專利名稱：用于銅金屬化的ald氮化鉭的集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于制造集成電路器件的方法。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中使用ALD氮化鉭層的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路(IC)器件的結(jié)構(gòu)尺寸被減小到亞1/4微米的尺度，電阻和電路密度成為認(rèn)為關(guān)心和待改進(jìn)的領(lǐng)域。多層互連技術(shù)提供了遍及IC器件導(dǎo)電路徑，并且被形成為高寬高比的特征，包括接觸、插塞、過孔、線、引線和其他特征。用于在襯底上形成互連的典型方法包括沉積一層或者多層；刻蝕這些層中的至少一層以形成一個(gè)或者多個(gè)特征；在特征中沉積阻擋層；以及沉積一層或者多層以填充該特征。一般來說，特征形成于布置在下導(dǎo)電層和上導(dǎo)電層之間的電介質(zhì)材料內(nèi)。互連被形成在特征內(nèi)，以連接上下導(dǎo)電層?？煽康匦纬蛇@些互連特征對于電路的生產(chǎn)以及增大電路密度的不斷努力以及單個(gè)襯底的質(zhì)量而言是重要的。
銅是用于填充亞微米高寬高比互連特征的選用金屬，因?yàn)殂~及其合金具有比鋁低的電阻率。但是，銅更容易擴(kuò)散到周圍材料中，并且可能改變鄰近層的電子器件特性。擴(kuò)散的銅可能在層之間形成導(dǎo)電路徑，由此降低了整個(gè)電路的可靠性，并且甚至可以導(dǎo)致器件失效。因此，阻擋層在銅金屬化之前被沉積，以防止或者阻止銅原子的擴(kuò)散。阻擋層通常是難熔金屬，諸如鎢、鈦、鉭及其氮化物，這些都具有比銅大的電阻率。
為了在特征內(nèi)沉積阻擋層，阻擋層通常被沉積在特征的底部以及其側(cè)壁上。阻擋層在側(cè)壁上的適當(dāng)沉積通常導(dǎo)致在底部上過量沉積。阻擋層在特征底部上的過量的量不僅增大了特征的總電阻，而且還形成了多層互連結(jié)構(gòu)的較上金屬互連和較下金屬互連之間的障礙。
因此，存在對于用于形成使互連的電阻最小化的金屬互連結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種在半導(dǎo)體襯底上形成金屬互連的方法，包括在阻擋層沉積之前，通過在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體、將來自所述等離子體的自由基輸送到包含所述襯底的第一處理室、以及使形成在電介質(zhì)層中的特征與所述自由基接觸，來清潔形成在所述電介質(zhì)層中的所述特征并暴露所述電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電材料；在第二處理室中，在1和10Torr之間的壓力以及200和300℃之間的溫度下，通過原子層沉積在所述特征內(nèi)沉積氮化鉭層；在第三處理室中通過物理氣相沉積在所述氮化鉭層上沉積鉭層；在第四處理室中等離子體刻蝕所述鉭層和所述氮化鉭層，以去除在所述特征的底部處的所述鉭層和所述氮化鉭層的至少一部分，來露出所述導(dǎo)電材料；通過物理氣相沉積在所述鉭層上可選地沉積附加的鉭或銅；以及在第五處理室中，在所述導(dǎo)電材料和所述鉭層上沉積晶種層，其中，所述第一處理室、所述第二處理室、所述第三處理室、所述第四處理室、以及所述第五處理室位于集成裝置中。
一種用于在半導(dǎo)體襯底上形成金屬互連的設(shè)備，包括第一處理室，用于在阻擋層沉積之前，通過在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體、將來自所述等離子體的自由基輸送到包含所述襯底的第一處理室、以及使形成在電介質(zhì)層中的特征與所述自由基接觸，來清潔形成在所述電介質(zhì)層中的所述特征并暴露所述電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電材料；第二處理室，用于在1和10Torr之間的壓力以及200和300℃之間的溫度下，通過原子層沉積在所述特征內(nèi)沉積氮化鉭層；第三處理室，用于通過物理氣相沉積在所述氮化鉭層上沉積鉭層；第四處理室，用于等離子體刻蝕所述鉭層和所述氮化鉭層，以去除在所述特征的底部處的所述鉭層和所述氮化鉭層的至少一部分，來露出所述導(dǎo)電材料，并且通過物理氣相沉積在所述鉭層上可選地沉積附加的鉭或銅；以及第五處理室，用于在所述導(dǎo)電材料和所述鉭層上沉積晶種層，其中，所述第一處理室、所述第二處理室、所述第三處理室、所述第四處理室、以及所述第五處理室位于集成裝置中。


可以參考本發(fā)明的實(shí)施例對上面所簡要概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述，由此可以詳細(xì)理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所述特征的方式，其中，本發(fā)明的實(shí)施例被示于附圖中。但是應(yīng)該注意，所述描述和附圖僅僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是對其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等效的實(shí)施例。
圖1示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD氮化鉭層的方法的一個(gè)實(shí)施例。
圖2示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD氮化鉭層的方法的另一個(gè)實(shí)施例。
圖3A示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD氮化鉭層的方法的另一個(gè)實(shí)施例。
圖3B示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中使用兩個(gè)ALD氮化鉭沉積步驟的方法的實(shí)施例。
圖4示出了適用于執(zhí)行本文所述的互連制造工序的示例性集成組群裝置的示意性平面圖。
圖5示出了典型的預(yù)清潔室。
圖6示出了用于根據(jù)循環(huán)沉積技術(shù)形成薄阻擋層的示例性處理室的示意性局部橫截面。
圖7示出了用于根據(jù)物理氣相沉積技術(shù)形成薄金屬層的示例性處理室的示意性局部橫截面。
圖8示出了用于形成薄晶種層或者粘附層的示例性處理室的示意性局部橫截面。
圖9A-9F是在圖1的方法中的各個(gè)階段的示例性襯底結(jié)構(gòu)的示意性表示。
