專利名稱：于阻障表面上的鈷沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大致有關(guān)用于制造電子及半導(dǎo)體組件的金屬化工藝，更詳言之， 本發(fā)明的實施例為有關(guān)在沉積一導(dǎo)電層或接觸材料于阻障層前沉積一鈷層于阻障層的方 法。
背景技術(shù)：
銅為目前選用于多層金屬化工藝的金屬，其對組件的制造為重要的。多層互連迫 使制造工藝要求高深寬比的孔的平坦化，該孔包括觸點、通孔、線及其它特征。當(dāng)特征具有 較高深寬比時，填充此特征而不產(chǎn)生空隙或形變此特征的幾何為更困難的。因制造者力求 電路密度及質(zhì)量，可靠地形成互連亦較困難。因為銅相對低成本及工藝性質(zhì)，銅的使用已擴展至市場，故半導(dǎo)體制造商持續(xù)關(guān) 注經(jīng)由減少銅擴散與抗?jié)駶櫺砸愿牧荚阢~與介電材料間的邊界區(qū)的方法。因特征尺寸已減 小，已開發(fā)數(shù)種工藝方法以制造銅互連。每一工藝方法可增加誤差的可能性，如銅擴散越過 邊界區(qū)、銅結(jié)晶結(jié)構(gòu)變形及抗?jié)駶?。物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積 (ALD)、電化學(xué)電鍍(ECP)、無電沉積、化學(xué)機械研磨(CMP)、電化學(xué)機械研磨(ECMP)及其它 沉積與移除銅層的方法利用機械、電或化學(xué)方法以操作形成互連的銅?？沙练e阻障及覆蓋 層以含有銅。過去，使用一具有錫、鋁或鎂的鉭、氮化鉭或銅合金層提供在銅與其它材料間的阻 障層或一黏合促進(jìn)劑。此些選擇通常成本高且僅部份有效。因沿此邊界區(qū)的銅原子在多重 步驟半導(dǎo)體處理期間遭受一般在溫度、壓力、大氣條件或其它工藝變量的改變，銅可能沿此 邊界區(qū)移動并成為黏聚的銅。銅亦可能沿此邊界區(qū)較不均勻分散并成為濕潤的銅。在邊界 區(qū)的此些改變包括銅原子的應(yīng)力遷移及電遷移。銅穿越介電層或其它結(jié)構(gòu)的應(yīng)力遷移及電 遷移的增加此生成結(jié)構(gòu)的電阻且減少此生成組件的可靠度。因此，存在一提升在阻障層上一導(dǎo)電層或接觸材料的安定性與黏合性的需求。亦 然，存在改良含銅層的電遷移可靠度的需求，尤其是對于銅線的形成，同時防止銅擴散入鄰 近的材料，如介電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例為提供在沉積一導(dǎo)電層于阻障層前沉積一鈷層于阻障層的工藝。 在一實施例中，提供一沉積材料于基材表面的方法，其包括在基材上形成一阻障層，曝露此 基材至二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氫(H2)以于氣相沉積工藝期間在該阻障層上形成 一鈷層，及沉積一導(dǎo)電材料于此鈷層上。在一范例中，基材可于熱CVD工藝期間曝露于一含有CCTBA及氫的沉積氣體。在 另一范例中，基材可接著于ALD工藝期間曝露于CCTBA與氫。此基材在CVD或ALD工藝期 間亦可加熱至一自約100°C至約250°C范圍間的溫度。此鈷層沉積少于約40A的厚度。在某些范例中，阻障層及/或鈷層在處理工藝期間可曝露至一氣體或一試劑。此處理可為一熱工藝、一原位等離子體工藝或一遠(yuǎn)程等離子體工藝。此氣體或試劑可含有或 為氮(N2)、氨(NH3)、氫(H2)、氨/氫混合物、硅烷、二硅烷、氦、氬、其之等離子體、其之衍生物 或其等之組合。此阻障層或此鈷層可曝露于此氣體、試劑或等離子體約1秒至約30秒范圍 內(nèi)的一段時間。此基材在處理工藝期間可加熱至約50°C至約400°C的溫度范圍。在某些范例中，此導(dǎo)電材料可含有銅或銅合金。此導(dǎo)電材料可含有一種晶層及塊 體層(bulk layer)?；蛘?，此導(dǎo)電材料可直接沉積于此鈷層上，如經(jīng)由電化學(xué)電鍍(ECP)工 藝。在一范例中，一含有銅的種晶層可經(jīng)由PVD工藝或CVD工藝沉積。在另一范例中，此塊 體層含有銅且可經(jīng)由一 ECP工藝沉積。此阻障層可含有鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、 其之合金、其之衍生物或其等的組合。在一范例中，此阻障層可為一配置在鉭層上的氮化鉭 層。在另一實施例中，提供一種用于在一基材表面上沉積材料的方法，其包括以下步 驟在一基材上形成一阻障層，在預(yù)處理工藝期間曝露該阻障層至第一等離子體，曝露該基 材至CCTBA及氫以于氣相沉積工藝期間在該阻障層上形成一鈷層，于后處理工藝期間曝露 該鈷層至一第二等離子體，及經(jīng)由一氣相沉積工藝沉積一銅層于該鈷層上，如經(jīng)由一 PVD 工藝或CVD工藝。在另一實施例中，提供一種用于在一基材表面上沉積材料的方法，其包括以下步 驟在一基材上形成一阻障層，在預(yù)處理工藝期間曝露此阻障層至一等離子體，曝露該基材 至CCTBA及一還原氣體以于氣相沉積工藝期間在該阻障層上形成一鈷層，于后處理工藝期 間曝露該鈷層至一氫等離子體，及沉積一銅材料于該鈷層之上。在一范例中，此用于沉積該 鈷層的氣相沉積工藝及該后-處理工藝為依序重復(fù)以形成一鈷材料。此鈷材料含有多鈷 層，其中每一者在另一鈷層沉積前已曝露至一氫等離子體。


