專利名稱：沉積材料層的方法
技術領域：
本發明關于沉積材料層的方法，更具體的是關于沉積用于集成電路制造的材料層的方法。
背景技術：
可靠地制造亞半(sub-half)微米或更小部件是新一代超大規模集成(VLSI)以及超大規模集成(ULSI)電路的一種關鍵技術。特別的是，隨著電路技術前沿的推進，縮小VLSI和ULSI中的互連部件尺寸的技術對加工能力提出了額外的要求。例如，多級互連部件需要高高寬比(aspect ratio)結構(例如部件高度對部件寬度的比值)的精細加工，諸如通路、線和觸點結構的精細加工。可靠地形成這些部件對于繼續致力于提高電路密度和集成電路質量是非常重要的。
隨著電路密度增加，通路、線和觸點的寬度會減小至亞微米尺寸(例如，小于0.25微米或更小)，但是這些結構之間的電介質材料層的厚度一般基本保持不變，增加了這種結構的高寬比。許多傳統的沉積工藝很難填充高寬比超出4∶1的亞微米結構，尤其是高寬比超出10∶1的亞微米結構。
圖1A-B示出在襯底1上的高高寬比部件6中的材料層沉積的可能的結果。高高寬比部件6可以是任意開口，諸如在相鄰部件2之間形成的間隔、觸點、通路或限定在層2中的溝槽。如圖1A所示，利用常規沉積技術沉積的材料層11趨向于以比在底部6B或側面6S高的速率沉積在部件6的頂部邊緣6T，因此產生突起(overhang)。此突起或材料的過沉積有時稱之為凸起(crowning)。這種過量材料在部件6的頂部邊緣6T上繼續積累直到開口由在其中形成空隙14的沉積材料11封閉。此外，如圖1B中所示，當沉積在開口6的兩側面6S上的材料層11匯合時，形成縫隙8。空隙或縫隙的存在會導致集成電路性能不可靠。
因此，需要一種在襯底上沉積材料層以提供高高寬比開口的無空隙和無縫隙填充的方法。

發明內容
一種在襯底上形成具有高高寬比部件的層的方法。由包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質的氣體混合物形成該層。該一種或多種工藝氣體發生反應以在基片上沉積一層材料層。結合材料層的沉積，蝕刻物質選擇性地去除鄰近高高寬比部件開口的沉積材料層的部分，以無空隙和/或無縫隙的方式填充這些部件。可以利用物理氣相沉積(PVD)和/或化學氣相沉積(CVD)技術在襯底上沉積該材料層。
該材料層沉積工藝與集成電路制造技術是一致的。在一種集成電路制造技術中，可以沉積用作溝槽隔離的絕緣材料的氧化物層。對于這種實施例，優選的工藝順序包括提供在其上具有在有源半導體區域(active semiconductor region)之間形成的溝槽區的襯底。之后，用氧化物層填充該溝槽區，此氧化物層由包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質的氣體混合物形成。一種或多種工藝氣體發生反應以在溝槽區中沉積此氧化物層。結合氧化物層的沉積，蝕刻物質選擇性地去除鄰近高高寬比的溝槽開口的此氧化物層的部分。
在另一種集成電路制造技術中，制造了一種集成電路互連結構。對于這種實施例，優選的工藝順序包括提供一個其上具有一個或多個介質層的硅襯底，在介質層中限定有孔。在該孔表面上保形沉積(conformably depositing)一個或多個阻擋層。所述一個或多個阻擋層由一種氣體混合物形成，該氣體混合物包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質。所述一種或多種工藝氣體發生反應以在所述孔中沉積阻擋材料。結合阻擋層的沉積，蝕刻物質選擇性地去除鄰近高高寬比孔口(aperture opening)的該阻擋材料的部分。沉積一層或多層阻擋層之后，當在所述一層或多層阻擋層上保形沉積至少一層金屬層時，完成該互連結構。金屬層由包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質的氣體混合物形成。所述一種或多種工藝氣體發生反應以在所述孔中沉積此金屬層。結合此金屬層的沉積，蝕刻物質選擇性地去除鄰近高高寬比孔口的此金屬層的部分。


