本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及用于增強鎢沉積填充的鎢的原子層蝕刻。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體制造工藝通常涉及金屬(如鎢)沉積到特征(例如通孔或溝槽)內(nèi)以形成觸點或互連件。然而，隨著器件的縮小，特征變得更小且更難以填充，特別是在高級的邏輯和存儲器的應(yīng)用中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了填充在襯底上的特征的方法。一個方面涉及一種通過以下步驟填充襯底上的特征的方法：(a)在特征內(nèi)沉積第一數(shù)量的金屬；以及(b)相對于所述特征的內(nèi)部區(qū)域，通過以下操作定向地蝕刻在所述特征的開口處或附近的所述金屬：(i)通過將所述金屬暴露于含鹵素的氣體使所沉積的所述金屬的表面改性；以及(ii)使經(jīng)改性的所述表面暴露于活化氣體以選擇性地蝕刻所述金屬。該方法還可以包括重復(fù)(a)和(b)。

在多種實施方式中，所述金屬包含鈦、鉭、鎳、鈷、或鉬中的一種。在一些實施方式中，所述金屬包含鎢。

在一些實施方式中，所述含鹵素的氣體可以選自由氯、溴、碘、六氟化硫、四氟化硅、三氯化硼以及它們的組合組成的組。在一些實施方式中，所述活化氣體是惰性氣體，例如氖、氪、氬或者它們的組合。

所述方法還可以包括在(i)和(ii)中的至少一種期間施加偏置。所述偏置功率可以小于閾值偏置功率。所述偏置功率可以小于約80Vb。

在多種實施方式中，(b)包括自限反應(yīng)。在一些實施方式中，所述襯底包含具有不同尺寸的開口的特征。所述特征可以具有至少3:1的深寬比。在一些實施方式中，所述開口的寬度小于20nm。

在一些實施方式中，(a)和(b)在不破壞真空的情況下進行。在一些實施方式中，(a)和(b)在同一室中進行。在一些實施方式中，(a)和(b)在同一工具的不同室中進行。

所述方法還可以包括在(i)和(ii)中的至少一種期間點燃等離子體。所述等離子體功率可以介于約0W和約1000W之間。

另一方面可以涉及一種方法，該方法包括：(a)用鎢部分地填充特征；(b)通過將襯底暴露于交替的含鹵素氣體的脈沖和活化氣體的脈沖定向地蝕刻在所述特征的開口處或附近的鎢；以及(c)用鎢填充特征。

在一些實施方式中，在(b)期間施加偏置。在一些實施方式中，在(b)期間以閾值偏置功率施加偏置。

在多種實施方式中，(a)和(b)在不破壞真空的情況下進行。在一些實施方式中，(a)和(b)在同一室中進行。所述方法還可以包括重復(fù)(a)和(b)。填充所述特征可以包括重復(fù)(a)和(b)。

所述鎢可以通過CVD沉積。在一些實施方式中，所述鎢通過ALD沉積。所述鎢可以通過將所述襯底暴露于交替的含鎢前體的脈沖和還原劑的脈沖沉積。所述鎢可以使用含氯的鎢前體沉積。在一些實施方式中，所述鎢是無氟鎢。

另一個方面涉及一種用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括：處理室，其包括噴頭和襯底支撐件，等離子體產(chǎn)生器，以及具有至少一個處理器和存儲器的控制器，其中，所述至少一個處理器和所述存儲器彼此通信地連接，所述至少一個處理器至少操作性地與流量控制硬件連接，并且所述存儲器存儲用于下述操作的機器可讀指令：(i)將含鎢前體與還原劑引入所述室以在襯底上沉積鎢，(ii)引入含鹵素的氣體以使所述鎢的表面改性，以及(iii)引入活化氣體并點燃等離子體以蝕刻所述鎢的改性的表面的至少一部分。

所述襯底支撐件可以包括偏置，并且所述存儲器還可以存儲用于在(iii)期間設(shè)定小于約80Vb的偏置功率的機器可讀指令。在一些實施方式中，所述存儲器還存儲用于在(ii)期間點燃等離子體的機器可讀指令。

在一些實施方式中，所述存儲器還存儲用于循環(huán)重復(fù)(ii)和(iii)的機器可讀指令。在一些實施方式中，所述存儲器還存儲用于在執(zhí)行(ii)和(iii)后重復(fù)(i)的機器可讀指令。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種填充襯底上的特征的方法，所述方法包括：

(a)在特征內(nèi)沉積第一數(shù)量的金屬；以及

(b)相對于所述特征的內(nèi)部區(qū)域，通過以下操作定向地蝕刻在所述特征的開口處或附近的所述金屬：

(i)通過使所述金屬暴露于含鹵素的氣體使所沉積的所述金屬的表面改性；以及

(ii)使經(jīng)改性的所述表面暴露于活化氣體以選擇性地蝕刻所述金屬。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述金屬包含鈦、鉭、鎳、鈷、或鉬中的一種。

3.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述金屬包含鎢。

4.根據(jù)條款1所述的方法，其還包括在(i)和(ii)中的至少一種期間施加偏置。

5.根據(jù)條款4所述的方法，其中所述偏置的功率小于閾值偏置功率。

6.根據(jù)條款1所述的方法，其中(b)包括自限反應(yīng)。

7.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述襯底包含具有不同尺寸的開口的特征。

8.根據(jù)條款1所述的方法，其中(a)和(b)在不破壞真空的情況下進行。

9.根據(jù)條款1所述的方法，其中(a)和(b)在同一室中進行。

10.根據(jù)條款8所述的方法，其中(a)和(b)在同一工具的不同室中進行。

11.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述活化氣體選自由氖、氪、和氬組成的組。

12.根據(jù)條款1-11中任一項所述的方法，其還包括在(i)和(ii)中的至少一種期間點燃等離子體。

13.根據(jù)條款1-11中任一項所述的方法，其中所述特征具有至少3:1的深寬比。

14.根據(jù)條款1-11中任一項所述的方法，其中所述開口的寬度小于20nm。

15.根據(jù)條款1-11中任一項所述的方法，其還包括：重復(fù)(a)和(b)。

16.根據(jù)條款1-11中任一項所述的方法，其中所述含鹵素的氣體選自由氯、溴、碘、六氟化硫、四氟化硅、三氯化硼以及它們的組合組成的組。

17.根據(jù)條款4所述的方法，其中所述偏置功率小于約80Vb。

18.根據(jù)條款12所述的方法，其中所述等離子體功率為介于約0W和約1000W之間。

19.一種方法，其包括：

(a)用鎢部分地填充特征；

(b)通過將襯底暴露于交替的含鹵素的氣體的脈沖和活化氣體的脈沖定向地蝕刻在所述特征的開口處或附近的鎢；以及

(c)用鎢填充所述特征。

20.根據(jù)條款19所述的方法，其中在(b)期間施加偏置。

21.根據(jù)條款19所述的方法，其中在(b)期間以閾值偏置功率施加偏置。

22.根據(jù)條款19所述的方法，其中(a)和(b)在不破壞真空的情況下進行。

23.根據(jù)條款19所述的方法，其中(a)和(b)在同一室中進行。

24.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其還包括：重復(fù)(a)和(b)。

25.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中填充所述特征包括重復(fù)(a)和(b)。

26.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中所述鎢通過CVD沉積。

27.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中所述鎢通過ALD沉積。

28.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中通過將所述襯底暴露于交替的含鎢前體的脈沖和和還原劑的脈沖沉積所述鎢。