圖10是在圖2的方法中的一個(gè)階段的示例性襯底結(jié)構(gòu)的示意性表示。
圖11是在圖3A的方法中的一個(gè)階段的示例性襯底結(jié)構(gòu)的示意性表示。
圖12比較了對于具有銅-鋁晶種的ALD氮化鉭和具有銅晶種的PVD阻擋的作為無故障工作時(shí)間的函數(shù)的累積概率。
圖13比較了對于具有穿通和ALD氮化鉭層的ALD氮化鉭；具有新穿通的ALD氮化鉭層經(jīng)過氬處理的ALD氮化鉭；以及具有氮化鉭、鉭和鉭覆平的基線的作為無故障工作時(shí)間的函數(shù)的累積概率。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中使用ALD氮化鉭沉積的方法的一個(gè)實(shí)施例。在步驟101，進(jìn)行預(yù)處理以制備用于進(jìn)一步修飾的表面。預(yù)處理選項(xiàng)包括氮等離子體、水等離子體、氫和氦等離子體、低能等離子體、用鈦或者鋁預(yù)覆平或者其他預(yù)清潔工藝。在步驟102，通過原子層沉積在襯底結(jié)構(gòu)上沉積氮化鉭。在步驟104，通過物理氣相沉積在步驟102中所形成的氮化鉭上沉積鉭層。在步驟106，進(jìn)行穿通步驟，以去除在步驟102中所沉積的氮化鉭中的一部分，并且去除在步驟104中所沉積的鉭中的一部分。在步驟108，可以進(jìn)行可選的鈦覆平步驟，以通過物理氣相沉積在步驟106的所得襯底結(jié)構(gòu)上沉積鉭。在步驟110，在步驟106或步驟108的所得襯底結(jié)構(gòu)上形成晶種層。在步驟110后，可以進(jìn)行可選的粘附層沉積步驟112或者銅或者其他沉積步驟114。
沉積裝置圖4是可以適用于進(jìn)行在本文中所述的方法的示例性多室處理系統(tǒng)600的示意性俯視圖。這樣的處理系統(tǒng)600可以是可從Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.商購的EnduraTM系統(tǒng)。類似的多室處理系統(tǒng)公開于1993年2月16日授權(quán)的題目為“Stage Vacuum WaferProcessing System and Method”的美國專利No.5,186,718中，該專利通過應(yīng)用被包含在本文中。
系統(tǒng)400一般包括用于將襯底轉(zhuǎn)移到和轉(zhuǎn)移出系統(tǒng)400的加載鎖定室402和404。通常，因?yàn)橄到y(tǒng)400處于真空，加載鎖定室402和404可以“抽空”被引入到系統(tǒng)400中的襯底。第一機(jī)械手410可以在加載鎖定室402和404與第一組的一個(gè)或者多個(gè)襯底處理室412、414、416和418(示出了四個(gè))之間轉(zhuǎn)移襯底。每一個(gè)處理室412、414、416和418可以被裝配來進(jìn)行多種襯底處理操作，諸如包括原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、刻蝕、預(yù)清潔、除氣、取向或者其他襯底處理的循環(huán)層沉積。第一機(jī)械手410還將襯底轉(zhuǎn)移到或者轉(zhuǎn)移出一個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)移室422和424。
轉(zhuǎn)移室422和424用于維持超高真空條件，同時(shí)允許在系統(tǒng)400內(nèi)轉(zhuǎn)移襯底。第二機(jī)械手430可以在轉(zhuǎn)移室422和424和第二組的一個(gè)或者多個(gè)處理室432、434、436和438之間轉(zhuǎn)移襯底。類似于處理室412、414、416和418，處理室432、434、436和438可以被裝配來進(jìn)行各種襯底處理操作，諸如包括原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、刻蝕、預(yù)清潔、除氣和取向的循環(huán)層沉積。襯底處理室412、414、416、418、432、434、436、和418中的任一個(gè)可以被從系統(tǒng)400去除，如果系統(tǒng)400不需要進(jìn)行某一特定處理的話。
參考圖4，處理系統(tǒng)包括一個(gè)或者多個(gè)原子層沉積(ALD)室，其被配置來沉積阻擋層，以及一個(gè)或者多個(gè)PVD室，其被配置來沉積晶種層。為了提高系統(tǒng)的效率和產(chǎn)量，處理系統(tǒng)的一種配置包括被布置連接到后端中心轉(zhuǎn)移室的兩個(gè)配置來沉積阻擋層的ALD室和兩個(gè)配置來沉積晶種層的PVD室。在一種配置中，處理室434和436可以是氮化鉭ALD室，處理室432和438可以是銅或者鉭PVD室。
在用于執(zhí)行圖1的方法的另一配置中，處理室434可以是用于執(zhí)行步驟102的氮化鉭原子層沉積室；處理室432可以是用于執(zhí)行步驟104、106和108的鉭物理氣相沉積室；并且處理室412可以是用于執(zhí)行步驟110和可能的刻蝕步驟的銅物理氣相沉積室。在另一個(gè)示例中，室436、438和414可以分別鏡像室434、432和412，于是可以在集成的系統(tǒng)中處理兩組襯底。這些系統(tǒng)400的具體布置被提供來說明本發(fā)明，而不應(yīng)被用來限制本發(fā)明的范圍，除非在權(quán)利要求中進(jìn)行了明確闡明。
預(yù)清潔處理本發(fā)明提供一種用于在金屬化之前預(yù)清潔半導(dǎo)體襯底上的特征以去除污染物的方法。該方法包括從接觸的底部去除二氧化硅而不損傷硅、從過孔的底部去除氧化鋁或者氧化銅而不在側(cè)壁上再沉積金屬、從接觸孔的底部去除薄層硅、以及從特征的側(cè)壁去除污染物。
本發(fā)明提供一種合適的方法，該方法用于預(yù)清潔刻蝕在諸如二氧化硅層的電介質(zhì)層中的過孔、接觸和其他特征，所述電介質(zhì)層被沉積在諸如Ge、Si、Al、Cu或者TiN下層的導(dǎo)電或者半導(dǎo)電下層上。特征通常暴露出下層，因此特征可以填充以導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料連接下層和將被沉積在電介質(zhì)層上的后續(xù)金屬互連層。在電介質(zhì)中刻蝕特征常常留下污染物，所述污染物應(yīng)該被去除，以改善特征的填充并最終改善所形成器件的完整性和可靠性。
