TWI831756B - 形成金屬薄膜的方法及儀器 - Google Patents

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漢娜 班諾爾克
米歇爾 丹納克
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克林帕 派崔克 Ａ 凡
戈倫 布泰爾
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Abstract

此處所提供為方法及儀器，用以形成金屬薄膜(如鎢(W)及鉬(Mo)薄膜)於半導體基板上。該方法涉及形成一還原劑層，然後將該還原劑層暴露於一金屬前驅物以轉換該還原劑層為一金屬層。在某些具體實施例中，該還原劑層為一含有矽(Si-)及硼(B-)的層。該方法可涉及形成該還原劑層於一第一基板溫度，升高該基板溫度至一第二基板溫度，然後在該第二基板溫度下將該還原劑層暴露於該金屬前驅物。在某些具體實施例中，該方法可用以形成無氟鎢或鉬薄膜。亦提供用以執行該方法之儀器。

Description

形成金屬薄膜的方法及儀器
本發明與金屬膜形成相關。
沉積導電材料，如鎢薄膜，是許多半導體製造過程中重要的一部份。這些材料可被用作水平內連線、介於相鄰金屬層之間的介層窗、金屬層與矽基板上裝置間的接觸窗、以及高深寬比特徵部。隨著裝置縮小以及更複雜的圖案化架構被運用於該產業中，薄鎢膜的沉積成為一種挑戰。這些挑戰包含可導致裝置故障的氟遷移、以及沉積具有良好步階覆蓋之低電阻薄膜的困難度。
此處提供所包含之背景與情境描述僅為了一般性呈現本揭露其背景的目的。本揭露大部分內容呈現了該發明人之成果，且僅是因為此成果被描述於此背景章節或在此處其他地方作為背景呈現，並不意味其被承認為先前技術。
此處所提供為方法及儀器，用以形成金屬薄膜(如鎢(W)及鉬(Mo)薄膜)於半導體基板上。該方法涉及形成一還原劑層，然後將該還原劑層暴露於一金屬前驅物以轉換該還原劑層為一金屬層。在某些具體實施例中， 該還原劑層為一含有矽(Si-)及硼(B-)的層。該方法可涉及形成該還原劑層於一第一基板溫度，升高基板溫度至一第二基板溫度，然後在該第二基板溫度下將該還原劑層暴露於該金屬前驅物中。在某些具體實施例中，該方法可用以形成無氟鎢或鉬薄膜。亦提供用以執行該方法之儀器。
本揭露之一實施態樣可以一方法實行，該方法包含：提供一基板，該基板包含一結構；在不高於400℃的一第一基板溫度下將該基板暴露於一還原劑氣體，以形成一保形還原劑層於該結構上；將該基板溫度提高至至少500℃的一第二基板溫度；及在該第二基板溫度下，將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物，以將該保形還原劑層轉換為該金屬。
在某些具體實施例中，該第一基板溫度不高於350℃。在某些具體實施例中，該第一基板溫度不高於300℃。在某些具體實施例中，該還原劑氣體係一含矽氣體。在某些具體實施例中，該還原劑氣體係一含硼氣體。在某些具體實施例中，該還原劑氣體係一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物。在某些這樣的具體實施例中，該還原劑氣體係矽烷(SiH4)及二硼烷(B2H6)的一混合物。在某些具體實施例中，將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物的步驟包括將該保形還原劑層暴露於一氫氣(H2)。在某些具體實施例中，該金屬前驅物與H2一同被提供。
在某些具體實施例中，將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物以將該還原劑層轉換為金屬之步驟，包含將該保形還原劑層暴露於交替的H2及該金屬前驅物的脈衝中。在某些具體實施例中，該金屬前驅物係氯化鎢化合物且該金屬為鎢。在某些具體實施例中，該金屬前驅物係一含鉬化合物且該金屬為鉬。在某些具體實施例中，該保形還原劑層直接形成於氧化物表面上。在某些 具體實施例中，該保形還原劑層直接形成於氮化物表面上。在某些具體實施例中，該保形還原劑層之厚度介於約10與50埃之間。在某些具體實施例中，該還原劑層中硼的濃度隨著厚度增加而降低。在某些具體實施例中，在該混合物中矽：硼的比例至少為10：1。
本揭露之另一實施態樣可以一方法實行，該方法包含：提供一基板，該基板包含一結構；在不高於400℃的一第一基板溫度下將該基板暴露於一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物中，以形成一保形還原劑層於該結構上；將該基板溫度提高至至少500℃的一第二基板溫度；及在該第二基板溫度下，將該保形還原劑層暴露於含鎢或含鉬的一前驅物中，以將該還原劑層轉換為鎢或鉬。在某些具體實施例中，在該混合物中矽：硼的比例至少為10：1。
本揭露之另一實施態樣可以一方法實行，該方法包含：提供一基板，該基板包含一結構；將該基板暴露於一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物中，以形成一保形還原劑層於該結構上；以及將該保形還原劑層暴露於一含鉬的前驅物中以將該還原劑層轉換為鉬。
本揭露之另一實施態樣可以一儀器實行，該儀器包含：一或多個腔室，各自配置以容納一基板；在該一或多個腔室各者中的一基板支撐物；氣體進口，配置用以將氣體引入該一或多個腔室各者中；一加熱器，配置以於各腔室中加熱該基板支撐物；以及一控制器，該控制器包括程式指令用以：將該一或多個腔室其中之一裡的該基板支撐物加熱至不高於400℃的一第一溫度，並將一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物引入該腔室中；將該一或多個腔室其中之一裡的該基板支撐物加熱至至少為500℃的一第二溫度，並且在引入該混合物後，將一含鎢或含鉬的前驅物引入該腔室中。
下方參考附圖更進一步探討這些及其他本揭露之實施態樣。
9:矽基板
11:埋入式字元線(bWL)
12:保形障蔽層
13:絕緣層
100:基板
101:特徵部
102:基板
103:基板
104:介電層
105:空孔
108:Mo層
109:收縮部
112:收縮部
113:下層
115:懸伸部
118:軸
125:柱子
127:區域
129:介電層
148:垂直整合記憶體(VIM)結構
150:水平特徵部
151:收縮部
190:基板
192:矽層
194:氧化物層
196:障蔽層
198:鎢成核層
199:大塊鎢層
400:系統
401:晶圓源模組
403:傳送模組
407:單站或多站模組
409:反應器
411:站點
413:站點
415:站點
417:站點
419:大氣傳送腔室
421:負載鎖
429:系統控制器
