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TW201908511A - 用於沉積鎢成核層的方法及設備 - Google Patents

用於沉積鎢成核層的方法及設備

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TW201908511A
TW201908511A TW107124027A TW107124027A TW201908511A TW 201908511 A TW201908511 A TW 201908511A TW 107124027 A TW107124027 A TW 107124027A TW 107124027 A TW107124027 A TW 107124027A TW 201908511 A TW201908511 A TW 201908511A
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TW
Taiwan
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gas
processing
tungsten
substrate
nucleation layer
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Application number
TW107124027A
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Inventor
吳凱
尚澔 柳
維卡許 班西亞
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
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Abstract

描述了使用烷基硼烷還原劑沉積低電阻率鎢成核層的方法。所用的烷基硼烷還原劑包括具有通式BR3的化合物，其中R是C1-C6烷基。還描述了使用烷基硼烷還原劑進行鎢成核層的原子層沉積的設備。

Description

用於沉積鎢成核層的方法及設備
本揭露書的實施例關於用於沉積低電阻率鎢成核層的方法。更具體地，本揭露書的實施例關於使用烷基硼烷還原劑沉積鎢成核層的方法。本揭露書的另外的實施例關於使用烷基硼烷還原劑進行鎢成核層的原子層沉積的設備。
在過去二十年中，鎢（W）已廣泛用於邏輯和記憶體裝置中的多個級別。通常，經由化學氣相沉積（CVD）沉積鎢的處理在基板上提供共形W膜生長，其中共形W膜可開始成核。這種成核層由在WF6 和SiH4 或WF6 和B2 H6 之間的CVD或原子層沉積（ALD）反應而形成。由於成核膜內側的高雜質（如，矽和硼），該等成核層中的電阻率高於藉由WF6 /H2 的反應而形成的W膜的電阻率。
為了確保良好的鎢間隙填充效能，對於大多數先進技術節點而言，通常要求成核層的厚度厚於20Å。然而，隨著裝置縮放繼續且結構CD變得越來越小，成核層對接觸電阻或線電阻的貢獻增加，導致高Rc問題並因此降低裝置效能。此外，傳統的B2 H6 成核處理導致成核膜中的高硼殘留（大於20原子％），導致化學機械平坦化（CMP）整合期間的剝離問題，或由於經由電晶體上的閘極的硼擴散而導致裝置效能降級。
因此，本領域存在有形成具有較低線電阻和較少殘餘硼的鎢成核層的需求。
本揭露書的一個或多個實施例關於一種沉積鎢成核層的方法，方法包含以下步驟：將基板依次曝露於鎢前驅物和烷基硼烷還原劑，鎢前驅物包含一種或多種WXa ，其中X是鹵素且a是4至6，且烷基硼烷還原劑包含具有通式BR3 的至少一種化合物，其中R是C1-C6烷基。
這份揭露書的另外實施例關於一種沉積鎢成核層的方法，方法包含以下步驟：將基板依次曝露於鎢前驅物和基本上由三甲基硼烷或三乙基硼烷的一種或多種組成的烷基硼烷還原劑，鎢前驅物包含具有通式WXa 的化合物，其中X是鹵素且a是4至6。
這份揭露書的其他實施例關於一種處理腔室。處理腔室包含基座組件，用以支撐複數個基板並使複數個基板繞中心軸線而旋轉。基座組件具有頂表面，頂表面具有複數個凹槽，複數個凹槽經調整尺寸以保持基板。處理腔室包括氣體分配組件，氣體分配組件具有與基座組件的頂表面間隔開的前表面以形成間隙。氣體分配組件包括複數個氣體埠和真空埠，以提供複數個氣流進到間隙中及提供複數個真空流以從間隙移除氣體。複數個氣體埠和真空埠佈置成形成複數個處理區域。每個處理區域藉由氣幕與相鄰的處理區域分開。控制器耦接到基座組件和氣體分配組件。控制器具有一個或多個配置。該等配置可包括：第一配置，用以使基座組件繞中心軸線旋轉；第二配置，用以提供鎢前驅物的流動；第三配置，用以提供烷基硼烷還原劑的流動；或第四配置，用以將基座組件的溫度控制在約200℃至約500℃的範圍中。鎢前驅物包含具有通式WXa 的化合物，其中X是鹵素且a是4至6。烷基硼烷還原劑包含具有通式BR3 的至少一種化合物，其中R是C1-C6烷基。
本揭露書的實施例提供了用於沉積鎢成核層的方法。各種實施例的處理使用原子層沉積（ALD）技術來提供鎢成核層。
如於此所用，「基板表面」是指基板的任何部分或在其上進行膜處理的基板上形成的材料表面的一部分。例如，可在其上進行處理的基板表面包括諸如矽、氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料及諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金的任何其他材料及其他導電材料，這取決於應用。基板包括（但不限於）半導體晶圓。可將基板曝露於預處理的處理，以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、UV固化、電子束固化及/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上進行膜處理之外，在本揭露書中，所揭露的任何膜處理步驟也可在基板上形成的底層上進行，如下文更詳細地揭露的，且術語「基板表面」意圖包括上下文所指出的這種底層。因此，例如，在已經將膜/層或部分膜/層沉積到基板表面上的情況下，新沉積的膜/層的曝露表面變成基板表面。基板可具有各種尺寸，諸如200 mm或300 mm直徑的晶圓，及矩形或方形窗格。在一些實施例中，基板包含剛性分離材料。
