阻擋層和籽層的集成制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)一般地涉及通過(guò)沉積阻擋層、在阻擋層上沉積籽層和在籽層上沉積導(dǎo)電層來(lái)填充特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層。例如，銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層和沉積在銅合金籽層上的第二籽層。銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。在仍另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括第一籽層和第二籽層。第一籽層可以包括金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)一般地涉及沉積阻擋層和阻擋層之上的籽層的裝置和方法。更具體地，本專利技術(shù)涉及沉積阻擋層和在阻擋層之上沉積包含銅和其它金屬的籽層的裝置和方法。
技術(shù)介紹
對(duì)于下一代半導(dǎo)體器件大規(guī)模集成(VLSI)和超大規(guī)模集成(ULSI)，可靠地制造亞微米或更小特征是關(guān)鍵之一。然而，由于電路技術(shù)的條紋受限制，VLSI和ULSI技術(shù)中互連的縮小的尺寸對(duì)加工能力設(shè)置了額外的要求。這種技術(shù)核心的多層面互連需要對(duì)高長(zhǎng)寬比特征的精確加工，例如通路和其它互連。這些互連的可靠形成對(duì)VLSI和ULSI成功以及對(duì)提高各個(gè)襯底的電路密度和質(zhì)量的連續(xù)努力都非常重要。在電路密度增加時(shí)，通路、觸點(diǎn)和其它特征，以及它們之間的介電材料的寬度減小到亞微米尺寸(例如，小于0. 20微米或更小)，然而介電層的厚度基本上不變，結(jié)果特征的長(zhǎng)寬比即它們的高度除以寬度增加。許多傳統(tǒng)的沉積工藝在填充長(zhǎng)寬比超過(guò)41的亞微米結(jié)構(gòu)時(shí)有困難，特別是在長(zhǎng)寬比超過(guò)10 1時(shí)。因此，在形成具有高長(zhǎng)寬比的基本上無(wú)空洞和無(wú)接縫的亞微米特征方面正在進(jìn)行大量的努力。目前，銅及其合金成為選擇用于亞微米互連的金屬，因?yàn)殂~具有比鋁更低的電阻率(1.7μ Ω-cm，與鋁的3. 1μ Ω-cm相比)，以及更高的電流承載能力和高得多的電遷移阻力。這些性能對(duì)于支持在多層面集成時(shí)經(jīng)歷的更高電流密度和提高器件速度都非常重要。 并且，銅具有良好的導(dǎo)熱率并可在高純狀態(tài)獲得。銅金屬化可以通過(guò)各種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。典型的方法通常包括在特征上物理氣相沉積阻擋層，在阻擋層上物理氣相沉積銅籽層，然后在銅籽層上電鍍銅導(dǎo)電材料層以填充該特征。最后，所沉積的各層和介電層被平面化，例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以限定導(dǎo)電互連特征。然而，使用銅的一個(gè)問(wèn)題是銅擴(kuò)散到硅、二氧化硅和其它介電材料中，可能損害器件的完整性。因此，保形阻擋層對(duì)防止銅擴(kuò)散變得越來(lái)越重要。氮化鉭已經(jīng)被用作阻擋材料以防止銅擴(kuò)散到下面的層中。然而，先前使用的氮化鉭和其它阻擋層的一個(gè)問(wèn)題是這些阻擋層對(duì)于在其上沉積銅是很差的浸潤(rùn)劑。例如，在這些阻擋層上沉積銅籽層時(shí)，銅籽層可能團(tuán)聚并變得不連續(xù)，可能阻止在銅籽層上一致性地沉積銅導(dǎo)電材料層(例如電鍍銅層)。 在其它的例子中，對(duì)具有在這些阻擋層上沉積的銅層的襯底結(jié)構(gòu)進(jìn)行的高溫下的隨后處理可能導(dǎo)致反浸潤(rùn)和形成空洞。在仍另一個(gè)例子中，通過(guò)使用所述器件形成的器件中的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致在銅層中產(chǎn)生空洞和器件損壞。因此，需要改善的互連結(jié)構(gòu)和沉積互連結(jié)構(gòu)的方法。1
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)一般地涉及通過(guò)沉積阻擋層、在阻擋層上沉積籽層并在籽層上沉積導(dǎo)電層來(lái)填充特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層。例如，銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層和沉積在銅合金籽層上的第二籽層。銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。在仍另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括第一籽層和第二籽層。第一籽層可以包括金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。附圖說(shuō)明為了獲得和詳細(xì)理解上述的特征、優(yōu)點(diǎn)和本專利技術(shù)的目的，可以參照在附圖中示例說(shuō)明的實(shí)施方式對(duì)上文中簡(jiǎn)要總結(jié)的本專利技術(shù)進(jìn)行更具體的描述。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅說(shuō)明了本專利技術(shù)的典型實(shí)施方式，因此不認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸緦＠夹g(shù)可以應(yīng)用到其它等效的實(shí)施方式中。