本公開內(nèi)容的實施方式大體涉及選擇性地沉積膜的方法。更具體地，本公開內(nèi)容的實施方式涉及使用醇類選擇性還原和選擇性保護(hù)來選擇性地沉積膜的方法。

背景技術(shù)：

隨著芯片特征尺寸縮小到10nm以下，銅互連的集成極富挑戰(zhàn)性，特別是在銅阻擋物與銅種晶沉積方面。已知在間隙填充中的共形銅種晶層對于銅電鍍的集成是重要的。然而，目前的由pvd與cvd所沉積的工藝銅種晶層無法滿足所需要求。通過pvd方法的直接銅填充，即使是通過高溫工藝，證明在某些互連幾何形態(tài)中是困難的。

集成工藝的一個困難是銅種晶層應(yīng)該是連續(xù)的膜。對于pvd銅種晶層工藝，膜在溝槽或過孔(via)的側(cè)壁上時常不是連續(xù)的且不是共形的?，F(xiàn)有的cvd銅膜不是共形的且需要更高的基板溫度，更高的基板溫度會導(dǎo)致銅在溝槽或過孔內(nèi)的結(jié)塊。

此外，現(xiàn)有的銅膜具有由金屬前驅(qū)物的熱劣化產(chǎn)生的雜質(zhì)。典型的銅膜可具有在2至10范圍內(nèi)的原子百分比的碳與氮。

所以，本技術(shù)領(lǐng)域需要選擇性地沉積金屬膜于金屬表面上相對于介電表面上的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式涉及沉積膜的方法。所述方法包括將基板暴露于第一反應(yīng)性氣體和第二反應(yīng)性氣體，其中所述第一反應(yīng)性氣體包括銅、鈷、鎳或鎢的一種或多種，所述第二反應(yīng)性氣體包括醇類。

本公開內(nèi)容的額外實施方式涉及沉積膜的方法，所述方法包括：提供基板，所述基板具有第一基板表面和第二基板表面，所述第一基板表面包括金屬氧化物，所述第二基板表面包括電介質(zhì)。所述基板依序地被暴露于第一反應(yīng)性氣體和第二反應(yīng)性氣體，其中所述第一反應(yīng)性氣體包括銅、鈷、鎳或鎢的一種或多種，所述第二反應(yīng)性氣體包括醇類。

本公開內(nèi)容的進(jìn)一步實施方式涉及沉積膜的方法，所述方法包括提供基板，所述基板具有第一基板表面和第二基板表面，所述第一基板表面包括金屬氧化物，所述第二基板表面包括電介質(zhì)。所述基板被暴露于預(yù)處理，所述預(yù)處理包括在處理腔室的第一工藝區(qū)域中的醇類，以將所述金屬氧化物還原成第一金屬并且形成烷氧基封端的介電表面。所述基板從所述第一工藝區(qū)域側(cè)向地(laterally)被移動通過氣簾(gascurtain)到第二工藝區(qū)域。所述基板被暴露于位于所述第二工藝區(qū)域中的第一反應(yīng)性氣體。所述第一反應(yīng)性氣體包括銅、鈷、鎳或鎢的一種或多種。所述基板從所述第二工藝區(qū)域側(cè)向地被移動通過氣簾到第三工藝區(qū)域。所述基板被暴露于位于所述第三工藝區(qū)域中的第二反應(yīng)性氣體，所述第二反應(yīng)性氣體包括第二醇類。所述第一醇類與所述第二醇類各獨立地選自由甲醇、乙醇、1-丙醇、異丙醇、1-丁醇、異丁醇、1-戊醇、異戊醇、環(huán)戊醇、1-己醇、環(huán)己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、1-十四醇、1-十八醇、丙烯醇(2-丙基-1-醇)、巴豆醇(順式或反式)、甲基乙烯基甲醇、苯甲醇、α-苯基乙醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1-丙醇(新戊醇)、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、1,2-丙二醇(丙烯二醇(propyleneglycol))、2-丁醇、β-苯基乙醇、二苯基甲醇、及上述的組合所構(gòu)成的組。

附圖說明

可通過參照實施方式來詳細(xì)理解本公開內(nèi)容的上述特征，其中這些實施方式的一些實施方式在附圖中示出，本公開內(nèi)容的上述特征簡短地在前面概述過，以下將進(jìn)行更具體地描述。但是應(yīng)注意的是，附圖僅示出本公開內(nèi)容的典型實施方式，并且因此附圖不應(yīng)被視為對本公開內(nèi)容的范圍構(gòu)成限制，這是因為本公開內(nèi)容可允許其他等效的實施方式。