在前文概述的本發(fā)明的更詳細(xì)描述可參考實施例，其之部份為說明于附圖中，以 此方式，本發(fā)明于前文述及的特征可更詳盡的了解。然而，需了解附圖僅為用以說明本發(fā)明 的典型實施例，故因此不能被視為限制本發(fā)明的范疇，因為本發(fā)明容許其它等效的實施方圖1圖示根據(jù)本文描述的一實施例說明一工藝的流程圖；及圖2A-2F圖示根據(jù)本文描述的一實施例在不同工藝步驟中基材的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例為提供在沉積一導(dǎo)電層于阻障層前沉積一鈷層于阻障層或?qū)拥?方法。此鈷層及阻障層可各自可選擇地曝露至一處理工藝，如等離子體工藝或一熱工藝。此 導(dǎo)電層可含有銅或一銅合金且經(jīng)由物理氣相沉積(PVD)工藝、原子層沉積(ALD)工藝、電化 學(xué)電(ECP)工藝或一無電沉積工藝沉積。此鈷層改良銅邊界區(qū)性質(zhì)以促進(jìn)黏合性、改良溝 槽填充及電移動性能、減少擴散及黏聚并助長在工藝期間基材表面的均勻的粗糙度與濕潤 性。圖1圖示一說明本發(fā)明實施例的工藝100的流程圖。工藝100可用于在一基材上 形成一互連或其它組件。在一實施例中，工藝100的步驟110-150可在基材200上進(jìn)行，如在圖2A-2F中圖示。工藝100包括在一基材上沉積或形成一阻障層(步驟110)，可選擇地曝 露此阻障層至一預(yù)處理工藝(步驟120)，沉積一鈷層于此阻障層上(步驟130)，可選擇地 曝露此鈷層至一后處理工藝(步驟140)，及沉積至少一個導(dǎo)電層于此鈷層上(步驟150)。圖2A圖標(biāo)含有配置于下層202之上的介電層204的基材200?？?06形成于介電 層204內(nèi)且可為一通孔、鑲嵌、穿孔或其它形成于其內(nèi)的通道。下層202可為一基材、基材 表面、接觸層或視組件結(jié)構(gòu)而定的另一層。介電層204可含有一介電材料，如一低k介電材 料。在一范例中，介電層204含有一低k介電材料，如一碳氧化硅材料，或一碳摻雜的氧化 硅材料，例如BLACK DIAMOND Π低k介電材料，其可得自位于美國加州圣克拉拉市的 Applied Materials公司。用于介電層204的合宜材料的另一范例為碳化硅基膜，其使用如 述于共同讓渡的美國專利第6，537，733,6, 790，788及6，890，850號的化學(xué)氣相沉積(CVD) 或等離子體輔助CVD(PE-CVD)工藝形成，該些專利并入本案做為參考。在一實施例中，在工藝100的步驟110期間至少一個阻障層或材料可沉積或形成 于一基材上。在一范例中，圖2B圖標(biāo)阻障層210配置于基材200上、在介電層204之上，并共 形地位于孔206內(nèi)。阻障層210可為一層或多層。阻障層210可含有鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、 鎢、氮化鎢、其等之硅化物、其等之衍生物或其等之組合。在某些實施例中，阻障層210可含 有鉭/氮化鉭，鈦/氮化鈦或鎢/氮化鎢的雙層。阻障層210可具有一在自約5入至約50A 范圍間的厚度，較佳為自約IG人至約3GA,且可經(jīng)由PVD、ALD、等離子體輔助ALD(PE-ALD)、 CVD、PE-CVD、脈沖-CVD或其等的組合形成或沉積。在一范例中，阻障層210含有經(jīng)由PVD工藝沉積的金屬鉭的一下層及一經(jīng)由另一 PVD工藝沉積一配置在此氮化鉭下層的上的上層。在另一范例中，阻障層210含有經(jīng)由ALD 工藝沉積的金屬鉭的一下層及一經(jīng)由CVD工藝沉積一配置于此氮化鉭下層之上的上層。在 另一范例中，阻障層210含有經(jīng)由PVD工藝沉積的金屬鉭的一下層及一經(jīng)由CVD工藝沉積 一配置此氮化鉭下層的上的上層。例如，阻障層210可含有使用CVD工藝或一 ALD工藝沉積的氮化鉭，其中含鉭化合 物或鉭先驅(qū)物(例如，PDMAT)與氮先驅(qū)物(例如氨)反應(yīng)。在一實施例中，鉭及/或氮化 鉭經(jīng)由述于共同讓渡之于2002年10月25日申請的美國專利申請案第10Λ81，079號，且 以US 2003-0121608公開的專利申請案中的ALD工藝沉積為一阻障層210，該專利并入本案 做為參考。在一范例中，Ta/TaN雙層可沉積為一阻障層210，如各自以ALD、CVD及/或PVD 工藝以任何順序沉積一層于另一層上的一金屬鉭層及一氮化鉭層。在另一范例中，一 Ti/TiN雙層可沉積為一阻障層210，如各自以ALD、CVD及/或 PVD工藝以任何順序沉積一層于另一層上的一金屬鈦層及一氮化鈦層。在另一范例中，一 W/WN雙層可沉積為一阻障層210，如各自以ALD、CVD及/或PVD工藝以任何順序沉積一層 于另一層上的一金屬鎢層及一氮化鎢層。在步驟120，阻障層210可選擇地曝露至一預(yù)處理工藝，如一等離子體工藝或一 熱工藝。在等離子體或熱預(yù)處理工藝期間可曝露至基材200的工藝氣體及/或試劑包括 氫(例如，H2或原子-H)、氮(例如，N2或原子-N)、氨(NH3)、氫與氨混合物(H2/NH3)、聯(lián)胺 (N2H4)、硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、氦、氬、其之衍生物、其的等離子體或其等之組合。工藝 氣體可以在自約500sCCm至約IOslm范圍間的流速流入至此工藝腔室或曝露至此基材，較 佳為自約Islm至約6slm，例如約3slm。