500:沉積站點
501:基座部
502:基板支撐物
503:噴灑頭
圖1A顯示包含鎢的金屬堆疊的一個例子。
圖1B-1I為各種結構示意性例子，鎢或鉬可根據所揭露之具體實施例來沉積於該等結構中。
圖1J顯示包含鉬的金屬堆疊的一個例子。
圖2A-2C提供根據所揭露之具體實施例所執行的方法之處理流程圖。特別是，圖2A提供沉積一元素金屬層於一特徵部中的方法之處理流程圖。圖2B與2C提供圖2A中該方法之例子，以分別沉積元素鎢及鉬。
圖3A顯示針對轉換期間在300℃之基板溫度下各種還原劑氣體混和物及WClx暴露之W轉換。
圖3B顯示使用一矽-硼還原劑層，以同時在一熱氧化物(下方的線)及TiN(上方的線)基板上獲得鉬的成長。圖3C顯示該薄膜之電阻率。
圖3D顯示針對10Å、20Å、30Å及50Å厚的矽-硼還原劑層之鉬的成長。圖3E顯示鉬層的電阻率作為還原劑層厚度的一函數。
圖4為根據所揭露之具體實施例，適用於執行沉積製程的處理系統圖。
圖5為根據所揭露之具體實施例用以執行沉積製程的一沉積腔室之示意性說明。
此處提供用於形成金屬膜，如鎢(W)及鉬(Mo)薄膜，於半導體基板上的方法及儀器。此方法涉及形成一還原劑層，接著將該還原劑層暴露於一金屬前驅物中，以將該還原劑層轉換為一金屬層。在某些具體實施例中，該還原劑層係一含矽(Si-)及硼(B-)的層。該方法可涉及：形成該還原劑層於一第一基板溫度下；提高該基板溫度至一第二基板溫度；然後在該第二溫度下將該還原劑層暴露於該金屬前驅物中。該方法在某些具體實施例中可被用以形成無氟的鎢或鉬薄膜。亦提供用以執行該方法之儀器。
在半導體裝置製造中，形成電接觸窗或電線可涉及以鎢或其他導電材料填充特徵部。一成核鎢層可首先被沉積進入一介層窗或接觸窗。一般來說，一成核層為一薄保形層，用以促使在其上後續形成大塊材料(bulk material)。該鎢成核層可以保形地塗覆於該特徵部之側壁及底部的方式來沉積。相對其下方的特徵部之底部及側壁呈保形，對於提供高品質的沉積是很關鍵的。在該鎢成核層沉積後，大塊鎢可透過一CVD製程沉積，該沉積可透過以如氫氣(H2)的一還原劑來還原六氟化鎢(WF6)或其他含鎢前驅物的方式進行。大塊鎢與鎢成核層不同。此處所用之大塊鎢指的是用以將一特徵部大部分或全部填充的鎢，例如至少該特徵部之約50%。不若成核層(該成核層是用以促使大塊材料後續形成於其上的一薄保形膜)，大塊鎢是用以承載電流。大塊鎢係沉積至至少為50Å之厚度的鎢。
一材料在一特徵部之間的分布的特徵可在於其步階覆蓋率。出於此說明的目的，「步階覆蓋率」定義為二個厚度的一比例，意即該特徵部內部材料的厚度除以開口附近材料的厚度。出於此文件的目的，該術語「特徵部內部」表示：該特徵部的一中間部分，該中間部分位於沿該特徵部之軸於該特徵 部中間點位置附近，例如沿著從該特徵部之開口量測之該特徵部深度之距離之約25%及75%之間的一區域，或者在某些具體實施例中為在該距離之約40%及60%之間的一區域；或該特徵部之一終端部分，其位於從該特徵部開口量測沿該特徵部之軸的該距離之約75%及95%之間。術語「特徵部開口附近」或「接近特徵部開口」表示該特徵部之一頂端部份，其位於該開口邊緣或者其他代表該開口邊緣的元件之25%以內，或更特別是，10%以內。超過100%的步階覆蓋率是可達成的，例如，相較於在該特徵部開口處在該特徵部的中間或底部附近將該特徵部填充得更寬。
隨著裝置微縮到較小的技術節點且更複雜的圖案化結構被使用，在鎢的填充有各種挑戰。鎢的沉積可涉及含氟前驅物六氟化鎢(WF6)的使用。然而WF6的使用導致一些氟摻入沉積的鎢薄膜中。氟的存在可造成電遷移以及/或者氟擴散進入鄰近元件並損壞接觸窗，從而降低該裝置的性能。一種挑戰是減少在沉積的鎢薄膜中氟的濃度或含量。和較大的特徵部相比，在鎢薄膜中具有與較大的特徵部相同之氟濃度的較小的特徵部，會更大程度地影響該裝置性能。例如，特徵部越小，沉積的薄膜越薄。因此，在沉積的鎢薄膜中的氟更可能擴散通過該較薄的薄膜，從而有可能造成裝置失效。
防止氟擴散的一方法包含在沉積鎢之前沉積一或多個障蔽層以防止氟從鎢擴散至該基板的其他層，如氧化物層。舉例而言，圖1A顯示沉積於一基板上之層堆疊的一個例子。基板190包含矽層192、氧化物層194(例如氧化鈦(TiOx)、四乙氧基矽烷(TEOS)氧化物等等)、障蔽層196(例如氮化鈦(TiN))、鎢成核層198以及大塊鎢層199。障蔽層196係加以沉積以防止氟從該大塊鎢層199及該鎢成核層198擴散至該氧化物層。然而，隨著裝置縮小， 障蔽層變得更薄，而氟仍可從沉積的鎢層擴散。儘管執行於一更高溫度，之大塊鎢的化學氣相沉積使得氟含量更低，但是這樣的薄膜具有差的步階覆蓋率。
另一種挑戰是降低沉積的鎢薄膜之電阻。較薄的薄膜比起較厚的薄膜傾向具有較高的電阻。隨著特徵部變得更小，由於在較薄的鎢薄膜中的散射效應，該鎢接觸窗或線路的電阻隨之增加。低電阻率的鎢薄膜將積體電路設計中的功率損耗及過熱減至最低。鎢成核層比起上覆之大塊層，一般具有較高的電阻率。沉積於接觸窗、介層窗以及其他特徵部中的障蔽層亦可具有高電阻率。再者，薄障蔽及鎢成核膜佔較小特徵部中較大的百分比，其增加在該特徵部中的總電阻。一鎢薄膜的電阻率取決於所沉積之薄膜的厚度，使得由於邊界效應其電阻率會隨著厚度減少而增加。
另一種挑戰是降低該沉積薄膜上的應力。越薄的鎢薄膜傾向具有越高的拉應力。透過化學氣相沉積以沉積的大塊鎢薄膜可在200Å的一薄膜上造成高於2.5Gpa的拉應力。高熱拉應力造成該基板捲曲，使得後續處理困難。舉例而言，後續製程可包含化學機械平坦化、材料沉積以及/或者用一基板固定器夾持該基板以在腔室中執行製程。然而，這些製程經常仰賴於該基板是平坦的，且一捲曲的基板導致處理不均勻或無法處理該基板。儘管有現存方法減少在其他材料薄膜中應力，例如退火，由於鎢的高熔點，一旦鎢被沉積便不具有表面移動性以允許晶粒被移動或改變。
無氟鎢(FFW,Fluorine-free Tungsten)前驅物對用以防止這樣的可靠度及整合問題或裝置性能問題十分有用。FFW前驅物包含金屬有機前驅物，但從該金屬有機前驅物來的非所欲之微量元素可能亦被包含於鎢薄膜之中，如 碳、氫、氮及氧。某些金屬有機無氟前驅物亦不容易在鎢沉積製程中實施或整合。
本揭露之一實施態樣與沉積無氟鎢膜之方法相關，該方法使用一含氯鎢前驅物或氯化鎢(WClx)。氯化鎢包含五氯化鎢(WCl5)、六氯化鎢(WCl6)、四氯化鎢(WCl4)、二氯化鎢(WCl2)、氧氯化鎢(WOxCly)及其混合物。儘管此處例子中參考WCl5及WCl6為例，應了解其他氯化鎢可用於所揭露之具體實施例。使用某些所揭露之具體實施例沉積之薄膜係無氟的。