圖1a～1d顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式的處理方法；和

圖2顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式的批處理腔室的實施方式。

具體實施方式

本公開內(nèi)容的實施方式提供沉積膜的方法，所述方法包括在金屬沉積之前的一個額外的預(yù)處理工藝。本公開內(nèi)容的實施方式使用單一試劑或單一工藝步驟以便達(dá)到兩個目的：還原金屬氧化物(例如氧化銅)成金屬(例如銅)且保護(hù)電介質(zhì)的表面。單一工藝可被執(zhí)行在一個工藝溫度下。此外，在金屬氧化物還原與通過例如烷氧基的介電表面保護(hù)之后，金屬前驅(qū)物實質(zhì)上不會與介電表面反應(yīng)。這避免或最小化在介電表面上的金屬沉積，及改善金屬沉積的選擇性。

如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“基板”與“晶片”可交替地被使用，兩者皆指在其上進(jìn)行工藝的表面或表面的一部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員亦將理解的是對基板的參考也可以對基板的一部分的參考，除非文章中另有清楚指明。此外，沉積在基板上的意思可以指裸基板與具有一個或更多個膜或特征沉積或形成在其上的基板。

如在此所使用的“基板”是指任何基板或形成在基板上的材料表面，其中在制造工藝期間在其上執(zhí)行膜處理。例如，根據(jù)應(yīng)用，可于其上執(zhí)行處理的基板表面包括諸如硅、氧化硅、應(yīng)變硅、絕緣體上硅(silicononinsulator,soi)、碳摻雜氧化硅、氮化硅、摻雜硅、鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石(sapphire)及任何其他材料(諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金及其他導(dǎo)電材料)之類的材料。不受限制，基板包括半導(dǎo)體晶片?；蹇杀槐┞队陬A(yù)處理工藝，以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火和/或烘烤基板表面。除了在基板本身的表面上直接的膜處理，在本發(fā)明中，任何所披露的膜處理步驟亦可被執(zhí)行在形成于基板上的下層上(如以下更詳細(xì)地披露的)，并且術(shù)語“基板表面”意在包括如文章中所指出的這樣的下層。因此，例如，當(dāng)膜/層或部分膜/層已經(jīng)被沉積在基板表面上時，新沉積的膜/層的暴露表面變成基板表面。所給予的基板表面包括什么將取決于待沉積什么膜以及使用的具體化學(xué)品。在一個或更多個實施方式中，第一基板表面將包括金屬，并且第二基板表面將包括電介質(zhì)，或反之亦然。在一些實施方式中，基板表面可包括特定官能團(tuán)(例如-oh、-nh等)。

同樣地，可被用在于此所述的方法中的膜是非常有變化性的。在一些實施方式中，膜可包括金屬或基本上由金屬構(gòu)成。金屬膜的實例包括但不限于鈷(co)、銅(cu)、鎳(ni)、鎢(w)等。在一些實施方式中，膜包括電介質(zhì)。實例包括sio2、sin、hfo2等。

如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“反應(yīng)性氣體”、“前驅(qū)物”、“反應(yīng)物”與諸如此類者可交替地使用，是指一氣體，所述氣體包括會和基板表面發(fā)生反應(yīng)的物種。例如，第一“反應(yīng)性氣體”可僅吸附到基板的表面上，并且可用于進(jìn)一步的和第二反應(yīng)性氣體的化學(xué)反應(yīng)。

本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式含有醇類，以作為還原試劑而將金屬氧化物(例如氧化銅)還原為金屬(例如銅)，并且作為保護(hù)試劑而通過將官能團(tuán)(例如羥基)取代成烷氧基來保護(hù)介電表面。本公開內(nèi)容的一些實施方式是氣相工藝。在一個或更多個實施方式中，工藝發(fā)生在單一溫度下。

在金屬氧化物還原與通過烷氧基的介電表面保護(hù)之后，金屬前驅(qū)物(例如鈷前驅(qū)物)幾乎不會或不會與介電表面發(fā)生反應(yīng)。由于幾乎不會或不會發(fā)生反應(yīng)，可避免金屬前驅(qū)物沉積在介電表面上。所以，本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式改善了金屬沉積的選擇性。

在一些實施方式中，工藝溫度是在約140℃至約300℃的范圍中。一些實施方式的醇類是伯醇(例如乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、3-甲基-1-丁醇)和/或仲醇(例如異丙醇、2-丁醇、2-戊醇、3-戊醇、2-己醇、3-己醇、環(huán)戊醇、環(huán)己醇)。適當(dāng)?shù)拇碱惪稍诠に嚋囟认潞蜌庀嘞聦⒔饘傺趸镞€原成金屬。適當(dāng)?shù)拇碱惪筛淖兘殡姳砻妫詫⒘u基取代成烷氧基。在一個或更多個實施方式中，改善了在鈷或釕上相對于在電介質(zhì)上的銅選擇性沉積。

因此，本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式涉及沉積膜的方法。經(jīng)沉積的膜可以是金屬膜或含金屬膜。含金屬膜可以是金屬膜或混合金屬-非金屬膜(例如金屬氧化物膜或金屬氮化物膜)，如文章所暗示的。