如於此所用的「原子層沉積」或「循環沉積」是指包含順序曝露兩種或更多種反應性化合物以在基板表面上沉積材料層的處理。如這份說明書和附隨的申請專利範圍中所用，術語「反應性化合物」、「反應性氣體」、「反應性物種」、「前驅物」、「處理氣體」及類似者可互換使用，以表示具有能夠在表面反應（如，化學吸附、氧化、還原、環加成）中與基板表面或基板表面上的材料反應的物種的物質。基板（或基板的一部分）依序曝露於被引入處理腔室的反應區的兩種或多種反應性化合物。
在一些實施例中，鎢沉積處理有利地實現低電阻率的薄膜。一些實施例有利地為DRAM中的D1y的包埋字線和96對3D NAND的字線提供間隙填充膜。一些實施例有利地提供具有低硼組成的成核層。一些實施例有利地提供不太可能分層或剝離的成核層。
在一些實施例中，烴硼化合物（如，烷基硼烷（諸如三乙基硼烷（TEB），三甲基硼烷（TMB）））用以在與WF6 的反應中代替傳統的還原前驅物B2 H6 或SiH4 。在一些實施例中，處理溫度在200℃和500℃之間，壓力在2Torr和100Torr之間。由這種反應沉積的膜含有非常低的硼和氟。
這份揭露書的一個或多個實施例涉及一種沉積鎢成核層的方法。方法包含以下步驟：將基板依次曝露於鎢前驅物和烷基硼烷還原劑。
鎢前驅物可為可與烷基硼烷還原劑反應的任何合適的鎢物質。在一些實施例中，鎢前驅物包含一種或多種WXa ，其中X是鹵素且a是4至6。在一些實施例中，鎢前驅物包含W2 Cl10 、WCl6 、WCl5 、WF6 或WCl4 的一種或多種。熟悉本領域者將認識到氯化鎢（V）可以單體（WCl5 ）和二聚體（W2 Cl10 ）形式存在。為了這份揭露書和附隨的申請專利範圍的目的，WCl5 是指氯化鎢（V）的單體和二聚體形式。在一些實施例中，鎢前驅物基本上由WCl5 組成。在一些實施例中，鎢前驅物基本上由WF6 組成。如這方面使用的，術語「基本上由．．．組成」是指鎢前驅物中​​的物種大於或等於所宣稱物種的約95％、98％或99％。在一些實施例中，鎢前驅物與惰性氣體、稀釋氣體或載氣共同流動。合適的惰性氣體、稀釋氣體或載氣包括（但不限於）氬氣、氦氣和氮氣。
在一些實施例中，烷基硼烷還原劑包含具有通式BR3 的至少一種化合物，其中每個R獨立地為C1-C6烷基。如以這種方式使用的，後面接著數字的字母「C」（如，「C4」）表示取代基包含指定數目的碳原子（如，C4包含四個碳原子）。取代基烷基可為直鏈基團（如正丁基）、支鏈基團（如叔丁基）或環狀基團（如環己基）。
在一些實施例中，烷基硼烷還原劑基本上不包含B-H鍵。在一些實施例中，烷基硼烷還原劑包含三甲基硼烷、三乙基硼烷、三異丙基硼烷、三叔丁基硼烷、三異丁基硼烷或具有混合烷基的硼烷（如，二甲基乙基硼烷）的一種或多種。
在一些實施例中，烷基硼烷還原劑基本上由三甲基硼烷或三乙基硼烷的一種或多種組成。在一些實施例中，烷基硼烷還原劑基本上由三甲基硼烷組成。在一些實施例中，烷基硼烷還原劑基本上由三乙基硼烷組成。如在這方面使用的，術語「基本上由．．．組成」是指鎢前驅物中​​的物種大於或等於所宣稱物種的約95％、98％或99％。在一些實施例中，鎢前驅物與惰性氣體、稀釋氣體或載氣共同流動。合適的惰性氣體、稀釋氣體或載氣包括（但不限於）氬氣、氦氣和氮氣。
在一些實施例中，基板不曝露於乙硼烷（B2 H6 ）或矽烷（SiH4 ）。
方法的一個或多個實施例使用原子層沉積（ALD）處理而提供鎢成核層。在時域ALD處理中，將每種反應性化合物的曝露藉由一段時間延遲而分開，以允許每種化合物在基板表面上黏著及/或反應，並接著從處理腔室淨化。藉由在隨後的曝光之間淨化處理腔室來防止反應氣體混合。
在空間ALD處理中，反應氣體流到處理腔室內的不同處理區域中。不同的處理區域與相鄰的處理區域分離，使得反應氣體不會混合。基板可在處理區域之間移動，以將基板單獨地曝露於處理氣體。在基板移動期間，基板表面的不同部分或基板表面上的材料曝露於兩種或更多種反應性化合物，使得基板上的任何給定點基本上不同時曝露於多於一種的反應性化合物。如熟悉本領域者將理解的，由於處理腔室內的氣體擴散，有可能將基板的一小部分同時曝露於多種反應氣體，且有可能同時曝露是無意的（除非另有所指）。
在時域ALD處理的一個態樣中，將第一反應性氣體（亦即，第一前驅物或化合物A）脈衝到反應區中，接著進行第一時間延遲。將第二種前驅物或化合物B脈衝進到反應區中，接著進行第二時間延遲。在每個時間延遲期間，將淨化氣體（諸如氬氣）引入處理腔室中，以淨化反應區，或以其他方式從反應區移除任何殘留的反應性化合物或反應產物或副產物。替代地，淨化氣體可在整個沉積處理中連續流動，使得在反應性化合物脈衝之間的時間延遲期間僅淨化氣體流動。交替地對反應性化合物進行脈衝，直到在基板表面上形成預定的膜或膜厚度。在任何一種情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B和淨化氣體的ALD處理都是循環。循環可從化合物A或化合物B任一者開始，並繼續循環的相應順序，直到獲得具有預定厚度的膜。
在空間ALD處理的一個態樣中，第一反應氣體和第二反應氣體同時輸送到反應區，但是藉由惰性氣幕及/或真空幕分離。氣幕可為惰性氣體流到處理腔室中和真空流流出處理腔室的結合。基板相對於氣體輸送裝置移動，使得基板上的任何給定點曝露於第一反應氣體和第二反應氣體。