在一實施例中，在步驟120于此預(yù)處理工藝期間，基材200及阻障層210可曝露至 一等離子體以除去阻障層210的污染物?；?00可置于一工藝腔室內(nèi)且曝于一工藝氣體， 該氣體可點燃以形成等離子體。工藝氣體可含有一種氣體化合物或多種氣體化合物?；?200可在室溫(例如23°C )，但通常預(yù)熱至后續(xù)沉積工藝的需求溫度。基材200可加熱至 自約100°C至約400°C范圍間的溫度，較佳為自約125°C至約350°C，且更佳為約150°C至約 300°C，如約 200°C 或約 2500C ο此工藝腔室可產(chǎn)生一原位等離子體或裝設(shè)有一遠(yuǎn)距等離子體源(RPS)。在一實施 例中，基材200可曝露至此等離子體(例如，原位或遠(yuǎn)距)自約0.5秒至約90秒的范圍間 的一段時間，較佳為自約10秒至約60秒，且更佳為自約20秒至約40秒。此等離子體在功 率為自約100瓦特至約1，000瓦特范圍間產(chǎn)生，較佳為約200瓦特至約600瓦特，且更佳為 約300瓦特至約500瓦特。此工藝腔室通常具有一為約100托耳或更少的內(nèi)部壓力，如在 自約0. 1托耳至約100托耳范圍間，較佳為自約0. 5托耳至約50托耳，且更佳為自約1托 耳至約10托耳。在一范例中，基材200及阻障層210可曝露至由氫、氨、氮或其等的混合物產(chǎn)生的 等離子體。在另一范例中，基材200及阻障層210可曝露至由氫及氨產(chǎn)生的等離子體。在 另一范例中，基材200及阻障層210可曝露至由氫、氮、硅烷、二硅烷或其等之混合物產(chǎn)生的 等離子體。在另一范例中，基材200及阻障層210可曝露至由氫、氮、氬、氦或其等的混合物 產(chǎn)生的等離子體。在另一實施例中，在步驟120，基材200及阻障層210于熱預(yù)處理工藝期間可曝露 至一工藝氣體以除去阻障層210的污染物。此熱預(yù)處理工藝可為一快速熱工藝(RTP)或一 快速熱退火(RTA)工藝?；?00可置于一工藝腔室內(nèi)且曝于至少一工藝氣體及/或試 劑。此工藝腔室可為一用于后續(xù)沉積工藝的沉積腔室，如一 PVD腔室、一 CVD腔室或一 ALD 腔室?；蛘撸斯に嚽皇铱蔀橐粺嵬嘶鹎皇?，如RADIANCE RTA腔室，其可購自位于美國 加州圣克拉拉市的Applied Materials公司?；?00可加熱至自約25°C至約800°C范圍 間的溫度，較佳為自約50°C至約400°C，且更佳為自約100°C至約300°C。基材200可加熱自 約2分鐘至約20分鐘范圍間的一段時間，較佳為自約5分鐘至約15分鐘。例如，基材200 在此工藝腔室中可加熱至約400°C約12分鐘。在一范例中，基材200及阻障層210當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氫、氨、氮或 其等之混合物。在另一范例中，基材200及阻障層210當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氨/ 氫混合物。在另一范例中，基材200及阻障層210當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氫、氮、 硅烷、二硅烷或其等之混合物。在另一范例中，基材200及阻障層210當(dāng)在此工藝腔室中加 熱時可曝于氫、氮、氬、氦或其等之混合物。在另一實施例中，在工藝100的步驟130期間，至少鈷材料或?qū)涌沙练e或形成于 此基材上。在一范例中，圖2C說明鈷層220配置于基材200上，在阻障層210之上，且在 孔206內(nèi)共形。鈷層220通常為單一層，但可含有多層。鈷層220在遍及阻障層210上可 為一連續(xù)或一不連續(xù)層。鈷層220可具有一約40A或更少的厚度，如在自約2A至約40A的 范圍間，較佳為約5人至約30A。鈷層220可經(jīng)由一氣相沉積工藝，如CVD、PE-CVD、脈沖CVD、 ALD,PE-ALD或PVD形成或沉積。此等離子體輔助氣相沉積工藝，亦即PE-CVD及PE-ALD，在 此工藝腔室內(nèi)可為一原位等離子體工藝，或可為一遠(yuǎn)距等離子體工藝以致等離子體可經(jīng)由一 RPS點燃并直接進(jìn)入此工藝腔室。在許多范例中，鈷層220含有金屬鈷?；蛘?，在其它范 例中，鈷層220可含有一種或更多種鈷材料，如金屬鈷、硅化鈷、硼化鈷、磷化鈷、其之合金、 其之衍生物或其等之組合。