在刻蝕電介質(zhì)層之后，特征可能具有處在特征內(nèi)的從電介質(zhì)層的過刻蝕得到的受損硅或者金屬殘余物。特征可能還包含處在特征表面上的從光刻膠剝離或者灰化工藝得到的殘余光刻膠或者從電介質(zhì)刻蝕步驟得到的殘余聚合物。特征可能還包含在進(jìn)行濺射刻蝕預(yù)清潔工藝后的處在特征表面上的再沉積材料。這些污染物可以遷移到電介質(zhì)層中或者可以通過促進(jìn)沉積金屬的非均勻分布來干擾金屬化的選擇性。污染物的存在還可以通過實(shí)質(zhì)上縮窄特征的寬度、在形成過孔、接觸、線或者其他導(dǎo)電特征的金屬中產(chǎn)生縮窄部分來增大所沉積的金屬的電阻。
本發(fā)明的預(yù)清潔方法對于清潔在特征的底部具有銅下層的亞微米特征尤其有用，因?yàn)樵诔Ｒ?guī)ICP或者基于濺射刻蝕的預(yù)清潔室中銅容易被濺射到側(cè)壁上。被濺射的銅擴(kuò)散到電介質(zhì)材料中，導(dǎo)致器件失效。本發(fā)明清潔過孔，而不濺射過孔的底部。
參考圖5，用于在預(yù)清潔室510中預(yù)清潔襯底526的工藝可以包括使用襯底526作為濺射靶的濺射刻蝕工藝或者反應(yīng)工藝。一般來說，可以通過將氦或者包含氫(小于約10％)和氦的預(yù)清潔氣體混合物引入到室中并且將RF功率(在約1到4MHz下約300W和約600W之間)提供到等離子體產(chǎn)生線圈，在襯底上進(jìn)行反應(yīng)預(yù)清潔工藝(步驟101)。襯底支撐件可以加約10和100W之間的偏壓。在預(yù)清潔工藝過程中，室壓力可以被維持在約40mTorr和200mTorr之間。反應(yīng)預(yù)清潔工藝可以持續(xù)進(jìn)行約30秒和120秒之間。在預(yù)清潔工藝之后，襯底被轉(zhuǎn)移到用于在襯底表面上沉積阻擋層和晶種層的室。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過將包含5％的氫和95％的氦的預(yù)清潔氣體混合物引入到室中并且將RF功率以約450W和約2.0MHz提供到線圈，在襯底上進(jìn)行反應(yīng)預(yù)清潔工藝(步驟101)。襯底支撐件加約1和200W的偏壓。在預(yù)清潔工藝過程中，室壓力被維持在約80mTorr。反應(yīng)預(yù)清潔工藝進(jìn)行約60秒。在預(yù)清潔工藝之后，襯底被轉(zhuǎn)移到用于在襯底表面上沉積阻擋層和晶種層的高密度等離子體物理氣相沉積室。
優(yōu)選預(yù)清潔裝置本發(fā)明的預(yù)清潔工藝優(yōu)選在諸如可從Santa Clara，Calif.的AppliedMaterials，Inc.得到的Etch RPS室的遠(yuǎn)程等離子體源(RPS)室進(jìn)行。在RPS室中，反應(yīng)性H基由遠(yuǎn)程等離子體源形成，并且作為基本中性物質(zhì)(即，不帶電荷)被引入到處理區(qū)，由此防止了由離子產(chǎn)生自偏壓和對晶片表面的轟擊。利用RPS室的實(shí)驗(yàn)表明2.45GHz的微波源是有更高效率的，并且可以比低頻RF源生成更多的氫基。
阻擋層沉積本文中所使用的“原子層沉積”是指將兩種或者更多種混合物依次引入，以在襯底表面上沉積薄層。兩種或者更多種混合物被依次引入到處理室的反應(yīng)區(qū)。每一種化合物之間隔開一定的時(shí)間延遲或者停頓，以允許各化合物粘附到襯底表面或者在襯底表面上反應(yīng)。在一個(gè)方面，第一化合物，化合物A被計(jì)量/脈沖輸入到反應(yīng)區(qū)中，之后是第一時(shí)間的延遲或者停頓。接著，第二化合物或者化合物B被計(jì)量/脈沖輸入到反應(yīng)區(qū)中，之后是第二時(shí)間的延遲。這些反應(yīng)化合物的脈沖輸入之后是一定時(shí)間的延遲的依次串聯(lián)可以被相同地重復(fù)，直到在襯底表面上形成所期望的膜或者膜厚度。
圖9A-9F是在圖1的方法中的各個(gè)階段的示例性襯底結(jié)構(gòu)的示意性表示。圖9A示出了形成在一個(gè)或者多個(gè)下層902上的電介質(zhì)層904。電介質(zhì)層904可以是任何電介質(zhì)材料，包括低k電介質(zhì)材料(k＜4.0)，不管是現(xiàn)在已知的還是有待發(fā)現(xiàn)的。例如，電介質(zhì)層904可以是氧化硅或者摻碳氧化硅材料。電介質(zhì)層已經(jīng)使用常規(guī)和公知的技術(shù)被圖案化和刻蝕，以形成孔隙905。孔隙905可以用于形成插塞、過孔、接觸、線、引線或者任何其他互連部件。如圖2A所示，孔隙905可以用于形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的互連部件。本文所公開的方法可以特別有利地用于具有約0.22μm或更小的下開口尺寸905A和具有約4∶1或者更大(諸如約6∶1)的下寬高比905B的孔隙905。
孔隙905至少暴露諸如插塞、過孔、接觸、線、引線、金屬柵電極等之類的下面金屬互連特征的一部分中的導(dǎo)電部分902A。導(dǎo)電部分902A可以包含任何導(dǎo)電材料，諸如鋁、銅、鎢或者其組合。本文所公開的方法可以有利地用于包含銅的導(dǎo)電部分902A，這將在本文中進(jìn)行更詳細(xì)討論。
圖9B示出了諸如在步驟102之后通過原子層沉積共形沉積的氮化鉭層912。氮化鉭層被沉積到約50埃或者更小的厚度，優(yōu)選在約5埃和約20埃之間。氮化鉭層的原子層沉積較諸如物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積之類的其他常規(guī)沉積技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一在于，能夠在形成互連結(jié)構(gòu)時(shí)，在小開口、高寬高比和具有各種拓?fù)涞目紫?諸如孔隙905)上沉積氮化鉭共形層。襯底支撐件的加熱器溫度被維持在約100℃和300℃之間的低溫。在一個(gè)方面，低沉積溫度被認(rèn)為有助于提供更共形的氮化鉭層。在電介質(zhì)層904上形成ALD氮化鉭層912的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是ALD氮化鉭在電介質(zhì)材料上的良好粘附。
根據(jù)本文中所述的原子層沉積方法沉積的氮化鉭層表明了外延生長現(xiàn)象的跡象。換句話說，阻擋層呈現(xiàn)與下層相同或者基本相同的結(jié)晶特性。結(jié)果，基本是單晶被生長，使得在氮化鉭層和下層之間的界面上沒有形成空洞。類似地，在鉭層上所沉積的附加鉭層表現(xiàn)出相同或者基本相同的外延生長特性，外延生長特性繼續(xù)形成單晶。因此，在此界面上不產(chǎn)生空洞的形成。與單晶相似的所得結(jié)構(gòu)消除了空洞的形成，由此明顯增大了器件的可靠性。單晶結(jié)構(gòu)還減小了互連特征的總電阻，同時(shí)提供了優(yōu)異的阻擋性能。此外，單晶生長被認(rèn)為由于在整個(gè)互連材料界面上的共形和均一的晶體取向而減小了電遷移和應(yīng)力遷移的敏感性。