通過下述詳細描述并結合附圖可以更清楚地理解本發明的精神，其中圖1A-1B是利用常規現有技術沉積工藝填充的高高寬比部件的可能的沉積結果的剖視圖；圖2示意性示出用于本文中描述的實施例實踐的設備；圖3示出物理氣相沉積(PVD)室的示意性剖視圖；圖4示出包括多個孔的氣體組件的俯視圖；圖5示出化學氣相沉積(CVD)室的示意性剖視圖；圖6A-6D示出集成電路制造過程中的不同階段的襯底的示意性剖視圖；圖7示出利用本文所描述的方法沉積材料層的工藝步驟的順序；和圖8A-8B示出集成電路制造過程中的不同階段的襯底的示意性剖面圖。
具體實施例方式
圖2是晶片處理系統35的示意性表示，該系統可以用于根據本文所描述的實施例進行集成電路的金屬化。晶片處理系統35一般包括工藝室36、38、40、41、排氣(degas)室44、裝載鎖定(load lock)室46、傳送室48、50、貫通(pass-through)室52、微處理器控制器54與其它硬件元件，諸如電源(未示出)和真空泵(未示出)。這種晶片處理系統35的一個實例是美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料有限公司的商用ENDURA系統。
在1993年2月16日公開的題目為“Staged-Vacuum SubstrateProcessing System and Method(分級式真空襯底處理系統和方法)”的共同受讓的美國專利No.5186718中描述了這種晶片處理系統35的細節，這里將其收編以供參考。下面對此晶片處理系統35的主要部件進行簡單描述。
晶片處理系統35包括兩個傳送室48、50，每一個含有傳送機械手49、51。傳送室48、50被貫通室52互相分開。
傳送室48與裝載鎖定室46、排氣室44、預凈化室42和貫通室52耦合。襯底(未示出)通過裝載鎖定室46被裝載進晶片處理系統35中。之后，襯底依次分別在排氣室44和預凈化室42中排氣和凈化。傳送機械手49在排氣室44與預凈化室42之間移動襯底。
傳送室50與一組工藝室36、38、40、41。將凈化的襯底從傳送室48經由貫通室52移動到傳送室50。之后，傳送機械手51在一個或多個工藝室36、38、40、41之間移動襯底。
工藝室36、38、40和41用于進行各種集成電路制造工序。例如，工藝室36、38、40、41可以包括物理氣相沉積(PVD)室、離子化金屬等離子體物理氣相沉積(IMP PVD)室、化學氣相沉積(CVD)室、快速熱處理(RTP)室和消反射膜(ARC，anti-reflective coating)室，等。
圖3示出晶片處理系統35的濺射型物理氣相沉積(PVD)工藝室36的示意性剖視圖。這種PVD工藝室36的一個實例是美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料有限公司的商用IMP VECTRATM室。
PVD室36與氣體源104、泵系統106和靶電源108。PVD室36中有靶110、位于可垂直移動的基座(pedestal)112上的襯底120，以及包含反應區118的罩114。升降機構(lift mechanism)116與基座112耦合，以相對于靶110定位基座112。
氣體源104將一種或多種工藝氣體供給PVD室36。所述一種或多種工藝氣體可以包括諸如氮(N2)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)或一些其它惰性氣體。泵系統106控制PVD室36中的壓力。
所述一種或多種工藝氣體還包括諸如氮(N2)或氧(O2)的反應物。所述反應物能夠與來自靶110的濺射的并且離子化的粒子發生反應以在襯底120上形成材料層122。
靶110一般懸掛在PVD室36的頂部。靶110包括在晶片處理系統35操作期間被濺射的材料。雖然作為要沉積的的材料，靶可以包括絕緣體或半導體，靶110一般包括金屬。例如，靶可以由鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu)或其它現有技術公知的其它材料形成。
在PVD室36中，基座112支撐襯底120。在處理期間，基座一般設置在離靶110一固定距離處。然而，靶110與襯底120之間的此距離在處理期間也可以改變。基座112由升降機構116支撐，該升降機構沿著PVD室36內垂直運動的范圍移動基座112。
