在没有阻挡层的情况下的原位钨沉积

文档序号:63071 发布日期:2021-10-01 浏览:44次 >En<

阅读说明:本技术 在没有阻挡层的情况下的原位钨沉积 (In-situ tungsten deposition without barrier layer ) 是由 巫勇 薇·V·唐 郭剑秋 刘雯伊 杨逸雄 杰奎琳·S·阮奇 曼德亚姆·斯里拉姆 斯里尼 于 2021-03-30 设计创作,主要内容包括:公开了用于在不使用阻挡层的情况下沉积金属膜的原位方法。一些实施方式包括形成包括硅或硼中的一种或多种的非晶成核层并且在所述成核层上形成金属层。这些工艺在工艺之间没有空气隔断的情况下执行。(An in-situ method for depositing a metal film without the use of a barrier layer is disclosed. Some embodiments include forming an amorphous nucleation layer comprising one or more of silicon or boron and forming a metal layer on the nucleation layer. These processes are performed without air breaks between the processes.)

在没有阻挡层的情况下的原位钨沉积

技术领域

本公开内容一般涉及沉积薄膜的方法。特定来说,本公开内容涉及沉积钨或含钨膜的方法。

背景技术

半导体处理行业持续寻求更大的产量同时提高在表面积更大的基板上沉积的层的均匀性。这些相同的因素结合新材料也提供每单位基板面积的更高的电路集成。随着电路集成提高,对与层厚度相关的更高的均匀性和工艺控制的需求上升。因此,已经发展各种技术来以有成本效益的方式在基板上沉积层,同时维持对层的特征的控制。

化学气相沉积(CVD)是用于在基板上沉积层的最常用的沉积工艺之一。CVD是依赖通量的沉积技术,其需要精确控制基板温度和被引入到处理腔室中的前驱物以便产生厚度均匀的期望层。随着基板尺寸变大,这些需求变得更加紧要,从而产生对维持足够的均匀性的腔室设计和气体流动技术的复杂性更高的需要。

循环沉积作用或原子层沉积(ALD)是展现杰出的步骤覆盖的CVD的变体。循环沉积作用是基于原子层外延(ALE)并且使用化学吸附技术以连续循环地在基板表面上传递前驱物分子。循环使基板表面暴露于第一前驱物、净化气体、第二前驱物和净化气体。第一前驱物与第二前驱物反应以形成产物化合物作为基板表面上的膜。重复循环以形成期望厚度的层。

非晶硅广泛用于半导体装置、平面显示器和太阳能电池中。在高深宽比特征结构中的具有保形性(即优良的步骤覆盖)或缝隙填充性能的非晶硅沉积工艺的发展一直面临关键技术挑战。传统的LPCVD工艺受限于高温(>550℃)和低压,并且因此展现出较差的步骤覆盖和/或缝隙填充性能;PECVD工艺也不具备优良的步骤覆盖和/或缝隙填充性能。

由于半导体电路越来越集成化,已经基于其优越的步骤覆盖而使用钨。因此,由于工艺的高产量,使用CVD技术沉积钨在半导体处理中享有广泛应用,然而,通过传统CVD方法沉积钨则伴随着若干缺点。

举例来说,ALD工艺将钨膜沉积成含有高深宽比(例如,20)的通孔,而传统的CVD工艺将通常导致类似的通孔“夹断”并且不完全填充。另外,钨不容易粘附于一些表面(例如,电介质间隔物或氧化物)。为了提高钨对电介质间隔物的粘附性,传统工艺包括TiN层。以种晶层的形式沉积TiN膜可能很费时并且为总的工艺添加额外的复杂性。

由于较差的成核性能,钨薄膜的原子层沉积(ALD)在硅、二氧化硅和氮化钛服务上展现非常长的孵化延迟。通常使用成核层来缓解这个问题。传统地,WF6/Si2H6和WF6/B2H6来沉积ALD WSix或WBx。然而,WF6直接暴露于基板表面(例如,Si、SiO2)并且损伤基板。

另外,ALD钨膜不能良好地直接粘在硅或氧化硅基板表面上。使用氮化钛胶合层来改良粘附性。然而,氮化钛胶合层和WSix/WBx成核层都不能良好地导电,从而导致堆叠(W/WSix/TiN)的电阻率非常高。

因此,此项技术中需要改良的技术来沉积电阻率减小并且没有阻挡/胶合层的钨层。

发明内容

本公开内容的一个或多个实施方式是关于处理方法。方法包括使基板表面暴露于硼前驱物以形成非晶硼层。基板表面实质上不具有阻挡层。使非晶硼层暴露于第一金属前驱物以将非晶硼层转化成第一金属层。通过使第一金属层暴露于第二金属前驱物在第一金属层上形成第二金属层。

本公开内容的额外实施方式是关于处理方法。方法包括使基板表面暴露于硅前驱物以形成非晶硅层。基板表面实质上不具有阻挡层。使非晶硅层暴露于第一金属前驱物以将非晶硅层转化成第一金属层。通过使第一金属层暴露于第二金属前驱物在第一金属层上形成第二金属层。

本公开内容的其他实施方式是关于处理方法。方法包括使基板表面暴露于硅前驱物和硼前驱物以形成包含硅和硼的非晶层。基板表面实质上不具有阻挡层。使非晶层暴露于第一金属前驱物以将非晶层转化成第一金属层。通过使第一金属层暴露于第二金属前驱物在第一金属层上形成第二金属层。

附图说明

以上简要概述本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及对本公开内容的更特定描述,可通过参照实施方式来获得,在附图中描绘了一些所述的实施方式。然而,应注意,附图仅绘示了本公开内容的典型实施方式,因此不应视为对本发明的范围的限制,因为本公开内容可允许其他等同有效的实施方式。

图1示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的膜堆叠的示意图;

图2A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图2B示出根据图2A的工艺方案的膜堆叠的示意图;

图3示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图4A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图4B示出根据图4A的工艺方案的膜堆叠的示意图;

图5示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的膜堆叠的示意图;

图6A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图6B示出根据图6A的工艺方案的膜堆叠的示意图;

图7示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图8A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;并且

图8B示出根据图8A的工艺方案的膜堆叠的示意图。

图9A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的工艺方案;

图9B示出根据图9A的工艺方案的膜堆叠的示意图;

图10示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的用于执行原位方法的处理系统;

图11A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的没有空气隔断(air break)的原位制备的样品的横截面图像;

图11B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有空气隔断的非原位制备的样品的截面图像;并且

图11C示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的原位制备样品和非原位制备样品的粘附性测试结果。

