料106中的區域，其中從間隙的兩個側壁生長的兩個膜的邊緣彼此接觸，因此接縫108通常設置在間隙特徵104的中心處。在金屬間隙填充材料中的接縫108形成是不期望的，並且可導致弱元件性能和半導體元件製造方法中的後續問題。在該實例中，接縫108可包括垂直線或者一個或多個大空隙，其可使用掃描穿透式電子顯微鏡檢查(STEM)或穿透式電子顯微鏡檢查(TEM)觀察，其中如果觀察揭示在金屬間隙填充材料106中存在垂直線或者一個或多個大空隙，則存在接縫108。
作為另外的例子，圖1B示出了包括基材112的半導體元件結構110的橫截面視圖，所述基材112包括基本上水平的間隙特徵114，所述基本上水平的間隙特徵114填充有金屬間隙填充材料116。如圖1B所示，設置在金屬間隙填充材料116內的是接縫118。用於填充間隙特徵例如例示性水平間隙特徵114的先前方法，可包括金屬間隙填充材料朝向水平間隙特徵114的入口的優先沉積。朝向水平間隙特徵114的入口的這種優先沉積可導致接近水平間隙特徵114的入口的膜的過早閉合，即，在用金屬膜完全填充水平間隙特徵之前，兩個相對的面可接近水平間隙特徵的入口連接，導致接縫118的形成。因此，在該實例中，接縫118可包括水平線或者一個或多個大空隙，其可使用掃描穿透式電子顯微鏡檢查(STEM)或穿透式電子顯微鏡檢查(TEM)觀察到，其中如果觀察揭示金屬間隙填充材料116中的水平線或者一個或多個大空隙，則存在接縫108。
因此，期望方法和相關的半導體元件結構允許用金屬間隙填充材料填充一個或多個間隙特徵，包括水平間隙特徵和垂直間隙特徵，而不形成可對元件性能和元件產率具有不利影響的接縫特徵。
因此，本公開內容的實施例可包括用於填充基材表面上的間隙特徵的方法。該方法可包括：將包含一個或多個間隙特徵的基材提供到反應室內； 並且通過迴圈沉積-蝕刻方法用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，其中迴圈沉積-蝕刻方法的單元迴圈包括：通過執行第一迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈；並且部分蝕刻鉬金屬膜，用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵。該方法還可包括：通過執行第二迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，填充一個或多個間隙特徵。
參考圖2示出了用於填充在基材上或基材中的一個或多個間隙特徵的例示性方法200。例示性方法200可包括用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵的迴圈沉積-蝕刻階段205、以及用於填充一個或多個間隙特徵的第二迴圈沉積方法，其中所述例示性方法200可用於形成間隙填充鉬金屬膜而不形成接縫。
更詳細地並且參考圖2，例示性間隙填充方法200可藉助於程序方塊210開始，所述程序方塊210包括將包括一個或多個間隙特徵的基材提供到反應室內，並且將基材加熱到所需的處理溫度。
在本公開內容的一些實施例中，基材可包括圖案化的基材，其包括高縱橫比特徵，例如溝槽結構、垂直間隙、水平間隙和/或鰭結構。例如，基材可包括一個或多個基本上垂直的間隙特徵和/或一個或多個基本上水平的間隙特徵。術語「間隙特徵」可指設置在從基材的表面垂直延伸的兩個突起的相對傾斜側壁、或者垂直延伸到基材的表面內的凹槽的相對傾斜側壁之間的開口或腔，此類間隙特徵可被稱為「垂直間隙特徵」。術語「間隙特徵」還可指設置在兩個相對的基本上水平的表面之間的開口或腔，所述水平表面限定水平開口或腔；此類間隙特徵可被稱為「水平間隙特徵」。應當注意，本公開內容的實施例並不限於填充垂直間隙特徵和/或水平間隙特徵，並且設置在基材中和/或基材上的間隙特徵的其它幾何形狀可通過本文公開的方法用鉬金屬填充。
在本公開內容的一些實施例中，基材可包括一個或多個基本上垂 直的間隙特徵，其中所述垂直間隙特徵可具有的縱橫比(高度：寬度)可大於2：1、或大於5：1、或大於10：1、或大於25：1、或大於50：1、或甚至大於100：1，其中如本實例中使用的「大於」指間隙特徵的高度中的更大距離。在本公開內容的一些實施例中，基材可包括一個或多個基本上水平的間隙特徵，其中所述水平間隙特徵可具有的縱橫比(高度：寬度)可大於1：2、或大於1：5、或大於1：10、或大於1：25、或大於1：50、或甚至大於1：100，其中如本實例中使用的「大於」指間隙特徵的寬度中的更大距離。
基材可包括一種或多種材料和材料表面，包括但不限於半導體材料、介電材料和金屬材料。
