用于氮化钛膜的处理方法技术

本文的多个实施方式涉及形成适于在半导体装置中用作导电特征结构的整体填充材料的氮化钛膜的方法，这些导电特征结构诸如在动态随机存取存储器(DRAM)装置中用于电容器电极和/或埋入的字线。在一个实施方式中，提供了一种在半导体装置中形成导电特征结构的方法。方法包括在氢自由基存在时热处理包含氮化钛层的至少部分的基板表面。热处理基板包括：将基板定位在处理腔室的处理空间中；将基板加热到大于约250℃的处理温度；使用流体耦接到处理空间的远程等离子体源产生氢自由基；和将基板维持在处理温度，同时将氮化钛层的至少部分暴露于产生的氢自由基。此处，基板包括场表面，在场表面中形成有多个开口，并且氮化钛层的至少部分设置在多个开口中。部分设置在多个开口中。部分设置在多个开口中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氮化钛膜的处理方法
[0001]背景
[0002]领域
[0003]本文描述的多个实施方式一般涉及电子装置制造，并且尤其是涉及形成用于在半导体装置中用作导电特征结构的氮化钛填充材料的方法，这些导电特征结构诸如在动态随机存取存储器装置中用作埋入的字线。
[0004]相关技术描述
[0005]钨(W)通常用作填充材料以形成半导体装置的许多导电特征结构。例如，钨经常用于在介电材料层内形成低电阻率的电气连接，亦即，水平设置的金属互连、在相邻介电层之间用于连接水平设置的金属互连的垂直穿通孔(through via)、和在金属层与在金属层下面设置的基板上或中形成的装置之间的触点。归因于钨的低电阻率，钨通常也用于形成位线和字线，这些位线和字线用于寻址动态随机存取存储器(dynamic random
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access memory；DRAM)装置的存储器单元阵列中的个别存储器单元。
[0006]通常，钨导电特征结构通过下列形成：在材料层中蚀刻开口(例如，孔洞(hole)或沟槽)、用导电阻挡材料加衬(lining)开口、和沉积钨层以填充加衬的开口并且形成导电特征结构。归因于氮化钛阻挡钨填充材料扩散到周围的材料层中并且促进在钨填充材料与加衬的开口的壁之间的粘附的能力，氮化钛(TiN)通常用作导电阻挡材料或“阻挡金属”以加衬开口。
[0007]不幸的是，由于电路密度增加并且装置特征结构持续缩小以满足下一代半导体装置的需求，可靠地产生钨特征结构已变得日益成问题。诸如在沉积的钨填充材料中的开口和孔隙(voids)内的氮化钛层的不良阶梯覆盖的问题随着特征结构大小减小而变得放大，并且可能不利地影响装置的效能或装置的可靠性和/或使装置不可操作。
[0008]由此，在本领域中需要用于在半导体装置中形成导电特征结构的改进的整体填充材料和整体填充材料的形成方法。