如於此所用的「脈衝（pulse）」或「劑量（dose）」是指間歇地或非連續地引入處理腔室中的一定量的源氣體。每個脈衝內特定化合物的量可隨時間變化，這取決於脈衝的持續時間。特定的處理氣體可包括單一化合物或兩種或更多種化合物的混合物/結合。
每個脈衝/劑量的持續時間是可變的，且可調節以適應（例如）處理腔室的容量及與其耦合的真空系統的能力。另外，處理氣體的劑量時間可根據處理氣體的流速、處理氣體的溫度、控制閥的類型、所採用的處理腔室的類型及處理氣體的成分吸附在基板表面上的能力而變化。劑量時間也可基於將形成的層的類型和將形成的裝置的幾何形狀而變化。劑量時間應該足夠長以提供足以吸附/化學吸附到基板的實質整個表面上並在整個表面上形成一層處理氣體成分的一定體積的化合物。
可在與其他處理氣體不同的參數下供應每種處理氣體。可以一個或多個脈衝或連續的方式提供處理氣體。處理氣體的流速可為任何合適的流速，包括（但不限於）流速在約1至約5000 sccm的範圍中、或在約2至約4000 sccm的範圍中、或在約3至約3000 sccm的範圍中、或在約5至約2000 sccm的範圍中。在一些實施例中，處理氣體以100至1000 sccm的範圍中的流速供應。
可在任何合適的壓力下提供處理氣體。在一些實施例中，處理壓力在約5 mTorr至約50 Torr的範圍中、或在約100 mTorr至約40 Torr的範圍中、或在約1 Torr至約35 Torr的範圍中、或在約2 Torr至約30 Torr的範圍中。
基板曝露於處理氣體的時間週期可為允許在基板表面頂上形成適當的成核層或反應所需的任何合適的時間量。例如，處理氣體可流到處理腔室中約0.1秒至約90秒的時間週期。在一些時域ALD處理中，處理氣體曝露於基板表面在約0.1秒至約90秒的範圍中、或在約0.5秒至約60秒的範圍中、或在約1秒至約30秒的範圍中、或在約2秒至約25秒的範圍中、或在約3秒至約20秒的範圍中、或在約4秒至約15秒的範圍中、或在約5秒至約10秒的範圍中的時間。
在一些實施例中，可另外將惰性氣體與處理氣體同時提供給處理腔室。惰性氣體可與處理氣體（如，作為稀釋氣體）混合，或者可單獨提供，並可為脈衝的或為恆定流量。在一些實施例中，惰性氣體以在約1至約10000 sccm的範圍中的恆定流量流到處理腔室中。惰性氣體可為任何惰性氣體，（例如）諸如氬氣、氦氣、氖氣、它們的結合或類似者。
可（例如）藉由設定基板支撐件或基座的溫度來控制沉積期間基板的溫度。在一些實施例中，基板保持在約100℃至約600℃的範圍中、或在約150℃至約550℃的範圍中、或在約200℃至約500℃的範圍中、或在約250℃至約450℃的範圍中、或在約300℃至約400℃的範圍中的溫度。
在將基板曝露於一種處理氣體之後，可使用惰性氣體淨化處理腔室（特別是在時域ALD中）。（這在空間ALD處理中可能不需要，因為存在有分隔反應氣體的氣幕。）惰性氣體可為任何惰性氣體，（例如）諸如氬氣、氦氣、氖氣或類似者。在一些實施例中，惰性氣體與在基板曝露於第一處理氣體期間提供給處理腔室的惰性氣體可為相同的，或替代地，可為不同的。在惰性氣體為相同的實施例中，可藉由從處理腔室轉移第一處理氣體來執行淨化，允許惰性氣體流過處理腔室，淨化處理腔室中任何過量的第一處理氣體成分或反應副產物。在一些實施例中，惰性氣體可以與上述的第一處理氣體結合使用的相同流速提供，或在一些實施例中，可增加或減少流速。例如，在一些實施例中，可以大於0至約10000 sccm的流速將惰性氣體提供至處理腔室，以淨化處理腔室。在一些實施例中，淨化氣體流動約5秒。在空間ALD中，在反應氣體流之間保持淨化氣幕，且可能不需要淨化處理腔室。在空間ALD處理的一些實施例中，處理腔室或處理腔室的區域可用惰性氣體淨化。
接著將基板曝露於第二處理氣體（如，烷基硼烷）一第二時間週期。第二處理氣體可與基板表面上的物種反應以產生沉積膜。可以大於第一處理氣體的流速將第二處理氣體供應到基板表面。在一個或多個實施例中，流速大於第一處理氣體的流速的約1倍，或第一處理氣體的流速的約100倍，或在第一處理氣體的流速的約3000至5000倍的範圍中。可在時域ALD中提供第二處理氣體，持續在約1秒至約30秒的範圍中、或在約5秒至約20秒的範圍中、或在約10秒到約15秒的範圍中的時間。可以任何合適的壓力提供處理氣體。在一些實施例中，處理壓力在約5 mTorr至約50 Torr的範圍中、或在約100 mTorr至約40 Torr的範圍中、或在約1 Torr至約35 Torr的範圍中、或在約2 Torr至約30 Torr的範圍中。
可使用惰性氣體再次淨化處理腔室。惰性氣體可為任何惰性氣體，（例如）諸如氬氣、氦氣、氖氣或類似者。在一些實施例中，惰性氣體與在先前的處理步驟期間提供給處理腔室的惰性氣體可為相同的，或替代地，可為不同的。在惰性氣體為相同的實施例中，可藉由從處理腔室轉移第二處理氣體來執行淨化，允許惰性氣體流過處理腔室，淨化處理腔室的任何多餘的第二處理氣體成分或反應副產物。在一些實施例中，惰性氣體可以與上述第二處理氣體結合使用的相同流速提供，或在一些實施例中，可增加或減少流速。例如，在一些實施例中，可以大於0至約10,000 sccm的流速將惰性氣體提供給處理腔室，以淨化處理腔室。在一些實施例中，淨化氣體流動約5秒。
雖然上述處理方法的實施例僅包括兩個反應氣體的脈衝，但是將理解這僅僅是示例性的，且可使用額外的處理氣體的脈衝。脈衝可全部或部分重複。可重複循環以形成預定厚度的鎢成核層。在一些實施例中，重複循環以形成具有在約5 Å至約40 Å的範圍中、或在約10 Å至約30 Å的範圍中、或在約15 Å至約20 Å的範圍中的厚度的鎢成核層。
一旦達到預定厚度，方法可任選地包括進一步處理（如，大量沉積鎢金屬膜）。在一些實施例中，進一步處理可為CVD處理。例如，在一些實施例中，可執行CVD處理以將鎢金屬層大量沉積到目標厚度。
在一些實施例中，鎢成核層包含大於或等於約95原子％的鎢。在一個或多個實施例中，C、N、O、Si、B和鹵素原子的總和小於或等於鎢成核層的約5原子％。