在某些具體實施例中，該方法涉及沉積一保形還原劑層於一基板上。該基板通常包含如上文所述要以鎢填充之特徵部，其中該還原劑層對包含該特徵部之該基板的形貌保形。接著將該還原劑層暴露於一WClx前驅物，該WClx前驅物被該還原劑層還原。該保形還原劑層被轉換成一保形鎢層。根據各種具體實施例，該WClx前驅物可能在或可能不在氫氣(H2)的存在下提供。
在某些具體實施例中，該保形還原劑層係針對WClx僅有的還原劑，過量的WClx可被用以確保完全轉換為鎢(W)。該轉換為自限制的，其步階覆蓋率由該還原劑層之步階覆蓋率所界定。
在某些具體實施例中，該還原劑層及其後續的鎢層直接形成於氧化物層表面上，例如氧化矽(例如SiO2)或氧化鋁(例如Al2O3)表面。這消除了對一黏著層/障蔽層(如氮化鈦層(TiN)或鈦/氮化鈦雙層(Ti/TiN bilayer)的需求。直接在氧化物上形成鎢層是可行的，因為該氧化物不會在暴露於WClx或氯氣副產物時被損壞。透過消除TiN及其他障蔽層，降低線路電阻。
在某些具體實施例中，該還原劑層的形成及後續鎢的轉換係在沒有鎢成核層的情況下執行。這亦可降低電阻。
在某些具體實施例中，該還原劑層的形成及後續鎢的轉換係在不同溫度下執行。透過將還原劑層沉積的溫度與從WClx轉換為W的溫度脫鉤，可在還原劑層沉積期間達成卓越的步階覆蓋率。該W轉換是自限制的，保留著該步階覆蓋率。
在某些具體實施例中，一緻密、保形且無氟的鎢層消除與基於WF6的鎢成核及大塊沉積相關的氟損壞。再者，在某些具體實施例中，高的轉換溫度可用以增加該鎢層的密度，如果一含氟前驅物被使用於後續鎢沉積操作中的話，該鎢層密度可幫助減少氟的擴散。
此處所描述之方法亦可用於鉬(Mo)的沉積。鉬可用以形成低電阻金屬化堆疊結構且可取代在如上述結構中的鎢。圖1J顯示另一材料堆疊的例子。在此例中，該堆疊包含一基板102、一介電層104，且在沒有擴散障蔽層中介的情況下一Mo層108沉積於該介電層104上。在替代實施例中，該Mo層108可沉積於一TiN或其他擴散障蔽層上。該Mo層108可以或可以不包含一Mo成核層及一大塊Mo層，並且在某些具體實施例中，該Mo層108可沉積於鎢(W)或含鎢的成長起始層上。透過使用具有較W更低的電子平均自由徑的Mo作為主要導體，可得到較低電阻率的薄膜。
此處所描述之方法執行於可被放置在一腔室中的一基板上。該基板可為一矽晶圓，例如一200mm的晶圓、一300mm的晶圓，或一450mm的晶圓，包含具有一或多層材料(如介電材料、導體材料或半導體材料)沉積於其上的晶圓。基板可具有特徵部，如介層窗或接觸空孔，其特徵可在於窄的以及/或者凹入的開口、在該特徵部內的收縮部、以及高深寬比其中一或多者。一特徵部可在一或多個上述層中形成。例如，該特徵部可至少部分在介電層中形 成。在某些具體實施例中，一特徵部可具有至少約2：1、至少約4：1、至少約6：1、至少約10：1、至少約25：1或更高的深寬比。一個特徵部的例子，為一半導體基板或該基板上的一層中的空孔或介層窗。
圖1B-1I為根據所揭露之具體實施例，鎢可被沉積於其中之各種結構示意的例子。如下所述，鉬可替代鎢或除了鎢之外沉積於這些結構中。圖1B顯示一例子，其為以鎢填充的一垂直特徵部101的剖面描繪。該特徵部可包含在一基板103中的一特徵部空孔105。該空孔105或其他特徵部可在靠近開口處有一尺寸，舉例來說，在約10nm至500nm(例如在約25nm至約300nm之間)之間的一開口直徑或線寬。該特徵部空孔105可被稱為一未填充的特徵部或簡稱一特徵部。該特徵部101以及任何特徵部，可部分以一軸118為特徵，該軸118延伸整個該特徵部之長度，其中垂直方向的特徵部具有垂直軸而水平方向的特徵部具有水平軸。
在某些具體實施例中，特徵部為一3D NAND結構中的溝槽。例如一基板可包含一字元線(wordline)結構，該結構具有至少60條線、具有18至48層、具有溝槽深度至少200Å。另一例子係在基板或層中的一溝槽。特徵部可為任何深度。在各種具體實施例中，該特徵部可具有一下層，如一障蔽層或黏著層。下層的非限制性實例包含介電層及導電層，例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化金屬、氮化金屬、碳化金屬及金屬層。
圖1C顯示一具有凹入形貌的特徵部101的例子。一凹入形貌係從特徵部之底部、封閉端或內部朝該特徵部開口變窄的形貌。根據各實施例，該形貌可逐漸變窄以及/或者包含一在該特徵部開口的懸伸部。圖1C顯示後者之例子，其具有作為該特徵部空孔105側壁或內部表面之襯底的下層113。舉例 而言，該下層113可為一擴散障蔽層、一黏著層、一成核層、一前述之組合或任何其他適用材料。下層的非限制性實例可包含介電層及導電層，例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化金屬、氮化金屬、碳化金屬及金屬層。在特定實施例中，下層可為鈦、氮化鈦、氮化鎢、鈦鋁合金及鎢其中一或多者。在某些具體實施例中，該下層是無鎢的。該下層113形成一懸伸部115使得該下層113在該特徵部101開口附近比在特徵101內部還要厚。
在某些實施例中，可將具有一或多個收縮部在其中的特徵部加以填充。圖1D顯示各種經填充的具有收縮部之特徵部的例圖。在圖1D中的例子(a)、(b)及(c)每個都包含位在該特徵部內中點處的收縮部109。舉例而言，該收縮部109寬可為約15nm至20nm之間。在沉積鎢於該特徵部中的期間收縮部可導致夾止，其中沉積的鎢在該特徵部的那個部分被填滿前，阻擋通過該收縮部的進一步沉積，造成在該特徵部中的空隙。例子(b)更包含在該特徵部開口的一襯墊/障蔽懸伸部115。這樣的懸伸部亦可為一潛在的夾止點。例子(c)包含一收縮部112，該收縮部112位於相較於例子(b)中的懸伸部115更遠離場區(field region)的位置。
水平特徵部，如在3-D記憶體結構中，亦可加以填充。圖1E顯示一水平特徵部150的例子，該水平特徵部150包含一收縮部151。舉例而言，水平特徵部150可為一VNAND結構中的字元線。
在某些實施例中，該收縮部可肇因於在VNAND或其他結構中柱子的存在。舉例而言，圖1F顯示在VNAND或垂直整合記憶體(VIM,vertically integrated memory)結構148中的柱子125的平面圖，而圖1G顯示之柱子125的簡化示意剖面圖。圖1F中的箭頭表示沉積材料；當柱子125沉積於一區域127 及一氣體進口或其他沉積源之間，相鄰的柱子可導致收縮部151，其在區域127的無空隙填充中造成挑戰。
舉例而言，該結構148可藉由於基板100上沉積交替之層間介電層129與犧牲層(未示於圖中)的堆疊並選擇性蝕刻該犧牲層而加以形成。舉例而言，該層間介電層可為氧化矽以及/或者氮化矽層，其中該犧牲層為可用一蝕刻劑選擇性蝕刻的一材料。這之後可進行蝕刻及沉積製程以形成柱子125，其中柱子125可包含該完整記憶體裝置的通道區。