在某些實施例中，鈷層220可在熱CVD工藝、脈沖-CVD工藝、PE-CVD工藝或脈沖 PE-CVD工藝期間經(jīng)由同時導(dǎo)入一鈷先驅(qū)物與一試劑至工藝腔室而形成或沉積。在其它實施 例中，此鈷先驅(qū)物可在熱CVD工藝、脈沖CVD工藝、PE-CVD工藝或脈沖PE-CVD工藝期間于 無一試劑下導(dǎo)入至此工藝腔室?；蛘?，在其它實施例中，鈷層220可在熱ALD工藝或PE-ALD 工藝期間經(jīng)由依序?qū)胍烩捪闰?qū)物與一試劑至工藝腔室而形成或沉積。在某些范例中，鈷層220可含有金屬鈷，但在其它范例中，可含有其它鈷材料?？?經(jīng)由本文描述的CVD或ALD工藝形成鈷材料(例如，金屬鈷或鈷合金)的合宜鈷驅(qū)物包括 鈷羰基錯合物、鈷脒化合物、雙環(huán)戊二烯鈷化合物、鈷二烯基錯合物、鈷亞硝基錯合物、其之 衍生物、其之錯合物、其之等離子體或其等之組合。在某些實施例中，鈷材料可經(jīng)由更進(jìn)一 步描述于共同讓渡的美國專利第7，264, 846及7，404，985號中的CVD與ALD工藝沉積，該 些專利并入本案做為參考。在某些實施例中，可使用鈷羰基化合物或錯合物做為鈷先驅(qū)物。鈷羰基化合物或 錯合物具有化學(xué)通式(CO)xCoyLz，其中X可為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12，Y可為1、 2、3、4或5，及Z可為1、2、3、4、5、6、7或8。此基團(tuán)L為不存在、一配位體或多個配位體，其 可為相同配位體或不同配位體，且包括環(huán)戊二烯基、烷基環(huán)戊二烯基(例如甲基環(huán)戊二烯 基或五甲基環(huán)戊二烯基)、戊二烯基、烷基戊二烯基、環(huán)丁二烯基、丁二烯基、乙烯基、烯丙基 (或丙烯基)、烯、二烯、炔、乙炔、丁基乙炔、亞硝基、氨、其之衍生物、其之錯合物、其之等離 子體或其等之組合。在一實施例中，在沉積工藝期間可使用二鈷六羰基乙酰基化合物以形成鈷材料 (例如，鈷層220)。二鈷六羰基乙?；衔锟删哂谢瘜W(xué)通式(CO)6Co2(RC ε CR')，其 中R及R'為獨立選自氫、甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第三丁基、戊基、苯甲基、芳香族 羥基、其之異構(gòu)物、其之衍生物或其等之組合。在一范例中，二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA， (CO)6Co2(HC^CtBu))為此鈷先驅(qū)物。二鈷六羰基乙?；衔锏钠渌独ǘ捔?羰基甲基丁基乙炔((CO)6Co2 (MeC ε CtBu))、二鈷六羰基苯基乙炔((CO)6Co2 (HC ε CPh)), 二鈷六羰基甲基苯基乙炔((CO)6Co2 (MeC ε Cph))、二鈷六羰基甲基乙炔((CO)6Co2 (HC ε CMe))、二鈷羰基二甲基乙炔((CO)6Co2 (MeC ε CMe))、其之衍生物、其之錯合物、其之等離 子體或其等之組合。其它范例的鈷羰基錯合物包括環(huán)戊二烯基鈷雙(羰基)(CpC0(CO)2)、 三羰基烯丙基鈷((CO)3Co (CH2CH = CH2))、其之衍生物、其之錯合物、其之等離子體或其等 之組合。在另一實施例中，可使用鈷脒酸鹽或鈷酰胺錯合物做為鈷先驅(qū)物。鈷酰胺錯合物 具有化學(xué)通式(RR，N)xCo，其中X可為1、2或3，且R與R’獨立為氫、甲基、乙基、丙基、丁 基、烷基、硅烷基、烷基硅烷基、其之衍生物或其等之組合。一些范例的鈷酰胺錯合物包括雙 (二(丁基二甲基硅烷基)酰胺)鈷(((Buife2Si) 2N)2Co)、雙(二(乙基二甲基硅烷基)酰 胺)鈷(((EtMe2SD2N)2C0)、雙(二(丙基三甲基硅烷基)酰胺)鈷(((PrMe2Si) 2N)2Co), 雙(二(三甲基硅烷基)酰胺)鈷(((Ma3SD2N)2Co),三(二(三甲基硅烷基)酰胺)鈷 (((Me3Si)2N) 3Co)、其之衍生物、其之錯合物、其之等離子體或其等之組合。
一些范例的鈷先驅(qū)物包括甲基環(huán)戊二烯基鈷雙(羰基)(MeCpCo(CO)2)、乙基環(huán)戊 二烯基鈷雙(羰基)^tCpC0(CO)2)、五甲基環(huán)戊二烯基鈷雙(羰基)(Me5CpC0 (CO)2)、二鈷 八(羰基)(Co2 (CO) 8)、亞硝基鈷三(羰基)((ON) Co (CO) 3)、雙(環(huán)戊二烯基)鈷、(環(huán)戊二 烯基)鈷(環(huán)己二烯基)、環(huán)戊二烯基鈷(1，3_己二烯基)、(環(huán)丁二烯基)鈷(環(huán)戊二烯 基)、雙(甲基環(huán)戊二烯基)鈷、(環(huán)戊二烯基)鈷(5-甲基環(huán)戊二烯基)，雙(乙烯)鈷 (五甲基環(huán)戊二烯基)、四羰基碘化鈷、鈷四羰基三氯硅烷、羰基氯三(三甲基膦)鈷、鈷三 羰基-氫三丁基膦、乙炔二鈷六羰基、乙炔二鈷五羰基三乙基膦、其之衍生物、其之錯合物、 其之等離子體或其等之組合。