具体实施方式

在描述本公开内容的若干示例性实施方式前,应理解本公开内容不限于在以下描述中阐述的构建或工艺步骤的细节。本公开内容可以有其他实施方式并且可以各种方式实践或执行。

如本文中所用的“基板表面”是指上面执行膜处理的基板的任何部分或在基板上形成的材料表面的部分。举例来说,取决于应用,上面可以执行处理的基板表面包括:材料,诸如硅、氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石;和任何其他材料,诸如金属、金属氮化物、金属合金和其他导电材料。基板表面上的阻挡层、金属或金属氮化物包括钛、氮化钛、氮化钨、钽和氮化钽。基板表面也可以包括电介质材料,诸如二氧化硅和掺杂碳的氧化硅。基板可以具有各种尺寸,诸如200mm或300mm直径晶片,以及矩形或正方形方格。在一些实施方式中,基板包括刚性松散材料。

如本文中所用的“原子层沉积”或“循环沉积作用”是指连续暴露于两种或更多种反应化合物以在基板表面上沉积材料层。如本说明书和随附权利要求书中所用,术语“反应化合物”、“反应气体”、“反应组分(reactive species)”、“前驱物”、“工艺气体”等等可互换地使用以意指具有能在表面反应(例如,化学吸附、氧化、还原)中与基板表面或基板表面上的材料反应的组分的物质。连续地使基板或基板的部分暴露于被引入到处理腔室的反应区内的两种或更多种反应化合物。在时域ALD工艺中,通过时间延迟来分隔对各反应化合物的暴露以允许各化合物粘附于基板表面和/或在基板表面上反应。在空间ALD工艺中,同时地使基板表面的不同部分或基板表面上的材料暴露于两种或更多种反应化合物以使得基板上的任何给定点实质上不同时暴露于多于一种反应化合物。如本说明书和随附权利要求书中所用,如本领域技术人员所理解,在这方面中所用的术语“实质上”意指,基板的一小部分有可能由于扩散而同时地暴露于多种反应气体,并且同时暴露并非故意的。

在时域ALD工艺的一个方面中,将第一反应气体(即,第一前驱物或化合物A)脉冲到反应区内,继之以第一时间延迟。随后,将第二前驱物或化合物B脉冲到反应区内,继之以第二延迟。在每个时间延迟期间,将诸如氩气的净化气体引入到处理腔室内以净化反应区或以其他方式去除反应区的任何残留反应化合物或副产物。或者,可以使净化气体在整个沉积工艺期间连续不断地流动以使得在反应化合物脉冲之间的时间延迟期间只有净化气体流动。交替地脉冲反应化合物直到在基板表面上形成期望的膜或膜厚度。在任一情况下,脉冲化合物A、净化气体、化合物B和净化气体的ALD工艺是一个循环。循环可以从化合物A或化合物B二者之一开始,并且持续循环的相应次序直到取得具有期望厚度的膜。

在空间ALD工艺的一个方面中,同时地将第一反应气体和第二反应气体(例如,氢自由基)递送到反应区,但要用惰性气体帘幕和/或真空帘幕分隔。相对于气体递送装置移动基板以使得基板上的任何给定点暴露于第一反应气体和第二反应气体。

本公开内容的一个或多个实施方式是关于沉积保形非晶硅薄膜作为用于金属ALD的胶合层、氟扩散阻挡和/或成核层中的一个或多个的方法(例如,钨沉积)。尽管在许多实施方式中提及钨沉积,本领域技术人员将理解可以通过所公开的工艺沉积其他金属(例如,钼)。本公开内容不限于ALD钨沉积。

本公开内容的某些实施方式包括用于金属ALD工艺的工艺集成方案。举例来说,可通过原子层沉积将钨沉积在硅基板上。参考图1,堆叠10可以包括基板12(例如,SiO2),且具有胶合层14(例如,TiN)、成核层16(例如,WSix和WBx)和金属18(例如,钨)。在工艺方案的一个或多个实施方式中,用非晶硅层取代成核层。在一些实施方式中,用非晶硅层取代成核层并且TiN胶合层制造得更薄。在一个或多个实施方式中,用非晶硅层取代成核层和胶合层两者。

参考图2A和图2B,本公开内容的一个或多个实施方式是定向的处理方法300和膜堆叠200。在步骤310中,提供具有基板表面222的基板220。在步骤320中,使基板220暴露于硅前驱物以在基板表面222上形成非晶硅层240。

在一些实施方式中,可以通过最大化硅前驱物的分压同时最小化晶片温度来达成非晶硅(a-Si)形成。适当的硅前驱物包括但不限于聚硅烷(SixHy)。举例来说,聚硅烷包括乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、异丁硅烷、新戊硅烷(Si5H12)、环戊硅烷(Si5H10)、己硅烷(C6H14)、环己硅烷(Si6H12),或通常是SixHy,其中x=2或大于2,和其组合。举例来说,具有中等处理温度和高蒸气压的乙硅烷可以单独用作硅前驱物或与其他组分组合使用。

在一些实施方式中,硅前驱物实质上仅包括乙硅烷。如本说明书和随附权利要求书中所用,表述“实质上仅乙硅烷”意指至少95%的活性组分是乙硅烷。可以包括任何数量的诸如载气和惰性气体的其他气体。

非晶硅层240的厚度可以视例如基板表面和后续膜和工艺而变化。在一些实施方式中,非晶硅层240具有在约到约范围内的厚度。在一个或多个实施方式中,非晶硅层240具有在约到约50范围内、或在约到约范围内、或在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,非晶硅层240的厚度大于并且小于或等于约

在步骤330中,在非晶硅层240上形成金属层280。可以通过任何适当的技术形成金属层280,所述技术包括但不限于原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)和物理气相沉积(PVD)。

金属层280可以包括任何适当的金属。在一些实施方式中,金属层280包括钨或钼中的一种或多种。在一些实施方式中,金属层280基本上由钨组成。在一些实施方式中,金属层280基本上由钼组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指金属层280的指定成分的原子%大于或等于约80、85、90或95。举例来说,基本上由钨组成的金属层280具有大于或等于约例如90原子%的钨的组成。

在一些实施方式中,金属层280通过CVD沉积。金属前驱物和反应物可以同向流动(coflowed)到处理腔室内以在基板上沉积层。允许前驱物和反应物在气相中反应。

在一些实施方式中,金属层280通过ALD沉积。在一些实施方式中,通过连续地使非晶硅层240暴露于金属前驱物和反应物来沉积金属层280。

金属前驱物可以是可用于沉积金属膜的任何适当的前驱物。在一些实施方式中,金属前驱物包括选自钨、钼和其组合的金属。在一个或多个实施方式中,金属前驱物包括WF6和MoF6中的一种或多种。在一些实施方式中,金属前驱物是含氟前驱物。众所周知,氟会蚀刻硅表面。本公开内容的一些实施方式有利地允许使用氟前驱物,因为可以将非晶硅层240形成得足够厚以确保前驱物不会去除所有的a-Si膜。

反应物可以是能与在表面上形成的组分反应的任何适当的反应物。举例来说,如果WF6被用作前驱物,那么表面上会有-WFx组分。反应物能与-WFx组分反应以产生W膜。

图3示出本公开内容的另一实施方式的工艺流程,其中在形成非晶硅层240之后包括除气工艺325。在一些实施方式中,在形成金属层280之前,使非晶硅层240暴露于除气环境以去除被放气的组分。

