用于BEOL互连的ALD铜与高温PVD铜沉积的集成制造技术

描述用于利用铜的无缝间隙填充来填充特征结构的方法和装置。通过原子层沉积在基板表面上沉积铜间隙填充种晶层，接着通过物理气相沉积来沉积铜，以用铜填充间隙。

Integration of ADD Copper and High Temperature PVD Copper Deposition for BEOL Interconnection

Describes methods and devices for filling characteristic structures with seamless gap filling of copper. The seed layer is filled with copper gap deposited on the surface of the substrate by atomic layer deposition, and then copper is deposited by physical vapor deposition to fill the gap with copper.

【技术实现步骤摘要】
用于BEOL互连的ALD铜与高温PVD铜沉积的集成
本公开内容大体涉及用于沉积薄膜的装置和方法。特别地，本公开内容涉及用于沉积用于后段工艺(back-end-of-line；BEOL)的互连的铜膜的方法。
技术介绍
集成电路通过在基板表面上产生复杂地图案化的材料层的处理而成为可能。在基板上产生图案化的材料需要用于沉积和移除材料层的受控的方法。现代半导体制造处理越来越强调在处理步骤之间没有空气闯进的情况下的膜的集成。这样的需求对设备制造商提出允许将各种处理腔室集成到单个工具中的挑战。间隙填充处理是半导体制造的重要阶段。间隙填充处理用于利用绝缘或导电材料填充高深宽比的间隙(或特征结构)。例如，浅槽隔离、金属间介电层、钝化层、虚拟栅极等等。随着器件几何形状的缩小和热预算减少，由于传统沉积处理的限制，间隙和其他特征结构的无缺陷填充变得越来越困难。许多沉积方法在特征结构的顶部区域上比在底部区域上沉积更多的材料。这些处理通常在特征结构的顶部处形成蘑菇形膜轮廓。结果，特征结构的顶部部分有时过早地关闭(pinchoff)，从而在特征结构的下部分内留下缝或空隙。这个问题在较小的特征结构以及具有高深宽比的特征结构中更为普遍。铜通常用作BEOL处理中的互连材料。目前的高温物理气相沉积(PVD)铜回流沉积强烈依赖于基板材料以促进铜流入高深宽比器件结构。因此，本领域需要具有较少的基板材料依赖性和更好的回流特性的沉积铜膜的装置和方法。
技术实现思路
本公开内容的一个或多个实施方式针对间隙填充的方法。通过原子层沉积(ALD)在基板表面(在基板表面上具有特征结构)上形成铜间隙填充种晶层。在第一温度下发生原子层沉积。在高于第一温度的第二温度下，通过物理气相沉积(PVD)用铜填充特征结构，以形成无缝的间隙填充膜。本公开内容的另外的实施方式针对方法，所述方法包括提供具有金属下层的基板，所述金属下层上具有图案化的介电层。图案化的介电层在基板的表面限定一个或多个特征结构。所述特征结构具有侧壁和底部。所述侧壁包括图案化的介电层并且底部包括所属金属下层。扩散阻挡层形成在基板表面上和特征结构的侧壁上。可选的衬垫形成在基板表面与特征结构的侧壁上的扩散阻挡层上和特征结构的底部上。在第一温度下，通过原子层沉积(ALD)在基板表面上形成铜间隙填充种晶层。在高于第一温度的第二温度下，通过物理气相沉积(PVD)用铜填充特征结构，以形成无缝的间隙填充膜。本公开内容的进一步的实施方式针对处理平台，所述处理平台包括中心传送站、连接至中心传送站的原子层沉积腔室和连接至中心传送站的物理气相沉积腔室。机械手在中心传送站中以将基板从原子层沉积腔室移动到物理气相沉积腔室。一个或多个控制器连接到中心传送站、原子层沉积腔室、物理气相沉积腔室和机械手。所述一个或多个控制器具有选自以下配置的一种或多种配置：将基板移动至原子层沉积腔室的第一配置、在原子层沉积腔室中通过控制基板温度和铜前驱物的流动而在基板上沉积铜间隙填充种晶层的第二配置、将基板从原子层沉积腔室移动到物理气相沉积腔室的第三配置和在铜间隙填充种晶层上沉积铜膜的第四配置。附图说明为了可详细理解本公开内容的上述特征，可通过参考实施方式获得以上简要概述的本公开内容的更特定的描述，实施方式中的一些绘示在附图中。然而，应注意的是，附图仅绘示本公开内容的典型实施方式，并因此不视为本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。图1示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有特征结构的单一材料基板的示意截面图；图2示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的双材料基板的示意截面图；图3示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有间隙填充材料的单一材料基板的一部分的示意截面图；图4示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有间隙填充材料的双材料基板的一部分的示意截面图；和图5示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的用于沉积间隙填充材料的处理平台的示意图。在附图中，相似的部件和/或特征结构可具有相同的参考标记。此外，相同种类的多个部件可通过在参考标记后跟随破折号和区分相似部件的第二标记来进行区分。如果在说明书中仅使用第一参考标记，那么描述可应用至任一个具有相同的第一参考标记的类似部件，而与第二参考标记无关。具体实施方式在描述本公开内容的若干示例性实施方式之前，应理解的是，本公开内容不限于在以下的描述中阐明的构造或处理步骤的细节。本公开内容能够有其他实施方式并且能够以各种方式实践或执行。本文使用的“晶片”或“基板”指的是在制造处理期间在其上执行膜处理的任何基板或形成在基板上的材料表面。例如，根据应用，其上可执行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂的氧化硅、非晶硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料和诸如金属、金属氮化物、金属合金和其他导电材料之类的任何其他材料。基板包括但不限于半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、UV固化、电子束固化和/或烘烤基板表面。除了直接在基板自身的表面上的膜处理之外，在本公开内容中，如下文更详细公开的，公开的任何膜处理步骤也可在形成在基板上的下层上执行，并且术语“基板表面”意欲包括如上下文指出的这样的下层。因此，例如当膜/层或部分的膜/层已经沉积在基板表面上时，新沉积的膜/层的暴露的表面成为基板表面。本公开内容的一些实施方式提供使用PVD铜回流在不形成缝的情况下在间隙中沉积铜膜的方法。一些实施方式有利地提供采用高保形ALDCuN(氮化铜)的方法，所述高保形ALDCuN在约80℃至约120℃的温度下使用铜前驱物(例如Cu(DMAP)2)和反应物(例如氨)以顺序热ALD模式形成在基板上，所述基板诸如具有CVDRu或CVDCo衬垫的ALDTaN。一些实施方式有利地提供将ALDCuN转变为高纯度并且表面光滑的Cu(以初始CuN的小于的厚度)的方法。可通过在大于或等于约130℃的温度下在具有H2和/或Ar气流的情况下退火来执行所述转变。在一些实施方式中，所述转变通过在高温真空(诸如高温PVDCu回流腔室)中预热来实现。图1示出具有第一材料表面12和特征结构14(例如沟槽)的由第一材料11制成的基板10的截面图。在这方面使用的术语“特征结构”意指任何有意的表面不规则结构。特征结构14的形状可以是任何合适的形状，包括但不限于沟槽和圆柱形过孔。在特定的实施方式中，特征结构14是沟槽。出于本公开内容的目的，沟槽具有顶部(表面12)、从表面12向下延伸的两个侧壁16和底部18。特征结构可具有任何合适的深宽比(在特征结构的开口处特征结构的深度D与特征结构的宽度W的比)。在一些实施方式中，所述深宽比大于或等于约5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。在一些实施方式中，特征结构的宽度W小于或等于约25nm、20nm、16nm、14nm、12nm、10nm或8nm。在一些实施方式中，每个侧壁16大体上垂直于底部18。在一些实施方式中，每个侧壁16以不同于90度的角度相对于底部18倾斜，使得开口在表面处大于在特征结构14的下部分处。由侧壁16和底部18形成的开放区域也称为间隙。填充间隙的材料称为间隙填充物。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间隙填充的方法，所述方法包括：在基板表面上通过原子层沉积(ALD)来形成铜间隙填充种晶层，所述基板表面上具有特征结构，所述原子层沉积发生在第一温度下；和在高于所述第一温度的第二温度下通过物理气相沉积(PVD)用铜填充所述特征结构，以形成无缝的间隙填充膜。