技术实现思路

[0009]本文的多个实施方式涉及形成适于在半导体装置中用作导电特征结构的整体填充材料的氮化钛膜的方法，这些导电特征结构诸如在动态随机存取存储器(DRAM)装置中用于电容器电极和/或埋入的字线。
[0010]在一个实施方式中，提供了一种在电子装置中形成导电特征结构的方法。方法包括在氢自由基存在时热处理包含氮化钛层的至少部分的基板表面。热处理基板包括：将基板定位在处理腔室的处理空间中；将基板加热到大于约250℃的处理温度；使用流体耦接到处理空间的远程等离子体源产生氢自由基；和将基板维持在处理温度，同时将氮化钛层的至少部分暴露于产生的氢自由基。此处，基板包括场表面，在场表面中形成有多个开口，并且氮化钛层的至少部分在多个开口中设置。
[0011]在另一个实施方式中，一种形成存储器装置的方法包括在氢自由基存在时热处理氮化钛层。热处理氮化钛层包括：将基板定位在第一处理腔室的处理空间中；将基板加热到
大于约250℃的处理温度；使用流体耦接到处理空间的远程等离子体源产生氢自由基；和将基板维持在处理温度，同时将氮化钛层暴露于产生的氢自由基。基板以场表面为特征，在场表面中形成有多个开口，并且氮化钛层的至少部分在多个开口中设置。此处，在多个开口中设置的氮化钛层的至少部分形成存储器装置的埋入的字线。
[0012]在另一个实施方式中，提供了一种在存储器装置中形成埋入的字线的方法。方法包括(a)将基板定位在第一处理腔室的第一处理空间中，其中基板可包括场表面，在场表面中形成有多个开口；(b)将氮化钛层沉积在基板的场表面上以至少部分填充多个开口，(c)将基板定位在连接到第一处理腔室的第二处理腔室的第二处理空间中，(d)将基板加热到大于约250℃的处理温度，和(e)将氮化钛层暴露于使用流体耦接到第二处理空间的远程等离子体源产生的氢自由基。
附图说明
[0013]为了能够详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，可参考多个实施方式进行对上文简要概述的本公开内容的更特定描述，一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开内容的多个典型实施方式，并且由此不被认为限制本公开内容的范围，因为本揭示可允许其他多个等效的实施方式。
[0014]图1A和图1B是可用于执行本文阐述的方法的示例性处理腔室的示意性截面图。
[0015]图2是可用于执行本文阐述的方法的多腔室处理系统的示意性平面图。
[0016]图3是根据一个实施方式示出形成电子装置的导电特征结构的方法的图。
[0017]图4A至图4E是示出图3的方法的方面的半导体基板的示意性截面图。
[0018]图5A至图5C、图6A至图6D、图7A至图7D、和图8以图形示出使用本文阐述的方法形成的氮化钛(TiN)层的各种材料性质。
[0019]为了便于理解，相同附图标记在可能的情况下已经用于标识图中共有的相同元件。可以预期，一个实施方式的元件和特征结构可有利地并入其他多个实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0020]本文的多个实施方式涉及形成适于在半导体装置中用作导电特征结构的整体填充材料的氮化钛膜的方法，这些导电特征结构诸如在动态随机存取存储器(DRAM)装置中用于电容器电极和/或埋入的字线。氮化钛是陶瓷材料，氮化钛的导电性足以在金属特征结构和/或金属半导体结(junction)之间提供低欧姆接触，并且用作阻挡材料以防止在金属特征结构和/或金属半导体结的相应材料之间的反应和相互扩散。因此，当用作导电金属的相对薄的阻挡层或衬垫(liner)时，氮化钛被认为是“阻挡金属”。
[0021]通常，尽管相对薄的氮化钛层呈现金属类型的电气行为，习知形成的氮化钛层的电阻率对于在大多数半导体装置应用中用作整体填充导电材料的材料而言过高。因此，本文的多个实施方式提供了氮化钛膜的氢自由基辅助的热处理以期望地减小氮化钛层的电阻率。有利地，除了减小沉积的氮化钛层的电阻率之外，本文的方法从氮化钛层移除不期望的杂质，从而导致增加的装置效能和改进的装置可靠性和良率。
[0022]图1A示意性示出了可用于执行本文描述的方法的方面的处理腔室100的示例性热
处理系统。此处，处理腔室100以下述为特征：界定处理空间104的腔室主体102、在处理空间104中设置的基板支撑组件106、流体耦接到处理空间104的远程等离子体源(remote plasma source；RPS)108、和系统控制器110。处理空间104流体耦接到真空源，诸如耦接到一个或多个专属真空泵，该真空源将处理空间104维持在低于大气条件下并且从处理空间104抽出(evacuate)处理和其他气体。基板支撑组件106包括在支撑轴件112上设置的基板支撑件107，该基板支撑件密封地延伸穿过腔室主体102的基座，诸如在腔室基座上面或下面的区域中由波纹管(未图示)围绕。在本文中，基板支撑件107包括加热器114，例如，电阻式加热元件，该加热器用于将基板支撑件107和因此将在基板支撑件107上设置的基板116加热到期望的处理温度。
[0023]RPS 108流体耦接到氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在电子装置中形成导电特征结构的方法，包含以下步骤：热处理包含氮化钛层的至少部分的基板表面，包含以下步骤：将基板定位在第一处理腔室的处理空间中，所述基板包含具有多个开口的场表面和在所述多个开口中设置的所述氮化钛层的所述至少部分，所述多个开口形成在所述场表面中；将所述基板加热到大于约250℃的第一温度；使用流体耦接到所述处理空间的远程等离子体源产生氢自由基；和将所述基板维持在所述第一温度同时将所述氮化钛层的所述至少部分暴露于所述产生的氢自由基。2.如权利要求1所述的方法，其中产生所述氢自由基的步骤包含以下步骤：使氢气(H2)流动到所述远程等离子体源中；点燃和维持所述氢气的等离子体；和使所述远程等离子体源的流出物流动到所述处理空间中，其中所述流出物包含所述氢自由基。3.如权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤：将所述基板维持在与所述第一温度不同的第二温度，同时使氢气流动到所述处理空间中。4.如权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤：在使所述流出物流动到所述处理空间中之前通过使用离子过滤器从所述远程等离子体源的所述流出物移除氢离子。5.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化钛层亦在所述场表面上设置，并且所述氮化钛层将所述多个开口填充到至少所述场表面的位准。6.如权利要求1所述的方法，其中所述氮化钛层形成存储器装置的多个埋入的字线。7.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：在将所述基板传递到所述第一处理腔室之前在第二处理腔室中沉积所述氮化钛层，其中所述第一处理腔室通过在所述第一处理腔室与所述第二处理腔室之间设置的传递腔室连接到所述第二处理腔室。8.如权利要求7所述的方法，进一步包含以下步骤：交替地重复在所述第二处理腔室中沉积氮化钛层和在所述第一处理腔室中将所述氮化钛层暴露于氢自由基直到多个氮化钛层将所述多个开口填充到至少所述场表面的位准。9.一种形成存储器装置的方法，包含以下步骤：热处理氮化钛层，包含以下步骤：将基板定位在第一处理腔室的处理空间中，所述基板包含具有多个开口的场表面和在所述多个开口中设置的所述氮化钛层的至少部分，所述多个开口形成在所述场表面中，其中所述氮化钛层的所述至少部分形成多个埋入的字线；将所述基板加热到大于约250℃的处理温度；使用流体耦接到所述处理空间的远程等离子体源产生氢自由基；和将所述基板维持在所述处理温度，同时将所述氮化钛层暴露于所述产生的氢自由基。10.如权利要求9所述的方法，其中所述存储器装置包含在所述埋入的字线的相对侧面上设置的源极和漏极区域。11.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张心明，沙善，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：