沉积的非晶硅层240可以使例如氢的组分演变或将其放气。除气环境为气态组分提供演变的机会,这样最小化最终膜的起泡。除气环境可以包括任何允许或促进膜除气的条件。举例来说,除气环境可以基本上由惰性气体组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指不存在干扰沉积膜放气的气态组分。其他反应组分可以在不抑制膜除气同时仍然基本上由惰性气体组成的情况下存在。

适当的惰性气体包括但不限于氩气、氦气、氮气和/或其混合物中的一种或多种。

在一个或多个实施方式中,被放气的组分包括氢、SiH2、SiH3、SiH4和/或其他低阶硅烷。

可以独立控制处理腔室或处理腔室的区域中的压力用于前驱物暴露和除气环境。在一些实施方式中,暴露于各硅前驱物和除气环境在约10毫托到约100托范围内的压力下发生。在一些实施方式中,在大于或等于约500毫托,或大于或等于约1托,或大于或等于约5托,或大于或等于约10托,或大于或等于约20托,或大于或等于约30托的压力下使硅前驱物暴露于基板。

使基板表面暴露于前驱物或除气环境时的温度可以视例如将形成的装置和前驱物的热预算而变化在一些实施方式中,暴露于各前驱物和除气环境在约100℃到约700℃范围内的温度下发生。在一个或多个实施方式中,在约250℃到约600℃范围内,或在约400℃到约550℃范围内的温度下使卤化硅前驱物暴露于基板。

可以修改在暴露于除气环境前用硅前驱物形成的a-Si膜的厚度。在一些实施方式中,每次暴露于硅前驱物和除气环境生长厚度在约到约范围内的膜。

可以连续地重复地使前驱物和除气环境暴露于基板表面以形成具有预定厚度的膜。在一些实施方式中,非晶硅膜的总厚度在约到约1μm范围内。

在一些实施方式中,通过乙硅烷在小于约450℃的晶片温度下沉积a-Si,并且乙硅烷分压大于或等于约20托。在示例性实施方式中,在大于或等于约20托的压力下、在约400℃到约550℃范围内的温度下使基板暴露于硅前驱物。

参考图4A和图4B,本公开内容的一些实施方式进一步包括步骤360,其中在形成非晶硅层240前在基板上沉积胶合层260。与非晶硅层直接沉积在基板220上相比,胶合层260是可以使非晶硅在剥落可能性更小的情况下粘在上面的层。在一些实施方式中,胶合层包括TiN。在一个或多个实施方式中,基板220具有氧化硅表面并且胶合层包括TiN。

胶合层260的厚度可以视基板和将沉积的非晶硅的厚度而变化。在一些实施方式中,胶合层260具有在约到约范围内、或在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,胶合层260具有小于或等于约或小于或等于约或小于或等于约或小于或等于约的厚度。

参考图4B,本公开内容的一个或多个实施方式是关于堆叠200,其包括具有氧化物表面222的基板220。胶合层260在氧化物表面222上。一些实施方式的胶合层包括厚度在约到约范围内的TiN。非晶硅层240在胶合层260上并且具有在约到约范围内的厚度。金属层280在非晶硅层240上并且包括钨和钼中的一种或多种。

本公开内容的一个或多个实施方式是关于沉积保形、掺杂的非晶硅薄膜作为用于金属沉积的胶合层、氟扩散阻挡层和/或成核层中的一个或多个的方法(例如,ALD钨沉积)。尽管在许多实施方式中提及钨沉积,本领域技术人员将理解可以通过所公开的工艺沉积其他金属(例如,钼)。本公开内容不限于ALD钨沉积、ALD沉积或钨沉积。

本公开内容的实施方式包括用于金属ALD工艺的工艺集成方案。举例来说,可通过原子层沉积将钨沉积在硅基板上。参考图5,堆叠10可以包括基板12(例如,SiO2),且具有胶合层14(例如,TiN)、成核层16(例如,WSix和WBx)和金属18(例如,钨)。在工艺方案的一个或多个实施方式中,用掺杂非晶硅层取代成核层。在一些实施方式中,用掺杂非晶硅层取代成核层并且将TiN胶合层制造得更薄。在一个或多个实施方式中,用掺杂非晶硅层取代成核层和胶合层两者。

参考图6A和图6B,本公开内容的一个或多个实施方式是关于处理方法500和膜堆叠400。在步骤510中,提供具有基板表面422的基板420。在步骤520中,使基板420暴露于硅前驱物和掺杂剂以在基板表面422上形成掺杂非晶硅层440。

本公开内容的一些实施方式通过并入掺杂剂有利地提供降低成核层的沉积温度的方法。在一些实施方式中,通过在保形非晶硅层沉积期间添加掺杂剂来修改成核层的形态。在一些实施方式中,非晶硅的沉积温度可以从大于或等于约400℃减少到小于或等于约100℃或低于100℃。在一些实施方式中,与非掺杂的非晶硅膜相比较,由于掺杂硅膜的不同的膜特性/形态,可以通过改变掺杂剂浓度来有利地修改钨膜特性。

在一些实施方式中,可以通过最大化硅前驱物的分压同时最小化晶片温度来达成掺杂非晶硅(掺杂a-Si)形成。在一些实施方式中,使用CVD沉积工艺沉积掺杂非晶硅,其中同时地使硅前驱物和掺杂剂暴露于基板。

适当的硅前驱物包括但不限于聚硅烷(SizHa)和卤代硅烷(SizHaXb)。举例来说,聚硅烷包括硅烷、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、异丁硅烷、新戊硅烷(Si5H12)、环戊硅烷(Si5H10)、己硅烷(C6H14)、环己硅烷(Si6H12),或通常是SizHa,其中z=1或大于1,和其组合。举例来说,具有中等处理温度和高蒸气压的乙硅烷可以单独用作硅前驱物或与其他组分组合使用。

举例来说,卤代硅烷包括二卤代硅烷(SiH2X2)、三卤代硅烷(SiHX3)、四卤代硅烷(SiX4)或六卤代硅烷(Si2X6),或通常是SizHaXb,其中z=1或大于1,X是卤素,并且b=1或大于1,和其组合。在一些实施方式中,存在于卤代硅烷中的卤素独立地选自氟、氯、溴或碘。在一些实施方式中,卤素基本上由氯组成。

在一些实施方式中,硅前驱物实质上仅包括乙硅烷。在一些实施方式中,硅前驱物实质上仅包括二氯硅烷。如本说明书和随附权利要求书中所用,表述“实质上仅”意指至少95%的活性组分是所述的组分。可以包括任何数量的诸如载气和惰性气体的其他气体。