29.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中所述鎢使用含氯的鎢前體沉積。

30.根據(jù)條款19-23中任一項所述的方法，其中所述鎢是無氟鎢。

31.一種用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括：

處理室，其包括噴頭和襯底支撐件，

等離子體產(chǎn)生器，以及

具有至少一個處理器和存儲器的控制器，

其中，所述至少一個處理器和所述存儲器彼此通信地連接，

所述至少一個處理器至少操作性地與流量控制硬件連接，并且

所述存儲器存儲用于下述操作的機器可讀指令：

(i)將含鎢前體與還原劑引入所述室以在襯底上沉積鎢；

(ii)引入含鹵素的氣體以使所述鎢的表面改性；以及

(ⅲ)引入活化氣體并點燃等離子體以蝕刻所述鎢的經(jīng)改性的表面的至少一部分。

32.根據(jù)條款31所述的裝置，其中，所述存儲器還存儲用于在(ii)期間點燃等離子體的機器可讀指令。

33.根據(jù)條款31所述的裝置，其中所述襯底支撐件包括偏置，并且所述存儲器還存儲用于在(iii)期間設(shè)定小于約80Vb的偏置功率的機器可讀指令。

34.根據(jù)條款31-33所述的裝置，其中，所述存儲器還存儲用于循環(huán)重復(fù)(ii)和(iii)的機器可讀指令。

35.根據(jù)條款31-33所述的裝置，其中，所述存儲器還存儲用于在執(zhí)行(ii)

和(iii)后重復(fù)(i)的機器可讀指令。

這些和其它特征將在下面參照附圖進行描述。

附圖說明

圖1是原子層刻蝕襯底上的膜的一個示例的示意圖。

圖2是經(jīng)歷某些公開的實施方式的操作的特征的示意圖。

圖3是描繪根據(jù)某些公開的實施方式執(zhí)行的操作的處理流程圖。

圖4是使用氬離子計算的鎢的正常入射濺射產(chǎn)量的曲線圖。

圖5是描繪根據(jù)某些公開的實施方式執(zhí)行的操作的一個示例的時序示意圖。

圖6是用于執(zhí)行某些公開的實施方式的示例性的處理室的示意圖。

圖7是用于執(zhí)行特定公開的實施方式的示例性處理裝置的示意圖。

圖8是所收集的鎢的蝕刻速率與氯化偏置功率的實驗數(shù)據(jù)的關(guān)系曲線圖。

圖9A是具有鎢的特征的圖像。

圖9B是具有根據(jù)某些公開的實施方式沉積的鎢的特征的圖像。

具體實施方式

在下面的描述中，闡述了許多具體細節(jié)以提供對所呈現(xiàn)的實施方式的透徹理解。在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情形下可以實施所公開的實施方式。在其他情形下，未詳細描述眾所周知的處理操作，以避免不必要地模糊所公開的實施方式。雖然將結(jié)合具體的實施方式描述所公開的實施方式，但是應(yīng)理解的是并非意在限制所公開的實施方式。

半導(dǎo)體制造工藝通常涉及將金屬沉積到例如通孔或溝槽等特征內(nèi)，以形成觸點或互連件。鎢經(jīng)常使用化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積到這樣的特征內(nèi)，由此將包含待填充的特征的襯底暴露于含鎢前體和還原劑以沉積鎢到特征內(nèi)。然而，隨著器件的縮小，特征變得更小并且更難以通過CVD來填充，特別是在先進的邏輯和存儲器的應(yīng)用中。例如，特征可以具有高的深寬比，例如至少約3:1。某些特征可以具有小于約20nm的小的開口。某些特征也可以包括內(nèi)凹(re-entrant)特征輪廓，內(nèi)凹特征輪廓在下面參照圖2進一步描述。對于先進的技術(shù)節(jié)點中的特征，在特征的開口處或附近的沉積速率可以比在特征的底部的沉積速率快，從而導(dǎo)致開口在整個特征被填充之前關(guān)閉，進而在特征中留下空隙或間隙。這種間隙的存在對于半導(dǎo)體器件的性能和可靠性可能是有害的，并最終對于半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能和可靠性可能是有害的。

此外，一些襯底可包括各種尺寸的特征。其結(jié)果是，相比于在較大的特征中，在較小的特征內(nèi)特征被較快地填滿，或者特征的開口被較快地關(guān)閉，并且較大的特征可能不會被完全填滿。特征的小開口和高深寬比也可能導(dǎo)致在特征中鎢的非保形沉積。另外，在由常規(guī)沉積技術(shù)造成的內(nèi)凹特征輪廓中以及由于在特征上的非保形覆蓋導(dǎo)致的下伏的阻擋或膠粘層的可能的突出端中，特征可具有凈的內(nèi)凹側(cè)壁輪廓，這使得完全填充該特征是挑戰(zhàn)性的。

沉積鎢到具有小開口的特征內(nèi)的一種方法包括使部分被填充的特征暴露于在遠程等離子體產(chǎn)生器中產(chǎn)生的反應(yīng)性物質(zhì)(例如含氟物質(zhì))并在質(zhì)量轉(zhuǎn)移受限的處理方案中操作以去除先前在該特征的開口沉積的鎢，且由此打開該特征以使鎢能進一步沉積到特征內(nèi)，從而促進完整的無空隙的填充。然而，雖然這樣的方法在將無空隙鎢沉積到小特征中會是有效的，但用于填充較大特征的沉積和蝕刻處理的數(shù)量可以變化。此外，含氟反應(yīng)性物質(zhì)是非?；钴S的，因此快速地蝕刻鎢，以致調(diào)整蝕刻條件以防止蝕刻過多的鎢。如果去除所沉積的全部鎢，則隨后難以用鎢重新核化暴露的表面以填充特征。例如，在沉積任何鎢之前，特征通常襯有阻擋層，如氮化鈦阻擋層，并且該特征可暴露于前體以通過例如原子層沉積(ALD)之類的方法沉積鎢核化層。然而，如果含氟反應(yīng)性物質(zhì)由于其高反應(yīng)性和蝕刻速率去除整個核化層，則氮化鈦阻擋層暴露，并且鎢第二次在表面上核化，從而減少吞吐量。在一些實施方式中，含氟反應(yīng)性物質(zhì)可以蝕刻阻擋層中的至少一些或全部，這可能會導(dǎo)致第二次鎢沉積是不完整的，因為在襯底上一些鎢核化層可能缺失。