在一些實施例中，鎢成核層基本上不包含矽原子。在一些實施例中，鎢成核層基本上不包含硼原子。在一些實施例中，鎢成核層包含小於或等於約1022 、1021 、1020 、1019 或1018 個硼原子/cm3 。在一些實施例中，鎢成核層基本上不包含鹵素。在一些實施例中，鎢前驅物是氟化物，且鎢成核層基本上不包含氟。在一些實施例中，鎢前驅物包含氟，且鎢成核層包含小於或等於約1020 、1019 或1018 個氟原子/cm3 。
形成的鎢成核層具有低電阻率。在一些實施例中，對於具有約25 Å的厚度的鎢成核層而言，鎢成核層具有小於或等於約140、130、125、120、110、100、90、80或70 μΩ*cm的電阻率。
參照圖式，顯示了用於空間ALD處理的方法的一個或多個實施例。第1圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例的處理平台100。第1圖所示的實施例僅僅代表一種可能的配置，且不應被視為限制本揭露書的範圍。例如，在一些實施例中，處理平台100具有不同數量的處理腔室、緩衝腔室和機器人配置。
處理平台100包括中央傳送站110，中央傳送站110具有複數個側面111、112、113、114、115、116。所示的傳送站110具有第一側面111、第二側面112、第三側面113、第四側面114、第五側面115和第六側面116。儘管顯示了六個側面，但是熟悉本領域者將理解傳送站110可存在有任何合適數量的側面，這取決於（例如）處理平台100的整體配置。
傳送站110具有定位在傳送站110中的機器人117。機器人117可為能夠在處理期間移動晶圓的任何合適的機器人。在一些實施例中，機器人117具有第一臂118和第二臂119。第一臂118和第二臂119可獨立於另一臂移動。第一臂118和第二臂119可在x-y平面中及/或沿z軸移動。在一些實施例中，機器人117包括第三臂或第四臂（未顯示）。每個臂可獨立於其他臂移動。
批量處理腔室120可連接到中央傳送站110的第一側面111。批量處理腔室120可配置成在一段批量時間中一次處理x個晶圓。在一些實施例中，批量處理腔室120可被配置為同時在約四（x=4）至約12（x=12）個晶圓的範圍中進行處理。在一些實施例中，批量處理腔室120被配置為同時處理六（x=6）個晶圓。如熟悉本領域者將理解的，雖然批量處理腔室120可在單個晶圓的裝載/卸載之間處理多個晶圓，但是每個晶圓可在任何給定時間經受不同的處理條件。例如，空間原子層沉積腔室（如第2至6圖所示）將晶圓曝露於不同處理區域中的不同處理條件，使得當晶圓移動通過每個區域時完成處理。
第2圖顯示了處理腔室200的剖面，處理腔室200包括氣體分配組件220（也稱為注射器或注射器組件）及基座組件240。氣體分配組件220是在處理腔室中使用的任何類型的氣體輸送裝置。氣體分配組件220包括面向基座組件240的前表面221。前表面221可具有任何數量或種類的開口，以向基座組件240輸送氣流。氣體分配組件220還包括外邊緣224，外邊緣224在所示實施例中基本上是圓形的。
所使用的特定類型的氣體分配組件220可取決於所使用的特定處理而變化。本揭露書的實施例可與在基座和氣體分配組件之間的間隙受到控制的任何類型的處理系統一起使用。雖然可採用各種類型的氣體分配組件（如，噴頭），但是本揭露書的實施例對於具有複數個基本平行的氣體通道的空間氣體分配組件可能是特別有用的。如在這份說明書和附隨的申請專利範圍中所使用的，術語「基本上平行」意味著氣體通道的細長軸線在相同的總體方向上延伸。氣體通道的平行度可能存在輕微的缺陷。在二元反應中，複數個基本平行的氣體通道可包括至少一個第一反應氣體A通道，至少一個第二反應氣體B通道，至少一個淨化氣體P通道及/或至少一個真空V通道。從（多個）第一反應氣體A通道、（多個）第二反應氣體B通道和（多個）淨化氣體P通道流出的氣體被引向晶圓的頂表面。一些氣流水平地跨過晶圓的表面並通過（多個）淨化氣體P通道離開處理區域。從氣體分配組件的一端移動到另一端的基板將依次曝露於每種處理氣體，在基板表面上形成層。
在一些實施例中，氣體分配組件220是由單個注射器單元製成的剛性固定體。在一個或多個實施例中，氣體分配組件220由複數個單獨的扇區（如，注射器單元222）製成，如第3圖所示。單件主體或多扇形主體任一者可與所描述的本揭露書的各種實施例一起使用。
基座組件240位於氣體分配組件220下方。基座組件240包括頂表面241和頂表面241中的至少一個凹槽242。基座組件240還具有底表面243和邊緣244。凹槽242可為任何合適的形狀和尺寸，這取決於正在處理的基板60的形狀和尺寸。在第2圖所示的實施例中，凹槽242具有平坦的底部以支撐晶圓的底部；但是，凹槽的底部可變化。在一些實施例中，凹槽具有圍繞凹槽的外周邊邊緣的台階區域，台階區域經調整尺寸以支撐晶圓的外周邊邊緣。由台階支撐的晶圓的外周邊邊緣的量可取決於（例如）晶圓的厚度和已經存在於晶圓背側上的特徵的存在而變化。
在一些實施例中，如第2圖所示，在基座組件240的頂表面241中的凹槽242經調整尺寸以使得支撐在凹槽242中的基板60具有與基座240的頂表面241基本上共面的頂表面61。如這份說明書和附隨的申請專利範圍中所使用的，術語「基本上共面」是指晶圓的頂表面和基座組件的頂表面在±0.2mm內共面。在一些實施例中，頂表面在±0.5mm、±0.4mm、±0.35mm、±0.30mm、±0.25mm、±0.20mm、±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm內共面。
