用于互連件覆蓋應(yīng)用的金屬互連件中的碳基污染物的清潔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在部分制成的集成電路上形成材料層的方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及 用于互連件覆蓋應(yīng)用的清潔金屬互連件中的碳基污染物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑲嵌處理是用于在集成電路上形成金屬線的方法。該方法涉及在形成于電介質(zhì)層 (層間電介質(zhì)）中的溝槽和通孔中形成鑲嵌式金屬線。鑲嵌處理通常是一種優(yōu)選的方法，因 為此方法相比于其他方法需要較少的處理步驟，并提供了較高的產(chǎn)率。該方法也特別適合 于不能輕易通過(guò)等離子體蝕刻所圖案化的金屬（諸如銅）。
[0003] 在典型的鑲嵌處理中，金屬沉積到圖案化的電介質(zhì)上以填充形成在電介質(zhì)層中的 通孔和溝槽。所得的金屬化層通常直接形成在承載有源器件的層上或者形成在下伏的金屬 化層上。電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋材料（如碳化硅或氮化硅）薄層沉積在相鄰的金屬化層之間，以 防止金屬擴(kuò)散到電介質(zhì)的主體層。在一些情況下，碳化硅或氮化硅電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層還兼 作在層間電介質(zhì)（ILD)的圖案化期間的蝕刻停止層。
[0004] 在典型的集成電路（IC)中，若干金屬化層一層一層地沉積以形成堆疊，其中，金 屬填充的通孔和溝槽充當(dāng)集成電路導(dǎo)電路徑。一個(gè)金屬化層的導(dǎo)電路徑通過(guò)一系列鑲嵌互 連件被連接到下伏層或上覆層的導(dǎo)電路徑。
[0005] 這些互連件的制造提出了若干挑戰(zhàn)，隨著IC器件特征的尺寸不斷縮小，這些挑戰(zhàn) 變得越來(lái)越顯著。例如，銅金屬與上覆的電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層的粘附通常是較差的，這導(dǎo)致所 形成的IC器件的可靠性降低。此外，銅線尺寸的大幅降低導(dǎo)致電迀移增加。在一些情況下， 覆蓋層沉積在銅的頂部上以解決這些問(wèn)題并提高互連件的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在集成電路制造期間所遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題是帶有含碳?xì)堄辔锏慕饘倬€表面 的污染。這種污染的存在會(huì)阻礙覆蓋物在金屬線上的沉積。例如，當(dāng)含金屬的覆蓋物（如 含鈷覆蓋物或含錳覆蓋物）通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD)或原子層沉積（ALD)沉積在受碳污染 的表面上時(shí)，可能導(dǎo)致低的沉積速率、斑塊狀和不均勻的沉積。此外，當(dāng)沉積含金屬的導(dǎo)電 覆蓋物層時(shí)，這樣的覆蓋層應(yīng)當(dāng)選擇性地沉積在金屬線表面上而不應(yīng)當(dāng)沉積在ILD表面周 圍。在許多情況下，金屬線的表面上的碳基污染物的存在減少了這種沉積的選擇性。
[0007] 含有氧化物物質(zhì)（如銅氧化物）的污染可通過(guò)用還原劑處理襯底（例如，通過(guò)等 離子體或還原環(huán)境下的熱處理）被容易除去時(shí)，含有含碳物質(zhì)的污染一般不容易處理。出 乎意料的是，發(fā)現(xiàn)了用于使用硅烷基化劑從金屬表面去除碳基污染物的處理。這種處理可 用于去除碳基污染物（例如含有碳-碳和/或碳-氧鍵的污染物）以清潔諸如銅、鈷和鎳 (包括它們的合金）之類的金屬。