在某些范例中，當(dāng)經(jīng)由本文描述的工藝形成鈷材料(例如，金屬鈷或鈷合金)時， 可使用交替試劑與鈷先驅(qū)物反應(yīng)，該試劑包括還原劑，其包括氫(例如，H2或原子-H)、氮 (例如,N2或原子-N)、氨(NH3)、聯(lián)胺(N2H4)、一氫與氨的混合物(H2/NH3)、硼烷(BH3)、二硼烷 (B2H6)、三乙基硼烷(Et3B)、硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)、四硅烷(Si4H10)、甲 基硅烷(SiCH6)、二甲基硅烷(SiC2H8)、膦(PH3)、其的衍生物、其的等離子體或其等之組合。在一實施例中，含金屬鈷的鈷層220在熱CVD工藝期間經(jīng)由同時將基材200曝露 至一鈷先驅(qū)物氣體與一還原劑而沉積。在一可替代的實施例中，含金屬鈷的鈷層220在等 離子體輔助CVD工藝期間經(jīng)由同時將基材200曝露至一鈷先驅(qū)物氣體與一還原劑而沉積。 此等離子體源可為在CVD腔室內(nèi)的原位等離子體源或裝設(shè)在CVD腔室外的RPS。此鈷先驅(qū) 物氣體可經(jīng)由將一載體氣體(例如，氮或氬)通過一鈷先驅(qū)物(例如，CCTBA)安瓿而形成。 此還原劑氣體可為單一化合物(例如，H2)，且因此不具有載體氣體。或者，此還原劑氣體可 經(jīng)由將載體氣體通過一還原劑安瓿而形成。此安瓿的加熱可依工藝期間使用的鈷先驅(qū)物或還原劑而定。在一范例中，一含有 鈷先驅(qū)物的安瓿，如二鈷六羰基乙酰基化合物或其它鈷羰基化合物(例如，(CO)xCoyLz)可 加熱至一自約30°C至約500°C范圍間的溫度。此鈷先驅(qū)物氣體通常具有一自約lOOsccm(每 分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方公分(standard cubic centimeters per minute))至約 2，OOOsccm 范圍間 的流速，較佳為自約200sccm至約1，OOOsccm,且更佳為自約300sccm至約700sccm,例如 約500sccm。此還原劑氣體通常具有一自約0. klm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升(standard liters per minute))至約IOslm范圍間的流速，較佳為自約Islm至約8slm，且更佳為自約klm至約 6slm。在一范例中，還原劑氣體為氫且具有一自約klm至約6slm范圍間的流速，如約如lm。此鈷先驅(qū)物氣體及此還原劑氣體于沉積工藝期間可在進(jìn)入工藝腔室前、當(dāng)時或之 后組合以形成一沉積氣體以沉積鈷層220。基材200可置于一工藝腔室內(nèi)且可加熱至自 約25°C至約800°C范圍間的溫度，較佳為自約50°C至約400°C，且更佳為自約100°C至約 250°C，如約150°C。一旦在預(yù)定溫度，基材200可曝露至含有鈷先驅(qū)物氣體與還原劑氣體的 沉積氣體自約0，1秒至約120秒范圍間的一段時間，較佳為自約1秒至約60秒，且更佳為 自約5秒至約30秒。例如，基材200當(dāng)于CVD工藝期間形成鈷層220時，其在此工藝腔室 中可加熱至約150°C約10分鐘。在步驟140，鈷層220可選擇地曝于一后處理工藝，如一等離子體工藝或一熱工 藝。在等離子體或熱后處理工藝期間可曝于基材200及鈷層220的工藝氣體及/或試劑包 括氫(例如，H2或原子-H)、氮(例如，N2或原子-N)、氨(NH3)、一氫與氨的混合物(H2/NH3)、 聯(lián)胺(N2H4)、硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、氦、氬、其之衍生物、其之等離子體或其等之組合。此工藝氣體可以自約500sCCm至約IOslm范圍間的流速流入此工藝腔室或曝至基材，較佳 為自約Islm至約6slm，例如約3slm。 在一實施例中，在步驟140于此后處理工藝期間，基材200及鈷層220可曝露至一 等離子體以除去鈷層220的污染物。基材200可置于一工藝腔室內(nèi)且曝于一工藝氣體，該 氣體可點燃以形成等離子體。此工藝氣體可含有一氣體化合物或多個氣體化合物?；?200可在室溫(例如23°C)，但通常預(yù)熱至后續(xù)沉積工藝的需求溫度?；?00可加熱至自 約100°C至約400°C范圍間的溫度，較佳為自約125°C至約350°C，且更佳為自約150°C至約 300°C，如約 200°C 或約 2500C ο 此工藝腔室可產(chǎn)生一原位等離子體或裝設(shè)有一 RPS。在一實施例中，基材200可曝 露至此等離子體(例如，原位或遠(yuǎn)距)自約0.5秒至約90秒的范圍間的一段時間，較佳為 自約10秒至約60秒，且更佳為自約20秒至約40秒。此等離子體在功率為自約100瓦特 至約1，000瓦特范圍間產(chǎn)生，較佳為自約200瓦特至約600瓦特，且更佳為自約300瓦特至 約500瓦特。此工藝腔室通常具有一內(nèi)部壓力為約100托耳或更少，如在自約0. 1托耳至 約100托耳范圍間，較佳為自約0. 5托耳至約50托耳，且更佳為自約1托耳至約10托耳。在一范例中，基材200及鈷層220可曝露至由氫、氨、氮或其等的混合物產(chǎn)生的等 離子體。