第2圖的基座組件240包括支撐柱260，支撐柱260能夠提升、降低和旋轉基座組件240。基座組件可包括加熱器或氣體管線，或在支撐柱260的中心內的電子部件。支撐柱260可為增加或減少在基座組件240和氣體分配組件220之間的間隙、將基座組件240移動到適當位置的主要手段。基座組件240還可包括微調致動器262，微調致動器262可對基座組件240進行微調整，以在基座組件240和氣體分配組件220之間產生預定間隙270。
在一些實施例中，間隙270的距離在約0.1 mm至約5.0 mm的範圍中、或在約0.1 mm至約3.0 mm的範圍中、或在約0.1 mm至約2.0 mm的範圍中，或在約0.2 mm至約1.8 mm的範圍中、或在約0.3 mm至約1.7 mm的範圍中、或在約0.4 mm至約1.6 mm的範圍中、或在約0.5 mm至約1.5 mm的範圍中、或在約0.6 mm至約1.4 mm的範圍中、或在約0.7 mm至約1.3 mm的範圍中、或在約0.8 mm至約1.2 mm的範圍中、或在約0.9 mm至約1.1 mm的範圍中、或約1 mm。
圖式中所示的處理腔室200是轉盤式腔室，其中基座組件240可保持複數個基板60。如第3圖所示，氣體分配組件220可包括複數個單獨的注射器單元222，每個注射器單元222能夠在晶圓於注射器單元下方移動時在晶圓上沉積膜。兩個派形注射器單元222顯示為定位在基座組件240的大致相對側上並在基座組件240之上方。僅出於說明性目的顯示了這個數量的注射器單元222。將理解可包括更多或更少的注射器單元222。在一些實施例中，存在有足夠數量的派形注射器單元222，以形成符合基座組件240的形狀的形狀。在一些實施例中，每個單獨的派形注射器單元222可在不影響任何其他注射器單元222的情況下獨立地移動、移除及/或更換。例如，可升高一個區段以允許機器人進入在基座組件240和氣體分配組件220之間的區域以裝載/卸載基板60。
具有多個氣體注射器的處理腔室可用以同時處理多個晶圓，使得晶圓經歷相同的處理流程。例如，如第4圖所示，處理腔室200具有四個氣體注射器組件和四個基板60。在處理開始時，基板60可定位在氣體分配組件220之間。以45°旋轉17基座組件240將導致在氣體分配組件220之間的每個基板60被移動到氣體分配組件220以進行膜沉積，如氣體分配組件220下方的虛線圓所示。另外的45°旋轉將使基板60遠離氣體分配組件220移動。基板60和氣體分配組件220的數量可相同或不同。在一些實施例中，與氣體分配組件一樣，存在有相同數量的正處理的晶圓。在一個或多個實施例中，正處理的晶圓的數量是氣體分配組件的數量的分數或整數倍。例如，若存在有四個氣體分配組件，則存在有正處理的4x晶圓，其中x是大於或等於1的整數值。在示例性實施例中，氣體分配組件220包括由氣幕分開的八個處理區域，且基座組件240可容納六個晶圓。
第4圖中所示的處理腔室200僅僅代表一種可能的配置，且不應被視為限制本揭露書的範圍。於此，處理腔室200包括複數個氣體分配組件220。在所示的實施例中，存在有四個氣體分配組件220（也稱為注射器組件）圍繞處理腔室200均勻地間隔開。所示的處理腔室200是八邊形的；然而，熟悉本領域者將理解這是一種可能的形狀，且不應視為限制本揭露書的範圍。所示的氣體分配組件220是梯形的，但可為單個圓形部件或由複數個派形區段製成，如第3圖所示。
第4圖中所示的實施例包括負載鎖定腔室280或類似緩衝站的輔助腔室。負載鎖定腔室280連接到處理腔室200的一側面，以允許（例如）基板（也稱為基板60）從腔室200裝載/卸載。晶圓機器人可定位在負載鎖定腔室280中，以將基板移動到基座上。
轉盤（如，基座組件240）的旋轉可為連續的或間歇的（不連續的）。在連續處理中，晶圓不斷旋轉，使得它們依次曝露於每個注射器。在不連續處理中，晶圓可移動到注射器區域並停止，並接著移動到在注射器之間的區域84並停止。例如，轉盤可旋轉，使得晶圓從注射器間的區域移動越過注射器（或在注射器附近停止）並到達下一個注射器間的區域，其中轉盤可再次暫停。在注射器之間的暫停可為在每層沉積（如，曝露於電漿）之間的額外處理步驟提供時間。
第5圖顯示了氣體分配組件220的扇區或部分，扇區或部分可被稱為注射器單元。注射器單元222可單獨使用或與其他注射器單元結合使用。例如，如第6圖所示，第5圖的注射器單元222的四個被結合以形成單個氣體分配組件220。（為清楚起見，未顯示分隔四個注射器單元的線。）除了淨化氣體埠255和真空埠245之外，雖然第5圖的注射器單元222具有第一反應氣體埠225和第二氣體埠235，但是注射器單元222不需要所有該等部件。
參照第5和6圖兩者，根據一個或多個實施例的氣體分配組件220可包含複數個扇區（或注射器單元222），其中每個扇區相同或不同。氣體分配組件220位於處理腔室內，並包含在氣體分配組件220的前表面221中的複數個細長氣體埠225、235、255和真空埠245。複數個細長氣體埠225、235， 255和真空埠245從鄰近內周邊邊緣223的區域朝向鄰近氣體分配組件220的外周邊邊緣224的區域延伸。所示的複數個氣體埠包括第一反應氣體埠225、第二氣體埠235、圍繞每個第一反應氣體埠和第二反應氣體埠的真空埠245及淨化氣體埠255。
參照第5或6圖中所示的實施例，當說明埠從至少約內周邊區域延伸到至少約外周邊區域時，然而，埠可不僅僅徑向地從內部區域延伸到外部區域。當真空埠245圍繞反應氣體埠225和反應氣體埠235時，埠可切向延伸。如第5和6圖中所示的實施例，楔形反應氣體埠225、235在所有邊緣（包括鄰近內周邊區域和外周邊區域）上藉由真空埠245而包圍。
參照第5圖，當基板沿路徑227移動時，基板表面的每個部分曝露於各種反應氣體。為了遵循路徑227，基板將曝露於或「看到」淨化氣體埠255、真空埠245、第一反應氣體埠225、真空埠245、淨化氣體埠255、真空埠245、第二氣體埠235和真空埠245。因此，在第5圖所示的路徑227的端部處，基板已經曝露於第一反應氣體225和第二反應氣體235以形成層。所示的注射器單元222形成四分之一圓，但可更大或更小。第6圖中所示的氣體分配組件220可被認為是第3圖的四個注射器單元222串聯連接的結合。