本公開內(nèi)容的實施方式提供選擇性地沉積金屬膜于一表面上相對于第二表面上的方法。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“選擇性地沉積膜于一表面上相對于另一表面上”與諸如此類者是指第一量的膜被沉積在第一表面上且第二量的膜被沉積在第二表面上，其中第二量的膜少于第一量的膜或不具有。用于此方面的術(shù)語“相對于(over)”不是暗示一個表面在另一表面的頂部上的物理定向，而是和一個表面相對于其他表面的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)或動力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。例如，選擇性地沉積鈷膜于銅表面上相對于介電表面上是指鈷膜沉積在銅表面上且較少或沒有鈷膜沉積在介電表面上；或指位于銅表面上的鈷膜的形成相對于位于介電表面上的鈷膜的形成是熱力學(xué)或動力學(xué)上有利的。

參照圖1a～1d，基板10被提供或被放置到處理腔室內(nèi)?；?0具有包括金屬氧化物30的第一表面20與第二表面40。例如，第一表面與第二表面可構(gòu)成半導(dǎo)體特征結(jié)構(gòu)(例如溝槽)，其中第一表面形成該特征結(jié)構(gòu)的一部分(例如溝槽的底部)且第二表面形成該特征結(jié)構(gòu)的一不同部分(例如溝槽的側(cè)壁)。如圖1a中的第一表面20的呈現(xiàn)所見，金屬氧化物30可以是涂覆在第一表面20上的任何氧化物。例如，第一表面可以是具有薄氧化銅層位于表面上的銅?？赏ㄟ^任何適當(dāng)?shù)姆绞?有意地，或另一工藝的副結(jié)果)來形成金屬氧化物30層。例如，可在基板的移動期間因為暴露于空氣而形成氧化物層，或可通過暴露于氧化氣體(例如氧或臭氧)或另一工藝(諸如cmp工藝)而有意地形成氧化物層。

金屬氧化物可以是任何適當(dāng)?shù)慕饘傺趸?。在一些實施方式中，金屬氧化?0包括第一表面20的金屬，以致在金屬氧化物的還原時，第一表面的塊體金屬保持住。在一些實施方式中，第一基板表面的金屬氧化物包括氧化銅、氧化鈷、氧化鎳及氧化釕的一種或多種。

一些實施方式的第二表面40包括介電材料。在一個或更多個實施方式中，第二表面40包括具有羥基封端表面50的介電材料。羥基封端亦可稱為“羥基修飾(hydroxy-modified)”與諸如此類者，以使表面具有羥基。

包括第一表面20、金屬氧化物30、及具有羥基封端表面50的第二表面40的基板10被暴露于醇類。如圖1b所示，醇類將金屬氧化物30還原成第一表面20(例如第一金屬)。金屬氧化物變成金屬的還原亦可稱為還原成零價金屬。例如，氧化銅被還原成銅。

暴露于醇類亦會酯化電介質(zhì)40的羥基封端表面50成烷氧基封端60的第二表面40。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“烷氧基封端”是指具有-or基團(tuán)的表面。術(shù)語“烷氧基封端”與“烷氧基修飾”交替地被使用。根據(jù)所使用的醇類，烷氧基封端表面可具有任何r基團(tuán)。烷氧基不被限制在烷烴類，并且可以是例如烷類、烯類、炔類、環(huán)烷類、環(huán)烯類、環(huán)炔類、芳烴類(亦稱為芳氧類)、或上述的組合。例如，具有羥基封端的二氧化硅電介質(zhì)可通過乙醇來酯化成具有乙氧基封端的二氧化硅電介質(zhì)。

第二表面40的電介質(zhì)可以是任何適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)。在一些實施方式中，第二表面40的電介質(zhì)包括低k電介質(zhì)。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語低k電介質(zhì)是指具有介電常數(shù)小于或等于約5的介電材料。

醇類可以是任何適當(dāng)?shù)拇碱?，取決于例如第一表面、第二表面、沉積溫度及所形成的最終金屬膜。一些實施方式的醇類是伯醇與仲醇的一種或多種。

在一些實施方式中，醇類是伯醇。適當(dāng)?shù)牟及ǖ幌抻诩状?、乙醇?-丙醇、異丙醇、1-丁醇、1-戊醇、異戊醇、環(huán)戊醇、1-己醇、環(huán)己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、1-十四醇、1-十八醇、丙烯醇(2-丙基-1-醇)、巴豆醇(順式或反式)、甲基乙烯基甲醇、苯甲醇、α-苯基乙醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1-丙醇(新戊醇)、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、及1,2-丙二醇(丙烯二醇)。在一個或更多個實施方式中，伯醇選自由甲醇、乙醇、1-丙醇、異丙醇、1-丁醇、1-戊醇、異戊醇、環(huán)戊醇、1-己醇、環(huán)己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、1-十四醇、1-十八醇、丙烯醇(2-丙基-1-醇)、巴豆醇(順式或反式)、甲基乙烯基甲醇、苯甲醇、α-苯基乙醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1-丙醇(新戊醇)、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、1,2-丙二醇(丙烯二醇)、及上述的組合所構(gòu)成的組。