掺杂剂可以是适合用于掺杂沉积的非晶硅层的任何材料。在一些实施方式中,掺杂非晶硅层包括硼、磷、砷或锗中的一种或多种。在一些实施方式中,掺杂剂包括硼烷、乙硼烷、磷化氢、二磷烷、胂、联胂、锗烷或乙锗烷中的一种或多种。在一些实施方式中,掺杂剂实质上仅包括乙硼烷。在一些实施方式中,掺杂剂实质上仅包括二磷烷。在一些实施方式中,掺杂剂实质上仅包括联胂。在一些实施方式中,掺杂剂实质上仅包括乙锗烷。

掺杂非晶硅层440的厚度可以视例如基板表面和后续膜和工艺而变化。在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440的厚度大于或等于约在一个或多个实施方式中,掺杂非晶硅层440的厚度在约到约范围内,或在约到约范围内,或在约范围内,或在约到约 范围内。在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440具有在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440的厚度大于并且小于或等于约在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440具有足够形成连续层的最小厚度。如本文中所用,术语“连续”是指覆盖整个暴露表面而没有露出在沉积层下面的材料的缝隙或裸点的层。连续层可以具有表面积小于膜总表面积的约1%的缝隙或裸点。

在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440保形地在基板420上形成。如本文中所用,术语“保形的”或“保形地”是指粘附于并且均匀地覆盖暴露表面的且厚度相对于膜的平均厚度差异小于1%的层。举例来说,厚度为的膜厚度差异应小于这一厚度差异包括凹槽的边缘、角、侧面和底部。举例来说,在本公开内容的各种实施方式中沉积的保形层应在复杂表面上提供厚度基本上均匀的沉积区域上的覆盖。

在步骤530中,在掺杂非晶硅层440上形成金属层480。可以通过任何适当的技术形成金属层480,包括但不限于原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)和物理气相沉积(PVD)。

金属层480可以包括任何适当的金属。在一些实施方式中,金属层480包括钨或钼中的一种或多种。在一些实施方式中,金属层480基本上由钨组成。在一些实施方式中,金属层480基本上由钼组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指金属层480的指定成分的原子%大于或等于约80、85、90或95。举例来说,基本上由钨组成的金属层480具有大于或等于约例如90原子%的钨的组成。

在一些实施方式中,金属层480通过CVD沉积。金属前驱物和反应物可以同向流动到处理腔室内以在基板上沉积层。允许前驱物和反应物在气相中反应。

在一些实施方式中,金属层480通过ALD沉积。在一些实施方式中,通过连续地使掺杂非晶硅层440暴露于金属前驱物和反应物来沉积金属层480。

金属前驱物可以是可用于沉积金属膜的任何适当的前驱物。在一些实施方式中,金属前驱物包括选自钨、钼和其组合的金属。在一个或多个实施方式中,金属前驱物包括WF6和MoF6中的一种或多种。在一些实施方式中,金属前驱物是含氟前驱物。众所周知,氟会蚀刻硅表面。本公开内容的一些实施方式有利地允许使用氟前驱物,因为可以将掺杂非晶硅层240形成得足够厚以确保前驱物不会去除所有的掺杂非晶硅膜。

反应物可以是能与在表面上形成的组分反应的任何适当的反应物。举例来说,在ALD工艺中,如果WF6被用作前驱物,那么表面上会有-WFx组分。反应物能与-WFx组分反应以产生钨膜。

图7示出本公开内容的另一实施方式的工艺流程,其中在形成掺杂非晶硅层440之后包括除气工艺125。在一些实施方式中,在形成金属层480之前,使掺杂非晶硅层440暴露于除气环境以去除被放气的组分。

沉积的掺杂非晶硅层440可以使例如氢的组分演变或将其放气。除气环境为气态组分提供演变的机会,这样最小化最终膜的起泡。除气环境可以包括任何允许或促进膜除气的条件。举例来说,除气环境可以基本上由惰性气体组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指不存在干扰沉积膜放气的气态组分。其他反应组分可以在不抑制膜除气同时仍然基本上由惰性气体组成的情况下存在。

适当的惰性气体包括但不限于氩气、氦气、氮气和/或其混合物中的一种或多种。

在一个或多个实施方式中,被放气的组分包括氢、SiH2、SiH3、SiH4和/或其他低阶硅烷。

可以独立控制处理腔室或处理腔室的区域中的压力用于前驱物暴露和除气环境。在一些实施方式中,暴露于各硅前驱物、掺杂剂和除气环境在约100毫托到约600托范围内的压力下发生。在一些实施方式中,在大于或等于约500毫托,或大于或等于约1托,或大于或等于约5托,或大于或等于约10托,或大于或等于约20托,或大于或等于约30托的压力下使硅前驱物和/或掺杂剂暴露于基板。

使基板表面暴露于硅前驱物、掺杂剂和/或除气环境时的温度可以视例如将形成的装置和硅前驱物和/或掺杂剂的热预算而变化。在一些实施方式中,暴露于硅前驱物、掺杂剂和/或除气环境中的各项在约25℃到约700℃范围内的温度下发生。在一个或多个实施方式中,掺杂非晶硅层440在约25℃到约700℃范围内,或约50℃到约600℃范围内,或约100℃到约550℃范围内的温度下形成。在一些实施方式中,掺杂非晶硅层440在大于或等于约25℃并且小于或等于约550℃、小于或等于约400℃、小于或等于约250℃、小于或等于约200℃,或小于或等于约100℃的温度下形成。

可以修改在暴露于除气环境前随着硅前驱物和掺杂剂一同形成的掺杂非晶硅层440的厚度。在一些实施方式中,每次暴露于硅前驱物、掺杂剂和除气环境生长厚度在约到约或约到约或约到约 范围内的膜。

可以连续地重复地使前驱物、掺杂剂和除气环境暴露于基板表面以形成具有预定厚度的膜。在一些实施方式中,非晶硅膜的总厚度在约到约1μm范围内。

参考图8A和图8B,本公开内容的一些实施方式进一步包括步骤560,其中在形成掺杂非晶硅层440前在基板上沉积胶合层460。与掺杂非晶硅层直接沉积在基板420上相比,胶合层460是可以使掺杂非晶硅在剥落可能性更小的情况下粘在上面的层。在一些实施方式中,胶合层包括TiN。在一个或多个实施方式中,基板420具有氧化硅表面并且胶合层包括TiN。

胶合层460的厚度可以视基板和将沉积的掺杂非晶硅的厚度而变化。在一些实施方式中,胶合层460具有在约到约范围内、或在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,胶合层460具有小于或等于约或小于或等于约或小于或等于约或小于或等于约的厚度。

参考图8B,本公开内容的一个或多个实施方式是关于堆叠400,所述堆叠包括具有氧化物表面422的基板420。胶合层460在氧化物表面422上。一些实施方式的胶合层包括厚度在约到约范围内的TiN。掺杂非晶硅层440在胶合层460上,并且具有在约到约范围内的厚度。金属层480在掺杂非晶硅层440上并且包括钨和钼中的一种或多种。