可以通過向其中布置有襯底的反應(yīng)區(qū)以約100sccm和約3000sccm之間的流率持續(xù)約1.0秒或者更短時(shí)間提供一個(gè)或者多個(gè)脈沖的含鉭化合物以及以約100sccm和約3000sccm之間的流率持續(xù)約1.0秒或者更短時(shí)間提供一個(gè)或者多個(gè)脈沖的含氮化合物，由原子層沉積來沉積氮化鉭。
示例性的含鉭化合物包括叔丁基亞氨基三(二乙氨基)鉭(TBTDET)；五(甲基乙基氨基)鉭(PEMAT)；五(二甲氨基)鉭(PDMAT)；五(二乙氨基)鉭(PDEAT)；叔丁基亞氨基三(二乙基甲基氨基)鉭(TBTMET)；叔丁基亞氨基三(二甲氨基)鉭(TBTDMT)；三氫化雙(環(huán)戊二烯基)鉭((Cp)2TaH3)；三氫化雙(甲基環(huán)戊二烯基)鉭((CpMe)2TaH3)；它們的衍生物；以及它們的組合。優(yōu)選地，含鉭化合物包括PDMAT。示例性的含氮化合物包括氨；肼；甲基肼；二甲基肼；叔丁基肼；苯肼；偶氮異丁烷；乙基疊氮；它們的衍生物；以及它們的組合。優(yōu)選地，含氮化合物包括氨。
應(yīng)該理解，這些化合物或者任何其他沒有在上面列出的化合物在室溫下可以是固體、液體或者氣體。例如，PDMAT在室溫下是固體，TBTDET在室溫下是液體。因此，在將非氣相前驅(qū)體引入到處理室之前，對非氣相前驅(qū)體進(jìn)行升華或者汽化步驟，這兩種步驟在本領(lǐng)域中都是公知的。如本領(lǐng)域中所公知的，還可以使用諸如氬氣、氦氣、氮?dú)狻錃饣蛘咂浠旌衔锏妮d氣，以幫助將化合物輸送到處理室中。
在特定實(shí)施例中，通過將PDMAT和氨循環(huán)地引入到襯底表面，由原子層沉積形成厚度在10和30埃之間的氮化鉭層。為了引發(fā)氮化鉭層的沉積，載氣/惰性氣體被引入到處理室600，以穩(wěn)定其中的應(yīng)力和溫度。在沉積過程中，諸如氬的流率為6000到10000sccm之間的載氣被允許持續(xù)地流入，使得在各個(gè)化合物的脈沖之間只有氬流入。在室溫度已經(jīng)被穩(wěn)定在約200℃到約300℃并且室壓力被穩(wěn)定在約1Torr到約5Torr之后，從氣體源613以約400sccm和約1000sccm之間的流率提供PDMAT第一脈沖，脈沖時(shí)間為約2.0秒或者更短。然后以約1000sccm和約2000sccm之間的流率提供氨脈沖，脈沖時(shí)間為約2.0秒或者更短。
PDMAT和氨脈沖之間的停頓為約1.0秒或者更短，優(yōu)選約0.5秒或者更短，更優(yōu)選約0.1秒或者更短。在不同的方面中，脈沖之間的時(shí)間的縮短至少提供了更高的產(chǎn)量。結(jié)果，在氨脈沖之后的停頓也為約1.0秒或者更短，優(yōu)選0.5秒或者更短，或者約0.1秒或者更短。持續(xù)地提供約1000sccm和約10000sccm之間(諸如約3000sccm和約6000sccm之間)的氬氣流。在一個(gè)方面，當(dāng)氨脈沖進(jìn)入時(shí)，PDMAT脈沖可以仍然處在室中。一般來說，載氣和抽空的持續(xù)時(shí)間應(yīng)該足夠的長，以防止PDMAT和氨的脈沖在反應(yīng)區(qū)混合在一起。
加熱器溫度被維持在約100℃和約300℃之間，室壓力處在約1.0和約5.0Torr之間。由PDMAT脈沖、停頓、氨脈沖和停頓組成的每一循環(huán)提供每一循環(huán)厚度為約0.3埃和約1.0埃之間的氮化鉭層。交替的次序可以被重復(fù)，直到獲得所期望的厚度。
本文中所使用的“脈沖/計(jì)量”意指間歇地或者非連續(xù)地引入到處理室的反應(yīng)區(qū)中的特定化合物量。在每一脈沖內(nèi)的特定化合物的量可以根據(jù)脈沖持續(xù)時(shí)間，隨時(shí)間變化。特定化合物可以包括單一化合物或者兩種或者更多種化合物的組合。每一脈沖或者計(jì)量的持續(xù)時(shí)間是可變的，并且可以被調(diào)節(jié)以適應(yīng)例如處理室的體積容量以及耦合到其的真空系統(tǒng)的能力。此外，化合物的計(jì)量時(shí)間可以根據(jù)化合物的流率、化合物的壓力、化合物的溫度、計(jì)量閥的類型、所用控制系統(tǒng)的類型以及化合物到襯底表面上的吸附能力而變化。計(jì)量時(shí)間還可以根據(jù)所形成的層的類型以及所形成的器件的幾何形狀而變化。通常，每一脈沖/計(jì)量的持續(xù)時(shí)間，或者“計(jì)量時(shí)間”一般為約1.0秒或者更短。但是，計(jì)量時(shí)間可以是從數(shù)微秒到數(shù)毫秒到數(shù)秒以及甚至到數(shù)分鐘的范圍。一般來說，計(jì)量時(shí)間應(yīng)該足夠長，以提供足以吸附或者化學(xué)吸附到襯底的整個(gè)表面上并且在其上形成一層化合物的化合物量。
優(yōu)選的原子層沉積裝置圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成阻擋層的示例性處理室600的示意性局部橫截面。這樣的處理室600可從位于Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.得到，并且對其簡要的描述如下。更詳細(xì)的描述可以在2001年12月21日遞交的標(biāo)題為“Gas Delivery Apparatus andMethod For Atomic Layer Deposition”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.10/032,284中找到，所述美國專利申請通過引用被包含在本文中，只要其與本文的權(quán)利要求和公開內(nèi)容不相一致。
處理室600可以被集成到諸如也可從Applied Materials，Inc.得到的EnduraTM平臺之類的集成處理平臺中。EnduraTM平臺的細(xì)節(jié)在1999年11月30日遞交的標(biāo)題為“Integrated Modular Processing Platform”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.09/451,628中有描述，所述美國專利申請通過引用被包含在本文中，只要其與本文的權(quán)利要求和公開內(nèi)容不相一致。
圖6是襯底處理室610的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面圖，襯底處理室610包括安裝在襯底處理室610的室主體620下方的一個(gè)或者多個(gè)閥組件600。閥組件600耦合到垂直穿過室主體620的氣體管線655?；剡^來，氣體管線655耦合到氣體導(dǎo)管650，以將一種或多種氣體提供到室主體620中。閥組件還可以被安裝到其他的襯底處理室，并且可以安裝到其他的室部件上。