在一些實施方式中，醇類是仲醇。適當(dāng)?shù)闹俅及ǖ幌抻?-丁醇、β-苯基乙醇、二苯基甲醇、及1,2-丙二醇(丙烯二醇)。丙烯二醇(1,2-丙二醇)可作為伯醇與仲醇兩者。在一個或更多個實施方式中，仲醇選自由2-丁醇、β-苯基乙醇、二苯基甲醇、及1,2-丙二醇(丙烯二醇)、及上述的組合所構(gòu)成的組。

在一些實施方式中，醇類具有通式

其中r和r’各獨立地選自由氫、烷類、烯類、炔類、環(huán)烷類、環(huán)烯類、環(huán)炔類、及具有碳原子在1至20范圍中的芳香族構(gòu)成的組。

在一些實施方式中，醇類是羧酸。在此情況中，用作醇類的化合物不是嚴(yán)格地為具有化學(xué)式r-oh的醇類，而是含有r-cooh形式的羥基。在一些實施方式中，醇類被具有化學(xué)式rcoh的醛類取代，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。

在一些實施方式中，醇類是具有以下通式的羧酸

其中r選自由氫、烷類、烯類、炔類、環(huán)烷類、環(huán)烯類、環(huán)炔類、及具有碳原子在1至20范圍中的芳香族構(gòu)成的組。

在一些實施方式中，還原劑是醛類，而不是醇類，醛類具有以下通式

其中r選自由氫、烷類、烯類、炔類、環(huán)烷類、環(huán)烯類、環(huán)炔類、及具有碳原子在1至20范圍中的芳香族構(gòu)成的組。

預(yù)處理(即醇類、羧酸、或醛類被暴露于基板表面)的溫度取決于例如第一表面、第二表面、所使用的還原劑(例如醇類、羧酸、或醛類)、所計劃的未來處理、過去的處理、及所使用的處理設(shè)備。例如，較低的溫度工藝可有助于保存基板的熱預(yù)算以供進(jìn)一步處理，或所利用的還原劑具有較高的沸點。在一些實施方式中，基板表面在約140℃至約300℃范圍中的溫度下被暴露于醇類或其他還原劑。在一個或更多個實施方式中，基板表面在約180℃至約280℃范圍中或在約190℃至約270℃范圍中或在約200℃至約260℃范圍中或在約210℃至約250℃范圍中的溫度下被暴露于預(yù)處理(例如醇類或其他還原劑)。在一些實施方式中，預(yù)處理期間的工藝溫度小于約310℃、或小于約300℃、或小于約290℃、或小于約280℃、或小于約270℃、或小于約260℃、或小于約250℃、或小于約240℃。在一些實施方式中，在預(yù)處理期間，暴露于還原劑發(fā)生在氣相中。

在暴露于預(yù)處理還原劑(例如醇類、醛類、或羧酸)之后，第一表面上的金屬氧化物膜已經(jīng)被還原成第一金屬，且第二表面(例如電介質(zhì))已經(jīng)受到保護(hù)。這使得金屬膜或含金屬膜可選擇性地相對于被沉積在第二表面上而被沉積在第一表面的第一金屬上?？赏ㄟ^任何適當(dāng)?shù)姆椒?例如原子層沉積、化學(xué)氣相沉積)來沉積金屬膜。

參照圖1b至圖1c的改變，在保護(hù)第二表面40與制備第一表面20(即移除氧化物層)之后，基板表面可被暴露于一個或更多個沉積氣體，以沉積第二金屬70或第二含金屬膜到第一表面20上。此沉積可相對于烷氧基封端60的第二表面40或受保護(hù)的第二表面40而選擇性地發(fā)生在表面20上。

任何適當(dāng)?shù)慕饘倏杀怀练e成第二金屬或含金屬膜。在一些實施方式中，金屬膜包括鈷、銅、鎳、鎢、及釕的一種或更多種。例如，鈷膜可被沉積在銅上方之上，而實質(zhì)上沒有沉積在受保護(hù)的電介質(zhì)上。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，此方面所使用的術(shù)語“實質(zhì)上沒有沉積”是指在表面60上對在表面20上的沉積層70的沉積厚度比例在0～0.1或0～0.01范圍中的比例。

在一些實施方式中，第一表面20包括銅且第二金屬70包括鈷。在一個或更多個實施方式中，用以沉積第二金屬70的一個或更多個沉積氣體是二羰基環(huán)戊二烯鈷(cpcoco)、二鈷六羰基叔丁基乙炔(cctba)、雙(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烯酮亞胺)鈷、雙(二甲基胺-2-丙氧基)銅、雙(二甲基胺基-2-乙氧基)銅、雙(1-乙基甲基胺基-2-丁氧基)銅、雙(1-乙基甲基胺基-2-丙氧基)銅、雙(二甲基胺基-2-丙氧基)鎳、和/或雙(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烯酮亞胺)鎳的一種或多種。