基板100的主要表面可在x及y方向延伸，而柱子125定向在z方向上。在圖1F及1G的例子中，柱子125以一錯位的方式排列，使得在x方向上緊緊相鄰的柱子125在y方向上彼此錯位，反之亦然。根據各實施例，該柱子(以及由相鄰柱子所形成之相應的收縮部)可以任何數量的方式排列。此外，該柱子125可為任何形狀，包含圓形、方形等等。柱子125可包含一環形半導體材料，或圓形(或方形)半導體材料。一閘極介電質可環繞該半導體材料。在各層間介電層129之間的區域可由鎢填充；因此，該結構148具有於x及/或y方向延伸的複數個待填充之堆疊的水平定向特徵部。
圖1H提供另一個水平特徵部的例圖，舉例而言，一VNAND或含柱子收縮部151之其他結構的水平特徵部。在圖1H中的例子為開放式端口，該開放式端口使欲沉積材料可水平地如箭頭所指從兩邊進入。(應該注意的是，圖1H中的例子可被視為該結構之2D成像的3-D特徵，該圖1H為一剖面圖描繪要被填充的區域，且於圖中所示的柱子收縮部代表在平面圖而不是剖面圖會看到的收縮部。)在某些實施例中，3-D結構的特徵可為沿二或三個維度延伸之待填充區域(例如，在圖1G中的例子，在x和y方向或x、y和z方向)，並且， 相較於填充沿一或二個維度延伸的孔洞或溝槽，對於填充造成更多挑戰。舉例而言，當沉積氣體可從多維度進入一特徵部，控制一3-D結構的填充可具有挑戰性。
圖1I描述根據此處揭露之具體實施例一特徵部的另一個例子，該特徵部可以鎢填充。特別是，圖1I描述一DRAM結構的示意性例子，該DRAM結構包含在一矽基板9裡的鎢埋入式字元線(bWL,buried wordline)11。該鎢bWL在該矽基板9裡被蝕刻出的溝槽中形成。襯於溝槽內的是一保形障蔽層12及一絕緣層13，該絕緣層13配置於該保形障蔽層12及該矽基板9之間。在圖1I的例子中，該絕緣層13可為一閘極氧化物層，該閘極氧化物層係以高k介電材料(如氧化矽或氮化矽材料)所形成。
氮化鈦(TiN)在鎢(W)字元線結構中被用作一障蔽。然而，TiN/W字元線的填充受到電阻率比例縮放(scaling)的限制；由於TiN具有相對高的電阻率，隨著尺寸縮小而TiN保形層佔有該溝槽較大體積分率，電阻隨之上升。根據各種具體實施例，此處所揭露之鎢bWL不含TiN及其他非鎢障蔽層。
儘管TiN層被描述於特徵部的某些例子中，其中該特徵部可透過此處所揭露之方法被填充，在某些具體實施例中，鎢可直接形成於氧化物表面上而不需要障蔽層的存在。如在圖1H中的例子，該TiN層可不存在。同樣地，在圖1I中，該鎢bWL 11可直接形成於該絕緣層13上。
水平方向及垂直方向特徵部的填充的例子如下所述。應注意在多數情況下，這些例子同時適用於水平方向或垂直方向的特徵部。
圖2A-2C提供根據所揭露之具體實施例所執行的方法之處理流程圖。特別是，圖2A提供沉積一元素金屬層於一特徵部中的方法之處理流程圖。圖2B與2C提供圖2A中該方法之例子，用以分別沉積元素鎢及鉬。
首先參照圖2A，操作步驟202-208可被執行以直接形成一保形層於一特徵部的至少一介電表面上。在某些具體實施例中，這些操作步驟在沒有預先沉積一成核層的情況下形成。在這樣的操作步驟中，在操作步驟202之前，提供一基板，該基板沒有成核層沉積於其上。
如下所述，某些操作步驟執行於基板溫度。應當理解，基板溫度意指固定基板的基座受設定的溫度。某些所揭露的具體實施例，可執行於一介於約3托至約60托之間的腔室壓力。在某些具體實施例中，腔室壓力小於約10托。舉例而言，在某些具體實施例中，腔室壓力為約5托。
在操作步驟202中，將該基板暴露於一還原劑氣體以形成一還原劑層。在某些具體實施例中，該還原劑氣體可為矽烷、硼烷、或矽烷與二硼烷的混合物。矽烷的例子包含SiH4及Si2H6而硼烷的例子包含二硼烷(B2H6)以及BnHn+4、BnHn+6、BnHn+8、BnHm，其中n為從1至10的整數，而m則為一不同於n的整數。其他含硼化合物亦可被使用，例如烷基硼烷、烷基硼、胺硼烷((CH3)2NB(CH2)2)、碳硼烷(如C2BnHn+2)。在某些實施例中，該還原劑層可包含矽或含矽材料、磷或含磷材料、鍺或含鍺材料、能還原鎢前驅物的硼或含硼材料，以及以上的組合。更進一步的例子，可用以形成該層的還原劑氣體包含PH3、SiH2Cl2、及GeH4。根據各種具體實施例，氫可以或可以不在背景中操作。(儘管氫可還原鎢前驅物，在具有足量之更強的還原劑(如矽烷或二硼烷)的混合氣體中，氫不作用為還原劑。)
在某些具體實施例中，該還原劑氣體為一混合物，包含少量的含硼氣體(如二硼烷)及其他還原劑。添加一少量的含硼氣體可大幅影響其他還原劑的分解與黏附係數。應當理解，可將該基板依序地暴露於二還原劑，例如矽烷及二硼烷。然而，流入一氣體混合物可促成非常少量之少數氣體的添加，例如矽烷與二硼酸的比例至少為100：1。在某些具體實施例中，可流入一載氣。在某些具體實施例中，一載氣，例如氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或其他惰性氣體，可在操作步驟202期間流入。
在某些具體實施例中，一還原劑層可包含元素矽(Si)、元素硼(B)、元素鍺(Ge)或其混合物。舉例而言，如下所述，一還原劑層可包含Si及B。該B的量可量身訂製以達成高沉積率且具有低電阻率的還原劑層。在某些具體實施例中，舉例而言，一還原劑層可具有介於5%至80%之間的B、或者介於5%至50%之間的B、介於5%至30%之間或者介於5%至20%之間的B，而其餘的基本上由Si及在某些狀況下的H所組成。H氫原子存在於，例如SiHx、BHy、GeHz或其混合物，其中x、y及z可獨立地介在0和一數字之間，其中該數字小於相應的還原劑化合物之化學劑量當量。
在某些具體實施例中，該組成隨著該還原劑層的厚度而變化。舉例而言，一還原劑層可在其底部具有20% B而在其頂部具有0% B。該還原劑層的總厚度可介於10Å至50Å之間，以及在某些具體實施例中為介於15Å至40Å之間或介於20Å至30Å之間。該還原劑層保形地襯於該特徵部。
關於還原劑氣體的組成以及其形成之還原劑層的更進一步細節提供如下。
在操作步驟202期間，基板溫度可維持在一溫度T1使得該薄膜保形。若溫度太高，該薄膜可能不對其下方結構之形貌保形。在某些具體實施例中，達成大於90%或95%的步階覆蓋率。以矽烷、二硼烷及矽烷/二硼烷混合物而言，在溫度為300℃時有優秀的保形性且其保形性在400℃或更高的溫度下可能下降。因此，在某些具體實施例中，在操作步驟202期間溫度最高350℃，或甚至最高325℃、最高315℃或最高300℃。在某些具體實施例中，使用低於300℃的溫度。
可執行操作步驟202達任何合適的時間長度。在某些例子中，該時間長度例子包含介於約0.25秒至約30秒之間、約0.25秒至約20秒之間、約0.25秒至約5秒之間、或約0.5秒至約3秒之間。