在一些實施例中，基材可包括半導體材料，例如但不限於矽(Si)、鍺(Ge)、鍺錫(GeSn)、矽鍺(SiGe)、矽鍺錫(SiGeSn)、碳化矽(SiC)或III-V族半導體材料。
在一些實施例中，基材可包括金屬材料，例如但不限於純金屬、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物及其混合物。
在一些實施例中，基材可包括介電材料，例如但不限於含矽介電材料和金屬氧化物介電材料。在一些實施例中，基材可包括一個或多個介電表面，其包括含矽介電材料，例如但不限於二氧化矽(SiO2)、低氧化矽、氮化矽(Si3N4)、氮氧化矽(SiON)、碳氧化矽(SiOC)、碳氧氮化矽(SiOCN)、碳氮化矽(SiCN)。在一些實施例中，基材可包括一個或多個介電表面，其包含金屬氧化物，例如但不限於氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(TiO2)、矽酸鉿(HfSiOx)和氧化鑭(La2O3)。
在本公開內容的一些實施例中，基材可包括經改造的基材，其中表面半導體層設置在主體支撐件上，其間設置有插入的埋氧層(BOX)。
圖案化基材可包括基材，所述基材可包括在基材的表面內或基材 的表面表面上形成的半導體元件結構，例如，圖案化基材可包括部分製造的半導體元件結構，例如電晶體和/或記憶元件。在一些實施例中，基材可含有單晶表面和/或一個或多個次表面，其可包括非單晶表面，例如多晶表面和/或非晶表面。單晶表面可包含例如矽(Si)、矽鍺(SiGe)、鍺錫(GeSn)或鍺(Ge)中的一種或多種。多晶表面或非晶表面可包括介電材料，例如氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氧化物氮化物、氮化物或其混合物。
能夠用於用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵的反應器或反應室可被配置用於執行迴圈沉積-蝕刻方法，其中該方法的沉積階段可包括迴圈沉積方法，例如，原子層沉積或迴圈化學氣相沉積。因此，適合於執行本公開內容的實施例的反應器或反應室可包括配置為提供前體的ALD反應器、以及CVD反應器。根據一些實施例，可使用噴淋頭反應器。根據一些實施例，可使用錯流、間歇、小型間歇或空間ALD反應器。
在本公開內容的一些實施例中，可使用間隙反應器。在一些實施例中，可使用垂直間隙反應器。在其它實施例中，間隙反應器包括配置為容納10個或更少的晶片、8個或更少的晶片、6個或更少的晶片、4個或更少的晶片、或者2個或更少的晶片的小型間隙反應器。在其中使用間隙反應器的一些實施例中，晶片間的不均勻性小於3%(1σ)、小於2%、小於1%、或甚至小於0.5%。
如本文所述的例示性鉬金屬膜間隙填充方法可任選地在連接至叢聚式設備的反應器或反應室中進行。在叢聚式設備中，因為每個反應室專用於一種類型的方法，所以每個模組中的反應室的溫度可保持恒定，與其中在每次運行之前，基材被加熱到處理溫度的反應器相比，這改善了流通量。另外，在叢聚式設備中，能夠減少將反應室泵送到基材之間的所需方法壓力程度的時間。在本公開內容的一些實施例中，本文公開的例示性鉬金屬膜間隙填充方法可在包括多個反應室的叢聚式設備中執行，其中每個個別的反應室可用於將基材暴露於 個別的前體氣體，並且基材可在不同的反應室之間轉移用於暴露於多重前體氣體，基材的轉移在受控的環境下執行，以防止基材的氧化/污染。例如，本文所述的迴圈沉積-蝕刻方法可包括沉積階段和蝕刻階段，並且與叢聚式設備相關的第一反應室可用於沉積階段，並且與相同叢聚式設備相關的第二反應室可為用於蝕刻階段，在第一反應室和第二反應室之間的來回轉移在受控環境下發生，以防止基材和相關金屬膜的污染或降解。在本公開內容的一些實施例中，本公開內容的鉬金屬膜間隙填充方法可在包括多重反應室的叢聚式設備中執行，其中每個個別反應室可配置為將基材加熱到不同的溫度。
在一些實施例中，本公開內容的間隙填充過程可在單個獨立反應器中執行，所述反應器可配備有裝載腔。在這種情況下，不必在每次運行之間冷卻反應室。
一旦將基材設置在合適的反應室內，例如原子層沉積反應室或化學氣相沉積反應室，就可將基材加熱到所需的處理溫度。在一些實施例中，例示性方法100的迴圈沉積-蝕刻階段205可在恒定的基材溫度下執行。在替代實施例中，可將基材加熱到用於迴圈沉積-蝕刻階段205的沉積階段的第一基材溫度、以及用於蝕刻階段的第二基材溫度。
在本公開內容的一些實施例中，可將基材加熱到小於大約800℃、或小於大約700℃、或小於大約600℃、或小於大約500℃、或小於大約400℃、或小於大約300℃、或甚至小於大約200℃的基材溫度。在本公開內容的一些實施例中，可將基材溫度加熱到200℃至800℃、或300℃至700℃、或400℃至600℃、或525℃至575℃的用於例示性方法200的處理溫度。