第5圖的注射器單元222顯示了分離反應氣體的氣幕250。術語「氣幕」用以描述將反應氣體分離以免混合的氣流或真空的任何結合。第5圖中所示的氣幕250包含真空埠245的靠近第一反應氣體埠225的一部分，中間的淨化氣體埠255和靠近第二氣體埠235的真空埠245的一部分。這種氣流和真空的結合可用以防止或最小化第一反應氣體和第二反應氣體的氣相反應。
參照第6圖，來自氣體分配組件220的氣流和真空的結合形成分離成複數個處理區域350。處理區域大致界定在各個氣體埠225、235周圍，其中氣幕250在350之間。如第6圖中所示的實施例構成了八個單獨的處理區域350，其間具有八個單獨的氣幕250。處理腔室可具有至少兩個處理區域。在一些實施例中，存在至少三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、10個、11個或12個處理區域。
在處理期間，基板可在任何給定時間曝露於超過一個處理區域350。然而，曝露於不同處理區域的部分將具有將兩者分開的氣幕。例如，若基板的前緣進入包括第二氣體埠235的處理區域，則基板的中間部分將位於氣幕250下方，且基板的後緣將處於包括第一反應氣體埠225的處理區域中。
工廠介面（顯示為在第4圖中的負載鎖定腔室280）（可為（例如）負載鎖定腔室）顯示為連接到處理腔室200。基板60顯示為疊加在氣體分配組件220之上，以提供參考框架。基板60通常可坐落於基座組件上，以被保持在氣體分配板220的前表面221附近。基板60經由工廠介面（如，負載鎖定腔室280）而裝載到處理腔室200中，裝載到基板支撐件或基座組件上（參照第4圖）。可顯示基板60位於處理區域內，因為基板位於第一反應氣體埠225附近並位於兩個氣幕250a、250b之間。沿路徑227旋轉基板60將使基板沿處理腔室200逆時針移動。因此，基板60將曝露於第一處理區域350a到第八處理區域350h，包括其間的所有處理區域。
本揭露書的一些實施例涉及具有複數個處理區域350a-350h的處理腔室200，其中每個處理區域藉由氣幕250與相鄰區域分離。例如，第6圖中所示的處理腔室。取決於氣流的佈置，處理腔室內的氣幕和處理區域的數量可為任何合適的數量。第6圖中所示的實施例具有八個氣幕250和八個處理區域350a-350h。
返回參照第1圖，處理平台100包括連接到中央傳送站110的第二側面112的處理腔室140。一些實施例的處理腔室140配置成在第一批量處理腔室120中的處理之前及/或之後，將晶圓曝露於處理，以處理晶圓。一些實施例的處理腔室140包含退火腔室。退火腔室可為熔爐退火腔室或快速熱退火腔室，或是配置成在預定溫度和壓力下保持晶圓並向腔室提供氣流的不同腔室。
在一些實施例中，處理平台進一步包含連接到中央傳送站110的第三側面113的第二批量處理腔室130。第二批量處理腔室130可與批量處理腔室120類似地配置，或可被配置為執行不同的處理或處理不同數量的基板。
第二批量處理腔室130可與第一批量處理腔室120相同或不同。在一些實施例中，第一批量處理腔室120和第二批量處理腔室130被配置為在相同的批量時間中使用相同數量的晶圓執行相同的處理，使得x（第一批量處理腔室120中的晶圓的數量）和y（第二批量處理腔室130中的晶圓的數量）相同，且第一批量時間和（第二批量處理腔室130的）第二批量時間相同。在一些實施例中，第一批量處理腔室120和第二批量處理腔室130被配置為具有不同數量的晶圓（x不等於y）、不同批量時間或兩者的一個或多個。
在第1圖所示的實施例中，處理平台100包括連接到中央傳送站110的第四側面114的第二處理腔室150。第二處理腔室150可與處理腔室140相同或不同。
處理平台100可包括連接到機器人117的控制器195（未顯示連接）。控制器195可被配置為利用機器人117的第一臂118在處理腔室140和第一批量處理腔室120之間移動晶圓。在一些實施例中，控制器195還被配置為利用機器人117的第二臂119在第二處理腔室150和第二批量處理腔室130之間移動晶圓。
在一些實施例中，控制器295連接到批量處理腔室200。控制器195（在第1圖中）可為用於處理平台100的相同控制器或與控制器195介面連接的單獨控制器295（在第2圖中）。例如，可包括第二控制器295以控制批量處理腔室200中的ALD處理。
處理平台100還可包括連接到中央傳送站110的第五側面115的第一緩衝站151及/或連接到中央傳送站110的第六側面116的第二緩衝站152。第一緩衝站151和第二緩衝站152可執行相同或不同的功能。例如，緩衝站可保持處理並返回到原始盒的晶圓盒，或第一緩衝站151可保持未處理的晶圓，該等晶圓在處理之後被移動到第二緩衝站152。在一些實施例中，緩衝站的一個或多個被配置為在處理之前及/或之後預處理、預熱或清潔晶圓。
在一些實施例中，控制器195被配置為使用機器人117的第一臂118在第一緩衝站151與處理腔室140和第一批量處理腔室120中的一個或多個之間移動晶圓。在一些實施例中。控制器195被配置為使用機器人117的第二臂119在第二緩衝站152與第二處理腔室150或第二批量處理腔室130中的一個或多個之間移動晶圓。
處理平台100還可包括在中央傳送站110和處理腔室的任一個之間的一個或多個狹縫閥160。在所示的實施例中，在處理腔室120、130、140、​​150的每一個和中央傳送站110之間存在有狹縫閥160。狹縫閥160可打開和關閉，以將處理腔室內的環境與中央傳送站110內的環境隔離。例如，若處理腔室在處理期間將產生電漿，則關閉那個處理腔室的狹縫閥以防止雜散電漿損壞傳送站中的機器人可能是有幫助的。