圖1是可以用于通過(guò)原子層沉積形成一個(gè)或多個(gè)阻擋層的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖；圖2A是其上沉積有介電層的襯底的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。圖2B是在圖2A的襯底結(jié)構(gòu)上形成阻擋層的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。圖3A-C說(shuō)明在阻擋層形成的階段在襯底的一部分上交替化學(xué)吸附含鉭化合物和含氮化合物的單層的一個(gè)實(shí)施方式。圖4是可以用于沉積銅合金籽層的能夠化學(xué)氣相沉積的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。圖5A-C是在圖2B的阻擋層上沉積籽層的實(shí)施方式的示意性截面圖。圖6是多室處理系統(tǒng)的一個(gè)例子的示意性頂視圖。具體實(shí)施例方式適合于沉積阻擋層的處理室圖1是處理系統(tǒng)10的一個(gè)示例性實(shí)施方式的示意性截面圖，該處理系統(tǒng)可以用于按照本專利技術(shù)的方案通過(guò)原子層沉積形成一個(gè)或多個(gè)阻擋層。當(dāng)然，也可以使用其它的處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)10通常包括處理室100、氣體面板130、控制單元110、電源106和真空泵 102。處理室100通常容納支座150，該支座用于在處理室100內(nèi)支撐例如半導(dǎo)體晶片190 的襯底。在處理室100中，支座150可以通過(guò)嵌入的加熱元件170來(lái)加熱。例如，支座可以通過(guò)從AC電源向加熱元件170提供電流而被電阻加熱。依次，晶片190被支座150加熱，并可以保持在所需的處理溫度范圍內(nèi)，例如，取決于特定的處理，在大約20°C和大約1000°C 之間的范圍內(nèi)。溫度傳感器172如熱電偶可以被嵌入到晶片支座150中以監(jiān)測(cè)支座溫度。例如， 所測(cè)得的溫度可以用于反饋回路以控制從電源106施加到加熱元件170的電流，使得晶片溫度可以被保持或被控制在所需的溫度或?qū)τ谀骋惶幚響?yīng)用合適的所需溫度范圍內(nèi)。支座 150也可以使用輻射加熱(未示出)或其它加熱方法來(lái)加熱。真空泵102可以被用于從處理室100抽出處理氣體，并且可以用于幫助在處理室 100內(nèi)部維持所需的壓力或壓力范圍內(nèi)的所需壓力。穿過(guò)處理室100壁的孔120被用于將處理氣體導(dǎo)入到處理室100中。孔120的尺寸通常取決于處理室100的尺寸?？?20通過(guò)閥125被部分地連接到氣體面板130。氣體面板130可以設(shè)置成從兩個(gè)或更多的氣體源135、136通過(guò)孔120和閥125向處理室100接收并且然后提供最終的處理氣體。氣體源135、136可以存儲(chǔ)在室溫下呈液態(tài)的前體，隨后，該前體在氣體面板130中時(shí)被加熱，從而將前體轉(zhuǎn)變成蒸氣態(tài)，導(dǎo)入到處理室100中。氣體源135、136也可以適于通過(guò)使用載氣提供前體。氣體面板130可以進(jìn)而設(shè)置成從清洗氣體源138通過(guò)孔120和閥125 向處理室100接收并且然后提供清洗氣體。噴頭160可以連接到孔120，從而向支座150上的晶片190供給處理氣體、清洗氣體或其它氣體。噴頭160和支座150可以用作用于提供電場(chǎng)而觸發(fā)等離子體的分開(kāi)的電極。RF電源162可以連接到噴頭160，RF電源163可以連接到支座150，或者RF電源162、163可以分別連接到噴頭160和支座150。匹配網(wǎng)絡(luò)164可以連接到RF電源162、163，可以連接到控制單元110，從而控制提供給RF電源162、163的電力。控制單元110，如可編程個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等，也可以設(shè)置成在晶片處理程度的不同階段中控制通過(guò)氣體面板130以及閥125的不同處理氣體的流動(dòng)。示例性地， 控制單元110包括中央處理單元(CPU) 112、支持電路114和含有相關(guān)的控制軟件113的存儲(chǔ)器116。除了控制通過(guò)氣體面板130的處理氣體，控制單元110可以設(shè)置成負(fù)責(zé)用于晶片處理中其它行為的自動(dòng)控制，如晶片輸送、溫度控制、處理室抽氣，與其它行為一起，其中的一些將在本文的其它位置進(jìn)行描述。控制單元110可以是用在工業(yè)背景中的任何形式的通用計(jì)算機(jī)處理器中的一種， 用于控制不同的處理室和子處理器。CPU 112本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種用于處理襯底的系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)用于在襯底上沉積包括氮化鉭的阻擋層的原子層沉積阻擋室，其中，所述至少一個(gè)原子層沉積阻擋室被連接到氣體面板，所述氣體面板被配置為從包含ＰＤＭＡＴ的第一源接收含鉭氣體和從包含氨的第二源接收含氮?dú)怏w，其中ＰＤＭＡＴ的氯濃度小于等于１００ｐｐｍ，并且所述原子層沉積阻擋室還被配置為依次提供：流速在１００ｓｃｃｍ和１０００ｓｃｃｍ之間的小于等于１秒的包括ＰＤＭＡＴ的含鉭氣體；小于等于１秒的清洗氣體；和流速在１００ｓｃｃｍ和１０００ｓｃｃｍ之間的小于等于１秒的包括氨的含氮?dú)怏w；以及至少一個(gè)包含銅合金靶并且被配置為用于在所述阻擋層之上沉積銅合金籽晶層的物理氣相沉積金屬籽晶室，其中所述銅合金靶包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的金屬，并且所述銅合金靶以０．０１原子百分比和２．０原子百分比之間的濃度包含所述金屬。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：應(yīng)用材料有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US