用靶電源108注入一種或多種具有能量的工藝氣體，該靶電源108可以包括直流(DC)源、射頻(RF)源、直流(DC)-脈沖源或微波源。向工藝氣體施加DC或RF功率在反應區118中產生電場。該電場電離反應區118中的工藝氣體，以形成包括工藝氣體離子、電子和工藝氣體原子(中子)的等離子體。另外，電場加速向靶110的工藝氣體離子，以從靶110濺射靶粒子。當等離子體中的電子與濺射靶粒子碰撞時，這些靶粒子被電離。
PVD室36的結構能夠將來自靶110濺射的并且離子化的靶粒子沉積在襯底120上以在此襯底上形成膜122。罩114將濺射粒子和非反應物氣體限定在PVD室36內的反應區中。同樣地，罩114阻止靶粒子沉積在不期望的位置，例如在基座112之下或靶110之后。
PVD室36可以包括用于提高濺射粒子沉積到襯底120上的其它部件。例如，PVD室36可以包括用于偏置襯底120的偏壓電源124。偏壓電源124與基座112耦合，以控制沉積到襯底120上的材料層。偏壓電源124一般為具有例如大約400kHz頻率的交流(AC)電源。
當將來自電源124的偏壓功率(bias power)施加到襯底120上時，等離子體中的電子向襯底120積聚，在襯底120和基座112上產生負DC偏移量。施加到襯底120的偏壓功率吸引離子化的濺射靶粒子。這些離子化的靶粒子一般在基本垂直于襯底的方向中被吸引到襯底120。同樣地，偏壓電源124提高靶粒子在襯底120上的沉積。
PVD室36還可以包括設置在靶110之后的磁體126或磁局部裝配(subassembly)，用于產生最接近靶110的磁場。PVD室36還包括設置在靶110與襯底120之間的罩114內的線圈130。線圈130可以包括單匝線圈或多匝線圈，通電時，該線圈電離濺射粒子。該工藝為公知的離子金屬等離子體(IMP)沉積。線圈130一般與具有例如大約2MHz頻率的AC源132耦合。
將蝕刻物質從遠程源170提供PVD室36。經由蝕刻氣體組件175中的一個或多個孔172將蝕刻物質提供給室36。蝕刻物質可以包括通過遠程電源174產生的賦能粒子(energized particle)，該遠程電源與遠程源170耦合。遠程電源優選為RF能量源。將RF電源施加到蝕刻氣體產生電場，該電場電離蝕刻物質，以形成包括離子、電子和原子的等離子體。
圖4提供在PVD室36內部的襯底120的俯視圖。蝕刻氣體組件175設置在襯底之上。蝕刻氣體組件175包括一個或多個孔172。通過一個或多個孔172將蝕刻物質提供給PVD室36。
孔172設置在襯底120的上方，用于以平行氣流的形式將蝕刻物質輸送到襯底120上。適合的氣流機構已經由Schmitt et al.在下列專利中進行了描述1998年3月10日公開的，題目為“Apparatus for the HighSpeed，Low Pressure Gas Jet Depostion of Conducting and Dielectric ThinSolid Films”的美國專利No.5725672；以及1993年10月26日公開的題目為“Microwave Plasma Assisted Supersonic Gas Jet Deposition ofThin Film Materials”的美國專利No.5256205，它們被收編在此以供參考。
一個或多個孔172一般特征為具有內部腔和噴嘴開口(未示出)。內部腔與遠程源170耦合。遠程源170將蝕刻物質提供給蝕刻氣體組件175的內部腔。
孔172設置在襯底120的上方，以便于以平行方式向襯底提供蝕刻物質。孔172可以沿軸180彼此間隔開設置，以將蝕刻物質均勻輸送到襯底120上。雖然圖4顯示蝕刻氣體組件175僅有八個孔172，有位于不同于圖4中示出的那些位置的更多或更少的孔172的組件175也包括在本發明的范圍內。
蝕刻氣體組件175可以選擇地通過相對于襯底120的平移或旋轉運動來移動。蝕刻氣體組件175在PVD室36中，相對于襯底的運動通常有利于提高蝕刻物質輸送到襯底的均勻度。蝕刻氣體組件可以沿著例如軸190作線性運動或作圓周運動。蝕刻氣體組件175優選相對于襯底以大于大約0.1cm/min的速率運動。
圖5示出晶片處理系統35的化學氣相沉積(CVD)工藝室38的示意性剖視圖。這種CVD室38的實例包括美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料有限公司生產的商用TXZTM室、WXZTM室和PRECISION 5000室。