在一個或更多個實施方式中，第一表面20包括鈷且第二金屬70包括銅。在一些實施方式中，第一表面20包括鎳且第二金屬70包括銅與鈷的一種或多種。

一旦第二金屬70已經(jīng)被沉積，可執(zhí)行進(jìn)一步的處理。例如，參照圖1c和圖1d，可發(fā)生烷氧基封端60的第二表面40的羥基化。這可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蚣夹g(shù)來完成，其中該方法或技術(shù)可在沉積第二金屬膜之后從烷氧基封端的介電表面移除烷氧基封端部(諸如水蒸氣)。

本公開內(nèi)容的一些實施方式涉及金屬沉積工藝，包括cvd與ald。在一些實施方式中，ald工藝具有泵送到基板上的依序的金屬前驅(qū)物與醇類。這可允許金屬膜共形地沉積。ald工藝亦使得金屬膜厚度容易地可控制。在此ald工藝中，醇類的使用是它對于金屬(例如銅)前驅(qū)物的還原能力，以產(chǎn)生清潔的銅膜而沒有污染。醇類蒸氣是可揮發(fā)的，并且其衍生產(chǎn)物(醛類)是更易揮發(fā)的并使金屬(例如銅)膜為清潔的。

本公開內(nèi)容的一些實施方式通過同時地或依序地暴露基板于銅前驅(qū)物與醇類而沉積銅膜。適當(dāng)?shù)你~前驅(qū)物包括但不限于雙(二甲基胺基-2-丙氧基)銅、雙(二甲基胺基-2-乙氧基)銅、雙(甲基胺基-2-丙氧基)銅、雙(胺基-2-乙氧基)銅、雙(二甲基胺基-2-甲基-2-丙氧基)銅、雙(二乙基胺基-2-丙氧基)銅、雙(二甲氧基乙氧基)銅、雙(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)銅、雙(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烯酮亞胺)銅、二甲基胺基-2-丙氧基銅(tmvs)、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮銅(tmvs)、與含氟前驅(qū)物。

本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式涉及用于集成電路(ic)線起始端(beginningendofline,beol)互連的集成工藝。一些實施方式是結(jié)合下方的阻障物阻擋膜來使用的，但不限于ru、mn、co、ta層與其氧化物和氮化物化合物、以及各種層的堆疊。

本公開內(nèi)容的一些實施方式對于用于以cu電鍍的集成工藝的cu種晶亦是有用的。本公開內(nèi)容的實施方式包括高產(chǎn)量ald銅膜沉積工藝且沉積速率高達(dá)在從至/循環(huán)的范圍中。

本公開內(nèi)容的一個或更多個實施方式涉及沉積膜的方法。將基板暴露于一個或更多個沉積氣體，這些沉積氣體包括第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體，所述第一反應(yīng)性氣體包括銅、鈷、鎳、或鎢的一種或多種，所述第二反應(yīng)性氣體包括醇類。膜形成工藝可以與用以制備選擇性沉積的表面的先前還原劑相同或不同的醇類發(fā)生。例如，第一醇類可被暴露于基板，以還原基板上的金屬表面成零價金屬且保護(hù)電介質(zhì)，接著暴露于第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體，其中第二反應(yīng)性氣體包括不同于第一醇類的醇類。

膜形成工藝可以是cvd工藝，其中第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體同時被暴露于基板表面，以致第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體在膜的形成期間混合。

在一些實施方式中，膜形成工藝是ald工藝，其中基板或基板的部分依序地被暴露于第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體。依序的暴露是指基板或基板的部分在任何給定時間被暴露于第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體的僅一者。在ald工藝中，實質(zhì)上沒有第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體的氣相混合。

本案發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用醇類作為還原劑的金屬或含金屬膜的形成可在較低溫度下執(zhí)行。沒有并入醇類還原劑的典型工藝是在較高的溫度(例如高達(dá)約650℃)下執(zhí)行的。在這些較高的溫度下，所使用的金屬前驅(qū)物會分解，以致過量的碳與氮無法(輕易地)從最終的膜被移除。例如，使用氫作為還原劑的金屬沉積大致上在大于200℃的溫度(典型地是250℃)執(zhí)行。在此溫度下，金屬前驅(qū)物可能將會分解。在本公開內(nèi)容的一些實施方式中，實質(zhì)上沒有第一前驅(qū)物的氣相分解。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“實質(zhì)上沒有分解”是指具有小于1％的分解。在一些實施方式中，基板被維持在約100℃至約250℃范圍中或在約100℃至約200℃范圍中或小于約250℃、200℃、175℃、150℃或125℃的溫度。

在一些實施方式中，基板包含包括金屬氧化物的第一基板表面和包括電介質(zhì)的第二基板表面。在一個或更多個實施方式中，第一表面包括co、ru、w、或上述的氧化物。在一些實施方式中，第二表面包括sio2。基板(第一基板表面與第二基板表面兩者)可被暴露于醇類，以在暴露于第一反應(yīng)性氣體之前將金屬氧化物還原成第一金屬且形成烷氧基封端的介電表面。