本發(fā)明提供了使用集成的沉積和原子層蝕刻(ALE)工藝用鎢填充特征的方法。ALE是使用順序的自限反應(yīng)去除材料薄層的技術(shù)。一般而言，可使用任何合適的技術(shù)執(zhí)行ALE。原子層蝕刻技術(shù)的示例在2014年11月11日公告的美國專利No.8,883,028和2014年8月19日公告的美國專利No.8,808,561中進行了描述，這些專利在此通過引用并入本文，用于描述示例性原子層蝕刻技術(shù)的目的。在多個實施方式中，ALE可以利用等離子體進行，或者可以利用熱量進行?！癆LE循環(huán)”的構(gòu)思與本文的多個實施方式的討論相關(guān)。通常，ALE循環(huán)是用于實施一次蝕刻工藝(例如蝕刻單層)的最小的一組操作。一個循環(huán)的結(jié)果是蝕刻在襯底表面上的至少一些膜層。通常，ALE循環(huán)包括形成反應(yīng)層的改性操作，隨后是僅去除或蝕刻此改性層的去除操作。該循環(huán)可包括某些輔助操作，例如掃除反應(yīng)物或副產(chǎn)物之一。通常，循環(huán)包括獨特系列的操作的一個示例。舉例而言，ALE循環(huán)可包括以下操作：(i)輸送反應(yīng)物氣體，其可以是處于等離子體狀態(tài)，(ii)從室清掃反應(yīng)物氣體，(iii)輸送去除氣體和可選的等離子體，以及(iv)清掃室。在一些實施方式中，蝕刻可以在襯底(例如具有地貌狀(topography)和/或特征的襯底)上非保形地執(zhí)行。

圖1示出了ALE循環(huán)的兩個示例性示意圖。圖形171a-171e示出了通用的ALE循環(huán)。在171a中，提供襯底。在171b中，使襯底的表面改性。在171c中，清掃用于使襯底改性的化學(xué)品。在171d中，蝕刻改性層。在171e中，去除改性層。類似地，圖形172a-172e示出了用于蝕刻鎢膜的ALE循環(huán)的示例。在172a中，提供鎢襯底，其包括許多個鎢原子。在172b中，將反應(yīng)物氣體氯氣引入到襯底，從而使襯底表面改性。在一些實施方式中，氯反應(yīng)物也可以作為不會導(dǎo)致鎢襯底的直接蝕刻的等離子體狀態(tài)的原子氯輸送。172b的示意圖作為示例示出了一些氯氣被吸附在襯底表面上。雖然在圖1中描述了氯氣(Cl₂)，但是任何含氯化合物或其他合適的反應(yīng)物均可以使用。在172c中，從室清掃反應(yīng)物氣體氯氣。在172d中，引入含有方向性等離子體的去除氣體氬氣，如Ar⁺等離子體物質(zhì)和箭頭所示，以去除改性的襯底表面?；罨奈g刻涉及使用以在濺射閾值以下的能量操作的惰性離子(例如，Ar⁺)來激勵吸附物質(zhì)(例如，Cl物質(zhì))以每次蝕刻掉襯底的一個單層。在該操作過程中，將偏置施加在襯底上以朝其吸引離子。在172e中，清掃室并去除副產(chǎn)物。

用于ALE工藝的蝕刻速率比基于氟的遠程等離子體的蝕刻速率低，但由于表面反應(yīng)的自限性質(zhì)，所以ALE蝕刻更均勻。因此，ALE方法提供對蝕刻操作(特別是在較大的特征中)的更多的控制，使得在每個循環(huán)中去除的材料的量是有限的，并且不會被太快地蝕刻，從而防止完全蝕刻特征的表面上的材料。本文中所描述的沉積工藝可以通過切換室的壓強和襯底的溫度來控制，在ALE期間，室的壓強和襯底的溫度這兩者都影響改性化學(xué)品的吸附。工藝還可以通過調(diào)節(jié)在ALE中執(zhí)行的一個或多個操作期間的襯底偏置以及調(diào)節(jié)改性化學(xué)品流量和化學(xué)過程來控制。沉積工藝還可以依賴于待沉積到特征內(nèi)的金屬的化學(xué)性質(zhì)。

所公開的實施方式可涉及通過任何合適的方法在特征內(nèi)沉積金屬，如鎢，合適的方法包括ALD、CVD、等離子體增強ALD(PEALD)、等離子體增強CVD(PECVD)、或物理氣相沉積(PVD)；吸附含鹵素氣體以及可選地暴露于等離子體以使所沉積的金屬的表面改性；暴露于活化氣體以去除改性的表面；以及進一步沉積金屬以填充特征。圖2根據(jù)所公開實施方式提供經(jīng)歷多個操作的特征的示例性示意圖。在201，襯底210被示出具有特征212，特征212包括保形地沉積在特征中的TiN阻擋層214以及通過ALD保形地沉積在TiN阻擋層214上的鎢216。在203中，在特征212暴露于含鹵素氣體以使所沉積的鎢216的表面改性后，特征212暴露于活化氣體，例如暴露于包括氬離子、或氖、或氪的氣體，該活化氣體可以例如通過使用低偏置定向蝕刻在特征212的開口218a處或附近的鎢216。在205，特征212已經(jīng)打開，留下特征開口218b。在207中，特征212隨后通過CVD用鎢填充，以得到無空隙鎢填充的特征。

圖3根據(jù)所公開的實施方式提供了描述方法的操作的處理流程圖。盡管下面的描述集中于鎢特征填充，但本公開的方面也可以在用其他材料填充特征中實現(xiàn)。例如，使用本文所述的一種或多種技術(shù)的特征填充可用于用其他材料填充特征，其他材料包括其它含鎢材料(例如，氮化鎢(WN)和碳化鎢(WC))、含鈦材料(如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、硅化鈦(TiSi)、碳化鈦(TiC)、和鋁化鈦(TiAl))、含鉭材料(例如，鉭(Ta)、和氮化鉭(TaN))、含鉬材料、含鈷材料、和含鎳材料(例如，鎳(Ni)和硅化鎳(NiSi))。在多種實施方式中，特征可以用另一種金屬代替鎢填充或用另一種金屬與鎢組合來填充。例如，鈷或鉬可以用于填充特征。

在圖3的操作301中，將襯底提供至室。所述襯底可以是硅晶片，例如，200mm的晶片，300mm的晶片或450mm的晶片，包括具有一個或更多個材料層的晶片，該材料例如沉積在晶片上的介電材料、導(dǎo)電材料或半導(dǎo)電材料。圖案化的襯底可具有“特征”，例如通孔或接觸孔，其可表征為一個或更多個狹窄的和/或內(nèi)凹的(re-entrant)開口、特征內(nèi)收縮部和高深寬比。所述特征可以在一個或更多個上述層中形成。特征的一個示例是半導(dǎo)體襯底或該襯底上的層中的孔或通孔。另一個示例是襯底或?qū)又械臏喜?。在多個實施方式中，所述特征可以具有下層，例如阻擋層或粘合層。下層的非限制性實施例包括介電層和導(dǎo)電層，例如，硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物和金屬層。

應(yīng)用的實例包括邏輯與內(nèi)存觸點填充、DRAM埋入式字線填充、垂直集成內(nèi)存柵極/字線填充、以及具有穿硅通孔(TSV)的3-D集成。本文所述的這些方法可以用于填充例如在鎢通孔中的垂直特征，以及水平特征，例如垂直NAND(VNAND)字線。