另外，為了實現所需處理溫度，即所需基材溫度，例示性間隙填充方法200還可在間隙填充方法200期間調節反應室內的壓力，以獲得間隙填充方法和設置在一個或多個間隙特徵內的鉬金屬膜的期望特性。例如，在本公開內 容的一些實施例中，例示性間隙填充方法200可在調節至小於300托(Torr)、或小於200托、或小於100托、或小於50托、或小於25托、或甚至小於10托的反應室壓力的反應室內執行。在一些實施例中，在例示性間隙填充方法200期間，反應室內的壓力可在10托至300托、或20托至80托、或40托至50托、或者甚至等於或大於20托的壓力下調節。
一旦基材被加熱到所需處理溫度並且反應室內的壓力已被調節到所需程度，例示性間隙填充方法100可藉助於迴圈沉積-蝕刻階段205繼續。在一些實施例中，迴圈沉積-蝕刻階段205可藉助於程序方塊220開始，所述程序方塊220包括通過執行第一迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵。參考圖3更詳細地描述程序方塊220及其組成子程序方塊，所述圖3示出了例示性迴圈沉積方法，用於在一個或多個間隙特徵內沉積鉬金屬膜以用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵。
更詳細地並且參考圖3，用於用鉬金屬填料部分填充一個或多個間隙特徵的程序方塊220可包括第一迴圈沉積方法，例如原子層沉積(ALD)方法或迴圈化學氣相沉積(CCVD)方法。
迴圈沉積方法的非限制性示例實施例可包括原子層沉積(ALD)，其中ALD基於通常的自限反應，由此反應物的依序和交替脈衝用於沉積材料的約一個原子(或分子)單層/沉積迴圈。通常選擇沉積條件和前體以提供自飽和反應，使得一種反應物的吸收層留下與相同反應物的氣相反應物不反應的表面末端(termination)。基材隨後與不同反應物接觸，所述不同反應物與先前末端反應以實現繼續沉積。因此，交替脈衝的每個迴圈通常留下所要材料的不多於約一個單層。然而，如上所述，技術人員將認識到，在一個或多個ALD迴圈中，可沉積材料的多於一個單層，例如，如果儘管該方法的交替性質，仍發生一些氣相反應。
在用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵的ALD型方法中，單元沉積迴圈可包括使基材暴露於第一氣相反應物，從反應室中去除任何未反應的第一反應物和反應副產物，並且使基材暴露於第二氣相反應物，隨後為第二去除步驟。在本公開內容的一些實施例中，第一氣相反應物可包含鉬前體，並且第二氣相反應物可包含還原劑前體。
前體可通過惰性氣體如氬(Ar)或氮(N2)分離，以防止反應物之間的氣相反應並且使自飽和表面反應成為可能。在一些實施例中，用於防止氣相反應物的惰性氣體可由氬(Ar)組成，其中氬可用於防止一個或多個間隙特徵的表面的氮化。然而，在一些實施例中，可移動基材以分別接觸第一氣相反應物和第二氣相反應物。因為反應是自飽和的，所以可能不需要底物的嚴格溫度控制和前體的精確劑量控制。然而，基材溫度優選地使得附帶的氣體物種既不冷凝成單層，也不在表面上分解。在使基材與下一反應化學品接觸之前，例如通過沖洗反應空間或通過移動基材來從基材表面去除剩餘的化學品和反應副產物(如果存在)。可以藉助於惰性沖洗氣體從反應空間中有效地排出不合期望的氣態分子。可以使用真空泵來輔助沖洗。
根據本公開內容的一些非限制性實施例，程序方塊220(圖3)可包括用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵的ALD方法。在本公開內容的一些實施例中，單元ALD迴圈可包括兩個不同的沉積步驟或階段。在沉積迴圈的第一階段(「鉬階段」)中，在其上需要沉積的基材表面可與包含鉬前體的第一氣相反應物接觸，所述鉬前體化學吸附到基材的表面上，在基材的表面上形成反應物物種的不多於約一個單層。在沉積的第二階段中，在其上需要沉積的基材表面可與包含還原劑前體的第二氣相反應物接觸(「還原階段」)。
更詳細地，圖3示出了例示性鉬沉積方法220，用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，並且包括迴圈沉積階段305。例示性原子層沉積方 法220可從子程序方塊310開始，所述子程序方塊310包括使基材與第一氣相反應物接觸，並且特別地，在一些實施例中，使基材與包含鹵化鉬前體，即鉬前體的第一氣相反應物接觸。