在另一范例中，基材200及鈷層220可曝露至由氫及氨產(chǎn)生的等離子體。在另一 范例中，基材200及鈷層220可曝露至由氫、氮、硅烷、二硅烷或其等之混合物產(chǎn)生的等離子 體。在另一范例中，基材200及鈷層220可曝露至由氫、氮、氬、氦或其等之混合物產(chǎn)生的等 離子體。在某些范例中，基材200及鈷層220可曝至由RPS點燃的氫氣產(chǎn)生的氫等離子體。 鈷層220可曝至具自約klm至約如Im范圍間的流速的氫氣體。此工藝腔室可具有一內(nèi)部 壓力自約1托耳至約10托耳范圍間，且此等離子體經(jīng)由具自約300瓦特至約500瓦特范圍 間的功率的RPS點燃。在一實施例中，此等離子體對于每一具有自約7A至約IOA范圍間厚 度的鈷材料沉積層曝至鈷層220自約20秒至約40秒范圍間的一段時間。當(dāng)形成鈷層220 時，可在沉積鈷材料的多層后進(jìn)行多重處理。在另一實施例中，在步驟140于此后處理工藝期間，基材200及鈷層220可曝露至 一工藝氣體以除去鈷層220的污染物。此熱后處理工藝可為一 RTP或RTA工藝?；?00 可置于一工藝腔室內(nèi)且曝于至少一種工藝氣體及/或試劑。此工藝腔室可為一在先前沉積 工藝使用或?qū)⒃诤罄m(xù)沉積工藝使用的沉積腔室，如一 PVD腔室、一 CVD腔室或一 ALD腔室。 或者，此工藝腔室可為一熱退火腔室，如RADIANCE RTA腔室，其可購自位于美國加州圣 克拉拉市的Applied Materials公司?；?00可加熱至自約25°C至約800°C范圍間的溫 度，較佳為自約50°C至約400°C，且更佳為自約100°C至約300°C?；?00可加熱自約2 分鐘至約20分鐘范圍間的一段時間，較佳為自約5分鐘至約15鐘。例如，基材200在此工 藝腔室中可加熱至約400°C約12分鐘。在一范例中，基材200及鈷層220當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氫、氨、氮或其 等之混合物。在另一范例中，基材200及鈷層220當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氨/氫 混合物。在另一范例中，基材200及鈷層220當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可曝于氫、氮、硅烷、 二硅烷或其等之混合物。在另一范例中，基材200及鈷層220當(dāng)在此工藝腔室中加熱時可 曝于氫、氮、氬、氦或其等之混合物。
圖2C圖示在基材200上于介電層204內(nèi)形成孔206?？?06含有共形配置于其 內(nèi)的阻障層210及鈷層220。在另一實施例中，在工藝100的步驟150期間，一導(dǎo)電層可沉 積或形成于鈷層220上。在一實施例中，此導(dǎo)電層為塊體層M0，其可直接沉積于鈷層220 上，如在圖2D中所圖示?；蛘撸诹硪粚嵤├?，此導(dǎo)電層為種晶層230及塊體層M0。種 晶層230可沉積遍及鈷層220且接著塊體層240可沉積遍及種晶層230，如在第2E-2F圖中 說明。種晶層230及塊體層240可在單一沉積工藝或多重沉積工藝期間沉積或形成。種 晶層230可含有銅、鎢、鋁、釕、鈷、銀、鉬、鈀、其之合金、其之衍生物或其等之組合。塊體層 240可含有銅、鎢、鋁、其之合金、其之衍生物或其等之組合。通常，種晶層230及塊體層240 可獨立含有銅、鎢、鋁、其之合金、其之衍生物或其等之組合。種晶層230及塊體層240可獨 立地經(jīng)由使用一或一以上的沉積工藝沉積，如一 CVD工藝、ALD工藝、PVD工藝、無電沉積工 藝、ECP工藝、其之衍生物或其等之組合。在一范例中，種晶層230及塊體層240的每一者含有銅或一銅合金。例如，含有銅 的種晶層230可經(jīng)由PVD工藝形成于鈷層220上，且接著含有銅的塊體層240可經(jīng)由ECP 工藝或無電沉積工藝沉積以填充孔206。在另一范例中，含有銅的種晶層230可經(jīng)由ALD工 藝形成于鈷層220上，且接著含有銅的塊體層240可經(jīng)由ECP工藝或無電沉積工藝沉積以 填充孔206。在另一范例中，含有銅的種晶層230可經(jīng)由CVD工藝形成于鈷層220上，且接 著含有銅的塊體層240可經(jīng)由ECP工藝或無電沉積工藝沉積以填充孔206。在另一范例中， 含有銅的種晶層230可經(jīng)由無電工藝形成于鈷層220上，且接著含有銅的塊體層可經(jīng)由ECP 工藝或無電沉積工藝沉積以填充孔206。在另一范例中，鈷層220做為一種晶層，則含有銅 的塊體層240可經(jīng)由ECP工藝或無電沉積工藝直接沉積于其上以填充孔206。在一范例中，種晶層230及塊體層240的每一者含有鎢或一鎢合金。例如，含有鎢 的種晶層230可經(jīng)由PVD工藝形成于鈷層220上，且接著含有鎢的塊體層240可經(jīng)由CVD工 藝或脈沖CVD工藝沉積以填充孔206。在另一范例中，含有鎢的種晶層230可經(jīng)由ALD工藝 形成于鈷層220上，且接著含有鎢的塊體層240可經(jīng)由CVD工藝或脈沖CVD工藝沉積以填 充孔206。