CVD室38一般容納用于支撐襯底290的晶片支撐基座250。晶片支撐基座250可以利用位移機構(displacement mechansim未示出)在CVD室38中，在垂直方向移動。
取決于具體的CVD工藝，在沉積之前或沉積期間，將襯底290加熱到期望的溫度。例如，通過埋入加熱元件270加熱晶片支撐基座250。通過將來自AC電源206的電流施加到加熱元件270上可以以電阻加熱方式加熱晶片支撐基座250。然后，基座250加熱襯底290。
還可以將諸如熱電偶的溫度傳感器272埋入晶片支撐基座250中，以常規方式監測基座250的溫度。此測量的溫度用在反饋回路中以控制用于加熱元件270的AC電源206，以使襯底溫度保持或控制在適合于具體工藝應用的期望的溫度。還可以選擇用輻射熱(未示出)加熱晶片支撐基座250。
使用真空泵202抽空CVD室38，并且在CVD室38內保持適當的氣流和壓力。噴頭(showerhead)220位于晶片支撐基座250的上方，通過該噴頭將工藝氣體引入CVD室38中。此外，該噴頭還將蝕刻物質引入工藝氣體。噴頭220與氣體控制板(gas panel)230連接，該噴頭控制并供給提供給CVD室38的各種工藝氣體以及蝕刻物質。
通過質量流量控制器(mass flow controller)(未示出)和微處理器控制器54(圖2)正確地控制和調節穿過氣體控制板230的氣流。噴頭220使工藝氣體從此氣體控制板230被均勻地引入和分布在CVD室38中。
蝕刻劑存儲于其中的遠程室280與CVD室38連接。蝕刻劑包括穿過噴頭220上的一個或多個孔172(圖4)提供給CVD室38的蝕刻物質。可以借助于遠程電源274給蝕刻物質通電。遠程電源274優選為RF能量源。向蝕刻物質施加RF功率產生電場。該電場電離蝕刻物質，以形成包括離子、電子和原子(中子)的等離子體。
雖然圖5示出穿過噴頭220輸送蝕刻物質，通過分離的氣體組件(未示出)向CVD室38輸送蝕刻物質也包括在本發明的范圍內，例如，該分離的氣體組件可以鄰近噴頭220，或可選擇地圍繞噴頭220設置(未示出)。
例如，噴頭220的孔172可以按圖4中示出的以及按上述有關PVD室36的描述的結構中組裝。雖然圖4示出的組件175僅具有八個孔172，該組件可以具有位于不同于圖4中示出的那些位置的更多或更少的孔172。此外，噴頭可選擇地通過相對于襯底120的平移或旋轉運動來移動。噴頭220在CVD室38中相對于襯底的運動通常有利于提高蝕刻物質輸送到襯底的均勻度。噴頭220可以沿著例如軸190(圖4)作線性運動或作圓周運動。噴頭優選以大于大約0.1cm/min的速率相對于襯底運動。
CVD室38可以包括用于提高在襯底290上層沉積的其它元件。例如，噴頭220和晶片支撐基座250還可以形成一對間隔開的電極。當在這些電極之間產生電場時，被引入CVD室38中的工藝氣體點火(ignite)成等離子體。
一般地，通過將晶片支撐基座250通過匹配網絡(未示出)與射頻(RF)電源耦合(未示出)產生電場。可選擇地，RF電源與匹配網絡可以與噴頭220耦合，或與噴頭220和晶片支撐基座250兩者耦合。
通過向襯底表面附近的反應區施加此電場，等離子體增強化學氣相沉積(PEVCVD)技術促進反應物氣體的激發(excitation)和/或離解(disassociation)，產生各種反應物質(reactive species)的等離子體。等離子體中的各種粒子的反應性降低將要發生的化學反應所需要的能量，結果降低用于這種PECVD工藝所需要的溫度。
參考圖2，上述的PVD工藝室36和CVD工藝室38各自由微處理器控制器54來控制。微處理器控制器54可以是任何形式的一般用途的計算機處理器(CPU)，這些計算機處理器(CPU)可能以設定成用于控制各種室或子處理器的形式使用。計算機可以使用任何適合的存儲器，諸如隨機存儲器、只讀存儲器、軟磁盤驅動器、硬磁盤或其它形式的數字存儲器，本地的或遠程的。各種支持電路可以與CPU耦合以用常規方式支持此處理器。需要的軟件例程可以存儲在存儲器中或由設置在遠處的第二CPU執行。
將襯底設置在基座上之后，執行軟件例程。當執行軟件例程時，其將通用計算機轉變為用于控制室操作以便于執行室工藝的特定工藝計算機。可選擇地，軟件例程可以以硬件執行(perform in hardware)，作為一個應用的特殊集成電路或其它類型的硬件實現(hardwareimplemention)，或軟件或硬件的組合。