在操作步驟204中，選擇性地吹掃該腔室以移除沒有被吸附於基板表面的剩餘的氫。吹掃可透過以一固定壓力流入一惰性氣體來執行，從而降低該腔室中的壓力並在另一個氣體暴露步驟開始前重新加壓該腔室。惰性氣體例子包含氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)及其混合物。該吹掃可執行一段介於約0.25秒至約30秒之間、約0.25秒至約20秒之間、約0.25秒至約5秒之間或約0.5秒至約3秒之間的時間。
在操作步驟206中，在一基板溫度T2下將該基板暴露於一金屬前驅物中。例子包含含鎢及含鉬前驅物，雖然此方法亦可延伸至其他金屬的前驅物。該金屬前驅物係可被還原以形成一元素金屬(如W或Mo)的一前驅物。
在某些具體實施例中，一載氣，如氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或其他惰性氣體，可在操作步驟206期間流入。在各具體實施例中，在操作步驟206期間，該前驅物的體積量可介於約0.1%至約1.5%之間。
可執行操作步驟206於任何合適的時間長度。在某些具體實施例中，其可涉及浸泡於該金屬前驅物，以及在某些具體實施例中，涉及依序的金屬前驅物脈衝。根據各種具體實施例，操作步驟206可能或可能不在H2存在的情況下執行。在某些具體實施例中，若使用H2，它與金屬前驅物可以在一ALD類型模式加以施加。例如：
H2脈衝
氬氣吹掃
有或沒有H2於背景中的金屬前驅物脈衝
氬氣吹掃
重複上述步驟
舉例而言，該H2可被用以將副產物從表面移除開。然而，若H2用於CVD類型模式下(例如H2及該金屬前驅物在非脈衝下提供)，該步階覆蓋率可能受損。
該基板溫度T2要足夠高使得該金屬前驅物與該還原劑層反應，以形成一金屬層。在某些具體實施例中，整個還原劑層可被轉換為金屬。在某些具體實施例中，大部分的還原劑層轉換為金屬。在某些具體實施例中，該溫度至少為450℃且可至少為500℃以產生達到或接近100%的轉換。下面更詳細地描述其對溫度的依賴性。
由此產生的特徵部現在以一金屬的保形膜為襯。該膜可為介於10Å至50Å之間，且在某些具體實施例中，介於15Å至40Å之間或20Å至30Å之間。一般來說，該膜將會大約與該還原劑層一樣厚。在某些具體實施例中，由於在轉換期間的體積膨脹，該膜可能比該還原劑層的厚度更厚達5%。
在操作步驟208中，可能有一選擇性的吹掃操作，以吹掃沒有與還原劑層反應而仍處在氣相的剩餘的金屬前驅物。吹掃可透過以一固定壓力流入一惰性氣體來執行，從而降低該腔室中的壓力並在另一個氣體暴露步驟開始前重新加壓該腔室。可吹掃該腔室達任何合適的時間長度。該腔室可被吹掃一段介於約0.25秒至約30秒之間、約0.25秒至約20秒之間、約0.25秒至約5秒之間或約0.5秒至約3秒之間的時間。該吹掃氣體可以是任何相關於上述操作步驟204所述的氣體。在操作步驟210中，該特徵部選擇性地以金屬填充。
圖2B提供根據所揭露之具體實施例所執行的方法的處理流程圖。圖2B的操作步驟212-218可執行以直接形成一保形鎢層於一特徵部的至少一介電表面上。在某些具體實施例中，這些操作步驟在沒有預先沉積一鎢成核層的情況下執行。在這樣的操作步驟中，在操作步驟212之前，提供沒有鎢成核層沉積於其上的一基板。
在操作步驟212中，將該基板暴露於一還原劑氣體中以形成一還原劑層。暴露於該還原劑氣體的步驟已描述於上方相關於圖2A中操作步驟202的內容中。在某些具體實施例中，該還原劑層被調整以產生一特定的鎢微結構。舉例而言，β-鎢具有一介穩A15立方結晶結構並展示出較α-鎢的穩態體心立方結晶結構更高的電阻率。基於硼的還原劑層可導致在特定厚度下，在鎢薄膜中存在具有更高電阻率的β-鎢。矽烷或鍺烷還原劑層可促使α-鎢的成長。
在操作步驟214中，選擇性地吹掃該腔室以移除未被吸附於該基板表面的剩餘的氫，如上方相關於圖2A中操作步驟204所描述。
在操作步驟216中，在一基板溫度T2下將該基板暴露於一含氯的鎢前驅物中。含氯的鎢前驅物之例子具有一化學式WClx，其中x為介於且包 含2至6之間的整數，如2、3、4、5或6。例子包含WCl5及WCl6。該含氯的鎢前驅物可包含WClx化合物的一混合物。在某些具體實施例中，一載氣，如氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或其他惰性氣體，可在操作步驟216期間流入。在各種具體實施例中，在操作步驟216期間，該含氯的鎢前驅物的體積量可介於約0.1%至約1.5%之間。在其他具體實施例中，可使用一含氟前驅物，如六氟化鎢(WF6)或六羰鎢(W(CO)6)前驅物。
可執行操作步驟216達任何合適的時間長度。在某些具體實施例中，其可涉及浸泡於WClx，以及在某些具體實施例中，涉及一系列的WClx脈衝。根據各種具體實施例，操作步驟216可能或可能不在H2存在的情況下執行。在某些具體實施例中，若使用H2，它與WClx可以在一ALD類型模式加以施加。在某些具體實施例中，若使用H2，它與WClx可以在一ALD類型模式加以施加，如上方相關於圖2A所描述。
該基板溫度T2要足夠高使得該WClx前驅物與該還原劑層反應，以形成金屬鎢(W)。整個或大部分的還原劑層可被轉換為鎢。在某些具體實施例中，該溫度至少為450℃且可至少為500℃以產生達到或接近100%的轉換。下面更詳細的描述其對溫度的依賴性。
由此產生的特徵部現在以一鎢的保形膜為襯。該膜可為介於10Å至50Å之間，且在某些具體實施例中，介於15Å至40Å之間或20Å至30Å之間。一般來說，該膜會大約與該還原劑層一樣厚。在某些具體實施例中，由於在轉換期間的體積膨脹，該膜可能比該還原劑層的厚度更厚達5%。
在操作步驟218中，可能有一選擇性的吹掃操作，以吹掃沒有與還原劑層反應而仍處在氣相的剩餘含氯的鎢前驅物，如上方相關於圖2A所描述。
在操作步驟220中，該特徵部選擇性地以鎢填充。大塊鎢的沉積可用任何描述於在2017年1月4日提交之美國臨時專利申請案第15/398,462號或在2014年9月30日提交之美國臨時專利申請案第14/502,817號所揭露的具體實施例來沉積，為了描述特徵部的填充以及大塊鎢的沉積之目的，上述兩件美國臨時專利申請案通過引用於此納入。大塊鎢的沉積可在有或沒有沉積一鎢成核層的狀況下執行，並且可使用一含氟或無氟的鎢前驅物。
圖2C提供根據所揭露之具體實施例執行的方法的處理流程圖。圖2C的操作步驟222-228可執行以直接形成一保形鉬層於一特徵部的至少一介電表面上。在某些具體實施例中，這些操作步驟在沒有預先沉積一成核層的情況下執行。在這樣的操作步驟中，在操作步驟222之前，提供沒有成核層沉積於其上的一基板。