在另一范例中，含有鎢的種晶層230可經(jīng)由脈沖CVD工藝形成于鈷層220上，且 接著含有鎢的塊體層240可經(jīng)由CVD工藝或脈沖CVD工藝沉積以填充孔206。在另一范例 中，含有鎢的種晶層230可經(jīng)由無電工藝形成于鈷層220上，且接著含有鎢的塊體層240可 經(jīng)由CVD工藝或脈沖CVD工藝沉積以填充孔206。在另一范例中，鈷層220做為一種晶層， 則含有鎢的塊體層240可經(jīng)由CVD工藝或脈沖CVD工藝直接沉積于其上以填充孔206。在本文實施例中使用的ALD工藝腔室可得自位于美國加州圣克拉拉市的Applied Materials公司。ALD工藝腔室的詳細(xì)說明可見于共同讓渡的美國專利第6，916，398及 6，878，206號，共同讓渡之于2002年10月25日申請的美國專利申請案第10/281，079號， 且以US 2003-0121608早期公開的專利申請案，及共同讓渡之各別于2006年11月6日 申請的美國專利申請?zhí)柕?11/556，745,11/556, 752,11/556, 756,11/556, 758,11/556, 763 號且以美國專利公開號第 2007-0119379、2007-0119371、2007-0128862、2007-0128863 及 2007-0128864號早期公開的申請案，該些專利并入本案做為參考。在另一實施例中，建構(gòu) 可用于ALD模式以及傳統(tǒng)CVD模式操作以沉積含鈷材料的腔室描述于共同讓渡的美國專 利第7，204，886號，該專利并入本案做為參考。一用于形成含鈷材料的ALD工藝的詳細(xì)描述更進(jìn)一步揭露于共同讓渡美國專利第7，264, 846及7，404，985號，該些專利并入本案做 為參考。在其它實施例中，建構(gòu)可用于ALD模式以及傳統(tǒng)CVD模式操作以沉積含鈷材料的 腔室TXZ 噴灑頭及CVD腔室，其可得自位于美國加州圣克拉拉市的AppliedMaterials公 司。合宜的氣相沉積腔室的范例包括WXZ CVD腔室，其可購自位于美國加州圣克拉拉市的 Applied Materials公司。此氣相沉積腔室可適于經(jīng)由傳統(tǒng)CVD、脈沖CVD或PE-CVD技術(shù) 以及經(jīng)由ALD與PE-ALD技術(shù)沉積材料。亦然，此氣相沉積腔室可用于處理工藝，如一原位 等離子體工藝、一遠(yuǎn)距等離子體工藝或熱退火工藝。本文使用的“基材表面”或“基材”指任何在一基材上形成的基材或材料表面，在 其上可于一制造工藝期間進(jìn)行膜處理。例如，一可進(jìn)行工藝的基材表面包括材料如單晶、 多晶或非晶硅、應(yīng)變硅、在絕緣體上硅(SOI)、摻雜硅、硅化鍺、鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石、氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅及/或碳摻雜氧化硅，如SiOxCy，例如BLACK DIAMOND 低k介電
材料，其可得自位于美國加州圣克拉拉市的Applied Materials公司?；目删哂胁煌?寸，如100mm、200mm、300mm或450mm直徑晶圓，以及矩形或方形片。除非特別指明，本發(fā)明 描述的實施例及范例通常在具有200mm直徑或300mm直徑的基材上進(jìn)行，更佳為300mm直 徑。本發(fā)明描述的工藝可用于在許多基材及表面上沉積鈷材料(例如，金屬鈷)，尤其是阻 障層及層。在本發(fā)明的實施例可使用的基材包括但未限制為半導(dǎo)體晶圓，如結(jié)晶硅(例如， Si<100>或Si<lll>)、氧化硅、應(yīng)變硅、硅化鍺、摻雜或未摻雜的多晶硅、摻雜或未摻雜的硅 晶圓、及圖案化或未圖案化的晶圓。基材可曝露至預(yù)處理工藝以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥 化、加熱、及/或退火此基材或基材表面。雖然前述為有關(guān)本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一步的實施例可未偏離本 發(fā)明的技術(shù)的基本視野下完成，且本發(fā)明的范疇由權(quán)利要求書界定。
權(quán)利要求
1.一種用于沉積材料在一基材表面的方法，其包含以下步驟在一基材上形成一阻障層；曝露該基材至二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氫Ol2)以于一氣相沉積工藝期間在該 阻障層上形成一鈷層；及沉積一導(dǎo)電材料于該鈷層之上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其更包含以下步驟于一處理工藝期間曝露該阻障層或 該鈷層至一等離子體，其中該等離子體包含一選自由氮(N2)、氨(NH3)、氫(H2)、一氨/氫混 合物、其之衍生物及其等之組合所組成的群組的一試劑。