[0008] 在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法涉及： (a)提供包含暴露金屬層（如銅，鈷，鎳）和暴露電介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底；(b)使所提供的半 導(dǎo)體襯底與硅烷基化劑在第一溫度下接觸，以使所述硅烷基化劑與所述暴露金屬層的表面 上的含碳污染物反應(yīng)；以及（C)在接觸之后，在更高溫度下加熱所述半導(dǎo)體襯底以從所述 半導(dǎo)體襯底的金屬表面去除已反應(yīng)的硅烷基化劑。接下來(lái)，在從所述金屬表面去除所述已 反應(yīng)的硅烷基化劑之后，處理繼續(xù)，選擇性地沉積覆蓋層在所述金屬表面上，而不將相同覆 蓋層沉積在所述電介質(zhì)層上。在覆蓋層被選擇性地形成在金屬線上之后，在所述覆蓋金屬 層上和所述暴露電介質(zhì)上沉積電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層（例如，摻雜的或者非摻雜的碳化硅或者 氮化硅）。
[0009] 所提供的方法特別適用于含金屬覆蓋層的沉積，所述金屬覆蓋層如鈷覆蓋層和錳 覆蓋層。在一些實(shí)施方式中，所述覆蓋層是通過(guò)使經(jīng)處理的所述襯底與有機(jī)金屬化合物接 觸而形成。例如，所述襯底可與包含鈷和配體的有機(jī)鈷合物接觸，所述配體選自由烯丙基、 脒基（amidinate)、二氮雜二烯基和環(huán)戊二烯基所構(gòu)成的組。用于選擇性沉積含鈷覆蓋層的 適當(dāng)有機(jī)鈷化合物的實(shí)例包括但不限于：羰基叔丁基乙炔鈷、苯并鈷（cobaltacene)、環(huán)戊 二烯基二羰基鈷（Π )、鈷脒（cobalt amidinate)、二氮雜二稀鈷、以及這些化合物的組合。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，所提供的方法還包括在使所述襯底與所述硅烷基化劑接觸之 前預(yù)處理所述襯底以調(diào)整所述襯底的表面。能夠執(zhí)行預(yù)處理來(lái)使電介質(zhì)表面針對(duì)覆蓋材料 的沉積和/或從金屬表面去除金屬氧化物（如銅氧化物）更加惰性。預(yù)處理能夠通過(guò)直接 等離子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理和在包含Ar、He、N2、NHjP H2中的至少一種氣體 內(nèi)的熱處理中的一種或者多種處理來(lái)執(zhí)行。為了防止襯底的再次污染，使襯底在預(yù)處理之 后并且在與硅烷基化劑接觸之前不暴露于大氣。
[0011] 使用所述硅烷基化劑的處理優(yōu)選地在介于約100和約300°C之間的溫度下并且在 約0. 5至20托之間的壓強(qiáng)下執(zhí)行。諸如氬和/或氦之類的惰性氣體能夠與硅烷基化劑流 一起供給。在一些實(shí)施方式中，所述惰性氣體的流率比所述硅烷基化劑的流率大至少約10 倍。合適的硅烷基化劑的實(shí)例包括三甲氧基硅烷、二乙氧基甲基硅烷、二甲基氨基三甲基硅 烷、乙氧基三甲基硅烷、雙-二甲基氨基二甲基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、乙烯基三甲氧基 硅烷、三甲基硅烷基乙炔、（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷以及它們的組 合。
[0012] 在用硅烷基化劑處理結(jié)束并且硅烷基化劑的流動(dòng)停止之后，加熱襯底以從金屬表 面驅(qū)離已反應(yīng)的硅烷基化劑。在一些實(shí)施方式中，所述加熱是在介于約120和約450°C之間 的溫度下在氣體內(nèi)執(zhí)行，所述氣體選自由Ar、He、N2、NH3、氏和它們的混合物所構(gòu)成的組。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，所述電介質(zhì)層還能在用硅烷基化劑處理期間與硅烷基化劑反 應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，所述電介質(zhì)在與所述硅烷基化劑反應(yīng)時(shí)針對(duì)覆蓋層的沉積而變得 鈍化，由此增加了覆蓋沉積處理的選擇性。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，所提供的方法被集成到處理方案內(nèi)，該處理方案包括光刻圖 案化并且還包括：施加光致抗蝕劑到所述襯底；將所述光致抗蝕劑暴露于光；將所述光致 抗蝕劑圖案化并且將圖案轉(zhuǎn)印到所述襯底；以及從所述襯底選擇性地去除所述光致抗蝕 劑。