本公开内容的一个或多个实施方式是关于在不使用阻挡层的情况下在薄膜上沉积包括硼或硅中的一种或多种的金属层作为胶合层、氟扩散阻挡层和/或成核层中的一个或多个的方法。尽管在许多实施方式中提及钨金属的沉积,本领域技术人员将理解可以通过所公开的工艺沉积其他金属(例如,钼)。另外,本公开内容不限于通过ALD沉积或钨沉积的金属沉积。

本公开内容的一些实施方式有利地提供在基板表面上沉积金属层的方法,所述方法实质上不具有阻挡层。相对不存在阻挡层允许形成与含有阻挡层的类似结构相比电阻率相对更低的金属线或结构。在不被理论约束的情况下,认为不存在阻挡层允许在相同的体积中更大体积的金属沉积,并且从而金属体的电阻率更低。在一些实施方式中,金属层被沉积为金属堆叠的一部分。在一些实施方式中,在不具有阻挡层的情况下在基板表面上直接形成成核层。在一些实施方式中,成核层包括硅或硼中的一种或多种。

技术人员将认识到,含氟化合物会蚀刻某些表面(例如,硅表面)。本公开内容的一些实施方式有利地允许在不具有阻挡层的情况下使用含氟金属前驱物。在不被理论约束的情况下,认为可以将成核层830形成到足够的厚度以确保金属前驱物不会去除整个成核层并且蚀刻或以其他方式损伤基板表面。

在一些实施方式中,暴露于成核层的金属前驱物实质上不包括氟。在不被理论约束的情况下,认为通过使用无氟金属前驱物,可以最小化或消除对基板表面的氟攻击作用。

参考图9A和图9B,本公开内容的一个或多个实施方式是关于用于形成膜堆叠800的处理方法700。在710,使具有基板表面822的基板820暴露于成核前驱物以形成成核层830。在一些实施方式中,通过成核前驱物的热分解形成成核层830。

在一些实施方式中,基板820包括电介质。在一些实施方式中,基板820包括二氧化硅或氧化铝中的一种或多种。在一些实施方式中,基板820基本上由氧化硅或氧化铝组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指在原子基础上,基板包括大于95%、98%、99%或99.5%的所述材料。技术人员将认识到,术语“氧化硅”和“氧化铝”不表达任何特定的原子比。这些材料可以是化学计量的或不是化学计量的。

在一些实施方式中,基板表面822实质上不具有阻挡层。如在这点上所用,“实质上不具有阻挡层”意指小于5%、2%、1%或0.5%的基板表面包括阻挡层。在一些实施方式中,基板表面822实质上不具有包括TiN、TaN、SiN、TiSiN或SiCN中的一种或多种的阻挡层。

在一些实施方式中,成核前驱物包括硼前驱物并且成核层是硼层。在一些实施方式中,成核前驱物基本上由硼前驱物组成。在一些实施方式中,硼层是非晶硼层。

适当的硼前驱物包括但不限于硼烷、烷基硼烷和卤硼烷。在一些实施方式中,硼前驱物包括通式为BcHdXeRf的一种或多种组分,其中每个X是独立地选自F、Cl、Br和I的卤素,各R是独立选择的C1-C4烷基,c是大于或等于2的任何整数,d、e和f中的每一个都小于或等于c+2,并且d+e+f等于c+2。

在一些实施方式中,成核前驱物包括硅前驱物并且成核层是硅层。在一些实施方式中,成核前驱物基本上由硅前驱物组成。在一些实施方式中,硅层是非晶硅层。

适当的硅前驱物包括但不限于聚硅烷和卤代硅烷。在一些实施方式中,硅前驱物包括通式为SigHhXi的一种或多种组分,其中每个X是独立地选自F、Cl、Br和I的卤素,g是大于或等于1的任何整数,h和i都小于或等于2g+2,并且h+i等于2g+2。

在一些实施方式中,成核前驱物包括硅前驱物和硼前驱物并且成核层包括硅和硼。在一些实施方式中,成核层是非晶的。在一些实施方式中,非晶层包含不超过5原子百分比的硅。在一些实施方式中,非晶层包含不超过5原子百分比的硼。

成核层830的厚度可以视例如基板表面822和后续膜和工艺而变化。在一些实施方式中,成核层830具有大于或等于约的厚度。在一个或多个实施方式中,成核层830具有在约到约范围内、或在约到约 范围内、或在约到约范围内、或在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,成核层830具有在约到约范围内的厚度。在一些实施方式中,成核层830的厚度大于并且小于或等于约

在一些实施方式中,成核层830具有足够形成连续层的最小厚度。如本文中所用,术语“连续”是指覆盖整个暴露表面而没有露出在沉积层下面的材料的缝隙或裸点的层。连续层可以具有表面积小于膜总表面积的约1%的缝隙或裸点。

在一些实施方式中,成核层830保形地在基板表面822上形成。如本文中所用,术语“保形的”或“保形地”是指粘附于并且均匀地覆盖暴露表面的且厚度相对于膜的平均厚度差异小于1%的层。举例来说,厚度为的膜厚度差异应小于这一厚度差异包括凹槽的边缘、角、侧面和底部。举例来说,在本公开内容的各种实施方式中沉积的保形层应提供在复杂表面上的厚度基本上均匀的沉积区域上的覆盖。

在720,使成核层830暴露于第一金属前驱物以形成第一金属层840。第一金属前驱物包括第一金属。在一些实施方式中,通过将成核层转换成第一金属层来执行第一金属层的形成。在一些实施方式中,转换工艺包括用第一金属原子取代成核层的原子。在一些实施方式中,与第一金属前驱物一同添加H2作为共反应物。

第一金属可以是任何适当的金属。在一些实施方式中,第一金属包括钨或钼。在一些实施方式中,第一金属前驱物包括选自卤化物、羰基或环戊二烯的一种或多种配位体。在一些实施方式中,第一金属前驱物包括以下一种或多种或基本上由以下一种或多种组成:WF6、WCl6、WCl5、W(CO)5、MoF6、MoCl5或Mo(CO)6。在一些实施方式中,第一金属前驱物基本上由W(CO)5组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指第一金属前驱物包括大于95%、98%、99%或99.5%的所述组分。

在一些实施方式中,第一金属前驱物实质上不包括氟。如在这点上所用,“实质上不包括氟”意指在原子基础上,第一金属前驱物包括小于2%、1%、0.5%或0.1%的氟原子。

在730,通过使基板820暴露于第二金属前驱物在第一金属层840上形成第二金属层850。第二金属前驱物包括第二金属。第二金属可以是任何适当的金属。在一些实施方式中,第二金属包括钨或钼。在一些实施方式中,第二金属层850基本上由钨组成。在一些实施方式中,第二金属层850基本上由钼组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指在原子基础上,第二金属层850包括大于95%、98%、99%或99.5%的指定元素。在一些实施方式中,第一金属前驱物和第二金属前驱物包括相同的金属。在一些实施方式中,第一金属前驱物和第二金属前驱物包括不同的金属。