材料層沉積集成阻擋層結構在一個實施例中，通過在高高寬比結構中形成集成阻擋層結構隨后沉積一層或多層金屬層來金屬化集成電路。可以通過在襯底上保形沉積一層或多層包括例如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaNx)、鎢(W)或氮化鎢(WNx)等的阻擋層，來形成集成阻擋層結構。可以利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)在襯底上保形沉積一層或多層阻擋層。
PVD沉積通常，可以用下面的沉積工藝參數，利用PVD方法保形形成阻擋層。這些工藝參數范圍如下所述晶片溫度大約為20℃至大約300℃、室壓大約為0.1毫托至大約100托、直流電源功率大約為1千瓦至大約20千瓦的DC電源、以及偏壓功率大約為1瓦至大約500瓦。
當要形成氮化物基阻擋層時，向PVD沉積室提供氮氣(N2)。當形成TiNx、TaNx或WNx時，向PVD室提供流速大約為100sccm至大約2000sccm范圍內的N2氣體。
同樣，可以向PVD沉積室提供諸如氦(He)或氬(Ar)的惰性氣體，以將室壓保持在期望的壓力范圍。可以以大約100sccm至大約5000sccm范圍內的流速向此沉積室提供此惰性氣體。
上述PVD工藝參數為一層或多層阻擋層提供了大約在50/min至大約500/min范圍內的沉積速率。
結合阻擋層的沉積，向PVD室36供給蝕刻物質。將蝕刻物質以平行方式流向襯底400，以便于在高高寬比結構的頂部保持蝕刻物質的高濃度。平行輸送是指蝕刻物質在垂直于襯底表面的方向運動。
取決于要沉積的阻擋材料，可以用含氟和/或氯的氣體作為蝕刻物質。例如，可以使用六氟化硫(SF6)、四氯化碳(CCl4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)和氟氯甲烷(CH2FCl)等。
蝕刻物質的平行輸送優選減小在蝕刻物質向襯底運動過程中發生碰撞的次數和/或頻率。氣體的隨機的無方向性的動能可以轉化為導向襯底的動能。同樣，蝕刻物質更有可能在它們最活潑的化學狀態下，到達高高寬比結構的頂部，因此增強在該區域的蝕刻。
為了使蝕刻物質足夠準直，遠程源170中的壓力大于PVD室中的壓力。在這些條件下，穿過孔172的蝕刻物質流被導向襯底120。例如，遠程源170中的氣體壓力可以在大約1至10托的范圍內，而PVD室中的壓力可以在例如大約1毫托(militorr)至大約1托的范圍內。
CVD沉積利用CVD技術，通過熱分解例如鎢前體、含鈦前體或含鉭前體來形成一層或多層阻擋層。鎢前體可以選自六氟化鎢(WF6)和羰基鎢(W(CO)6)。可以選擇含鉭的前體，例如可以從五氯化鉭(TaCl5)、五(二乙基酰胺)鉭(PDEAT)(Ta(Net2)5)、五(乙基甲基酰胺)鉭(PEMAT)(Ta(N(Et)(Me))5)，以及五(二甲基酰胺)鉭(PDMAT)(Ta(Nme2)5)等組成的組中選擇。可以選擇含鈦的前體，例如可以從四氯化鈦(TiCl4)、四(二乙基酰胺)鈦(TDEAT)(Ti(Net2)4)、四(乙基甲基酰胺)鈦(TEMAT)(Ti(N(Et)(Me))4)，以及四(二甲基酰胺)鈦(TDMAT)(Ti(NMe2)4)等的組中選擇。
諸如氫(H2)、氦(He)、氬(Ar)和氮(N2)等的載體氣體(carriergas)可以與坦、鈦或鎢前體混合。
通常，可以使用下面的工藝參數利用CVD技術，在類似于圖5中示出的工藝室中，形成一層或多層阻擋層。這些工藝參數范圍如下所述晶片溫度低于大約450℃、室壓大約為0.1毫托(mtorr)至大約10托、鉭、鈦或鎢前體流速大約為50sccm至大約7000sccm，以及載體氣體流速大約為100sccm至大約1slm。上述工藝參數一般提供的用于CVD方法沉積一層或多層阻擋層的沉積速率大約為10/min至大約2000/min范圍內。
取決于要沉積的阻擋材料，可以使用含氟和/或氯的氣體作為蝕刻物質。例如，六氟化硫(SF6)、四氯化碳(CCl4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)和氟氯甲烷(CH2FCl)等。