[0015] 在另一方面中，本發(fā)明還提供了一種用于在晶片襯底上形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的裝 置。該裝置包括：處理腔，其具有用于導(dǎo)入氣相的或者揮發(fā)性的反應(yīng)物的進(jìn)口；晶片襯底支 撐件，其用于在所述處理腔內(nèi)處理所述晶片襯底的期間將所述晶片襯底保持在適當(dāng)位置； 以及控制器，其包含用于執(zhí)行本發(fā)明所提供的方法的程序指令。例如所述控制器可以包含 程序指令，所述程序指令用于：（i)使具有暴露電介質(zhì)層和暴露金屬層的所述晶片襯底在 第一溫度下與硅烷基化劑接觸，以使所述硅烷基化劑與所述暴露金屬層的表面上的含碳污 染物反應(yīng)，其中所述金屬選自由銅、鈷和鎳所構(gòu)成的組；（ii)在接觸之后，在更高的溫度下 加熱所述晶片襯底以從所述晶片襯底的所述金屬表面去除所述已反應(yīng)的硅烷基化劑；以及 (iii)在從所述金屬表面去除所述已反應(yīng)的硅烷基化劑之后，選擇性地沉積覆蓋層在所述 金屬表面上，而不將相同覆蓋層沉積在所述電介質(zhì)層上。
[0016] 在一些實(shí)施方式中，提供了一種系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括本文所述的裝置和步進(jìn)曝 光機(jī)（stepper)。
[0017] 在另一方面，本發(fā)明提供了一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述介質(zhì)包括用 于沉積裝置的程序指令，所述程序指令包含用于執(zhí)行本文所述方法中的任意操作的代碼。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1A-1D示出了根據(jù)本文所提供的一些實(shí)施方式的選擇性覆蓋處理期間所生成 的器件結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
[0019] 圖2呈現(xiàn)了根據(jù)本文所提供的一些實(shí)施方式的覆蓋處理的處理流程圖。
[0020] 圖3呈現(xiàn)了根據(jù)本文所提供的實(shí)施方式的適用于去除碳基污染物的處理腔的示 意圖。
[0021] 圖4A是示意了通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)平坦化的電沉積銅層的銅表面上存在碳 的X射線光電子能譜（XPS)圖。
[0022] 圖4B是示意了通過(guò)物理氣相沉積（PVD)所沉積的銅層的銅表面上存在碳的XPS 圖。
[0023] 圖5是示意了用硅烷基化劑處理之后的銅表面上的碳和硅的含量。
[0024] 圖6是示意了針對(duì)在不同條件下所處理的樣品的襯底表面組成的圖表。
[0025] 圖7A是示意了經(jīng)過(guò)了不同條件下的處理之后的電介質(zhì)和銅上的鈷沉積物的柱狀 圖。
[0026] 圖7B是示意了經(jīng)過(guò)了不同條件下的處理之后的電介質(zhì)和銅上的鈷沉積物的柱狀 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 提供了用于從在半導(dǎo)體襯底上的金屬表面去除含碳污染物的方法和裝置。污染物 是通過(guò)用硅烷化試劑處理金屬表面來(lái)去除。所提供的方法可以用來(lái)清潔銅、鈷和鎳的表面 并且能夠用來(lái)準(zhǔn)備這些表面以用于覆蓋層的CVD和ALD沉積。
[0028] 術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體襯底"和"部分制成的半導(dǎo)體裝置"可互換使用，并且包括包含位于 襯底中任何位置的半導(dǎo)體材料的襯底。應(yīng)理解，除了半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體襯底通常還包括金 屬層和介電材料層。合適的半導(dǎo)體襯底的一個(gè)例子是包含由鑲嵌處理形成的一個(gè)或多個(gè)金 屬化層的硅晶片。本文所提供的方法可以在后端和前端處理都使用。
[0029]