在一些實施例中，處理腔室不容易從中央傳送站110移除。為了允許對處理腔室的任一者進行維護，處理腔室的每一者可進一步包括在處理腔室的側面上的複數個通道門170。通道門170允許手動進入處理腔室而無需從中央傳送站110移除處理腔室。在所示的實施例中，除了連接到傳送站的側面之外，每個處理腔室的每一側都具有通道門。包括如此多的通道門170可能會使所採用的處理腔室的結構複雜化，因為腔室內的硬體將需要配置成可通過門進入。
一些實施例的處理平台包括連接到傳送站110的水箱180。水箱180可配置成向任何或所有處理腔室提供冷卻劑。儘管被稱為「水」箱，但是熟悉本領域者將理解可使用任何冷卻劑。
在一些實施例中，處理平台100的尺寸允許通過單個電力連接器190連接以容納電力。單個電力連接器190附接到處理平台100以向每個處理腔室和中央傳送站110提供電力。
處理平台100可連接到工廠介面102，以允許晶圓或晶圓盒被裝載到處理平台100中。工廠介面102內的機器人103可將晶圓或盒移入和移出緩衝站151、152。晶圓或盒可藉由中央傳送站110中的機器人117在處理平台100內移動。在一些實施例中，工廠介面102是另一個群集工具的傳送站。
在一些實施例中，處理平台100或批量處理腔室120連接到控制器。控制器可為相同的控制器195或不同的控制器295（如第2圖所示）。控制器295包括中央處理單元（CPU）296、記憶體297和支援電路298。中央處理單元296可為可在工業設置中用於控制各種腔室和子處理器的任何形式的電腦處理器之一者。記憶體297耦接到CPU 296，且可為一個或多個容易取得的記憶體，諸如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、光碟、軟碟、硬碟或任何其他形式的本端或遠端數位儲存器。支援電路298耦接到CPU 296，用於以傳統方式支援CPU 296。該等電路可包括快取、電力供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統及類似者。
在一些實施例中，控制器295包括含有電腦代碼的非暫時性電腦可讀介質，當藉由一個或多個電腦處理器的操作執行時，電腦代碼執行用於控制腔室中的沉積處理的操作。電腦代碼可包括用於處理器的指令集，以使處理器能夠（尤其是）控制加熱器（如，電力、溫度和位置）、隔熱罩、基座組件旋轉及/或升降、閥門、馬達、致動器及/或包括氣流的氣體分配組件。
一些實施例的電腦程式代碼包括資料模型，資料模型針對複數個氣體類型的每一種界定腔室內的可接受位準。電腦程式代碼可包括用以確定溫度控制的加熱器電力設置的模型或查找表。在一些實施例中，電腦程式代碼包括用以基於溫度反饋電路而確定一個或多個隔熱罩的位置的模型。
處理通常可作為軟體常式而儲存在記憶體中，當由處理器執行時，該軟體常式使得處理腔室執行本揭露書的處理。軟體常式還可由第二處理器（未顯示）儲存及/或執行，第二處理器遠離處理器控制的硬體。本揭露書的一些或所有方法也可在硬體中執行。這樣，處理可以軟體實現，並以作為（如）特殊應用積體電路的硬體或其他類型的硬體實現，或軟體和硬體的結合而使用電腦系統執行。當由處理器執行時，軟體常式將通用電腦轉換成控制腔室操作的特定目的電腦（控制器），使得處理被執行。
控制器295可耦接到基座組件240和批量處理腔室200的氣體分配組件220，並具有一種或多種配置。配置可包括（但不限於）使基座組件圍繞中心軸線旋轉的第一配置；用以提供包含具有通式WXa 的化合物的鎢前驅物流的第二配置，其中X是鹵素且a是4至6；用以提供包含具有通式BR3 的至少一種化合物的烷基硼烷還原劑的流動的第三配置，其中R是C1-C6烷基或用以控制基座組件的溫度在約200℃至約500℃的範圍中的第四配置。
儘管已經參考特定實施例描述了於此的揭露書，但是應該理解該等實施例僅僅是對本揭露書的原理和應用的說明。對於熟悉本領域者將顯而易見的是，在不背離本揭露書的精神和範圍的情況下，可對本揭露書的方法和設備進行各種修改和變化。因此，本揭露書意欲包括在附隨的申請專利範圍及其等效元件的範圍內的修改和變化。
17‧‧‧旋轉
60‧‧‧基板
66 84‧‧‧區域
100‧‧‧處理平台
102‧‧‧工廠介面
103‧‧‧機器人
110‧‧‧中央傳送站
111‧‧‧側面
112‧‧‧側面
113‧‧‧側面
114‧‧‧側面
115‧‧‧側面
116‧‧‧側面
117‧‧‧機器人
118‧‧‧第一臂
119‧‧‧第二臂
120‧‧‧第一批量處理腔室
130‧‧‧第二批量處理腔室
140‧‧‧處理腔室
150‧‧‧第二處理腔室
151‧‧‧第一緩衝站
152‧‧‧第二緩衝站
160‧‧‧狹縫閥
170‧‧‧通道門
180‧‧‧水箱
190‧‧‧電力連接器
195‧‧‧控制器
200‧‧‧處理腔室
220‧‧‧氣體分配組件
221‧‧‧前表面
222‧‧‧注射器單元
223‧‧‧內周邊邊緣
224‧‧‧外邊緣/外周邊邊緣
225‧‧‧第一反應氣體埠/第一反應氣體
227‧‧‧路徑
235‧‧‧第二氣體埠/第二反應氣體
240‧‧‧基座組件/基座
241‧‧‧頂表面
242‧‧‧凹槽
243‧‧‧底表面
244 245‧‧‧真空埠
250‧‧‧氣幕
255‧‧‧淨化氣體埠
260‧‧‧支撐柱
261 262‧‧‧微調致動器
270‧‧‧間隙
280‧‧‧負載鎖定腔室
295‧‧‧控制器
296‧‧‧中央處理單元/CPU
297‧‧‧記憶體
298‧‧‧支援電路
350‧‧‧處理區域
350a‧‧‧處理區域
350b‧‧‧處理區域
350c‧‧‧處理區域
350d‧‧‧處理區域
350e‧‧‧處理區域
350f‧‧‧處理區域
350g‧‧‧處理區域
350h‧‧‧處理區域
因此，可詳細地理解本揭露書的上述特徵的方式，可藉由參考實施例而獲得上文簡要概述的本揭露書的更具體的描述，其中一些實施例顯示在附隨的圖式中。然而，應注意附隨的圖式僅顯示了本揭露書的典型實施例，且因此不應視為限制本揭露書的範圍，因為本揭露書可允許其他同等有效的實施例。