在本公開內容的一些實施例中，鹵化鉬前體可包含氯化鉬前體、碘化鉬前體或溴化鉬前體。在一些實施例中，鹵化鉬前體可包含鉬硫屬化物，並且在特定實施例中，鉬硫屬化物前體可包含硫屬化物鹵化鉬。例如，硫屬化物鹵化鉬前體可包含選自以下的氧鹵化鉬：氧氯化鉬、氧碘化鉬或氧溴化鉬。在本公開內容的特定實施例中，鉬前體可包含氧氯化鉬，包括但不限於二氯二氧化鉬(IV)(MoO2Cl2)。
在本公開內容的一些實施例中，使基材與包含鹵化鉬前體的第一氣相反應物接觸可包括使鹵化鉬前體與基材接觸約0.1秒至約60秒、約0.1秒至約10秒、或約0.5秒至約5.0秒、或甚至1.0秒至2.0秒的時間段。另外，在基材與鹵化鉬前體接觸期間，鹵化鉬前體的流速可小於1000sccm、或小於500sccm、或小於100sccm、或小於10sccm、或甚至小於1sccm。另外，在基材與鹵化鉬前體接觸期間，鉬前體的流速範圍可為約1至2000sccm、約5至1000sccm、或約10至約500sccm。
如通過圖3的例示性程序方塊220所示，用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵的例示性原子層沉積方法可通過沖洗反應室繼續。例如，通過用惰性氣體泵送，可從基材的表面去除過量的第一氣相反應物和反應副產物(如果存在的話)。在本公開內容的一些實施例中，沖洗過程可包括沖洗迴圈，其中將基材表面沖洗小於大約5.0秒、或小於大約3.0秒、或甚至小於大約2.0秒的時間段。過量的第一氣相反應物，例如過量的鉬前體和任何可能的反應副產物可藉助於真空去除，所述真空由與反應室流體連通的泵送系統生成。
在用沖洗迴圈沖洗反應室時，例示性原子層沉積程序方塊220可 藉助於子程序方塊320繼續迴圈沉積階段305的第二階段，所述子程序方塊320包括使基材與第二氣相反應物接觸，且特別是使基材與包含還原劑前體(「還原前體」)的第二氣相反應物接觸。
在本公開內容的一些實施例中，還原劑前體可包含合成氣體(H2+N2)、氨(NH3)、肼(N2H4)、烷基-肼(例如叔丁基肼(C4H12N2))、分子氫(H2)、氫原子(H)、氫電漿、氫自由基、氫激發態物質、醇、醛、羧酸、硼烷或胺中的至少一種。在進一步的實施例中，還原劑前體可包含矽烷(SiH4)、乙矽烷(Si2H6)、丙矽烷(Si3H8)、鍺烷(GeH4)、二鍺烷(Ge2H6)、硼烷(BH3)或乙硼烷(B2H6)中的至少一種。在本公開內容的特定實施例中，還原劑前體可包含分子氫(H2)。
在本公開內容的一些實施例中，使基材與還原劑前體接觸可包括使基材與還原劑前體接觸約0.01秒至約180秒、約0.05秒至約60秒、或約0.1秒至約30.0秒的時間段。另外，在基材與還原劑前體基材接觸期間，還原劑前體的流速可小於30slm、或小於15slm、或小於10slm、或小於5slm、或小於1slm、或甚至小於0.1slm。另外，在基材與還原劑前體基材接觸期間，還原劑前體的流速範圍可為約0.1至30slm、約5至15slm、或者等於或大於10slm。
在使基材與還原劑前體接觸時，用於用鉬金屬膜至少部分填充一個或多個間隙特徵的例示性程序方塊220可通過沖洗反應室來進行。例如，過量的還原劑前體和反應副產物(如果存在的話)可例如通過在使惰性氣體流動的同時泵送而從基材表面去除。在本公開內容的一些實施例中，沖洗過程可包括沖洗基材表面大約0.1秒至大約30秒、或大約0.5秒至大約10秒、或甚至大約1秒至2秒的時間段。
在從反應室中沖洗第二氣相反應物完成時，即還原劑前體(和任何反應副產物)後，例示性原子層沉積方法220的迴圈沉積階段305可繼續至決策閘340，其中所述決策閘340取決於在一個或多個間隙特徵中沉積的鉬金屬膜的 厚度。例如，本公開內容的實施例可利用迴圈沉積-蝕刻方法來部分填充一個或多個間隙特徵，因此沉積在一個或多個間隙特徵內的鉬膜厚度應該小於可引起在入口處的間隙特徵對間隙特徵的過早閉合，因為這可導致形成不希望的接縫。例如，如果鉬金屬膜以對於所需間隙特徵幾何形狀不足夠的厚度沉積，則可通過返回到子程序方塊310並繼續進行進一步的沉積迴圈來重複迴圈沉積階段305，其中單元沉積迴圈可包括使基材與鹵化鉬前體接觸(子程序方塊310)，沖洗反應室，使基材與還原劑前體接觸(子程序方塊320)，並且再次沖洗反應室。迴圈沉積階段305的單元沉積迴圈可重複一次或多次，直到所需厚度的鉬金屬膜沉積在一個或多個間隙特徵內，從而部分填充一個或多個間隙特徵。因此，沉積在一個或多個間隙特徵內的鉬金屬膜的所需厚度可取決於待填充的間隙特徵的縱橫比。一旦鉬金屬膜已沉積到所需厚度，例示性原子層沉積程序方塊220就可經由子程序方塊340退出，並且包括一個或多個部分填充的間隙特徵的基材可經受圖1的例示性間隙填充方法100的另外過程。
