一层稳健的成核层可以防止 WF6 穿透 TiN 扩散并与下层的硅或钛发生反应，否则将导致严重的结构损坏 。
原理展开
在接触孔（CONTACT）模块中，钨（W）沉积紧随 Ti 和 TiN 层的形成之后，旨在完成连接硅衬底与第一层金属互连线的金属塞 。选择钨作为接触塞是因为它通过化学气相沉积（CVD）工艺沉积时具有极佳的台阶覆盖性，能够填充高深宽比的孔洞而不产生空洞 。之前的 Ti 层起到降低肖特基势垒并形成硅界面欧姆接触的作用 。同时，中间的 TiN 层作为扩散阻挡层，保护下层材料免受 W 沉积过程中反应气体的侵蚀 。在接触孔完全填充本体钨后，需要进行后续的 W C
MP 工艺步骤，以去除场介质上的多余金属，从而实现各个接触塞的电气隔离 。
钨的沉积依赖于六氟化钨（WF6）的热化学还原，通常分为两个不同的阶段：成核和本体填充 。最初，使用硅烷（SiH4）或乙硼烷（B2H6）作为还原剂生长一层薄的 W 成核层，这能在 TiN 阻挡层上实现快速沉积且潜伏期极短 。该成核层作为后续本体填充工艺的晶种，本体填充主要利用 WF6 的氢气（H2）还原反应 。基于 H2 的还原反应提供了极好的台阶覆盖和连续的本体填充，但该反应必须与下层材料严格隔绝 。一层稳健的成核层可以防止 WF6 穿透 TiN 扩散并与下层的硅或钛发生反应，否则将导致严重的结构损坏 。
化学气相沉积是 W 填充的标准方法，因为传统的物理气相沉积无法在狭窄、深层的接触孔中实现所需的台阶覆盖率 。为了平衡生产效率与台阶覆盖性，现代工艺通常采用脉冲 CVD 或原子层沉积（ALD）技术来生长成核层 。通过使用惰性气体吹扫将 WF6 和 SiH4 的通入过程周期性隔开，脉冲 CVD 有效抑制了气相反应并促进了表面控制动力学，显著改善了侧壁覆盖并防止了顶部过度生长 。前驱体气体的选择、沉积温度和压力直接决定了晶相（如低电阻率的 α-W 与亚稳态的 β-W）、晶粒尺寸以及最终的接触电阻 。此外，控制 W 本体填充参数对于管理薄膜内应力至关重要，因为本体 W 产生的过度拉应力可能会在后续的 CMP 工艺中诱发结构分层 。
在 40nm 节点，由于隔离所需的层间介质较厚，接触孔的深宽比较高，这使得无空洞的 W 填充极具挑战性 。确保完全填充至关重要，因为任何接缝或空洞都可能在下一步工艺中残留 CMP 研磨液，导致高接触电阻或可靠性失效 。此外，必须仔细调整成核层的厚度：它既要足够厚以均匀保护 TiN/Ti 叠层免受 WF6 的侵蚀，又要足够薄以最大化低电阻率本体 W 的填充体积 。
风险与挑战
[高] 火山坑形成（氟侵蚀）：如果 W 成核层或底部的 TiN 阻挡层过薄或存在结构缺陷，WF6 气体可能会渗透到接触孔底部 。WF6 会与底层的 Ti 或 Si 剧烈反应，生成高挥发性的 TiF4 或 SiF4 副产物，导致体积大幅膨胀并产生结构性喷发，这种现象被称为“火山坑” (volcano) 。