蝕刻物質的平行輸送優選減少/減小在蝕刻物質向襯底運動過程中發生碰撞的次數和/或頻率。氣體的隨機的無方向性的動能可以轉化為導向襯底的動能。同樣，蝕刻物質更有可能在它們最活潑的化學狀態下，到達高高寬比結構的頂部，因此增強在該區域的蝕刻。
為了使蝕刻物質足夠準直，源280中的壓力大于CVD室中的壓力。在這種條件下，穿過孔172的蝕刻物質流被導向襯底120。例如，遠程源280中的氣體壓力可以在大約1至10托的范圍內，而CVD室中的壓力可以在例如大約1毫托至大約1托的范圍內。
上述工藝參數適合在來自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料有限公司的商用的沉積室中的200mm(毫米)襯底上實施。其它沉積室也包括在本發明的范圍內，并且上面列出的參數可以根據所使用的具體沉積室來改變，以形成一層或多層阻擋層。例如，其它沉積室的體積可能較大(例如室構成造成容納300mm的襯底)或較小，因此需要的氣體流速或功率須大于或小于應用材料公司生產的商用的沉積室所列出的那些氣體流速或功率。
阻擋層形成后，在集成阻擋層結構上保形沉積一層或多層金屬層。利用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)和/或其結合來保形沉積一層或多層金屬層。例如，可以由含有Cu+2(hfac)2(六氟乙酰丙酮化銅)、Cu+2(hod)2(七氟二甲基辛烷二烯銅)、Cu+1hfac TMVS(六氟乙酰丙酮三甲基乙烯硅烷銅)或其組合沉積CVD銅層。
取決于要沉積的阻擋材料，可以使用含氟和/或氯的氣體作為蝕刻物質。例如，六氟化硫(SF6)、四氯化碳(CCl4)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)和氟氯甲烷(CH2FCl)等。
蝕刻物質的平行輸送優選減少/減小在蝕刻物質向襯底運動過程中發生碰撞的次數和/或頻率。氣體的隨機的無方向性的動能可以轉化為導向襯底的動能。同樣，蝕刻物質更有可能在它們最活潑的化學狀態下，到達高高寬比結構的頂部，因此增強在該區域的蝕刻。
為了使蝕刻物質足夠準直，源170中的壓力大于PVD或CVD室中的壓力。在這種條件下，穿過孔172的蝕刻物質流導向襯底120。例如，遠程源170、280中的氣體壓力可以在大約1至10托的范圍內，而PVD或CVD室中的壓力可以在例如大約1毫托至大約1托的范圍內。
圖6A-6D是經歷集成阻擋層沉積各個階段的襯底的示意性剖視圖。取決于處理的具體階段，襯底可以相應于硅晶片或在其上已經形成的其它材料層。
圖6A示出襯底400的剖視圖，其中襯底400上形成有層402。層402至少有一個開口406，在開口406露出部分襯底400的表面。開口406一般表示諸如通路的互連部件。該互連部件具有大于大約4∶1的高寬比(部件深度與部件寬度的比)。
圖7示出工藝流程圖，此流程圖顯示執行用于在開口406中沉積集成阻擋層結構的典型工藝程序。在步驟600中，襯底400被放進工藝室中。例如，工藝室可以是安裝在工具組35中的化學氣相沉積室38或物理氣相沉積室36，諸如圖2-3和5中示出的。
如圖6A中和圖7的步驟610-620中示出的，一種或多種工藝氣體490供給室。對于PVD室，一種或多種工藝氣體490可以包括一種或多種惰性氣體，該氣體用于將來自PVD濺射靶的材料濺射到至少一個開口406中的襯底400上。惰性氣體可以是，例如氬(Ar)和氦(He)。
對于CVD室，一種或多種工藝氣體490可以包括一種或多種發生反應以在襯底400上形成阻擋層410的氣體。例如一種或多種工藝氣體490可以包括四氯化鈦(TiCl4)和氨氣(NH3)。工藝氣體490用于在開口460內側，在襯底400上沉積阻擋層410。工藝氣體還包括蝕刻物質。蝕刻物質可以包括賦能粒子。
參考圖6B，工藝氣體490中的蝕刻物質以大于在開口底部406B或側面406S沉積材料的速率的速率去除沉積在開口頂部406T周圍的材料。這使沉積在開口406的底部406B或側面406S進行，而開口406頂部406T不會由于過量沉積被過早地封閉。