在多種實施方式中，通過執(zhí)行所公開的實施方式制造的襯底的類型可以依賴于在執(zhí)行所公開的實施方式之前在襯底上的特征的深寬比。在一些實施方式中，在操作301中提供的襯底上的特征可以具有至少約2:1、至少約3:1、至少約4:1、至少約6:1、至少約10:1、或更高的深寬比。該特征也可具有接近開口的尺寸，例如，介于約5納米至500納米之間的開口直徑或線寬度，例如介于約25納米至約300納米之間的開口直徑或線寬度。所公開的方法可以在具有特征的襯底上進行，特征具有小于約20nm的開口?！靶　碧卣骺梢员欢x為具有比相對的術(shù)語“大”特征的開口直徑或線寬度小的開口直徑或線寬度的特征。大特征可具有比小特征的關(guān)鍵尺寸大至少1.5倍、或至少2倍、或至少5倍、或至少10倍或超過10倍以上的開口直徑或關(guān)鍵尺寸。“小”特征的示例包括具有介于約1nm和約2nm之間的開口直徑的特征?！按蟆碧卣鞯氖纠ň哂袔装偌{米至約1微米的數(shù)量級的開口直徑的特征。

通孔、溝槽或其他凹入特征可以稱為未填充特征或特征。根據(jù)多種實施方式，特征輪廓可以逐步變窄和/或在特征開口處包括突出端。內(nèi)凹輪廓為從特征的底部、封閉端、或內(nèi)部往特征開口變窄的輪廓。內(nèi)凹輪廓可以通過在圖案化期間的不對稱蝕刻動力學(xué)和/或由于在前面的膜沉積(例如擴散阻擋層的沉積)中的非保形膜的臺階覆蓋而導(dǎo)致的突出部而產(chǎn)生。在不同的實施例中，特征可以具有比特征的中部和/或底部的寬度小的在特征的頂部處的開口的寬度。

在操作中303，例如通過將襯底暴露于含鎢前體和還原劑，以部分地填充在襯底上的特征，將鎢沉積在襯底上。示例性的含鎢前體包括含鎢的鹵化物前體，含鎢的鹵化物前體可以包括：鎢氟化物，如WF₆；和鎢氯化物，如WCl₆、W(CO)₆、以及WCl₅。在一些實施方式中，可使用含鎢有機金屬前體。示例性的還原劑包括氫、硼烷(如B₂H₆)、硅烷(如SiH₄)、和鍺烷(如GeH₄)。

在一些實施方式中，鎢保形地沉積。在一些實現(xiàn)方式中，操作303涉及鎢核化層的沉積，隨后是本體沉積。

可以使用用于沉積鎢的任何合適的方法，如ALD、CVD、PECVD、PEALD、或PVD。對于本文所提供的示例，鎢可以通過ALD保形地沉積到特征內(nèi)。例如，在一些實施方式中，鎢核化層通過連續(xù)地施以含鎢前體和一種或多種還原劑的脈沖以通過ALD或脈沖核化層(PNL)工藝形成鎢核化層來沉積。在一些實現(xiàn)方式中，如果，例如，特征包括支撐鎢沉積的下層，則操作303可以僅涉及本體沉積，而無核化層沉積。本體沉積可以通過化學(xué)氣相沉積來沉積并在下面進一步進行說明。

在包含收縮部或以其他方式容易夾止(pinch-off)的特征中，操作303可以執(zhí)行至少直至特征被夾止。具有不同尺寸的特征可以在不同的時間夾止。在保形沉積中，沉積從每個表面開始，并大致垂直于表面逐漸生長。在特征中的鎢生長從每個側(cè)壁開始，一直進行直到生長使特征夾止。在一些實現(xiàn)方式中，操作303所沉積的鎢的量可以基于最窄的特征尺寸來確定。

在多種實施方式中，可以執(zhí)行操作303，使得特征的開口被關(guān)閉。在一些實施方式中，接縫可在特征的開口處或附近形成。針對本說明書的目的，“在開口附近”定義為特征內(nèi)的對應(yīng)于從場區(qū)測得的特征深度的約0-10％之間的(即，沿著該特征的側(cè)壁的)大致位置或區(qū)域。在某些實施方式中，開口附近的區(qū)域?qū)?yīng)于在開口處的區(qū)域。另外，“在特征內(nèi)”或“特征的內(nèi)部”被定義為在特征內(nèi)的對應(yīng)于從在特征的頂部的場區(qū)測得的特征深度的約20％-60％之間的大致位置或區(qū)域。通常情況下，當(dāng)用于某些參數(shù)(例如，厚度)的值被指定為“在開口附近”或“在特征內(nèi)”時，這些值表示在這些位置/區(qū)域內(nèi)獲取的測量值或多個測量值的平均值。

在操作305中，通過原子層蝕刻來定向或優(yōu)先地蝕刻襯底。這里使用的“定向”或“優(yōu)先”可以被定義為在特征的頂部或頂部附近比在特征的其余部分(如特征內(nèi)或內(nèi)部)蝕刻較多的材料。原子層蝕刻涉及表面改性和活化操作。在一些實施方式中，載氣(其可以包括N₂、Ar、Ne、He及其組合)在操作305期間連續(xù)流動。在一些實施方式中，載氣僅在操作305期間的去除過程中使用。在一些操作中載氣可被用作清掃氣體，如下所述。在一些實施方式中，另一種反應(yīng)氣體(例如氧氣)在操作305期間用于去除經(jīng)改性的層。在一些實施方式中，載氣在去除過程中不流動。

在操作315中，襯底被暴露于改性化學(xué)品以使襯底的表面改性。改性化學(xué)品可以是氣體或等離子體或反應(yīng)性物質(zhì)。改性操作形成有一定厚度的薄的反應(yīng)性表面層，其比未改性的材料更容易去除。改性操作可被執(zhí)行，以便防止襯底的自發(fā)蝕刻。

在改性操作中，可以使用含鹵素的化學(xué)品使襯底改性。例如，襯底可以通過將氯氣引入到室中被氯化。氯氣用作所公開的實施方式中的示例性改性化學(xué)品，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些實施方式中，將不同的改性化學(xué)品引入到室中。示例包括溴、碘、六氟化硫、四氟化硅、三氯化硼(BCl₃)。由ALE蝕刻金屬的另外的示例在于2015年8月19日提交的、名稱為“ATOMIC LAYER ETCHING OF TUNGSTEN AND OTHER METALS”(律師案卷No.LAMRP209P/3706-1US)的美國專利申請No.62/207,250中進一步描述，通過引用將其整體并入本文。

在多種實施方式中，不用氟化學(xué)品以防止不會是按單層蝕刻的化學(xué)蝕刻。例如，三氟化氮(NF₃)可以處于高反應(yīng)性的等離子體狀態(tài)，并且可以自發(fā)地蝕刻襯底而不是按層保形地蝕刻襯底。然而，在一些實施方式中，高反應(yīng)性的含鹵素的化學(xué)品(諸如ClF₃)可用于蝕刻其它材料，如不容易自發(fā)蝕刻的材料。

可以根據(jù)待蝕刻的襯底的類型和化學(xué)性質(zhì)選擇改性化學(xué)品。在一些實施方式中，氯氣可以與襯底反應(yīng)或者可以被吸附在襯底表面上。在多個實施方式中，氯氣以氣體形式被引入到室中，并且可以任選地伴隨著載氣，該載氣可以是任何上述的那些。