操作步驟222及224可如上述相關於圖2A的操作步驟202及204被執行。在操作步驟226中，在一基板溫度T2下將該基板暴露於一鉬前驅物中。含Mo前驅物包含六氟化鉬(MoF6)、五氯化鉬(MoCl5)、二氯二氧化鉬(MoO2Cl2)、四氯氧化鉬(MoOCl4)以及六羰鉬(Mo(CO)6)。該鉬前驅物可包含Mo化合物的一混合物。在某些具體實施例中，一載氣，如氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或其他惰性氣體，可在操作步驟226期間流入。
可執行操作步驟226達任何合適的時間長度，且可涉及浸泡於該前驅物或涉及一序列的脈衝。根據各種具體實施例，操作步驟226可能或可能不在H2存在的情況下執行，如上所述。
該基板溫度T2要足夠高使得該鉬前驅物與該還原劑層反應，以形成一金屬鉬(Mo)。整個還原劑層被轉換為鉬。在某些具體實施例中，該溫度至少為450℃且可至少為500℃以產生達到或接近100%的轉換。
由此產生的特徵部現在以一鉬的保形膜為襯。該膜可為介於10Å至50Å之間，且在某些具體實施例中，介於15Å至40Å之間或20Å至30Å之間。一般來說，該膜會大約與該還原劑層一樣厚。在某些具體實施例中，由於在轉換期間的體積膨脹，該膜可能比該還原劑層的厚度更厚達5%。
還原劑層的形成
下表中的結果顯示在氧化物上還原劑層形成過程中二硼烷對矽烷的分解的影響。還原劑層的形成，係在300℃及10托下用各種SiH4與B2H6的混合物在毯覆SiO2上執行。在各例子中該還原劑氣體其他部分為H2及N2載氣。
Figure 107141042-A0305-02-0023-1
上述結果顯示小量的二硼烷大幅地改變該矽烷的分解。舉例而言，透過增加僅0.25%的二硼烷，該矽烷黏附係數上升幾乎七倍。與矽烷共流亦使該二硼烷的係數增加大於兩倍。電子能耗譜儀(EELS)分析顯示在還原劑層中的占比%B相較於在還原劑層中的%B2H6是高的。
轉換為鎢
圖3A顯示針對轉換期間在300℃之基板溫度下各種還原劑氣體混和物及WClx暴露之W轉換。無論WClx的暴露如何，幾乎沒有還原劑層在此溫度下被轉換。在350℃下可觀察到W轉換略有增加。在350℃下將W的暴露增加10倍(以托-秒量測)也沒有影響。除了在SiO2上以外，在Al2O3上測試也沒有影響。這指出可使用明顯高於350℃的溫度，例如至少500℃。
在還原劑層中的B對鎢轉換的影響顯示於下表中。
Figure 107141042-A0305-02-0024-2
上表中的結果顯示鎢的轉換隨著在該還原劑層中Si濃度的增加與B濃度的減少而增加。
在Al2O3上的結果基本上與那些在SiO2上的結果相同。
轉換為鉬
圖3B顯示CVD Mo的成長(厚度對時間)，該成長係使用一Si-B還原劑層以一MoCl5前驅物同時於熱氧化物(下方的線)及TiN(上方的線)基板上而得。該結果顯示當成長始於該Si-B犧牲層上時，在不同的基板上有相同的成長率。圖3C顯示該CVD Mo薄膜的電阻率，兩者電阻率是相當的。在圖3B及3C的結果中指出，一Si-B還原劑層是在各種基板上開始其成長的有效方去，在使用MoCl4時可得到同樣的結果。
圖3D顯示CVD Mo的成長，其針對10Å、20Å、30Å及50Å厚的Si-B還原劑層。在10Å層上有可忽略的Mo沉積，而在20Å-50Å層上則有穩定厚度的Mo沉積。圖3E顯示電阻率作為還原層厚度的函數，並指出該Mo電阻率隨著Si-B層厚度的上升略有增加。這可能是因為殘餘還原劑層在沉積後留下，說明該溫度以及/或者還原劑層組成可被調校以將殘留層最小化或消除。
儀器
任何合適的腔室可用以實行所揭露之具體實施例。沉積儀器的例子包含各系統，例如可從美國加州佛利蒙市(Fremont)的柯林研發股份有限公司(Lam Research Corp.)取得之ALTUS®及ALTUS® Max，或任何各種其他商業上可取得的處理系統。在某些具體實施例中，依序的化學氣項沉積(CVD)可在一第一站點執行，該第一站點為位於單一沉積腔室中的二、五或甚至更多沉積站點的其中之一。因此，舉例而言，矽烷(SiH4)及二硼烷(B2H6)在該第一站點可使用個別的氣體供應系統引入至該半導體基板表面以形成一還原劑層，該個別的氣體供應系統在該基板表面創造一局部的氛圍。另一站點可用於還原劑層的無氟鎢轉換。二或更多站點可用以並行處理以大塊鎢填充該特徵部。
圖4為適用於根據具體實施例執行沉積製程的處理系統之框圖。該系統400包含一傳送模組403。該傳送模組403提供一乾淨、加壓的環境，以將受處理的基板在各種反應器模組間移動時的汙染風險最小化。安裝在該傳送模組403上的是一多站點反應器409。多站點反應器409在某些具體實施例中亦可用於執行還原劑層的沉積、無氟鎢的轉換以及依序的CVD。反應器409可包含多個站點411、413、415以及417，其可根據所揭露之具體實施例依序地執行操作步驟。舉例而言，反應器409可被配置使得站點411執行使用一還原劑的第一操作步驟，站點413執行使用一WClx前驅物的第二後續操作步驟，而站點415及417執行CVD。各站點可包含用以獨立溫度控制的一加熱基座或基板支撐物、一或多氣體入口或噴灑頭或分散板。一個沉積站點500的例子描繪於圖5中，包含基板支撐物502及噴灑頭503。一加熱器可提供於基座部501中。
能執行電漿或化學(無電漿)預清理的一或多個單站或多站模組407亦可安裝於傳送模組403上。該模組亦可用於各種處理，例如，為一沉積製程準備一基板。該系統400亦包含一或多晶圓源模組401，為製程前後晶圓存放的地方。在大氣傳送腔室419中的一大氣機器人(未示於圖中)，可首先將晶圓從該晶圓源模組401移至負載鎖421。在該傳送模組403中的一晶圓傳送裝置(通常係一機械手臂單元)將晶圓從負載鎖421移動至安裝於傳送模組403上的模組中以及在該等模組間移動。
在各種具體實施例中，一系統控制器429用於在沉積期間控制製程條件。該控制器429一般包含一或多記憶體裝置及一或多處理器。一處理器可包含一CPU或電腦、類比以及/或者數位的輸入/輸出連接、步進馬達控制器板等等。
該控制器429可控制所有該沉積儀器的活動。該系統控制器429執行系統控制軟體，包含用以控制時間、氣體的混合物、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、射頻(RF)功率位準、晶圓夾頭或基座位置、以及一特定製程的其他參數的指令組。其他存於記憶體裝置上與該控制器429相關的電腦程式可用於某些具體實施例中。
通常會有一與該控制器429相關的使用者介面。該使用者介面可包含一顯示螢幕、該儀器以及/或者製程條件的圖形軟體顯示、以及使用者輸入裝置，如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等等。