如圖6C所示，在形成阻擋層410后，開口406用金屬412填充。由工藝氣體495沉積金屬層412。金屬層412沉積在先前在開口406內形成的阻擋層410上。取決于要沉積的金屬層，工藝氣體490的成分可以與工藝氣體495的成分相似。工藝氣體495中的蝕刻物質再次優先去除沉積在開口406頂部406T周圍的過量金屬412，以便于開口406以自下到上(bottom-up)的方式填充，如圖6D中示出。
溝槽絕緣體結構圖8A-8B示出集成電路制造工序中不同階段的襯底800的示意性剖視圖，所述制造工序包括將氧化物層作為溝槽絕緣材料。通常，襯底800是指在其上執行處理的任何工件，而襯底結構850一般用于表示襯底和在襯底800上形成的其它材料層。取決于處理的具體階段，襯底800可以相應于硅襯底，或在此襯底上已經形成的其它材料層。
例如，圖8A示出溝槽結構850的剖視圖。溝槽結構包括有源半導體區(active semiconductor region)803和溝槽區804。溝槽區804的深度可以大約為5-10微米。
圖8B示出在圖8A的溝槽結構850上形成的氧化物層805。氧化物層805填充溝槽結構850的溝槽區804。
氧化物層804可以是硅酸鹽，諸如通過使包括硅烷化合物、氧氣源和惰性氣體的氣體混合物發生反應而形成的低介電常數的有機硅酸鹽層。硅烷化合物的通式可以是Si(CH3)aH4-a，其中a的范圍為1到4。例如，甲基硅烷(SiCH6)、二甲基硅烷(SiC2H8)、三甲基硅烷(SiC3H10)和四甲基硅烷(SiC4H12)可以用作有機硅烷化合物。
氧氣(O2)、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或其組合等，可以用作氧氣源。氦(He)、氬(Ar)和其組合等，可以用作惰性氣體。
通常，用下面沉積工藝參數，用與圖5中示出的CVD工藝室類似的工藝室，形成硅酸鹽層。所述工藝參數范圍如下晶片溫度大約為50℃至大約250℃，室壓大約為1托至大約500托，硅烷化合物氣體流速大約為50sccm至大約1000sccm，氧源氣體流速大約為10sccm至大約1000sccm，以及惰性氣流速大約為1000sccm至大約10,000sccm。當在美國應用材料有限公司生產的沉積室中的200mm(毫米)的襯底上實施時，上面的工藝參數提供的有機硅酸鹽層的沉積速率大約在0.1微米/分鐘至大約2微米/分鐘的范圍內。
取決于要沉積的氧化物材料的成分，可以用含氟和/或氯的氣體作為蝕刻物質。例如，六氟化硫(SF6)、三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)和氟氯甲烷(CH2FCl)等。
蝕刻物質的平行輸送優選減少/減小在蝕刻物質向襯底運動過程中發生碰撞的次數和/或頻率。氣體的隨機的無方向性的動能可以轉化為導向襯底的動能。同樣，蝕刻物質更有可能在它們最活潑的化學狀態下，到達高高寬比結構的頂部，因此增強在該區域的蝕刻。
為了使蝕刻物質足夠準直，遠程源280(圖5)中的壓力大于CVD室中的壓力。在這種條件下，穿過孔172的蝕刻物質流被導向襯底290。例如，遠程源280中的氣體壓力可以在大約1至10托的范圍內，而CVD室中的壓力可以在例如大約1毫托至大約1托的范圍內。
參考圖8B，工藝氣體中的蝕刻物質以大于在開口底部或側面沉積材料的速率的速率去除沉積在開口頂部804周圍的材料805。這使沉積在溝槽的底部或側面進行，而頂部區域不會由于過量沉積被過早地封閉。
雖然已經示出并詳細描述了幾個包含在本發明精神中的優選實施例，本領域技術人員可以容易想出許多其它的實施例，這些實施例仍包含在本發明的精神范圍內。
權利要求
1.一種薄膜沉積方法，包括將具有高高寬比部件的襯底放置在沉積室中；向所述沉積室提供氣體混合物，其中所述氣體混合物包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質；以及在所述襯底上沉積材料層，其中所述氣體混合物中的所述蝕刻物質選擇性地去除鄰近所述高高寬比部件沉積的所述材料層的部分。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述高高寬比部件的高度與寬度的比值大于約4∶1。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述蝕刻物質穿過一個或多個孔，提供給所述室，所述一個或多個孔能夠將這些蝕刻物質以平行方式導向所述襯底。