應當瞭解，在本公開內容的一些實施例中，基材與第一氣相反應物(例如，鉬前體)和第二氣相反應物(例如，還原前體)的接觸次序可為這樣的：使得基材首先接觸第二氣相反應物，隨後為第一氣相反應物。另外，在一些實施例中，例示性程序方塊220的迴圈沉積階段305可包括在使基材與第二氣相反應物接觸一次或多次之前，使基材與第一氣相反應物接觸一次或多次。另外，在一些實施例中，例示性程序方塊220的迴圈沉積階段305可包括在使基材與第一氣相反應物接觸一次或多次之前，使基材與第二氣相反應物接觸一次或多次。
在一些實施例中，用於部分填充一個或多個間隙特徵的迴圈沉積方法可為混合ALD/CVD或迴圈CVD方法。例如，在一些實施例中，與CVD方法相比，ALD方法的生長速率可能很低。增加生長速率的一種方法可為在比ALD方法中通常採用的那種更高的基材溫度下操作的那種，導致化學氣相沉積方法 的某些部分，但仍然利用前體的依序引入，此類方法可被稱為迴圈CVD。在一些實施例中，迴圈CVD方法可包括將兩種或更多種前體引入反應室內，其中在反應室中的兩種或更多種前體之間可存在重疊的時間段，導致沉積的ALD組分和沉積的CVD組分兩者。例如，迴圈CVD過程可包括一種前體的連續流動和第二前體進入反應室內的週期性脈衝。
一旦已沉積了初始鉬金屬，即利用程序方塊220，並且鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，例示性間隙填充方法100(圖2)的迴圈沉積-蝕刻階段205就可繼續至蝕刻階段，所述蝕刻階段可涵蓋包括部分蝕刻鉬金屬膜的程序方塊230。
更詳細地，在鉬金屬膜的部分蝕刻期間，基材可維持在沉積階段(即，程序方塊220)中利用的相同處理溫度下，或可替代地在鉬金屬膜的部分蝕刻期間，處理溫度可與沉積階段中利用的那種不同。在一些實施例中，在蝕刻階段(即，程序方塊230)期間的處理溫度(即基材溫度)可小於大約800℃、或小於大約700℃、或小於大約600℃、或小於大約500℃、或小於大約400℃、或小於大約300℃、或甚至小於大約200℃。在本公開內容的一些實施例中，在蝕刻階段期間的基材溫度可為200℃至800℃、或300℃至700℃、或400℃至600℃、或525℃至575℃。
除在鉬金屬膜的部分蝕刻期間實現所需處理溫度，即所需基材溫度之外，反應室壓力可在沉積階段(即，程序方塊220)中利用的相同壓力下調節，或可替代地，在鉬金屬膜的部分蝕刻期間，反應室壓力可與沉積階段中利用的那種不同。在一些實施例中，在用於部分蝕刻鉬金屬膜的蝕刻階段期間，反應室內的壓力可調節至小於300托、或小於200托、或小於100托、或小於50托、或小於25托、或甚至小於10托的反應室壓力。在一些實施例中，在迴圈沉積-蝕刻階段205的蝕刻階段期間，反應室內的壓力可在10托至300托、或20托至80托、或 40托至50托、或甚至等於或大於20托的壓力下調節。
在獲得所需的基材溫度和反應室壓力後，部分蝕刻鉬金屬膜的方法可包括使蝕刻劑氣體流入反應室內，並且使鉬金屬膜與蝕刻劑氣體接觸。在一些實施例中，蝕刻劑氣體可包括氯化物蝕刻劑氣體，例如氯蒸氣(Cl2)或鹽酸蒸氣(HCl)。在本公開內容的特定實施例中，氯化物蝕刻劑氣體可包含氯化鉬，例如五氯化鉬(MoCl5)。因此，在一些實施例中，用於沉積鉬金屬膜的前體和用於部分蝕刻鉬金屬膜的蝕刻劑氣體兩者均包含鉬組分。
在本公開內容的一些實施例中，部分蝕刻鉬金屬膜可包括使基材，且特別是鉬金屬膜與氯化鉬蝕刻劑氣體接觸約0.1秒至約30秒、約0.1秒至約10秒、或約0.5秒至約5.0秒、或甚至1.0秒至2.0秒的時間段。另外，在用氯化鉬蝕刻劑氣體部分蝕刻鉬金屬膜期間，氯化鉬蝕刻劑氣體的流速可小於5000sccm、或小於1000sccm、或小於500sccm、或甚至小於100sccm。
在本公開內容的一些實施例中，鉬金屬膜的蝕刻速率可小於10埃/秒、或小於8埃/秒、或小於6埃/秒、或小於4埃/秒、或甚至小於2埃/秒。例如，鉬金屬膜的部分蝕刻可包括蝕刻小於20埃、或小於10埃、或甚至小於5埃的鉬金屬膜厚度。在一些實施例中，氯化鉬蝕刻劑氣體可優先蝕刻靠近一個或多個間隙特徵的入口的鉬金屬膜，從而維持對一個或多個間隙特徵的開口，用於隨後的金屬間隙填充過程。
迴圈沉積-蝕刻階段205的蝕刻階段可通過沖洗反應室繼續。例如，通過用惰性氣體泵送，可從基材的表面去除氯化鉬蝕刻劑氣體和反應副產物(如果存在的話)。在本公開內容的一些實施例中，沖洗過程可包括沖洗迴圈，其中將基材表面沖洗小於大約10.0秒、或小於大約5.0秒、或甚至小於大約2.0秒的時間段。過量的氯化鉬蝕刻劑氣體和任何可能的反應副產物可藉助於真空去除，所述真空由與反應室流體連通的泵送系統生成。