系統控制邏輯可以任何合適的方式配置。一般而言，該邏輯可被設計或配置於一硬體以及/或者軟體中。用以控制該裝置電路的指令可為硬碼或以軟體提供。該指令可透過「程式設計」提供。該程式設計可被理解為包含任何形式的邏輯，包含數位信號處理器中的硬碼邏輯、特定應用積體電路以及其他具有作為硬體所實施的特定演算法之裝置。程式設計亦可被理解為包含可執行於一般用途的處理器之軟體或韌體指令。系統控制軟體可以任何適用之電腦可讀取的程式語言來編碼。
該電腦程式編碼，係用以控制該含鍺還原劑脈衝、氫氣氣流、以及含鎢前驅物脈衝以及其他在製程順序中的製程。該程式編碼可以任何電腦可讀的程式語言：例如組合語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他語言來編寫。處理器執行編譯的目標碼或指令檔以執行程式中標示的任務。同樣如所指出的，該程式編碼亦可為硬碼。
該控制器參數與製程條件相關，諸如製程氣體組成與流量、溫度、壓力、冷卻氣體壓力、基板溫度以及腔室壁溫度。這些參數以一程式庫的形式提供給使用者，且可利用使用者介面輸入。
用以監控製程的訊號可以系統控制器429的類比以及/或者數位輸入連結來提供。用以控制該製程的訊號輸出於該系統400的類比及數位輸出連結。
該系統軟體可以許多不同方式設計或配置。舉例而言，可編寫各腔室元件子程式或控制物件，以控制執行該沉積製程所必要的該腔室元件，根據所揭露之具體實施例執行操作。用於此目的的程式或程式區段之例子包含基板定位程式碼、製程氣體控制程式碼、壓力控制程式碼以及加熱器控制程式碼。
在某些實施例中，一控制器429是系統的一部分，其可能是上述例子中的一部分。該系統可包含半導體處理設備，包含一或多個處理工具、一或多個腔室、一或多個處理平台以及/或者特定處理元件(晶圓基座、氣流系統等等)。這些系統可能整合電子裝置以控制半導體晶圓或基板製程前、中、後的作業。該電子裝置可被稱作為「控制器」，可控制各種系統的元件或子部件。該控制器429，取決於製程需求以及/或者系統類型，可能被設計用以控制任何此處所揭露的製程，包含製程氣體輸送、溫度設定(例如加熱以及/或者冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、某些系統中的射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流量設定、流體輸送設定、定位與操作設定、晶圓傳送進出工具及其他與一特定系統連結或介面的傳送工具以及/或者負載鎖。
廣泛地說，該控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體以及/或者軟體，可接收指令、發送指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端 點量測等等的電子裝置。該積體電路可能包含韌體形式儲存程式指令的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊用途積體電路(ASICs)的晶片以及/或者一或多個執行程式指令(例如軟體)的微處理器或微控制器。程式指令可能以各種單獨設定(或程式文件)的形式傳達指令至控制器，來定義在半導體晶圓或系統上執行的特定製程之操作參數。在一些實施例中，該操作參數可能是在由製程工程師所定義，在製造晶圓的一或多層結構、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路以及/或者晶粒的期間，用以完成一或多個製程步驟的程式庫的一部分。
在某些實例中，該控制器429可能為一與系統整合、與系統耦合要不然就是與系統聯網或者結合以上方式的電腦的一部分或是與之耦合。舉例而言，該控制器429可能在「雲端」或是工廠主機電腦的一部分或全部，可允許遠端存取晶圓製程。該電腦可能可以遠端連接至系統以監控現行製造作業進程、查看過去製造作業之歷史紀錄、查看多個製造作業的趨勢或性能矩陣、修改現行製程參數、設定製程步驟以接續現行製程，或是開始新製程。在某些例子中，遠端電腦(例如伺服器)可透過可能包含區域網路或網際網路的聯網提供製程程式庫至系統。該遠端電腦可能包含可以進入或設計參數以及/或者設定的使用者介面，這些設定會從遠端電腦連接至系統。在某些例子中，控制器收到資料形式的指令，該資料指定在一或多個操作過程中每個製程步驟的執行參數。應知悉，參數可以特定於執行製程的類型以及有控制器被配置以與之介面或控制的工具類型。因此如上所述，控制器可能是分散的，一如經由包含一或多個個別控制器透過聯網合作並朝一個共同目的工作，正如此處描述的製程與控制。一個用於此目的的分散式控制器例子可以是在一個腔室上一或多個積體 電路連接一或多個位於遠端的積體電路(例如在平台等級或是遠端電腦的一部分)兩者結合以控制該腔室的製程。
不受限地，系統的例子可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子佈植腔室或模組、徑跡腔室或模組，或任何其他可能相關聯或用於生產或製造半導體晶圓的半導體製程系統。
如上所述，控制器可聯絡一或多個其他工具電路或模組、其他工具部件、群組工具、其他工具介面、毗連工具、相鄰工具、遍布工廠的工具、主電腦、其他控制器，或將晶圓容器傳送出及傳送至半導體製造工廠中工具位置以及/或者裝載端口的材料輸送工具，視工具執行的製程步驟而定。
該控制器429可包含各種程式。一基板定位程式可包含用以控制腔室元件的程式碼，該腔室元件是用以將該基板裝載於一基座或夾頭上，以及用以控制在該基板與其他腔室部分例如一氣體進口以及/或者標的之間的空間。一製程氣體控制程式可包含程式碼，用以控制氣體組成、流量、脈衝時間以及選擇性地在沉積前將氣體流入該腔室以穩定腔室中氣壓。一氣壓控制程式可包含程式碼，用以透過調節以控制該腔室中的氣壓，例如該腔室排氣系統的一節流閥。一加熱器控制程式可包含程式碼，可用以控制電流到一加熱單元以加熱該基板。另外，該加熱器控制程式可控制傳輸一熱交換氣體如氦氣至該晶圓夾頭。
可在沉積期間被監測的腔體感測器之例子包含質量流量控制器、壓力感測器如壓力計以及位於該基座或夾頭中的熱電偶。適當地編碼的回饋以及控制演算法可用從這些感測器來的資料以維持期望製程條件。
前文描述實行所揭露之具體實施例於一單一或多個腔室之半導體製程工具中。此處所描述的儀器及製程可用於與微影圖案化工具或製程相連結，例如，用於製造或生產半導體裝置、顯示器、LEDs、太陽光電板等等。通常，但非必要，該工具/製程會在共同製造設施中一起被使用或進行。一薄膜的微影圖案化通常包含某些或全部的下列步驟，各步驟連同一些可能的工具提供如下：(1)用一旋塗或噴塗工具在一工件，即基板，上附加光阻；(2)用一加熱板或爐或UV固化工具將光阻固化；(3)用一工具如晶圓步進機將該光阻暴露於可見光或UV光或X光；(4)用一工具如濕式清洗台將光阻顯影以便選擇性移除光阻從而使之圖案化；(5)透過用一乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移於一下層薄膜或工件中；以及(6)用一工具如RF或微波電漿光阻剝離機以移除該光阻。