圖2顯示空間原子層沉積批處理器(稱為處理腔室110)的實施方式。處理腔室110與所述部件的形狀僅作為示例且不應(yīng)被視為對本公開內(nèi)容的范圍構(gòu)成限制。例如，八邊形的處理腔室可以是圓形的或六邊形的等。負(fù)載鎖定(loadlock)112腔室連接到處理腔室110的前端(其可任意地被指定成前端)且提供處理腔室的內(nèi)部和處理腔室110的外部氣氛隔離的方式。負(fù)載鎖定112可以是任何適當(dāng)?shù)呢?fù)載鎖定，并且可以如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何適當(dāng)負(fù)載鎖定的方式運作。

基板160通過處理腔室110到負(fù)載區(qū)域120內(nèi)。在負(fù)載區(qū)域120中，基板160可經(jīng)受處理狀態(tài)或可停置。負(fù)載區(qū)域中的處理狀態(tài)例如可以是基板160的預(yù)熱到工藝溫度、暴露于預(yù)處理(例如醇類暴露)、或清潔。在一些實施方式中，基板160被暴露于預(yù)處理，所述預(yù)處理包括氣體醇類，以將金屬氧化物表面還原成金屬與烷氧基化介電表面。

基板160從負(fù)載區(qū)域側(cè)向地被移動通過氣簾140到第一工藝區(qū)域121。用來描述工藝區(qū)域的順序數(shù)字的使用僅僅是示例性的，并且不應(yīng)被視為對本公開內(nèi)容的范圍構(gòu)成限制。術(shù)語“第一工藝區(qū)域”、“第二工藝區(qū)域”等的使用僅意圖作為描述處理腔室的不同部分的一種方便方式。腔室內(nèi)的這些工藝區(qū)域的具體位置不限制于所顯示的實施方式?；?60的側(cè)向移動可通過基座166繞著軸的旋轉(zhuǎn)(如箭頭117所示)而發(fā)生。在第一工藝區(qū)域121中，基板160被暴露于第一反應(yīng)性氣體。

基板160在處理腔室110內(nèi)從第一工藝區(qū)域121側(cè)向地被移動通過氣簾140到第二工藝區(qū)域122。氣簾140提供處理腔室110內(nèi)的各種工藝區(qū)域之間的分離。圖上顯示氣簾是具有被切去內(nèi)端的楔形部件，但是可理解的是氣簾可以是適于維持這些工藝區(qū)域的隔離的任何形狀。氣簾140可包括惰性氣體和/或真空口的任何適當(dāng)?shù)慕M合，其能分離各個工藝區(qū)域的氣氛。在一些實施方式中，氣簾140依序包括真空口、惰性氣體、和另一真空口。在基板從第一工藝區(qū)域121移動到第二工藝區(qū)域122期間的某些時刻，基板的一部分被暴露于第二工藝區(qū)域，同時基板的另一部分被暴露于第一工藝區(qū)域121，且中心部分位于氣簾140內(nèi)。

在第二工藝區(qū)域122中，基板160被暴露于第二反應(yīng)性氣體，所述第二反應(yīng)性氣體包括醇類。當(dāng)負(fù)載區(qū)域120包括醇類處理時，用在負(fù)載區(qū)域120中的醇類可以與用在第二反應(yīng)性氣體中的醇類相同或不同。例如，基板可在負(fù)載區(qū)域120中被暴露于甲醇且在第二工藝區(qū)域122中被暴露于乙醇。

基板160可沿著由箭頭117所示的圓形路徑而連續(xù)側(cè)向地移動，以暴露基板于第三工藝區(qū)域123、第四工藝區(qū)域124、第五工藝區(qū)域125、第六工藝區(qū)域126、及第七工藝區(qū)域127，并且返回到負(fù)載區(qū)域。在一些實施方式中，負(fù)載區(qū)域120、第二工藝區(qū)域122、第四工藝區(qū)域124、和第六工藝區(qū)域126各暴露基板于包括醇類的第二反應(yīng)性氣體，并且第一工藝區(qū)域121、第三工藝區(qū)域123、第五工藝區(qū)域125、和第七工藝區(qū)域127各暴露基板160于第一反應(yīng)性氣體。圖2所示的實施方式具有位于第一、第三、第五和第七工藝區(qū)域之上的楔形氣體分配組件130，為了清楚而顯示介于這些氣體分配組件130之間且位于基座166上的基板160。然而，可理解的是任何或所有的這些工藝區(qū)域可具有氣體分配組件130或其他氣體輸送系統(tǒng)。

實施例

具有釕與二氧化硅的基板在155℃下被暴露于cu(dmap)2，而不具有醇類暴露。cu(dmap)2被脈沖化達(dá)500個循環(huán)。在此溫度下，在基板上沒有觀察到銅膜。