參考圖6，每一個(gè)閥組件600包括閥體610和隔板組件630。閥體610包括與三個(gè)端口流體連通的閥室611，所述三個(gè)端口包括反應(yīng)物入口612、清洗入口614和出616。反應(yīng)物入612與反應(yīng)物源613流體連通，以供應(yīng)反應(yīng)物通過閥室611、通過出616、通過氣體管線655、通過氣體導(dǎo)管650，并且進(jìn)入室主體620。清洗入口614與清洗氣體源615流體連通，并且適用于供應(yīng)清洗氣體通過閥室611、通過出616、通過氣體管線655、通過氣體導(dǎo)管650，并且進(jìn)入室主體620。如果襯底處理室610包括兩個(gè)或者更多個(gè)閥組件600，則每一閥組件600的清洗入614優(yōu)選被耦合到單獨(dú)的清洗氣體源615。在其他實(shí)施例中，每一閥組件600的清洗入口614可以耦合到同一清洗氣體源。
參考圖6，諸如電磁閥的電子控制閥625可以被安裝到隔板組件630，以選擇性地從諸如空氣或者其他氣體的受壓氣體源650提供受壓氣體，所述受壓氣體源650通過氣體管線651耦合到電子控制閥652?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)被耦合到電子控制閥652，以控制到電子控制閥652的電子信號。回過來，可編程邏輯控制器被耦合到主控制器，所述主控制器控制可編程邏輯控制器。雖然電子控制閥將受壓氣體提供到隔板組件630，但是閥組件600是氣動閥。
在一個(gè)實(shí)施例中，流率為500sccm的氬被用作載氣，氨以1500sccm的流率進(jìn)入室，并且氬清洗流為8000sccm的流率。
后沉積處理選項(xiàng)在電介質(zhì)沉積之后，在塊金屬沉積步驟之前可以通過等離子體、晶種層沉積或者粘附層沉積處理襯底。等離子體處理可以包括氬、氮、或者氫等離子體。晶種層沉積可以包括銅、銅鋁、銅錫、鉭、鎢、鉈、鈷、鈦、鋁、其他金屬或者金屬組合。沉積方法包括ALD、CVD、PVD、電鍍或者無電鍍。粘附層可以包括銣、鉭、鈦、鋁或者鎢。
可選的鉭層圖9C示出了諸如在步驟104之后沉積在氮化鉭層912上的鉭層922。鉭層922和氮化鉭層912一起構(gòu)成了阻擋層924。在一個(gè)方面，鉭層922提供了與晶種層942(圖9F)的良好粘附。另一個(gè)方面，氮化鉭層912和鉭層922具有良好的彼此粘附性。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底支撐件的溫度為未加熱(即，室溫)。在鉭層沉積的一個(gè)實(shí)施例中，12和36sccm之間的氬被提供到PVD沉積室。在鉭層922的沉積過程中，約100瓦和約1000瓦之間的RF襯底偏壓可以被提供到襯底支撐件。供應(yīng)到PVD沉積的DC功率可以是40kW，同時(shí)提供2kW的可選RF功率。鉭層被沉積到約75?；蛘吒〉暮穸?，優(yōu)選約40埃和約60埃之間。
不希望被理論約束除非在權(quán)利要求中明確地闡明的是，共形的ALD氮化鉭層912被認(rèn)為有助于導(dǎo)致在物理氣相沉積過程中至少在其上方的部分上(諸如在孔隙底部上)或者在基底區(qū)域(field area)上的低電阻率的α相鉭的生長。在物理氣相沉積過程中的晶片偏壓也被認(rèn)為有助于形成低電阻率的α相鉭。
穿通圖9D示出了穿通步驟，該穿通步驟被進(jìn)行來去除在孔隙905的底部上的氮化鉭和鉭的至少一部分。優(yōu)選地，進(jìn)行刻蝕部分，來去除孔隙905的底部上的氮化鉭和鉭，以露出下層902的導(dǎo)電部分902A。在一個(gè)方面，保留在側(cè)壁上的氮化鉭和鉭防止了從諸如銅導(dǎo)電部分的導(dǎo)電部分902A到電介質(zhì)層904中的諸如銅的濺射導(dǎo)電材料的銅擴(kuò)散。穿通步驟還去除可能已經(jīng)形成在導(dǎo)電部分902A上的氧化形成物、殘余物(例如圖案化殘余物)和其他污染物。
刻蝕優(yōu)選包括氬等離子體刻蝕。定向氬等離子體刻蝕被用于確保等離子體刻蝕將到達(dá)孔隙905的底部。用于刻蝕的條件依賴于室和襯底支撐件的設(shè)計(jì)參數(shù)。取決于待去除的氮化鉭和鉭的所期望的厚度，RF晶片偏壓在約100瓦和約1000瓦之間，并且進(jìn)行約1秒到約20秒之間的時(shí)間。
在氬等離子體刻蝕的一個(gè)實(shí)施例中，氬以12sccm的流率被提供。供應(yīng)到系統(tǒng)的DC功率為0W。RF功率為2000W，DC線圈的功率為800W，并且晶片偏壓為600W。
可選的鉭覆平圖9E示出了可選的鉭物理氣相沉積覆平步驟。鉭物理氣相沉積覆平步驟意在在斜角932處沉積鉭，以幫助增建在斜角932處的可能在穿通步驟過程中已經(jīng)被刻蝕的鉭。鉭覆平步驟優(yōu)選以低晶片偏壓進(jìn)行，以減少在孔隙905底部的鉭沉積。
可選的晶種層圖9F示出了沉積在圖9D或者圖9E的襯底結(jié)構(gòu)上的晶種層942。晶種層942可以包括銅晶種層、銅合金晶種層、其他金屬晶種層或者其組合。優(yōu)選地，晶種層942包括銅晶種層、銅合金晶種層或者其組合。
因?yàn)榇┩ú襟E減小或者去除了在孔隙905底部處的氮化鉭層912和鉭層922的厚度，所以互連結(jié)構(gòu)的電阻被減小。在一個(gè)實(shí)施例中，在包括銅的晶種層942和包括銅的導(dǎo)電部分902A之間可以提供銅-銅界面。此外，因?yàn)榇┩ú襟E減小或者去除了在孔隙905底部處的氮化鉭層912和鉭層922，所以可以一開始沉積更厚的氮化鉭層912。由于這些原因和本文中所討論的其他原因，器件性能和可靠性被提高了。
參考圖1，在諸如離子化金屬等離子體(IMP)PVD室的PVD室中進(jìn)行鉭的物理氣相沉積步驟104。IMP PVD室的示例包括可從Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.得到的Self-Ionized Plasma 51pTM室或者EnCoReTMTa室。穿通步驟106可以在合適的等離子體處理室中進(jìn)行。鉭物理氣相沉積步驟108可以在合適的PVD室中進(jìn)行。對于產(chǎn)量和粒子生成的考慮，步驟104-108優(yōu)選在同一處理室中進(jìn)行。