在一些實施方式中，可以在此操作期間產(chǎn)生基于氯的等離子體。由基于氯的等離子體產(chǎn)生的物質(zhì)可以通過在容納襯底的處理室中形成等離子體而原位產(chǎn)生或者它們可以遠程地在未容納襯底的處理室(例如遠程等離子體產(chǎn)生器)中產(chǎn)生，并且可被供給到容納襯底的處理室中。在多種實施方式中，等離子體可以是感應(yīng)耦合等離子體或電容耦合等離子體或微波等離子體。用于感應(yīng)耦合等離子體的功率可以設(shè)置在約50W與約2000W之間，例如約900W。功率可以被設(shè)定在足夠低的水平，以便不導(dǎo)致直接等離子體刻蝕襯底。

在一些實施方式中，不使用等離子體，并且可以將氯用熱的方法引入室。Cl₂解離成Cl的能量為2.51eV。在一些實施方式中，這種能量可以在此操作期間利用熱的或其他輻射能量源施加。在一些實施方式中，氯可以在足夠高的溫度下被加熱以將氯氣分解成能夠吸附到襯底的表面上的氯原子。

在多種實施方式中，在操作315期間施加偏置?？梢允褂玫推霉β室苑乐褂筛男曰瘜W(xué)品在襯底的表面上的自發(fā)蝕刻，同時使得改性化學(xué)品能吸附到所沉積的金屬的表面上，并進入可在特征的開口處或附近形成的接縫。例如，可以施加在約0V和約200V之間的偏置。應(yīng)理解的是，術(shù)語“偏置功率”和“偏置電壓”在本文中可互換使用以描述當(dāng)偏置施加到基座時基座被設(shè)置的電壓。閾值偏置功率或閾值偏置電壓是指在基座的襯底的表面上的材料被濺射之前施加到基座上的偏置的最大電壓。因此，閾值偏置功率部分地取決于待蝕刻的材料、用于產(chǎn)生等離子體的氣體、用于點燃等離子體的等離子體功率和等離子體頻率。如本文所述的偏置功率或偏壓以伏特進行計量，伏特是由單位“V”或“Vb”表示，其中b指偏置。電子伏特(eV)為一個電子通過1伏特的電位差加速取得的能量的量。相對于圖4描述的電子伏特指一個電子通過1伏特的電位差加速取得的能量的量。對于圖4，用于確定濺射率(例如，對于每個朝向鎢加速的氬離子，多少鎢原子被濺射離開表面)的計算取決于單位為電子伏特的氬離子能量。

該偏置可以被用來建立在整個特征深度的改性化學(xué)品的梯度。通過適當(dāng)?shù)乜刂破靡约捌渌鼌?shù)，如壓強，可以控制整個特征深度的改性(和ALE)的程度。在一個實例中，相比于在特征的底部和側(cè)壁上，較多的氯會被吸附到特征的頂部處或附近，或特征的開口處或附近。以不造成對襯底的物理濺射這樣的方式施加偏置。在一些實施方式中，可以不使用偏置。在一些實施方式中，如果特征的開口足夠大，則可以不使用偏置。操作315中，示例性的壓強范圍可以在約30毫托和約80毫托之間。

在一些實施方式中，清掃可在改性操作之后進行。在清掃操作中，非表面結(jié)合的活性氯物質(zhì)可以從處理室中去除。這可以通過清掃和/或排空處理室以去除未被吸附的改性化學(xué)品而不去除所吸附的層來完成?；诼鹊牡入x子體中產(chǎn)生的物質(zhì)可以通過停止等離子體并允許剩余的物質(zhì)衰變，任選地與清掃和/或排空室相組合來去除。清掃可使用任何惰性氣體(例如N₂、Ar、Ne、He及其組合)來完成。

在操作335中，使用活化的去除氣體，諸如活化氣體、離子轟擊氣體、或化學(xué)反應(yīng)性氣體，從襯底去除改性層?；罨娜コ龤怏w可以是惰性氣體。例如，可以使用氬氣。在一些實施方式中，可以使用氖氣或氪氣。在去除操作中，襯底可暴露于能量源(例如，活化或離子轟擊氣體或誘導(dǎo)去除的化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì))，例如氬氣或氦氣，以通過定向離子轟擊蝕刻襯底。在一些實施方式中，去除操作可通過低能離子轟擊來進行。在一些實施方式中，去除可以是各向同性的。

可以控制去除氣體的量以便僅蝕刻目標(biāo)量的材料。在多個實施方式中，在改性和去除操作之間可以改變室的壓強。去除氣體的壓強可取決于室的大小、去除氣體的流速、反應(yīng)器的溫度、襯底的種類、任何載氣的流率以及待蝕刻的鎢的量。在操作335期間的示例性的壓強范圍可以介于約1毫托和約15毫托之間。

在去除期間，偏置可任選地施加以促進定向離子轟擊。選擇偏置功率以防止濺射但使得去除氣體能進入特征并蝕刻在特征的開口處或附近的鎢，從而打開它。偏置功率可以根據(jù)活化去除氣體對襯底上沉積的金屬的閾值濺射率來選擇。本文所使用的濺射可以指物理去除襯底的表面的至少一些。離子轟擊可以指物質(zhì)對襯底的表面的物理轟擊。

圖4示出了基于“Energy Dependence of the Yields of Ion-Induced Sputtering of Monatomic Solids”，N.Matsunami,Y.Yamamura,Y.Itikawa,N.Itoh,Y.Kazumata,S.Miyagawa,K.Morita,R.Shimizu,和H.Tawara,IPPJ-AM-32(Institute of Plasma Physics,Nagoya University,Japan,1983)計算的示例濺射率。

該圖顯示了利用氬原子濺射鎢的所計算出的垂直入射濺射率與氬離子能量(或閾值偏置功率)的關(guān)系曲線。計算使用值為32eV的濺射閾值。稍微高于閾值，即在40eV的氬離子能量下，濺射率似乎是約0.001原子/離子。然而，在80eV的氬離子能量下，它已增大到30倍。此示例性曲線指明足以蝕刻金屬同時防止氬對襯底的濺射的最大氬離子能量。盡管圖4提供濺射閾值曲線的定性表示，但對于特定的系統(tǒng)和最大可容許濺射率，濺射閾值可通過實驗來確定。對于一個系統(tǒng)，在80Vb的氬離子下觀察到其對鎢的濺射。應(yīng)該理解的是，單位“Vb”或“V_b”或“V_bias”是單位伏特，而“b”或“bias(偏置)”是用來表征該功率是偏置功率。這樣，在利用氬離子進行鎢去除的期間的偏置功率可以設(shè)定在小于約80Vb，或小于約50Vb，或介于約50Vb和80Vb之間。在一些實施方式中，如果少量的一些濺射是可以容忍的，則操作335可以在高于閾值的偏置功率下執(zhí)行。此外，還可以有去除閾值電壓，低于該去除閾值電壓，去除就不發(fā)生，具體取決于特定工藝。應(yīng)當(dāng)指出的是，濺射閾值根據(jù)金屬、金屬化合物、或待被蝕刻的其它材料不同而變化。