具有釕與二氧化硅表面的基板被暴露于乙醇預(yù)處理，接著進(jìn)行在155℃下的cu(dmap)2與乙醇的500個循環(huán)。銅膜以約/循環(huán)被沉積到表面上。cu膜具有約2×10^-6ohmcm的低電阻。

在一些實施方式中，工藝發(fā)生在批處理腔室中。例如，在旋轉(zhuǎn)的壓板腔室(platenchamber)中，一個或更多個晶片被放置在旋轉(zhuǎn)的保持件(“壓板”)上。當(dāng)壓板旋轉(zhuǎn)時，晶片在各個處理區(qū)域之間移動。例如，在ald中，處理區(qū)域暴露晶片于前驅(qū)物和反應(yīng)物。此外，等離子體暴露對于適當(dāng)?shù)靥幚砟せ蛴糜谠鰪娔どL的表面、或?qū)τ讷@得期望的膜性質(zhì)是有用的。

本公開內(nèi)容的一些實施方式是在單一處理腔室中處理具有第一表面和第二表面的基板，其中在腔室的第一部分中，基板表面被暴露于還原劑(例如醇類)以還原金屬氧化物且保護(hù)第二表面。基板被旋轉(zhuǎn)至處理腔室的第二部分、或第二與后續(xù)的第三部分或更多者，以在第一金屬表面上沉積金屬膜。在一些實施方式中，基板可進(jìn)一步被旋轉(zhuǎn)或被移動至處理腔室的另一部分，其中第二表面的烷氧基封端部可被移除。為了分離處理腔室的這些部分或這些區(qū)域的各者或任一者，可使用氣簾。氣簾提供介于這些處理區(qū)域之間的凈化氣體(purgegas)和真空口的一個或更多者，以避免反應(yīng)性氣體從一個區(qū)域移動到相鄰區(qū)域。在一些實施方式中，基板同時被暴露于超過一個處理區(qū)域，其中基板的一部分位于第一區(qū)域中(例如為了醇類暴露)且基板的另一部分同時位于處理腔室的不同的區(qū)域中(例如為了金屬沉積)。

本公開內(nèi)容的實施方式可與線性處理系統(tǒng)或可旋轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)一起使用。在線性處理系統(tǒng)中，等離子體離開殼體的區(qū)域的寬度在前正面的整個長度是實質(zhì)上相同的。在可旋轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)中，殼體可以大致上是“餅形(pie-shaped)”或“楔形”。在楔形區(qū)部中，等離子體離開殼體的區(qū)域的寬度改變以適應(yīng)餅形。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“餅形”與“楔形”交替地被使用，以描述大致上圓形區(qū)塊的主體。例如，楔形區(qū)部可以是圓形或盤形片(disc-shapedpiece)的一區(qū)片。餅形區(qū)部的內(nèi)緣可達(dá)到一點或可被切去成平坦邊緣或圓的?；宓穆窂娇纱怪庇跉怏w口。在一些實施方式中，各個氣體注射器組件包括多個長氣體口，所述長氣體口在實質(zhì)上垂直于基板所橫越的路徑的方向上延伸。如在本說明書與隨附的權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“實質(zhì)上垂直于”是指基板的大致移動方向是沿著近似垂直于(例如約45°至90°)這些氣體口的軸的平面。對于楔形氣體口，氣體口的軸可被視為一線，該線被定義成沿著口的長度延伸的口的寬度的中間點。

本公開內(nèi)容的額外實施方式涉及處理多個基板的方法。將所述多個基板裝載到處理腔室中的基板支撐件上。使基板支撐件旋轉(zhuǎn)，以使所述多個基板的各者通過氣體分配組件而暴露基板表面于還原劑(例如醇類)，在基板上沉積膜，且可選地，通過還原劑暴露而移除保護(hù)層。這些工藝步驟、還原劑暴露、金屬沉積、或羥基化的任一者在移動到下一工藝之前或依序地可被重復(fù)。

旋轉(zhuǎn)架(carousel)的旋轉(zhuǎn)可以是連續(xù)的或非連續(xù)的。在連續(xù)的處理中，這些晶片恒定地旋轉(zhuǎn)，以致他們依序被暴露于注射器的各者。在非連續(xù)的處理中，這些晶片可被移動到注射器區(qū)域且停止，并且接著到介于這些注射器之間的區(qū)域且停止。例如，旋轉(zhuǎn)架可旋轉(zhuǎn)，以致這些晶片從注射器間(inter-injector)區(qū)域跨越該注射器(或在鄰近于該注射器處停止)且到旋轉(zhuǎn)架可再次暫停的下一個注射器間區(qū)域上。這些注射器之間的暫停可提供用于各層沉積之間的額外處理(例如暴露于等離子體)的時間。等離子體的頻率可根據(jù)所使用的具體反應(yīng)性物種進(jìn)行調(diào)節(jié)。適當(dāng)?shù)念l率包括但不限于400khz、2mhz、13.56mhz、27mhz、40mhz、60mhz、和100mhz。