在一些实施方式中,第二金属前驱物包括选自卤化物、羰基或环戊二烯的一种或多种配位体。在一些实施方式中,第二金属前驱物包括以下一种或多种或基本上由以下一种或多种组成:WF6、WCl6、WCl5、W(CO)5、MoF6、MoCl5或Mo(CO)6。在一些实施方式中,第二金属前驱物基本上由W(CO)5组成。如在这点上所用,“基本上由……组成”意指第一金属前驱物包括大于95%、98%、99%或99.5%的所述组分。

可以通过任何适当的技术形成第二金属层850,包括但不限于原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)和物理气相沉积(PVD)。

在一些实施方式中,第二金属层850通过CVD形成。第二金属前驱物和反应物可以同向流动到处理腔室内以在基板820上沉积第二金属层850。允许第二金属前驱物和反应物在气相中反应。

在一些实施方式中,第二金属层850通过ALD沉积。在一些实施方式中,通过使基板表面单独暴露于第二钨前驱物和反应物形成第二金属层。

反应物可以是能与在表面上形成的组分反应的任何适当的反应物。举例来说,在ALD工艺中,如果WF6被用作前驱物,那么表面上会有-WFx组分。反应物能与-WFx组分反应以产生钨膜。在一些实施方式中,反应物包括氢气(H2)或氮气(N2)。

在一些实施方式中,可以在处理期间向处理腔室添加惰性气体。在一些实施方式中,在第一金属膜840形成期间添加惰性气体。在一些实施方式中,在第二金属膜850形成期间添加惰性气体。惰性气体可以与第一或第二金属前驱物一同流入或可以单独流入处理腔室内。在一些实施方式中,惰性气体包括氩气、氦气或氮气(N2)中的一种或多种。

使基板表面暴露于成核前驱物、第一金属前驱物和/或第二金属前驱物时的温度可以视例如将形成的装置和选定的前驱物的热预算而变化。在一些实施方式中,暴露于各前驱物在约25℃到约700℃范围内的温度下发生。在一个或多个实施方式中,在约25℃到约700℃范围内、或在约50℃到约600℃范围内,或在约100℃到约550℃范围内的温度下暴露基板。在一些实施方式中,在大于或等于约25℃并且小于或等于约550℃、小于或等于约400℃、小于或等于约250℃、小于或等于约200℃、或小于或等于约100℃的温度下暴露基板。在一些实施方式中,成核层830和第一金属膜840在约300℃到约550℃范围内的温度下形成,而第二金属膜在约200℃到约550℃范围内的温度下形成。

使基板表面暴露于成核前驱物、第一金属前驱物和/或第二金属前驱物时的压力可以视例如选定的前驱物和其他工艺条件而变化。在一些实施方式中,暴露于各前驱物在约0.01托到约100托范围内的压力下发生。在一个或多个实施方式中,在约0.01托到约100托范围内、或在约0.1托到约80托范围内,或在约1托到约60托范围内的压力下暴露基板。在一些实施方式中,在大于或等于约1托并且小于或等于约100托、小于或等于约80托、小于或等于约60托、小于或等于约40托或小于或等于约25托的压力下暴露基板。在一些实施方式中,在约4托到约100托范围内的压力下暴露基板。

本公开内容的一个或多个实施方式是关于沉积具有较低氢含量的高质量a-Si层的方法。在一些实施方式中,在相对高的压力和相对高的温度下沉积a-Si层。在一些实施方式中,沉积在大于或等于约200托、大于或等于约225托、大于或等于约250托、大于或等于约275托、大于或等于约300托、大于或等于约325托或大于或等于约350托的压力下发生。在一些实施方式中,将基板表面维持在大于或等于约450℃、大于或等于约475℃、大于或等于约500℃、大于或等于约525℃或大于或等于约550℃的温度下。

根据膜的氢含量确定非晶硅膜的质量,如通过卢瑟福背散射谱法(RutherfordBackscattering Spectrometry;RBS)测量。在一些实施方式中,a-Si层的氢含量小于或等于6原子百分比、小于或等于5原子百分比、小于或等于4原子百分比、小于或等于3原子百分比、小于或等于2原子百分比、小于或等于1原子百分比,或小于或等于0.5原子百分比。

根据一些实施方式,在低温下将成核层(即,高质量非晶硅膜)转换成金属(例如,钨)膜以提供具有更小氟渗透(即,氟含量)的膜,以减少膜剥落并且降低膜电阻率。在一些实施方式中,在小于或等于约450℃、小于或等于约425℃、小于或等于约400℃、小于或等于约375℃、或小于或等于约350℃的温度下使成核层暴露于第一金属前驱物。在一些实施方式中,在大于或等于约250℃、大于或等于约275℃、大于或等于约300℃、大于或等于约325℃、或大于或等于约350℃的温度下使成核层暴露于第一金属前驱物。在一些实施方式中,在约250℃到约450℃范围内、或在约275℃到约425℃范围内、或在约300℃到约400℃范围内的温度下使成核层暴露于第一金属前驱物。

在不被理论约束的情况下,认为一些实施方式的相对低的氟渗透为最终的第一金属膜提供更好的膜粘附性(例如,更少的膜剥落)和更低的电阻率。在一些实施方式中,最终的第一金属膜的氟浓度小于或等于约1x1021原子/cm3,小于或等于约7.5x1020原子/cm3,或小于或等于约5x1020原子/cm3,或小于或等于约2.5x1020原子/cm3,或小于或等于约1x1020原子/cm3。在一些实施方式中,厚度为约20nm的最终的第一金属膜的电阻率是小于或等于约20μΩ·cm,小于或等于约19μΩ·cm,小于或等于约18μΩ·cm,小于或等于约17μΩ·cm,小于或等于约16μΩ·cm,或小于或等于约15μΩ·cm。

本公开内容的一个或多个实施方式是关于通过原子层沉积来沉积低氟钨块体膜的方法,并且如通过X射线衍射(XRD)量测,所述低氟钨块体膜具有相对大的钨晶粒度(grain size)。在一些实施方式中,通过原子层沉积来执行低氟块体钨的沉积,同时将基板维持在大于或等于约450℃、大于或等于约475℃、大于或等于约500℃、或大于或等于约525℃的温度下。

发明人已经发现低氟块体钨膜的晶粒度与膜沉积时的温度成正比。举例来说,更高的沉积温度将形成晶粒度更高的膜。在不被理论约束的情况下,认为较小的钨颗粒导致电子散射。在一些实施方式中,低氟块体钨的平均晶粒度大于或等于约大于或等于约大于或等于约大于或等于约大于或等于约大于或等于约或大于或等于约或大于或等于约在低温(即,300℃到400℃)下形成的低氟块体钨膜的晶粒度小于