【技术特征摘要】
2017.10.14 US 62/572,4471.一种间隙填充的方法，所述方法包括：在基板表面上通过原子层沉积(ALD)来形成铜间隙填充种晶层，所述基板表面上具有特征结构，所述原子层沉积发生在第一温度下；和在高于所述第一温度的第二温度下通过物理气相沉积(PVD)用铜填充所述特征结构，以形成无缝的间隙填充膜。2.如权利要求1所述的方法，其中形成所述铜间隙填充种晶层的步骤包括沉积金属铜膜。3.如权利要求1所述的方法，其中形成所述铜间隙填充种晶层的步骤包括沉积氮化铜膜及将所述氮化铜膜转变为铜膜。4.如权利要求3所述的方法，其中在通过PVD用铜填充所述特征结构之前通过热分解将所述氮化铜膜转变为所述铜膜。5.如权利要求3所述的方法，其中在通过PVD用铜填充所述特征结构的同时将所述氮化铜膜转变为所述铜膜。6.如权利要求1所述的方法，其中所述基板表面具有在所述基板表面上的氮化钽膜，并且所述铜间隙填充种晶层形成在所述氮化钽膜上。7.如权利要求6所述的方法，其中所述铜间隙填充种晶层直接形成在所述氮化钽膜上。8.如权利要求6所述的方法，其中所述基板表面进一步包括在所述氮化钽膜上的钴衬垫，并且所述铜间隙填充种晶层形成在所述钴衬垫上。9.如权利要求1所述的方法，其中所述基板表面包括金属下层，所述金属下层上具有图案化的介电层，所述特征结构形成在所述图案化的介电层中，其中所述金属下层作为所述特征结构的底部。10.如权利要求9所述的方法，进一步包括形成在所述图案化的介电层的顶表面和特征结构侧壁上的氮化钽层。11.如权利要求10所述的方法，其中所述氮化钽层还形成在所述特征结构的所述底部处的所述金属下层上。12.如权利要求1所述的方法，其中所述铜间隙填充种晶层是具有小于或等于约3nm的厚度的连续膜。13.一种方法，包括：提供具有金属下层的基板，所述金属下层上具有图案化的介电层，所述图案化的介电层在所述基板的表面中限定一个或多个特征结构，所述特征结构具有侧壁和底部，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许本立，刘风全，河泰泓，张镁，谢里什·派斯，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US