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該阻障層或該鈷層曝露至一氫等離子體自約20秒至 約40秒范圍間的一段時間且該氫等離子體經(jīng)由一遠(yuǎn)距等離子體源形成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其更包含以下步驟于一熱處理工藝期間曝露該阻障層 或該鈷層至一氣體，其中該氣體選自由氮(N2)、氨(NH3)、氫(H2)、一氨/氫混合物、其之衍生 物及其等之組合所組成的群組，且該基材在該熱處理工藝期間加熱至約50°C至約400°C范 圍的一溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基材于一熱化學(xué)氣相沉積工藝期間曝露至一包含 該CCTBA與該氫的沉積氣體，且該基材在于該熱化學(xué)氣相沉積工藝期間加熱至約100°C至 約250°C范圍的一溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣相沉積工藝包含于一原子層沉積工藝期間依 序?qū)⒃摶钠芈吨猎揅CTBA與該氫。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該阻障層包含鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、 其之合金、其之衍生物及其等之組合。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該導(dǎo)電材料包含銅或一銅合金，且該導(dǎo)電材料包含 一種晶層及一塊體層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該種晶層包含銅且經(jīng)由一物理氣相沉積工藝或一化 學(xué)氣相沉積工藝沉積，且該塊體層包含銅且經(jīng)由一電化學(xué)電鍍工藝沉積。
10.一種用于在一基材表面上沉積材料的方法，其包含以下步驟在一基材上形成一阻障層；在一預(yù)處理工藝期間曝露該阻障層至一第一等離子體；曝露該基材至二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氫以于一氣相沉積工藝期間在該阻障 層上形成一鈷層；于一后處理工藝期間曝露該鈷層至一第二等離子體；及經(jīng)由一氣相沉積工藝沉積一銅層于該鈷層上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該第一等離子體或該第二等離子體獨自包含一 選自由氮(N2)、氨(NH3)、氫(H2)、氬、氦、一氨/氫混合物、其之衍生物及其等之組合所組成 的群組中的氣體。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，該阻障層曝露至該第一等離子體或該鈷層曝露至該第 二等離子體自約20秒至約40秒范圍間的一段時間，且該第一及第二等離子體由一遠(yuǎn)距等 離子體源形成。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該沉積工藝包含于一熱化學(xué)氣相沉積工藝期間將該基材曝露至包含該CCTBA與該氫的一沉積氣體，且該基材在該熱化學(xué)氣相沉積工藝期間 可加熱至約100°C至約250°C范圍的一溫度。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該氣相沉積工藝包含在原子層沉積工藝期間依序 將該基材曝露至該CCTBA與該氫中。
15.一種用于在一基材表面上沉積材料的方法，其包含以下步驟 在一基材上形成一阻障層；在一預(yù)處理工藝期間曝露該阻障層至一等離子體；于一氣相沉積工藝期間曝露該基材至二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)及一還原氣體以 在該阻障層上形成一鈷層；于一后處理工藝期間曝露該鈷層至一氫等離子體；及 沉積一銅材料于該鈷層之上。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供一種在一阻障層上沉積一鈷層并接著沉積一導(dǎo)電材料，如銅或一銅合金于其上的工藝。在一實施例中，提供一沉積材料于一基材表面的方法，其包括以下步驟在一基材上形成一阻障層，于氣相沉積工藝期間曝露此基材至二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氫(H2)以在該阻障層上形成一鈷層，及沉積一導(dǎo)電材料于此鈷層之上。在某些范例中，此阻障層及/或此鈷層于如熱工藝、原位等離子體工藝或遠(yuǎn)距等離子體工藝的處理工藝期間可曝露至一氣體或一試劑。
文檔編號H01L21/28GK102132383SQ200980134172
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者H-C·哈, J·F·奧布充, J·陸, M·納拉辛漢, P·馬, S·H·于, S·甘古利 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司