繼續(xù)參考圖1，晶種層被至少部分地沉積在阻擋層上，如在步驟110所示的。晶種層可以利用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電鍍或者無電鍍之類的任何常規(guī)的沉積技術(shù)來沉積。例如，可以在IMP PVD室中沉積晶種層。在一個(gè)方面，晶種層是常規(guī)的銅晶種層。在另一個(gè)方面，晶種層是銅合金晶種層。在另一個(gè)方面，晶種層是由相同或者不同的金屬和合金形成的多層晶種層。
替換實(shí)施例圖2示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD鉭層的方法的另一個(gè)實(shí)施例。在步驟202，通過原子層沉積在襯底結(jié)構(gòu)上沉積氮化鉭。在步驟204，進(jìn)行穿通步驟，以去除在步驟202中所沉積的氮化鉭中的一部分。在步驟206，諸如鉭層或者合適金屬的粘附層被沉積在步驟204的所得襯底結(jié)構(gòu)上。在步驟208，晶種層被形成在粘附層上。步驟202到步驟208中的全部或者一部分可以在諸如圖4的系統(tǒng)之類的集成處理系統(tǒng)中進(jìn)行。
圖10是在圖2的步驟208之后所得襯底結(jié)構(gòu)的示例的示意性表示。在一個(gè)方面，在步驟202中氮化鉭層1001被沉積到約50埃或者更小，優(yōu)選在約5埃和約30埃之間的厚度。氮化鉭層1001保護(hù)電介質(zhì)層1002的側(cè)壁免受來自電介質(zhì)層1002下方的下層1003的導(dǎo)電部分的諸如銅的濺射導(dǎo)電材料1004的影響。穿通步驟優(yōu)選進(jìn)行約10秒或者更短。本方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是穿通步驟僅僅需要去除氮化鉭中的一部分，以暴露出下層的導(dǎo)電部分。
其他替換實(shí)施例圖3A示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD氮化鉭層的方法的另一個(gè)實(shí)施例。在步驟302，通過原子層沉積在襯底結(jié)構(gòu)上沉積氮化鉭。在步驟304，氮化鉭層被暴露于非氮等離子體。優(yōu)選地，非氮等離子體包括惰性氣體，諸如氬。非氮等離子體可以還包括氫或者其他非氮?dú)怏w?？蛇x地，步驟302和304可以被重復(fù)。例如，非氮等離子體處理可以在若干循環(huán)之后，例如在每20個(gè)循環(huán)之后進(jìn)行，直到已經(jīng)沉積了所期望的氮化鉭量。多次非氮等離子體處理有助于處理在孔隙底部的氮化鉭。在步驟306，可選的鉭層可以被沉積到經(jīng)等離子體處理的氮化鉭層上。在步驟308，晶種層被形成在步驟304或者306的所得襯底結(jié)構(gòu)上。步驟302到步驟308中的全部或者一部分可以在諸如圖4的系統(tǒng)之類的集成處理系統(tǒng)中進(jìn)行。
圖11是在圖3A的步驟308之后得到的襯底結(jié)構(gòu)的示例的示意性表示。在一個(gè)方面，非氮等離子體處理被認(rèn)為減小了ALD氮化鉭層1101的氮含量。因?yàn)锳LD氮化鉭層1101的氮含量被減小，所以其電阻率被減小，由此接觸電阻被減小。
多次ALD TaN沉積步驟圖3B示出了在金屬互連結(jié)構(gòu)的形成中的一個(gè)階段中使用ALD氮化鉭層的方法的另一個(gè)實(shí)施例。在步驟302，通過原子層沉積在襯底結(jié)構(gòu)上沉積氮化鉭。在步驟305，氮化鉭層暴露于穿通步驟。在步驟305A中沉積附加的氮化鉭層。在步驟306，可選的鉭層可以被沉積到經(jīng)等離子體處理的氮化鉭層上。在步驟308，晶種層被形成在步驟304或者306的所得襯底結(jié)構(gòu)上。步驟302到步驟308中的全部或者一部分可以在諸如圖4的系統(tǒng)之類的集成處理系統(tǒng)中進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖12示出了對于具有銅鋁晶種的ALD氮化鉭阻擋和具有銅晶種的PVD阻擋的作為無故障工作時(shí)間的函數(shù)的累積概率。由于與ALD氮化鉭阻擋一起使作的銅鋁合金晶種，壽命分布得到改善。
圖13比較了對于經(jīng)過穿通和具有ALD氮化鉭層的ALD氮化鉭；具有新穿通的ALD氮化鉭層經(jīng)過氬處理的ALD氮化鉭；以及具有氮化鉭、鉭和鉭覆平的基線的作為無故障工作時(shí)間的函數(shù)的累積概率。溫度為350℃。連線電流密度為1.5mA/cm2。具有上游方向電流。流量正比于過孔/連線尺寸(μm)。舊的穿通具有小于150W的DC功率以及600W的晶片偏壓。新的穿通具有3000W的DC功率，并且800W的晶片偏壓。此無故障工作時(shí)間的顯著增大示出了令人滿意的性能提高。
最終步驟參考圖1、2、3A或者3B，在步驟410、步驟708或者步驟808中的晶種層形成之后，塊金屬層被至少部分地沉積在晶種層上。金屬層也可以使用諸如電鍍、無電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者物理氣相沉積(PVD)之類的任何常規(guī)沉積技術(shù)來沉積。金屬層優(yōu)選包括任何導(dǎo)電材料，諸如銅、鋁、鎢或其組合。金屬層優(yōu)選包括塊銅層。
在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，在諸如可從Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.得到的ElectraTMCu ECP系統(tǒng)的電鍍池內(nèi)形成塊銅層。銅電解溶液和銅電鍍技術(shù)在標(biāo)題為“Electro-deposition Chemistry”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.6,113,771中有描述，所述美國專利申請通過引用被包含在本文中。通常，電鍍浴具有大于約0.7M的銅濃度，約0.85的硫酸銅濃度，以及約1.75的pH值。如在本領(lǐng)域中所公知的，電鍍浴還可以包含各種添加劑。電鍍浴的溫度為約15℃和約250℃之間。偏壓為約-15V到約15V之間。在一個(gè)方面，正偏壓的為約0.1V到約10V的范圍，負(fù)偏壓為約-0.1到約-10V的范圍。
可選地，在金屬層沉積之后可以進(jìn)行退火處理。例如，晶片可以經(jīng)受約100℃和約400℃之間的溫度約1分鐘到約1小時(shí)之間。諸如氦、氫、氮或其混合物的載氣/清洗氣體以約100sccm到約10000sccm的速率被引入。室壓力被維持在約2Torrr和約10Torr之間。
在沉積之后，所得結(jié)構(gòu)的頂部可以被平坦化?？梢允褂没瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置，諸如可從Santa Clara，Califomia的Applied Materials，Inc.得到的MirraTM系統(tǒng)。可選地，在上述的相繼層的沉積之間可以平坦化結(jié)構(gòu)的中間表面。