例示性間隙填充方法100的迴圈沉積-蝕刻階段205可繼續至決策閘240，其中所述決策閘240取決於在間隙特徵中形成的鉬金屬膜的厚度。例如，如果鉬金屬膜以對於所需間隙特徵不足夠的厚度形成，則可通過返回到程序方塊220並繼續進行進一步的迴圈沉積-蝕刻迴圈來重複迴圈沉積-蝕刻階段205，其中單元迴圈沉積-蝕刻迴圈可包括用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵(程序方塊220)，沖洗反應室，部分蝕刻鉬金屬膜(程序方塊230)，並且再次沖洗反應室。迴圈沉積-蝕刻階段205的單元迴圈可重複一次或多次，直到所需厚度的鉬金屬膜在一個或多個間隙特徵內形成，其中由迴圈沉積-蝕刻階段一個或多個重複形成所需厚度的鉬金屬膜可取決於待填充的間隙特徵的縱橫比。在一些實施例中，可重複迴圈沉積-蝕刻階段205，直到一個或多個間隙特徵用鉬金屬膜填充至少80百分比、或90百分比、或甚至95百分比。
一旦鉬金屬膜已形成為所需厚度，迴圈沉積-蝕刻階段205可停止，並且例示性間隙填充方法100可藉助於程序方塊250繼續，所述程序方塊250包括通過第二迴圈沉積方法用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵。
更詳細地，迴圈沉積-蝕刻方法205用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵，並且包括第二迴圈沉積方法的第二沉積方法可用於用鉬金屬膜完全填充一個或多個間隙特徵。第二沉積方法(程序方塊250)可包括通過執行第二迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵。在一些實施例中，第二迴圈沉積方法可與用於用鉬金屬膜部分填充一個或多個間隙特徵(即，程序方塊220)的第一迴圈沉積方法相同。因此，參考圖3簡要描述程序方塊250，如該方法先前已參考程序方塊220描述的。
因此，更詳細地，包括部分填充的間隙特徵的基材可設置在反應室中，所述反應室被配置用於原子層沉積方法和/或迴圈化學氣相沉積方法中的至少一種。在一些實施例中，第二迴圈沉積方法可包括原子層沉積方法或迴圈化 學氣相沉積方法。
在一些實施例中，用於第二迴圈沉積迴圈的處理溫度可與用於第一迴圈沉積方法的那種相同。例如，在第二迴圈沉積方法期間的處理溫度，即基材溫度，可小於大約800℃、或小於大約700℃、或小於大約600℃、或小於大約500℃，或小於大約400℃，或小於大約300℃、或甚至小於大約200℃。在本公開內容的一些實施例中，在第二迴圈沉積方法期間的基材溫度可為200℃至800℃、或300℃至700℃、或400℃至600℃、或甚至525℃至575℃。
除在第二迴圈沉積方法期間達到所需的處理溫度，即所需的基材溫度之外，反應室壓力可在第一迴圈沉積階段(即，程序方塊220)中利用的相同壓力下調節。因此，在一些實施例中，在用於用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵的第二迴圈沉積方法期間，反應室內的壓力可調節至小於300托、或小於200托、或小於100托、或小於50托、或小於25托、或甚至小於10托的反應室壓力。在一些實施例中，在第二迴圈沉積方法期間，反應室內的壓力可在10托至300托、或20托至80托、或40托至50托、或者甚至等於或大於20托的壓力下調節。
在本公開內容的一些實施例中，通過執行第二迴圈沉積方法的至少一個單元迴圈，用鉬金屬膜填充一個或多個間隙特徵可包括執行圖3的迴圈沉積階段305的至少一個單元迴圈，即，使基材與鹵化鉬前體接觸(子程序方塊310)，沖洗反應室，使基材與還原劑前體接觸(子程序方塊320)，並且沖洗反應室。鹵化鉬前體可包含如前所述的所有鹵化鉬前體，並且在特定實施例中，鹵化鉬前體可包含二氯二氧化鉬(IV)(MoO2Cl2)。還原劑前體可包含如前所述的所有還原劑前體，並且在特定實施例中，還原劑前體可包含分子氫(H2)。
第二迴圈沉積方法250可藉助於決策閘340繼續，其中所述決策閘340取決於在一個或多個間隙特徵中形成的鉬金屬膜的厚度。例如，如果鉬金屬膜以對於完全填充一個或多個間隙特徵不足夠的厚度沉積，則可通過返回到子 程序方塊310並繼續進行進一步的沉積迴圈來重複迴圈沉積階段305，其中單元沉積迴圈可包括使基材與鹵化鉬前體接觸(子程序方塊310)，沖洗反應室，使基材與還原劑前體接觸(子程序方塊320)，並且再次沖洗反應室。迴圈沉積階段305的單元沉積迴圈可重複一次或多次，直到一個或多個間隙特徵被鉬金屬膜完全填充。一旦鉬金屬膜已完全填充一個或多個間隙特徵，例示性原子層沉積程序方塊250就可經由子程序方塊340退出，並且包括一個或多個填充的間隙特徵的基材可經受圖1的例示性間隙填充方法100的另外過程。例如，例示性間隙填充方法100的最終程序方塊可包括退出間隙填充方法的程序方塊260，然後可使具有一個或多個鉬填充間隙特徵的基材經受進一步處理，以完成所需的半導體元件結構。