在一些實施方式中，室可在去除操作后被清掃。清掃工藝可以是用于操作315之后的清掃的那些清掃工藝中的任何一種。

回到圖3，操作315和335可任選地根據(jù)需要重復(fù)以填充特征。在操作307中，確定特征是否已被充分填充。如果不是，則可以重復(fù)操作303和305。在一些實施方式中，重復(fù)操作303，并且特征可以充分地填充，使得操作305可以不再次執(zhí)行。在一些實施方式中，執(zhí)行操作303和305，直到特征被充分填充。在一些實施方式中，特征可以在重復(fù)操作中的一個中執(zhí)行操作303后充分地填充，使得在特征被填充后，不執(zhí)行操作305。在一些實施方式中，操作303和305中在同一室中進行。在一些實施方式中，操作303和305在同一工具中執(zhí)行。在一些實施方式中，操作303和305在不破壞真空的情況下進行。在一些實施方式中，重復(fù)的操作303的循環(huán)相比于之前的操作303的循環(huán)可涉及不同的沉積方法和前體。例如在一種工藝中，鎢可以通過ALD沉積到特征內(nèi)，可以執(zhí)行ALE以蝕刻沉積的鎢，從而打開特征，并且這時可以通過使用含鎢前體和還原劑執(zhí)行鎢的CVD來重復(fù)鎢的沉積以完全填充特征。在另一實施例中，通過交替的WF₆的脈沖和BH₄的脈沖沉積鎢，在特征的開口處或附近的鎢可以在等離子體的存在下通過交替的Cl₂的脈沖和Ar的脈沖并施加偏置來蝕刻，并且鎢可以是通過同時暴露于WCl₅和H₂來沉積。

圖5提供了可以根據(jù)所公開的實施方式來執(zhí)行的時序方案的示例圖。工藝500包括沉積循環(huán)520A、蝕刻循環(huán)505A、和重復(fù)的沉積循環(huán)520B和蝕刻循環(huán)505B。沉積循環(huán)520A包括W的CVD階段503A，其可對應(yīng)于圖3的操作503。雖然CVD沉積在圖5中提供，但在一些實施方式中，此操作可涉及例如通過ALD進行的金屬的循環(huán)沉積。在W的CVD階段503A，載氣可以流動，而改性化學(xué)品流被關(guān)斷，并且去除氣體被關(guān)閉。CVD前體可以連續(xù)流動以沉積鎢，并且偏置被關(guān)斷。蝕刻循環(huán)505A可對應(yīng)于圖3的操作315和335。蝕刻循環(huán)505A包括表面改性515A，其可對應(yīng)于圖3的操作315。在表面改性515A期間，改性化學(xué)品與載氣流動，而去除氣體和CVD前體流被關(guān)斷。偏置可以接通，如圖5所示。表面改性515A之后可以是清掃階段525A，其如上所述是可選的操作。在清掃階段525A期間，載氣連續(xù)地流動，以去除未吸附到襯底上的任何改性化學(xué)品。因此，改性化學(xué)品、去除氣體和CVD前體流被關(guān)斷，并且偏置也被關(guān)斷。在去除階段535A中，在去除氣體流動時，載氣連續(xù)地流動，而改性化學(xué)品和CVD前體流被關(guān)斷。偏置也可以在去除階段535A期間接通。去除階段535A可對應(yīng)于圖3的操作335。在多種實施方式中，等離子體在該階段點燃。清掃階段545A可以涉及使載氣流動，而改性化學(xué)品、去除氣體和CVD前體流被關(guān)斷，并且偏置也被關(guān)斷。

根據(jù)圖3的操作307，操作可以如圖5所示地重復(fù)。沉積循環(huán)520B涉及W的CVD階段503B，其在本示例中包括與在W的CVD階段503A中的流相同的流。這里，載氣與CVD前體流動以沉積鎢，而去除氣體和改性化學(xué)品流被關(guān)斷，且偏置被關(guān)斷。在一些實施方式中，這可以進一步部分地填充特征。雖然在W的CVD階段503B中可以使用與在W的CVD階段503A中使用的前體相同的前體，但在一些實施方式中，如上所述，圖3的303的重復(fù)操作會涉及不同的沉積技術(shù)或前體。蝕刻循環(huán)505B可以對應(yīng)于圖3的在重復(fù)的循環(huán)中的操作305。蝕刻循環(huán)505B涉及表面改性515B，由此載氣和改性化學(xué)品流動，而去除氣體和CVD前體流被關(guān)斷，并且偏置被接通。吹掃階段525B包括，載氣流動，而所有其他流被關(guān)斷，且偏置被關(guān)斷。去除階段535B涉及使載氣與去除氣體流動，而改性化學(xué)品和CVD前體流被關(guān)斷。在多種實施方式中，等離子體在此階段點燃。偏置接通，以定向蝕刻襯底。清掃階段545B涉及使載氣流動，而不使改性化學(xué)品、去除氣體和CVD前體流動，同時偏置被關(guān)斷。

本文描述的實施方式可以與其他工藝集成。例如，ALE蝕刻可以在MSSD(Multi-Station-Sequential-Deposition(多站-連續(xù)沉積))室結(jié)構(gòu)上集成，其中沉積站之一可以被ALE站替換，以使得能用相似的化學(xué)品集成沉積/蝕刻/沉積，從而填充更好，并且有更快的吞吐能力。所公開的實施方式可以在一些實施方式中在不破壞真空的條件下進行。例如，在一些實施方式中，所公開的實施方式可以在同一室或在同一工具中進行。適合于執(zhí)行所公開的實施方式的裝置的進一步的實施例在下面進一步描述。

裝置

現(xiàn)在描述在某些實施方式中可適用于原子層蝕刻(ALE)操作和原子層沉積(ALD)操作的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)反應(yīng)器。這樣的ICP反應(yīng)器還已描述在2013年12月10日提交的并且名稱為“IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING”的美國專利申請公開No.2014/0170853中，其在此通過引用整體并入本文并用于所有目的。盡管本文描述了ICP反應(yīng)器，但是應(yīng)該理解的是，在一些實施方式中也可以使用電容耦合等離子體反應(yīng)器。

圖6示意性地示出了適于實施本文的某些實施方式的感應(yīng)耦合等離子體集成蝕刻和沉積設(shè)備600的橫截面圖，其示例是反應(yīng)器，由加利福尼亞州弗里蒙特的Lam Research Corp.生產(chǎn)。所述感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備600包括由室壁601和窗611結(jié)構(gòu)上限定的總處理室624。室壁601可以由不銹鋼或鋁制成。窗611可以由石英或其他介電材料制成。任選的內(nèi)部等離子體柵格650將總處理室624分為上副室602和下副室603。在大多數(shù)實施方式中，等離子體柵格650可以被移除，從而利用由副室602和603構(gòu)成的室空間?？ūP617定位在下副室603中在底部內(nèi)表面附近?？ūP617被配置成接收和保持在其上執(zhí)行蝕刻和沉積工藝的半導(dǎo)體襯底或晶片619?？ūP617可以是當(dāng)晶片619存在時用于支撐晶片619的靜電卡盤。在一些實施方式中，邊緣環(huán)(未示出)圍繞卡盤617，并具有大致與晶片619(當(dāng)晶片存在于卡盤617上方時)的頂面在同一平面的上表面?？ūP617還包括用于夾緊和放松晶片619的靜電電極?？稍O(shè)置過濾器和DC鉗位功率源(未示出)用于此目的。也可以提供其他的控制系統(tǒng)用于提升晶片619使其離開卡盤617?？ūP617可以用RF功率源623充電。RF功率源623通過連接件627被連接到匹配電路621。匹配電路621通過連接件625連接到卡盤617。以這種方式，RF功率源623被連接到卡盤617上。