雖然前面的描述涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但是可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施例，而不偏離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體襯底上形成金屬互連的方法，包括在阻擋層沉積之前，通過在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體、將來自所述等離子體的自由基輸送到包含所述襯底的第一處理室、以及使形成在電介質(zhì)層中的特征與所述自由基接觸，來清潔形成在所述電介質(zhì)層中的所述特征并暴露所述電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電材料；在第二處理室中，在1和10Torr之間的壓力以及200和300℃之間的溫度下，通過原子層沉積在所述特征內(nèi)沉積氮化鉭層；在第三處理室中通過物理氣相沉積在所述氮化鉭層上沉積鉭層；在第四處理室中等離子體刻蝕所述鉭層和所述氮化鉭層，以去除在所述特征的底部處的所述鉭層和所述氮化鉭層的至少一部分，來露出所述導(dǎo)電材料；通過物理氣相沉積在所述鉭層上可選地沉積附加的鉭或銅；以及在第五處理室中，在所述導(dǎo)電材料和所述鉭層上沉積晶種層，其中，所述第一處理室、所述第二處理室、所述第三處理室、所述第四處理室、以及所述第五處理室位于集成裝置中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔操作在40到200mTorr下進(jìn)行30到120秒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔操作由包括1到600W的RF功率的等離子體執(zhí)行，晶片偏壓為10到100W，并且頻率為1到4MHz。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述清潔操作由0％到約10％的氫和約90％到100％的氦組成的供入氣體執(zhí)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積在100到300℃的加熱器溫度和在1到5Torr下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積進(jìn)行1分鐘或者更短的時(shí)間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用選自包括叔丁基亞氨基三(二乙氨基)鉭、五(甲基乙基氨基)鉭；五(二甲氨基)鉭；五(二乙氨基)鉭、叔丁基亞氨基三(二乙基甲基氨基)、叔丁基亞氨基三(二甲氨基)鉭、三氫化雙(環(huán)戊二烯基)鉭和三氫化雙(甲基環(huán)戊二烯基)鉭的組中的含鉭前驅(qū)體來進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用選自包括氨；肼；甲基肼；二甲基肼；叔丁基肼；苯肼以及偶氮異丁烷乙基疊氮的組中的含氮前驅(qū)體來進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以100到3000sccm持續(xù)2.0秒或者更短的脈沖輸入到所述室中的所述含鉭前驅(qū)體來進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以100到3000sccm持續(xù)2.0秒或者更短的脈沖輸入到所述室中的所述含氮前驅(qū)體來進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以1000到10000sccm連續(xù)地流入到所述室中的氬來進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鉭層沉積在10到50℃下進(jìn)行，并且晶片偏壓為100到1000W。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用選自包括氬、氮或者氫的組中的氣體來進(jìn)行。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用100到1000W的RF功率進(jìn)行1到20秒。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用定向氬等離子體來進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過物理氣相沉積在所述鉭層上沉積附加的金屬。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括沉積塊金屬層。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第三處理室和所述第四處理室是同一室。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第四處理室和所述第五處理室是同一室。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述金屬選自包括銅、銅鋁、銅錫、鉭、鎢、鉈、鈷、鈦和鋁的組。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述沉積在10到50℃和100到1000W的晶片偏壓下進(jìn)行。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶種層通過選自包括化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍和無電鍍的組的方法來沉積。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶種層包括選自包括銅、銅鋁、銅錫、鉭、鎢、鉈、鈷、鈦和鋁的組的金屬。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述在阻擋層沉積之前，通過在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體、將來自所述等離子體的自由基輸送到包含所述襯底的第一處理室、以及使形成在所述電介質(zhì)層中的所述特征與所述自由基接觸，來清潔形成在電介質(zhì)層中的特征并暴露所述電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電材料之前，用氮清潔初始襯底表面。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用惰性氣體來進(jìn)行。