第1圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例的處理平台的示意圖；
第2圖顯示了根據本發明的一個或多個實施例的批量處理腔室的剖視圖；
第3圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例的批量處理腔室的局部透視圖；
第4圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例的批量處理腔室的示意圖；
第5圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例用於在批量處理腔室中使用的楔形氣體分配組件的一部分的示意圖；及
第6圖顯示了根據本揭露書的一個或多個實施例的批量處理腔室的示意圖。
在附隨的圖式中，類似的部件及/或特徵可具有相同的元件符號。此外，相同類型的各種部件可藉由在元件符號之後用破折號和區分相似部件的第二符號來區分。若在說明書中僅使用第一元件符號，則該描述適用於具有相同第一元件符號的任何一個類似部件，而與第二元件符號無關。
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Claims (20)

  1. 一種沉積一鎢成核層的方法，該方法包含以下步驟：將一基板依次曝露於一鎢前驅物和一烷基硼烷還原劑，該鎢前驅物包含一種或多種WXa ，其中X是一鹵素且a是4至6，且該烷基硼烷還原劑包含具有一通式BR3 的至少一種化合物，其中R是一C1-C6烷基。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該基板不曝露於乙硼烷（B2 H6 ）或矽烷（SiH4 ）。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該基板以在約200℃至約500℃的範圍中的一溫度保持。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該基板以約2 Torr至約30 Torr的範圍中的一壓力曝露於該鎢前驅物和該烷基硼烷還原劑。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該鎢成核層基本上不包含Si。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該鎢成核層基本上不包含B。
  7. 如請求項1所述之方法，其中X包含氟，且該鎢成核層基本上不包含F。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該鎢成核層具有小於或等於約125 μΩ*cm的一電阻率。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該鎢成核層具有小於或等於約100 μΩ*cm的一電阻率。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該鎢成核層沉積到在約15 Å至約20 Å的範圍中的一厚度。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該烷基硼烷還原劑基本上不包含B-H鍵。
  12. 一種沉積一鎢成核層的方法，該方法包含以下步驟：將一基板依次曝露於一鎢前驅物和基本上由三甲基硼烷或三乙基硼烷的一種或多種組成的一烷基硼烷還原劑，該鎢前驅物包含具有一通式WXa 的一化合物，其中X是一鹵素且a是4至6。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該鎢前驅物包含WCl5 。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該鎢前驅物包含WF6 。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該烷基硼烷還原劑基本上由三甲基硼烷組成。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該烷基硼烷還原劑基本上由三乙基硼烷組成。
  17. 如請求項12所述之方法，其中該基板以在約200℃至約500℃的範圍中的一溫度保持。
  18. 如請求項12所述之方法，其中該鎢成核層沉積到在約15Å至約20Å的範圍中的一厚度。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該鎢成核層基本上不包含Si、F或B，並具有小於或等於約100 μΩ*cm的一電阻率。
  20. 一種處理腔室，包含 一基座組件，用以支撐複數個基板並使該複數個基板繞一中心軸線而旋轉，該基座組件具有一頂表面，該頂表面具有複數個凹槽，該複數個凹槽經調整尺寸以保持該等基板；一氣體分配組件，具有與該基座組件的該頂表面間隔開的一前表面以形成一間隙，該氣體分配組件包括複數個氣體埠和真空埠，以提供複數個氣流進到該間隙中及提供複數個真空流以從該間隙移除多個氣體，該複數個氣體埠和真空埠佈置成形成複數個處理區域，每個處理區域藉由一氣幕與多個相鄰的處理區域分開；及一控制器，耦接到該基座組件和該氣體分配組件，該控制器具有一個或多個配置，該等配置選自：一第一配置，用以使該基座組件繞該中心軸線旋轉；一第二配置，用以提供一鎢前驅物的一流動，該鎢前驅物包含具有一通式WXa 的一化合物，其中X是一鹵素且a是4至6；一第三配置，用以提供一烷基硼烷還原劑的一流動，該烷基硼烷還原劑包含具有一通式BR3 的至少一種化合物，其中R是一C1-C6烷基；或一第四配置，用以將該基座組件的一溫度控制在約200℃至約500℃的一範圍中。
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