用于等離子體產(chǎn)生的元件包括位于窗611上方的線圈633。在一些實施方式中，所公開的實施方式中未使用線圈。線圈633由導(dǎo)電材料制成，并包括至少一整匝。在圖6中所示的線圈633的示例包括三匝。線圈633的橫截面用符號示出，具有“X”符號的線圈表示線圈633旋轉(zhuǎn)地延伸到頁面內(nèi)，相反，具有“●”符號的線圈表示線圈旋轉(zhuǎn)地延伸出頁面。用于等離子體產(chǎn)生的元件還包括被配置為提供RF功率至線圈633的RF功率源641。一般地，RF功率源641通過連接件645被連接到匹配電路639。匹配電路639通過連接件643連接到線圈633。以這種方式，RF功率源641被連接到線圈633。可選的法拉第屏蔽件649被定位在線圈633和窗611之間。法拉第屏蔽件649以相對于線圈633成隔開的關(guān)系被保持。法拉第屏蔽件649被設(shè)置在窗611的正上方。線圈633、法拉第屏蔽件649和窗611各自被配置為基本上彼此平行。法拉第屏蔽件649可以防止金屬或其它物質(zhì)沉積在處理室624的窗611上。

工藝氣體(例如金屬前體，如含鎢前體、還原劑、載氣、含鹵素的氣體、氯氣、氬氣等)可以通過位于上副室602的一個或更多個主氣體流入口660和/或通過一個或更多個側(cè)氣體流入口670流入處理室。同樣，雖然未明確示出，但是類似的氣流入口可用于向電容耦合等離子體處理室供應(yīng)工藝氣體。真空泵640，例如，一級或兩級干式機械泵和/或渦輪分子泵，可用于將工藝氣體從處理室624抽出并維持處理室624內(nèi)的壓強。例如，真空泵640可用于在ALE清掃操作過程中排空下副室603。閥控制的導(dǎo)管可用于使真空泵流體連接在處理室624上，以便選擇性地控制由真空泵提供的真空環(huán)境的應(yīng)用。在操作等離子體處理過程中，這可以使用封閉環(huán)控制的流量限制裝置例如節(jié)流閥(未示出)或鐘擺閥(未示出)進行。同樣，也可以使用受控地流體連接在電容耦合等離子體處理室上的真空泵和閥。

在裝置600的操作過程中，一種或多種工藝氣體可通過氣體流入口660和/或670供給。在某些實施方式中，工藝氣體可以僅通過主氣體流入口660供給，或者僅通過側(cè)氣體流入口670供給。在一些情況下，在圖中所示的氣體流入口可以由較復(fù)雜的氣體流入口替代，例如，由一個或多個噴頭替代。法拉第屏蔽件649和/或任選的格柵650可以包括使工藝氣體能輸送至處理室624的內(nèi)部通道和孔。法拉第屏蔽件649和任選的格柵650中的一者或兩者可以作為用于輸送工藝氣體的噴頭。在一些實施方式中，液體蒸發(fā)和輸送系統(tǒng)可位于處理室624的上游，使得一旦液體反應(yīng)物或前體被蒸發(fā)，那么蒸發(fā)的反應(yīng)物或前體通過氣體流入口660和/或670引入到處理室624中。

射頻功率從RF功率源641供給到線圈633以使RF電流流過線圈633。流過線圈633的RF電流產(chǎn)生圍繞線圈633的電磁場。電磁場產(chǎn)生在上副室602內(nèi)的感應(yīng)電流。所生成的各離子和自由基與晶片619的物理和化學(xué)相互作用蝕刻晶片619上的特征和沉積層。

揮發(fā)性的蝕刻和/或沉積的副產(chǎn)物可通過端口622從下副室603去除。本文所公開的卡盤617可在約10℃至約250℃之間的升高的溫度范圍內(nèi)操作。該溫度將取決于工藝操作和具體配方。

裝置600當(dāng)安裝在干凈的房間或制造廠中時可連接在設(shè)施(未示出)上。設(shè)施包括管道，管道提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境微?？刂啤＿@些設(shè)施當(dāng)安裝在目標(biāo)制造廠時連接在裝置600上。此外，裝置600可耦合在傳送室上，從而允許使用典型的自動化由機器人進出裝置600傳送半導(dǎo)體晶片。

在一些實施方式中，系統(tǒng)控制器630(其可包括一個或更多個物理或邏輯控制器)控制處理室624的一些或所有操作。系統(tǒng)控制器630可包括一個或更多個存儲器設(shè)備和一個或更多個處理器。例如，存儲器可以包括用以在改性化學(xué)品(如含氯改性化學(xué)品)流和去除氣體(如氬氣)流之間交替的指令，或用以點燃等離子體或施加偏置的指令。例如，在一些操作期間，存儲器可以包括用以將偏置功率設(shè)置在介于約0V和約200V之間的指令。在一些實施方式中，所述裝置600包括當(dāng)進行所公開的實施方式時用于控制流速和持續(xù)時間的開關(guān)系統(tǒng)。在一些實施方式中，所述裝置600可具有高達約500ms或高達約750ms的切換時間。切換時間可取決于流動化學(xué)品、配方選擇、反應(yīng)器的體系結(jié)構(gòu)和其他因素。

在一些實施方式中，所公開的實施方式可以集成在MSSD(多站-連續(xù)沉積)室結(jié)構(gòu)上，其中沉積站之一可以被ALE站替換，以使得能用相似的化學(xué)品集成沉積/蝕刻/沉積工藝，從而填充更好，并且有更快的吞吐能力。

在一些實現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器630是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理設(shè)備，其包括一個或多個處理工具、一個或多個處理室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們在處理半導(dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以集成到系統(tǒng)控制器630，該系統(tǒng)控制器630可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理參數(shù)和/或系統(tǒng)的類型，系統(tǒng)控制器630可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)產(chǎn)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進出工具和其他轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。

寬泛地講，系統(tǒng)控制器630可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設(shè)置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備或去除晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部分。

在一些實現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器630可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統(tǒng)的遠程訪問以監(jiān)測制造操作的當(dāng)前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標(biāo)準，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠程計算機可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠程計算機通信到系統(tǒng)。在一些實例中，系統(tǒng)控制器630接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，系統(tǒng)控制器630可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結(jié)合以控制室內(nèi)工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、ALD室或模塊、ALE室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其他的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其他的工具電路或模塊、其他工具組件、群集工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。