26.一種在半導(dǎo)體襯底上形成金屬互連的方法，包括在阻擋層沉積之前，通過在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體、將來自所述等離子體的自由基輸送到包含所述襯底的第一處理室、以及使形成在電介質(zhì)層中的特征與所述自由基接觸，來清潔形成在所述電介質(zhì)層中的所述特征并暴露所述電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電材料；在第二處理室中，在1和10Torr之間的壓力以及200和300℃之間的溫度下，通過原子層沉積在所述特征內(nèi)沉積氮化鉭層；在第三處理室中通過物理氣相沉積在所述氮化鉭層上沉積鉭層；在所述第三處理室中等離子體刻蝕所述鉭層和所述氮化鉭層，以去除在所述特征的底部處的所述鉭層和所述氮化鉭層的至少一部分，來露出所述導(dǎo)電材料；通過物理氣相沉積在所述鉭層上可選地沉積附加的鉭或銅；以及在第四處理室中，在所述導(dǎo)電材料和所述鉭層上沉積晶種層，其中，所述第一處理室、所述第二處理室、所述第三處理室以及所述第四處理室位于集成裝置中。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述清潔操作在40到200mTorr下進(jìn)行30到120秒。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述清潔操作由包括1到600W的RF功率的等離子體執(zhí)行，晶片偏壓為10到100W，并且頻率為1到4MHz。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述清潔操作由0％到約10％的氫和約90％到100％的氦組成的供入氣體執(zhí)行。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積在100到300℃的加熱器溫度和在1到5Torr下進(jìn)行。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積進(jìn)行1分鐘或者更短的時(shí)間。
32.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以100到3000sccm持續(xù)2.0秒或者更短的脈沖輸入到所述室中的含鉭前驅(qū)體來進(jìn)行。
33.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以100到3000sccm持續(xù)2.0秒或者更短的脈沖輸入到所述室中的含氮前驅(qū)體來進(jìn)行。
34.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氮化鉭沉積利用以1000到10000sccm連續(xù)地流入到所述室中的氬來進(jìn)行。
35.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述鉭層沉積在10到50℃下進(jìn)行，并且晶片偏壓為100到1000W。
36.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用100到1000W的RF功率進(jìn)行1到20秒。
37.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述等離子體刻蝕利用定向氬等離子體來進(jìn)行。
38.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括通過物理氣相沉積在所述鉭層上沉積附加的金屬。
39.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述第二處理室和所述第三處理室是同一室。
40.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述第三處理室和所述第四處理室是同一室。
41.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述晶種層通過選自包括化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍和無電鍍的組的方法來沉積。
42.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，還包括通過物理氣相沉積將附加金屬沉積到所述鉭層。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，還包括沉積塊金屬層。
44.一種用于在半導(dǎo)體襯底上形成金屬互連的設(shè)備，包括預(yù)清潔室，用于清潔形成在電介質(zhì)層中的特征，所述預(yù)清潔室包括遠(yuǎn)程等離子體源；原子層沉積室，用于在1和10Torr之間的壓力以及200和300℃之間的溫度下沉積氮化鉭層；物理氣相沉積室，用于沉積鉭層；等離子體刻蝕室，用于等離子體刻蝕所述鉭層和所述氮化鉭層中的特征；晶種層沉積室，用于在所述特征中沉積晶種層；其中，所述預(yù)清潔室，所述原子層沉積室，所述物理氣相沉積室，所述等離子體刻蝕室，以及所述晶種層沉積室位于集成裝置中。
45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，還包括第二物理氣相沉積室，用于在所述鉭層上沉積塊金屬層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在集成處理裝置中使用的方法和設(shè)備，用于沉積氮化鉭阻擋層。在通過遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行的清潔步驟之后，通過原子層沉積來沉積氮化鉭，并且通過PVD來沉積鉭。將氮化鉭從電介質(zhì)層中的特征的底部被去除，以露出所沉積的氮化鉭下方的導(dǎo)電材料?？蛇x地，在去除步驟之后，可以通過物理氣相沉積來沉積附加的鉭層。可選地，氮化鉭沉積和鉭沉積可以發(fā)生在同一處理室中。最后沉積晶種層。
文檔編號H01L21/768GK1806325SQ200480016336
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者鐘華, 尼爾瑪蕾·麥提, 吉克·余, 洛德里克·克萊格·莫斯理, 張鎂 申請人:應(yīng)用材料公司