4.如權利要求3所述的方法，其中壓力梯度存在于這些孔之間，壓力包括來自這些孔的上游的第一壓力和來自這些孔的下游的第二壓力。
5.如權利要求4所述的方法，其中第一壓力大于所述第二壓力。
6.如權利要求3所述的方法，其中所述一個或多個孔可相對于所述襯底移動。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述一個或多個蝕刻孔相對于所述襯底以大于約5Hz的頻率移動。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述沉積室為化學氣相沉積(CVD)室或物理氣相沉積(PVD)室。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述材料層由選自包括金屬、金屬氮化物和氧化物組成的組中選擇的材料形成。
10.一種形成互連結構的方法，包括將具有高高寬比部件的襯底放置在沉積室中；向所述沉積室提供第一氣體混合物，其中所述第一氣體混合物包括一種或多種第一工藝氣體和一種或多種第一蝕刻物質；以及在所述襯底上沉積阻擋層，其中所述第一氣體混合物中的所述第一蝕刻物質選擇性地去除鄰近所述高高寬比部件沉積的所述阻擋層的部分。
11.如權利要求10所述的方法，還包括向所述沉積室提供第二氣體混合物，其中所述第二氣體混合物包括一種或多種第二工藝氣體和一種或多種第二蝕刻物質；以及在所述阻擋層上沉積金屬層，其中所述第二氣體混合物中的所述第二蝕刻物質選擇性地去除鄰近所述高高寬比部件沉積的所述金屬層的部分。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述高高寬比部件的高度與寬度的比值大于大約4∶1。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述第一和第二蝕刻物質穿過一個或多個孔提供給所述室，所述一個或多個孔能夠將這些蝕刻物質以平行方式導向所述襯底。
14.如權利要求13所述的方法，其中壓力梯度存在于這些孔之間，壓力包括來自這些孔的上游的第一壓力和來自這些孔的下游的第二壓力。
15.如權利要求14所述的方法，其中第一壓力大于所述第二壓力。
16.如權利要求10所述的方法，其中所述沉積室為化學氣相沉積(CVD)室或物理氣相沉積(PVD)室。
17.如權利要求10所述的方法，其中所述阻擋層由選自包括金屬和金屬氮化物組成的組中選擇的材料形成。
18.一種形成溝槽結構的方法，包括將具有高高寬比部件的襯底放置在沉積室中；向所述沉積室提供氣體混合物，其中所述氣體混合物包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質；以及在所述襯底上沉積氧化物層，其中所述氣體混合物中的所述蝕刻物質選擇性地去除鄰近所述高高寬比部件沉積的所述材料層的部分。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述高高寬比部件的高度與寬度的比值大于約4∶1。
20.如權利要求18所述的方法，其中所述蝕刻物質穿過一個或多個孔提供給所述室，所述一個或多個孔能夠將這些蝕刻物質以平行方式導向所述襯底。
21.如權利要求20所述的方法，其中壓力梯度存在于這些孔之間，壓力包括來自這些孔的上游的第一壓力和來自這些孔的下游的第二壓力。
22.如權利要求21所述的方法，其中第一壓力大于所述第二壓力。
23.如權利要求18所述的方法，其中所述淀積室為化學氣相淀積(CVD)室。
全文摘要
一種在襯底上形成具有高高寬比部件的層的方法。由包括一種或多種工藝氣體和一種或多種蝕刻物質的氣體混合物形成該層。一種或多種工藝氣體反應在襯底上沉積材料層。結合材料層的沉積，蝕刻物質選擇性地去除鄰近高高寬比部件開口沉積的材料層的部分，以無空隙和/或無縫隙的方式填充該部件。可以利用物理氣相沉積(PVD)和/或化學氣相沉積(CVD)技術在襯底上沉積該材料層。
文檔編號C23C14/04GK1568376SQ02819959
公開日2005年1月19日 申請日期2002年9月24日 優先權日2001年10月9日
發明者L-Y·陳, D·A·卡爾, I·拜恩格拉斯 申請人:應用材料有限公司