发明人已经发现,执行低氟块体钨的沉积时的温度在500℃以下每下降10℃,低氟块体钨膜的电阻率增加大于或等于约0.5μΩ·cm,大于或等于约0.75μΩ·cm,或大于或等于约1.0μΩ·cm。举例来说,如果在500℃下沉积的低氟块体钨膜具有15μΩ·cm的电阻率,那么在480℃下沉积的类似的膜可能具有大于或等于17μΩ·cm的电阻率。

根据一个或多个实施方式,基板在根据本公开内容的处理之前和/或在其之后经受处理,这一处理可以在相同的腔室中或在一个或多个分隔的处理腔室中执行。在一些实施方式中,将基板从第一腔室移动到分隔的第二腔室用于进一步处理。可以将基板直接从第一腔室移动到分隔的处理腔室,或可以将它从第一腔室移动到一个或多个传送腔室并且随后移动到分隔的处理腔室。因此,处理装置可以包括多个与传送站连通的腔室。这一种装置可以称为“群工具”或“群集系统”或类似装置。

通常,群工具是包括执行各种功能的多个腔室的模块化系统,所述功能包括基板中心查找和定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式,群工具至少包括第一腔室和中心传送腔室。中心传送腔室可以容纳机器人,其可以在处理腔室和负载锁止腔室之间或在其中穿梭运送基板。典型地将传送腔室维持在真空条件下并且提供中间阶段用于从一个腔室到另一腔室和/或到位于群工具前端处的负载锁定腔室穿梭运送基板。可适用于本公开内容的两款知名群工具是两者都可以从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,Calif)获得。然而,可以出于执行本文中所述的工艺的特定步骤的目的而改变腔室的具体布置和组合。其他可以使用的处理腔室包括但不限于循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、诸如RTP的热处理、等离子体氮化、除气、定向、羟基化作用和其他基板工艺。通过在群工具上的腔室中执行工艺,可以在沉积后续膜之前在不产生氧化的情况下避免基板的大气杂质表面污染。

根据一个或多个实施方式,基板持续处于真空或“负载锁定”条件下,并且在从一个腔室移动到下一个腔室时不暴露于环境空气。传送腔室因此处于真空下并且在真空压力下“抽真空”。惰性气体可能存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中,惰性气体被用作净化气体以去除一些或所有的反应物。根据一个或多个实施方式,在沉积腔室的出口处注入净化气体以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或额外处理腔室。因此,惰性气体流在腔室出口处形成帘幕。

可以在单个基板沉积腔室里处理基板,其中在处理另一基板之前负载、处理和卸载单个基板。还可以以连续的方式处理基板,类似于传送带系统,其中将多个基板个别地载入腔室的第一部分,移动通过腔室并且从腔室的第二部分卸载。腔室和关联的传送带系统的形状可以形成直线路径或曲线路径。另外,处理腔室可以是圆盘传送带,其中围绕中心轴移动多个基板并且使基板在圆盘传送带路径期间暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等等工艺。

在处理期间,可以加热或冷却基板。这样的加热或冷却可以通过任何适当的手段来实现,包括但不限于改变基板支撑件的温度和使被加热或冷却的气体流动到基板表面。在一些实施方式中,基板支撑件包括可以对其加以控制以导电地改变基板温度的加热器/冷却器。在一个或多个实施方式中,加热或冷却所用的气体(反应气体或者惰性气体)以局部地改变基板温度。在一些实施方式中,将加热器/冷却器安置在与基板表面相邻的腔室内部以可连通地改变基板温度。

在处理期间,基板还可以是静止的或旋转的。可以使旋转的基板连续地或在不连续的步骤中旋转。举例来说,可以在整个工艺期间使基板旋转,或可以在暴露于不同的反应或净化气体之间使基板少量旋转。在处理期间使基板旋转(连续地或者分步骤)可以通过最小化例如气流几何形态的局部变化性的作用来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。

发明人已经惊人地发现,相对于通过涉及空气隔断的方法生产的膜,所公开的在工艺步骤之间没有空气隔断的方法的性能提供具有改进性质的金属膜。在一些实施方式中,改进性质选自电阻率、粗糙度、粘附性、应力、厚度均匀性和粗糙度均匀性中的一项或多项。

出于本公开内容的目的,“原位”工艺在没有干预性的空气隔断的情况下执行。换句话说,在处理方法期间,将基板维持在负载锁定条件下并且不暴露于环境空气。

类似地,在处理期间,“非原位”工艺在有干预性的空气隔断或暴露于环境大气的情况下执行。在一些实施方式中,非原位工艺被工艺步骤之间的空气隔断打断。举例来说,非原位工艺可以在710处形成非晶成核层之后但在720处暴露于第一金属前驱物之前使基板暴露于环境大气。

一些实施方式的原位工艺可以在群工具或类似的多阶段或多基板处理工具上执行。可适用于本公开内容的示例性群工具包括但不限于 和OlympiaTM,都可以从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司获得。

参考图10,本公开内容的额外实施方式是关于用于执行本文中所述的原位工艺的处理系统900。图10描绘根据本公开内容的一个或多个实施方式的可以用于处理基板的系统900。系统900可以称为群工具。系统900包括里面有机器人912的中心传送站910。机器人912被描绘为单刀刃机器人;然而,本领域技术人员将认识到,其他机器人912构造也在本公开内容的范围内。机器人912被构造成在与中心传送站910连接的腔室之间移动一个或多个基板。

至少一个预清洁/缓冲腔室920与中心传送站910连接。预清洁/缓冲腔室920可以包括加热器、自由基源或等离子体源中的一个或多个。预清洁/缓冲腔室920可以被用作用于个别半导体基板的或用于处理的晶片盒的等候区。预清洁/缓冲腔室920可以执行预清洁工艺或可以预加热用于处理的基板或可以只是用于工艺顺序的集结区。在一些实施方式中,存在两个与中心传送站910连接的预清洁/缓冲腔室920。

在图10中所示的实施方式中,预清洁腔室920可以充当工厂界面905与中心传送站910之间的传递通过腔室。工厂界面905可以包括一个或多个机器人906以将基板从盒移动到预清洁/缓冲腔室920。机器人912可以随后将基板从预清洁/缓冲腔室920移动到系统900内的其他腔室。

可以将第一处理腔室930与中心传送站910连接。第一处理腔室930可以被构造为成核层沉积腔室,并且可以与一个或多个反应气体源流体连通以向第一处理腔室930提供一个或多个反应气体流。基板可以由通过隔离阀914的机器人912移入和移出处理腔室930。

还可以将处理腔室940与中心传送站910连接。在一些实施方式中,处理腔室940包括第一金属转换腔室并且与一个或多个反应气体源流体连通以向处理腔室940提供反应气体流以执行第一金属转换工艺。基板可以由通过隔离阀914的机器人912移入和移出处理腔室940。

还可以将处理腔室945与中心传送站910连接。在一些实施方式中,处理腔室945是被构造成执行与处理腔室940同样的工艺的同一类型的处理腔室940。在处理腔室940中发生的工艺费时比处理腔室930中的工艺长很多的情况下,这一布置可能有用。