圖7描述了半導(dǎo)體工藝集群結(jié)構(gòu)，其中各個模塊與真空傳送模塊738(VTM)接口。在多個存儲設(shè)備和處理模塊之間“傳送”晶片的多個模塊裝置可以被稱為“集群工具架構(gòu)”系統(tǒng)。氣密室730(也被稱為裝載鎖或傳送模塊)與VTM 738連接，VTM 738進而與四個處理模塊720a-720d連接，四個處理模塊720a-720d可以被單獨優(yōu)化以執(zhí)行各種制造工藝。例如，處理模塊720a-720d可以被實現(xiàn)以執(zhí)行襯底蝕刻、沉積、離子注入、晶片清潔、濺射和/或其它半導(dǎo)體工藝。在一些實施方式中，ALD和ALE在相同的模塊中進行。在一些實施方式中，ALD和ALE在相同工具中的不同模塊中進行。襯底蝕刻處理模塊中的一個或多個(720a-720d中的任意一個)可以如本文所公開的被實施，即，用于沉積保形膜，通過ALE定向蝕刻膜，蝕刻圖案，以及根據(jù)所公開的實施方式所述的其它合適的功能。氣密室730和處理模塊720a-720d可以被稱為“站”。每個站具有將站與VTM 738連接的小面736(facet 736)。在每個小面內(nèi)部，傳感器1-18被用于在襯底726在各站之間移動時檢測襯底726的通過。

機械手722將晶片726在各站之間傳輸。在一個實施方式中，機械手722具有一個臂，而在另一實施方式中，機械手具有兩個臂，其中每個臂具有端部執(zhí)行器724以拾取晶片(例如晶片726)以供運輸。在大氣傳送模塊(ATM)740中，前端機械手732用于從在負載端口模塊(LPM)742中的晶片盒或前開式晶片盒(FOUP)734傳送晶片726到氣密室730。處理模塊720a-720d內(nèi)的模塊中心728是用于放置晶片726的一個位置。在ATM 740中的對準器744用于對齊晶片。

在一示例性的處理方法中，晶片被放置在LPM 742中的多個FOUP 734中的一個中。前端機械手732將晶片從FOUP 734傳送到對準器744，其允許晶片726在被蝕刻或處理之前適當(dāng)?shù)鼐又小屎?，晶?26由前端機械手732移動到氣密室730中。由于氣密室730具有匹配ATM 740和VTM 738之間的環(huán)境的能力，因此晶片726能夠在兩種壓強環(huán)境之間移動而不被破壞。從氣密室730，晶片726通過機械手722移動通過VTM 738并進入處理模塊720a-720d中的一個。為了實現(xiàn)這種晶片移動，機械手722在其每一個臂上使用端部執(zhí)行器724。一旦晶片726已被處理，則通過機械手722將其從處理模塊720a-720d移動到氣密室730中。晶片726可以從這里通過前端機械手722移動到多個FOUP 734中的一個中或到對準器744。

應(yīng)當(dāng)注意的是，控制晶片運動的計算機對于集群架構(gòu)可以是本地的，或者它可以位于在制造工廠中的集群架構(gòu)的外部，或在遠程位置并通過網(wǎng)絡(luò)連接到集群架構(gòu)。如上參照圖6所述的控制器可以用圖7中的工具實施。

實驗

實驗1

鎢的蝕刻速率針對氯化偏置功率繪圖，其針對在氯氣吸附而無氬濺射下的蝕刻，以及針對在有氯吸附與氬濺射下的原子層蝕刻(ALE)處理。該結(jié)果繪于圖8中。虛線描繪了鎢的蝕刻速率與氯化偏置(例如，在氯吸附期間的偏置功率)的關(guān)系，其針對涉及吸附氯氣并在900W下點燃等離子體、且沒有氬濺射的工藝。實線描繪了鎢的蝕刻速率與氯化偏置的關(guān)系曲線，其針對涉及吸附氯氣并在900W下點燃等離子體、隨后在60V的偏置功率下進行氬轟擊的工藝。如在圖8中所示的氯化偏置閾值電壓為約60V。注意如果氯化偏置小于60V，則在不使用氬的離子轟擊的情況下鎢不會被蝕刻。如果氯化偏置大于60V，則在沒有氬離子轟擊的情況下，鎢的蝕刻速率比用氬離子轟擊時要低得多。這些結(jié)果表明，氬離子轟擊可被用于調(diào)節(jié)在各種實施方式中由ALE方法進行的鎢的蝕刻的速率，由此1)在氯化期間，沒有蝕刻時，氯被吸附在鎢襯底上，和2)在氬離子轟擊期間，偏置功率被控制以通過設(shè)置比濺射閾值低的偏置功率來減少或防止物理去除(或濺射)。

實驗2

在具有待用鎢填充的特征的襯底上進行實驗。該特征用氮化鈦(TiN)阻擋層作襯里。鎢在特征的表面上核化，并且鎢通過原子層沉積(交替WF₆的脈沖和B₂H₆的脈沖)來沉積。圖9A示出了襯底910中的襯有TiN阻擋層914和保形鎢層916的20納米的特征912。開口918a顯示在特征的頂部。

在圖9A中的襯底暴露于10個ALE循環(huán)，這些循環(huán)涉及交替的(1)Cl₂/BCl₃(900W的原位感應(yīng)耦合等離子體功率，沒有偏置，60℃)的脈沖，和(2)氬氣(壓強比(1)低，300W的等離子體，60℃，60Vb的偏置)的脈沖。所得襯底示于圖9B。注意，開口918b打開，由此使得隨后鎢能沉積到特征中以完全填充特征。下面的表1示出了在襯底的不同部分以及溝槽開口沉積的鎢的厚度和TiN阻擋層的平均厚度的測量結(jié)果。測量結(jié)果以納米為單位顯示。

表1.ALE前和后的測量結(jié)果

將襯底進一步暴露于5個ALE循環(huán)，這些循環(huán)涉及交替的(1)Cl₂/BCl₃(900W的原位感應(yīng)耦合等離子體功率，沒有偏置，60℃)的脈沖，和(2)氬氣(壓強比(1)低，300W的等離子體，60℃，60Vb的偏置)的脈沖。所得測量結(jié)果示于下表2。

表2.ALE前和后的測量結(jié)果

這些結(jié)果表明，所公開的實施方式使得能根據(jù)循環(huán)的數(shù)量、參數(shù)以及其他因素對被蝕刻的鎢膜的量進行精確控制。例如，為了蝕刻更多的鎢，可執(zhí)行多個循環(huán)。表2中的結(jié)果表明一些由于ALE工藝導(dǎo)致的鎢凹槽，但后續(xù)的鎢的沉積循環(huán)可以恢復(fù)在ALE中蝕刻掉的鎢。TiN阻擋層保留在襯底上，并且可以調(diào)節(jié)ALE的蝕刻循環(huán)，以確保有足夠的鎢保持在特征的表面上，以便不暴露TiN阻擋層。

結(jié)論

雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細地描述了前述的實施方式，但是顯而易見的是，可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)實施某些變化和修改。應(yīng)當(dāng)注意的是，具有實施本發(fā)明實施方式的工藝、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。因此，本發(fā)明的實施方式應(yīng)被視為是說明性的而不是限制性的，并且所述實施方式并不限于本文所給出的細節(jié)。