在本公開內容的一些實施例中，所形成的鉬金屬膜可具有約20埃至約250埃、或約50埃至約200埃、或甚至約100埃至約150埃的厚度。在一些實施例中，根據本文描述的一些實施例形成的鉬金屬膜可具有大於約20埃、或大於約30埃、或大於約40埃、或大於約50埃、或大於約60埃、或大於約100埃、或大於約250埃、或大於約500埃、或更大的厚度。在一些實施例中，根據本文所述的一些實施例形成的鉬金屬膜可具有小於約250埃、或小於約100埃、或小於約50埃、或小於約25埃、或小於約10埃、或甚至小於大約5埃的厚度。
在本公開內容的一些實施例中，間隙填充鉬金屬膜可包括結晶膜。在一些實施例中，間隙填充鉬金屬膜可包括多晶膜，其中包含多晶鉬金屬膜的多個晶粒可具有大於100埃的晶粒尺寸。
在本公開內容的一些實施例中，通過本文公開的方法形成的鉬金屬膜可用於填充一個或多個垂直間隙特徵和/或一個或多個水平間隙特徵。
例如，圖4A示出了半導體元件結構400，其包括具有垂直高縱橫比間隙特徵404的基材402，其中所述縱橫比(高度：寬度)可大於2：1、或大於5：1、 或大於10：1、或大於25：1、或大於50：1、或甚至大於100：1，其中在該特定實例中的「大於」指間隙特徵的高度中的更大距離。
本文公開的間隙填充方法可用於直接在垂直高縱橫比特徵404的表面上形成鉬金屬膜，如通過鉬金屬膜406所示。在本公開內容的一些實施例中，垂直高縱橫比特徵的表面可包括介電材料，並且因此鉬間隙填充金屬406可直接設置在介電材料表面上。在替代實施例中，垂直高縱橫比特徵404可襯有襯裡材料405，所述襯裡材料405可包含金屬材料，例如純金屬、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物或其混合物。因此，在一些實施例中，垂直高縱橫比特徵的表面可包含金屬材料，並且因此鉬間隙填充金屬406可直接設置在金屬材料表面上。
在一些實施例中，直接在垂直高縱橫比間隙特徵上的鉬金屬膜的階梯覆蓋率可等於或大於約50%、或大於約80%、或大於約90%、或大於約95%、或大於約98%、或約99%或更大。
作為非限制性實例，半導體元件結構400可表示部分製造的CMOS邏輯元件，其中基材402可包括層間電介質，並且鉬金屬膜406可包含金屬間隙填充，用於提供與一個或多個電晶體結構(未示出)的電連接。如圖4A所示，鉬金屬膜406可與介電材料402直接接觸而無需中間阻擋層材料，從而降低半導體元件結構400的總體有效電阻率。
在一些實施例中，鉬金屬膜可用作間隙填充金屬化，並且鉬金屬膜可填充間隙特徵，即垂直高縱橫比間隙特徵，而不形成接縫，其中接縫可指通過在間隙填充材料中形成的邊緣的鄰接而形成的線者或一個或多個空隙，並且接縫可通過使用掃描穿透式電子顯微鏡檢查(STEM)或穿透式電子顯微鏡檢查(TEM)來確認，其中如果觀察揭示在間隙填充材料中的清晰垂直線或者一個或多個垂直空隙，則存在接縫。
作為進一步的非限制性實例，圖4B示出了半導體元件結構408， 其包括具有一個或多個水平高縱橫比間隙特徵412的基材410，其中所述縱橫比(高度：寬度)可大於1：2、或大於1：5、或大於1：10、或大於1：25、或大於1：50、或甚至大於1：100，其中該特定實例術語「大於」指間隙特徵的寬度中的更大距離。本文公開的沉積方法可用於直接在水平高縱橫比間隙特徵412的表面上形成鉬金屬膜，如通過鉬金屬膜414所示。在一些實施例中，基材410和水平間隙特徵的表面可包括介電材料，並且因此鉬間隙填充金屬可直接設置在介電表面上。在替代實施例中，基材410可襯有任選的襯裡材料415，所述襯裡材料415可包含金屬材料，並且因此鉬間隙填充金屬414可直接設置在金屬表面上。在一些實施例中，直接在水平高縱橫比間隙特徵上的鉬金屬膜的階梯覆蓋率可等於或大於約50%、或大於約80%、或大於約90%、或大於約95%、或大於約98%、或約99%或更大。
作為非限制性示例實施例，半導體元件結構408可表示部分製造的記憶體件的一部分，其中基材412可包括氧化鋁(Al2O3)，並且鉬金屬膜406可包括金屬柵極結構。
與垂直間隙填充過程一樣，鉬金屬膜可用作水平高縱橫比特徵的間隙填充金屬化，而不形成接縫，如先前所述。