在一些实施方式中,处理腔室960与中心传送站910连接并且被构造成充当第二金属层沉积腔室。处理腔室960可以被构造成执行一个或多个不同的CVD或ALD工艺。

在一些实施方式中,处理腔室930、处理腔室940、处理腔室945和处理腔室960中的每一个都被构造成执行所公开的处理方法的不同的部分。举例来说,处理腔室930可以被构造成执行成核层形成工艺,处理腔室940可以被构造成执行第一金属转换工艺,处理腔室945可以被构造成计量站或执行第一金属转换工艺,并且处理腔室960可以被构造成执行第二金属沉积工艺。本领域技术人员将认识到,工具上的个别处理腔室的数量和布置可以变化,并且图10中描绘的实施方式仅代表一种可能的构造。

在一些实施方式中,处理系统900包括一个或多个计量站。举例来说,计量站可以位于预清洁/缓冲腔室920内部,中心传送站910内部或任一个别的处理腔室内部。计量站可以是系统900内部的允许测量凹槽的距离而不使基板暴露于氧化环境的任何位置。

至少一个控制器950与中心传送站910、预清洁/缓冲腔室920、处理腔室930、处理腔室940、处理腔室945或处理腔室960中的一个或多个耦接。在一些实施方式中,不止一个控制器950与个别腔室或站连接并且一级控制处理器与单独的处理器中的每一个耦接以控制系统900。控制器950可以是可以在工业设定中用于控制各种腔室和子处理器的通用计算机处理器、微控制器、微处理器等等的任何形式中的一种。

至少一个控制器950可以具有处理器952、与处理器952耦接的存储器954、与处理器952耦接的输入/输出装置956,和在不同的电子部件之间连通的支持电路958。存储器954可以包括暂态存储器(例如,随机存取存储器)和非暂态存储器(例如,储存器)中的一个或多个。

存储器954或处理器的电脑可读媒体可以是可容易地获得的存储器,诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的本地或远程数字储存器中的一个或多个。存储器954可以保留指令组,其可由处理器952操作以控制系统900的参数和部件。支持电路958与处理器952耦接用于以传统的方式支持处理器。电路可以包括例如高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等等。

工艺通常可以以软件例行程序的形式储存在存储器中,所述软件例行程序在被处理器执行时导致处理腔室执行本公开内容的工艺。也可以通过距由处理器控制的硬件远程定位的第二处理器(未示出)来储存和/或执行软件例行程序。也可以在硬件中执行本公开内容的一些或所有方法。同样地,工艺可以在软件中实施并且使用硬件中的计算机系统执行,例如以专用集成电路或其他类型的硬件实施,或软件与硬件的组合的形式。当被处理器执行时,软件例行程序将通用目的计算机转化成控制腔室操作的专用目的计算机(控制器)以使得工艺被执行。

在一些实施方式中,控制器950具有一个或多个配置以执行个别工艺或子工艺以执行方法。控制器950可以与中间部件连接并且被配置成操作所述中间部件以执行方法的功能。举例来说,控制器950可以与以下一个或多个连接和被配置成控制以下一个或多个:气阀、致动器、电机、狭缝阀、真空控制等等。

一些实施方式的控制器950具有选自以下的一个或多个配置:在多个处理腔室和计量站之间移动机器人上的基板的配置;从系统加载和/或卸载基板的配置;形成成核层的配置;将成核层转换成第一金属层的配置;和/或沉积第二金属层的配置。

实例

针对以下各实例,通过在非晶钨层上沉积钨层来制备样品。通过转换非晶硅层来形成非晶钨层。

通过使基板表面暴露于包括乙硅烷的成核前驱物来在基板的表面上形成包括非晶硅(a-Si)的成核层。成核层的厚度在约到约范围内。在暴露于成核前驱物之前,基板表面实质上不具有阻挡层。以在约0.1托到约0.5托范围内的分压使成核层暴露于WF6以将成核层转换为包括非晶钨(a-W)的第一金属层。通过原子层沉积使用WF6和H2在第一金属层上形成第二金属层。

实例1

如上文所指明制备样品。在没有空气隔断的情况下“原位”处理一些样品。在形成成核层之后但在形成第一金属层之前在有空气隔断的情况下“非原位”处理其他样品。

非原位制备的样品示出在下的对第二金属层的约30μΩ·cm的电阻率。非原位制备的样品示出在下的对第二金属层的约17μΩ·cm的电阻率。

对样品进行拍照。图11A中示出原位样品的图像,同时图11B中示出非原位样品的图像。这些图像中的较暗的层是第一金属层。图像示出,与非原位处理的样品相比,原位处理的样品的第一金属层具有更好的膜连续性。

还对这些样品执行了膜粘附性测试。使一块胶带与样品接触并且将其去除。传递结果示出在胶带被去除时,没有膜被胶带从样品去除。图11C中示出从粘附性测试产生的胶带的图像。如图像中所示,与非原位处理的样品相比,原位处理的样品展示更好的粘附性(较少的膜被胶带去除)。

实例2

还在CVD OX和1K OX基板上制备了样品。通过使硅基板暴露于CVD工艺以沉积氧化硅层来制备CVD OX基板。在氧化硅上沉积氧化铝层并且在进一步处理前将基板尖峰退火。

通过在熔炉里热氧化硅基板以形成厚度约为的氧化硅层来制备1K OX基板。在氧化硅层上沉积氧化铝层。在进一步处理前不将基板退火。

进一步处理基板以制备上文所指明的样品。在没有空气隔断的情况下“原位”处理一些样品。在形成第一金属层之后但在形成第二金属层之前在有空气隔断的情况下“非原位”处理其他样品。

评估样品的第二金属层的在下的电阻率、应力、电阻非均匀性和厚度非均匀性。结果在表1中呈现。

表1

这些测量结果表明,与非原位处理相比,在原位处理时厚度类似的膜具有更低的电阻率。此外,原位处理的样品示出更大的抗压应力。此外,原位处理的样品还示出在整个基板表面上的更均匀的薄层电阻和厚度的第二金属层。

本说明书通篇所提及的“一个实施方式”、“某些实施方式”、“一个或多个实施方式”或“实施方式”意指结合实施方式描述的特定特征结构、结构、材料或特征被归入本公开内容的至少一个实施方式中。因此,在本说明书通篇中各种位置出现的诸如“在一个或多个实施方式中”、“在某些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的表述并非一定指本公开内容的相同的实施方式。此外,在一个或多个实施方式中,特定的特征结构、结构、材料或特征可以以任何适当的方式组合。

尽管已经参考特定实施方式来描述本文中的公开内容,应理解,这些实施方式仅是对本公开内容的原则和应用的说明。本领域技术人员将显而易见,在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下,可以对本公开内容的方法和装置做出各种修改和变型。因此,本公开内容意欲包括在随附权利要求书及其等效形式的范围内的修改和变型。

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