根據(jù)一個或更多個實施方式，基板在形成層之前和/或之后經(jīng)受處理。此處理可在相同的腔室中或在一個或更多個不同的處理腔室中執(zhí)行。在一些實施方式中，基板從第一腔室被移動到不同的第二腔室以進(jìn)行進(jìn)一步處理。基板可從第一腔室直接被移動到不同的處理腔室，或者基板可從第一腔室被移動到一個或更多個傳送腔室，并接著被移動到不同的處理腔室。因此，處理設(shè)備可包括與傳送站(transferstation)連通的多個腔室。此種設(shè)備可稱為“群集工具(clustertool)”或“群集系統(tǒng)”和諸如此類者。

一般來說，群集工具是包括多個腔室的模塊化系統(tǒng)(modularsystem)，這些腔室執(zhí)行包括基板中心尋找與定向、除氣(degassing)、退火、沉積和/或蝕刻的各種功能。根據(jù)一個或更多個實施方式，群集工具至少包括第一腔室和中央傳送腔室。中央傳送腔室可容納機械手，所述機械手可在處理腔室與負(fù)載鎖定腔室之間運輸(shuttle)基板。傳送腔室典型地被維持在真空狀態(tài)且提供用于將基板從一個腔室運輸?shù)搅硪磺皇液?或負(fù)載鎖定腔室的中間階段，其中所述負(fù)載鎖定腔室位于群集工具的前端處。適于本公開內(nèi)容的兩個熟知的群集工具是可從美國calif(加州)santaclara(圣克拉拉)市的appliedmaterials,inc.(應(yīng)用材料公司)購得的和這種階段式真空基板處理設(shè)備的細(xì)節(jié)披露于1993年2月16日授權(quán)的tepman等人的發(fā)明名稱為“staged-vacuumwaferprocessingapparatusandmethod”的美國專利案號5,186,718中。然而，為了執(zhí)行在此所述的工藝的具體步驟的目的，可變更這些腔室的精確布置與組合?？墒褂玫钠渌幚砬皇野ǖ幌抻谘h(huán)層沉積(cld)、原子層沉積(ald)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、蝕刻、預(yù)清潔、化學(xué)清潔、熱處理(諸如rtp)、等離子體氮化、除氣、定向、羥基化、和其他基板工藝。通過在群集工具上的腔室中實施工藝，可避免基板的表面受到大氣雜質(zhì)的污染，而在沉積后續(xù)的膜之前不會氧化。

根據(jù)一個或更多個實施方式，基板持續(xù)地處于真空或“負(fù)載鎖定”狀態(tài)下，并且當(dāng)從一個腔室被移動到下一個腔室時沒有被暴露于外界空氣。因此傳送腔室處于真空下且“被泵抽”于真空壓力下。惰性氣體可存在于處理腔室或傳送腔室中。在一些實施方式中，惰性氣體被用作凈化氣體，以在基板的表面上形成層之后移除一些或所有的反應(yīng)物。根據(jù)一個或更多個實施方式，凈化氣體被注射在沉積腔室的出口處，以避免反應(yīng)物從沉積腔室移動到傳送腔室和/或額外的處理腔室。因此，惰性氣體的流動在腔室的出口處形成一簾。

在處理期間，基板可被加熱或被冷卻。這樣的加熱或冷卻可通過任何適當(dāng)?shù)姆绞絹硗瓿桑ǖ幌抻诟淖兓逯渭?例如基座)的溫度與使經(jīng)加熱或經(jīng)冷卻的氣體流動到基板表面。在一些實施方式中，基板支撐件包括可受到控制以傳導(dǎo)性地(conductively)改變基板溫度的加熱器/冷卻器。在一個或更多個實施方式中，所使用的氣體(反應(yīng)性氣體或惰性氣體)被加熱或被冷卻，以局部地改變基板溫度。在一些實施方式中，加熱器/冷卻器位于腔室內(nèi)而鄰近于基板表面以對流地改變基板溫度。

基板在處理期間亦可以是不動的或旋轉(zhuǎn)的。旋轉(zhuǎn)的基板可持續(xù)地或以多個謹(jǐn)慎步驟的方式旋轉(zhuǎn)。例如，基板可在整個工藝中旋轉(zhuǎn)，或基板可在暴露于不同反應(yīng)性氣體或凈化氣體之間少量地旋轉(zhuǎn)。在處理期間旋轉(zhuǎn)基板(持續(xù)地或以多個步驟的方式)可有助于通過將例如氣體流幾何形態(tài)中的局部變化予以最小化而產(chǎn)生更均勻的沉積或蝕刻。

盡管上述說明針對本公開內(nèi)容的實施方式，可在不背離本公開內(nèi)容的基本范圍的情況下，設(shè)計出本公開內(nèi)容的其他和進(jìn)一步的實施方式，并且本公開內(nèi)容的范圍由隨附的權(quán)利要求書所確定。