在本公開內容的一些實施例中，根據本公開內容的實施例形成的鉬間隙填充金屬膜可包含低電阻率鉬金屬膜。例如，在一些實施例中，鉬金屬膜可具有小於3000μΩ-cm、或小於1000μΩ-cm、或小於500μΩ-cm、或小於200μΩ-cm、或小於100μΩ-cm、或小於50μΩ-cm、或小於25μΩ-cm、或小於15μΩ-cm、或甚至小於10μΩ-cm的電阻率。作為非限制性實例，可利用鉬金屬膜將一個或多個間隙特徵填充至大約小於100埃的厚度，並且所述鉬金屬膜可顯示出小於35μΩ-cm的電阻率。作為進一步的非限制性實例，可利用鉬金屬膜將一個或多個間隙特徵填充至小於200埃的厚度，並且所述鉬金屬膜可顯示出小於25μΩ-cm的電阻率。
在本公開內容的一些實施例中，間隙填充方法還可包括形成具有低原子百分比(原子%)的雜質的鉬金屬膜。例如，本公開內容的鉬金屬膜可包含小於5原子%、或小於2原子%、或甚至小於1原子%的雜質濃度。在一些實施例中，設置在鉬金屬膜內的雜質可包含至少氧和氯。
上文所描述的本公開的示例實施例不限制本發明的範圍，這是因為這些實施例僅僅是本發明實施例的實例，本發明由所附權利要求書和其合法等效物界定。任何等效實施例都意欲在本發明的範圍內。實際上，除本文中所展示和描述的如所描述元件的替代適用組合的內容以外，對於所屬領域的技術人員來說，本公開的各種修改將從描述變得顯而易見。此類修改和實施例也意欲落在所附權利要求書的範圍內。
200‧‧‧間隙填充方法
205‧‧‧迴圈沉積-蝕刻階段
210‧‧‧程序方塊
220‧‧‧鉬沉積方法
230‧‧‧程序方塊
240‧‧‧決策閘
250‧‧‧程序方塊
260‧‧‧程序方塊

Claims (15)

  1. 一種用於填充基材表面上的一個或多個間隙特徵的方法，該方法包括：將包含所述一個或多個間隙特徵的基材提供到反應室內；執行具有至少一個單元迴圈的第一迴圈沉積-蝕刻方法以部分填充所述一個或多個間隙特徵，其中該第一迴圈沉積-蝕刻方法的每個單元迴圈包括：使鉬前體和第二反應物流動進入該反應室內以用鉬金屬膜塗佈所述一個或多個間隙特徵；和使鹵化鉬蝕刻劑流動進入該反應室內，其中使該鹵化鉬蝕刻劑與該鉬金屬膜接觸以部分蝕刻該鉬金屬膜；施行該第一迴圈沉積-蝕刻方法直到所述一個或多個間隙特徵的至少一者用該鉬金屬膜部分填充到預定百分比從而界定具有開口的一個或多個經部分填充的間隙特徵，其中該預定百分比在百分之80至約百分之95的範圍，且其中該第一迴圈沉積-蝕刻方法在所述一個或多個間隙特徵的每一者內提供的該鉬金屬膜的厚度小於引起所述一個或多個間隙特徵的開口閉合的厚度；以及在該執行步驟和該施行步驟之後，通過執行具有至少一個單元迴圈的第二迴圈沉積方法用該鉬金屬膜完全地填充所述一個或多個經部分填充的間隙特徵，其中，在完全地填充所述間隙特徵之後，在所述一個或多個間隙特徵之每一者內形成該鉬金屬膜而不形成接縫。
  2. 如請求項1所述的方法，其還包括將該基材加熱到300℃至700℃的基材溫度。
  3. 如請求項1所述的方法，其還包括將該反應室內的壓力調節到大於20托。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該第一迴圈沉積-蝕刻方法的每個單 元迴圈中該鉬前體的流動包括：使該基材與包含鹵化鉬前體的第一氣相反應物接觸。
  5. 如請求項4所述的方法，其中該鹵化鉬前體包含硫屬化物鹵化鉬。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該硫屬化物鹵化鉬包含選自以下之群的氧鹵化鉬：氧氯化鉬、氧碘化鉬或氧溴化鉬。
  7. 如請求項6所述的方法，其中該氧氯化鉬包含二氯二氧化鉬(IV)(MoO2Cl2)。
  8. 如請求項4所述的方法，其中該第一迴圈沉積-蝕刻方法和該第二迴圈沉積方法皆包括原子層沉積方法。
  9. 如請求項4所述的方法，其中該第一迴圈沉積-蝕刻方法和該第二迴圈沉積方法皆包括迴圈化學氣相沉積方法。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該鹵化鉬蝕刻劑包含五氯化鉬(MoCl5)。
  11. 如請求項1所述的方法，其中所述一個或多個間隙特徵包括具有大於2：1的縱橫比之基本上垂直的間隙特徵。
  12. 如請求項1所述的方法，其中所述一個或多個間隙特徵包括具有大於1：2的縱橫比之基本上水平的間隙特徵。
  13. 如請求項4所述的方法，其中該方法包括將該鉬金屬膜直接沉積在介電表面上。
  14. 如請求項4所述的方法，其中該方法包括將該鉬金屬膜直接沉積在金屬表面上。
  15. 一種半導體元件結構，其包括通過如請求項1所述的方法用鉬金屬膜填充的一個或多個間隙特徵。
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