在上述說明與申請專利範圍中，數值範圍包含該範圍之端點。例如「厚度在約10至50埃之間」包含10埃及50埃。同樣地，以一短線表示之範圍包含該範圍之端點。
在上文敘述中，諸多特定細節被闡述以提供對所呈現的具體實施例有透徹的了解。所揭露之具體實施例可在不具這些特定細節的某些或全部之情況下實施。在其他情況下，知名的製程操作並未被詳細描述，以免非必要地模糊了所揭露之具體實施例。儘管該所揭露之具體實施例會與特定具體實施例被結合描述，應了解這並非意欲限制所揭露之具體實施例。顯而易見地，某些 改變及調整在所附專利申請範圍之範疇中是可實施的。應注意的是，有許多實施所呈現之具體實施例的製程、系統與儀器的替換方法。因此，此處具體實施例被視為說明而非限制且該具體實施例不受限於此處所提供之細節。

Claims (21)

  1. 一種形成金屬薄膜的方法，包含：提供一基板，該基板包含一結構；將該基板在不高於400℃的一第一基板溫度下暴露於一還原劑氣體中，以形成一保形還原劑層於該結構上；將該基板的溫度提高到至少500℃的一第二基板溫度；以及在該第二基板溫度下，將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物中以將該保形還原劑層轉換為金屬，其中將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物以將該保形還原劑層轉換為金屬之該步驟，包括將該保形還原劑層暴露於交替的H2及該金屬前驅物的脈衝中。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一基板溫度不高於350℃。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一基板溫度不高於300℃。
  4. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該還原劑氣體係一含矽氣體。
  5. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該還原劑氣體係一含硼氣體。
  6. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該還原劑氣體係一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該還原劑氣體係矽烷(SiH4)及二硼烷(B2H6)的一混合物。
  8. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中將保形還原劑層暴露於一金屬前驅物之該暴露步驟，包括將該保形還原劑層暴露於氫氣(H2)中。
  9. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中將該金屬前驅物與H2一同提供。
  10. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該金屬前驅物係氯化鎢化合物且該金屬為鎢。
  11. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該金屬前驅物係一含鉬化合物且該金屬為鉬。
  12. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該結構包括氧化物表面，該保形還原劑層直接形成於該氧化物表面上。
  13. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該結構包括氮化物表面，該保形還原劑層直接形成於該氮化物表面上。
  14. 如申請專利範圍第1-3項其中任一項之方法，其中該保形還原劑層之厚度介於約10與50埃之間。
  15. 如申請專利範圍第6項之方法，其中在該保形還原劑層中硼的濃度隨著厚度增加而降低。
  16. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該混合物中矽：硼的原子數比例至少為10：1。
  17. 一種形成金屬薄膜的方法，包含：提供一基板，該基板包含一結構；將該基板在不高於400℃的一第一基板溫度下暴露於一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物中，以形成一保形還原劑層於該結構上；將該基板的溫度提高至至少500℃的一第二基板溫度；以及在該第二基板溫度下，將該保形還原劑層暴露於含鎢或含鉬的一前驅物中，以將該保形還原劑層轉換為鎢或鉬，其中將該保形還原劑層暴露於含鎢或含鉬的一前驅物以將該保形還原劑層轉換為鎢或鉬之該步驟，包括將該保形還原劑層暴露於交替的H2及含鎢或含鉬的該前驅物的脈衝中。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該混合物中矽：硼的原子數比例至少為10：1。
  19. 一種形成金屬薄膜的方法，包含：提供一基板，該基板包含一結構；將該基板暴露於一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物中，以形成一保形還原劑層於該結構上；以及將該保形還原劑層暴露於一含鉬前驅物中以將該保形還原劑層轉換為鉬，其中將該保形還原劑層暴露於一含鉬前驅物以將該保形還原劑層轉換為鉬之該步驟，包括將該保形還原劑層暴露於交替的H2及該含鉬前驅物的脈衝中。
  20. 一種形成金屬薄膜的儀器，包含：一或多個腔室，各自配置以容納一基板；在該一或多個腔室各者中的一基板支撐物；氣體進口，配置以將氣體引入該一或多個腔室各者；一加熱器，配置用以加熱各腔室中的該基板支撐物；以及一控制器，包括程式指令，用以：將該一或多個腔室其中之一裡的該基板支撐物加熱至不高於400℃的一第一溫度，並將一含矽氣體及一含硼氣體的一混合物引入該腔室中； 將該一或多個腔室其中之一裡的該基板支撐物加熱到至少500℃的一第二基板溫度，並且在該混合物被引入後，將交替的H2和含鎢或含鉬的一前驅物的脈衝引入該腔室中。
  21. 一種形成金屬薄膜的方法，包含：提供一基板，該基板包含一結構；將該基板在不高於400℃的一第一基板溫度下暴露於一還原劑氣體中，以形成一保形還原劑層於該結構上；將該基板的溫度提高到至少500℃的一第二基板溫度；以及在該第二基板溫度下，將該保形還原劑層暴露於一金屬前驅物中以將該保形還原劑層轉換為金屬，其中該保形還原劑層之厚度介於約10與50埃之間。
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