用于还原金属晶种层上的金属氧化物的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于还原金属晶种层上的金属氧化物的方法及装置，具体公开了用于还原金属氧化物表面以改性金属表面的方法及设备。通过使金属氧化物表面暴露于远程等离子体，衬底上的金属氧化物表面可以被还原成纯金属和回流的金属。远程等离子体设备在单独独立的设备中不仅可以处理金属氧化物表面，而且可以冷却、装载/卸载并移动衬底。远程等离子体设备包括处理室和控制器，所述控制器被配置为：在处理室中提供具有金属晶种层的衬底：形成还原性气体物质的远程等离子体，其中远程等离子体包括来自还原性气体物质的自由基、离子和/或紫外线（UV）辐射；并且使衬底的金属晶种层暴露于远程等离子体以使金属晶种层的氧化物还原成金属并且使金属回流。

【技术实现步骤摘要】
用于还原金属晶种层上的金属氧化物的方法及装置 相关专利申请的交叉引用本申请要求于2013年11月21日提交的、题为“用于还原金属晶种层上的金属氧化物的远程等离子体处理方法及装置”的美国专利申请N0.14/086，770的优先权益，该专利申请是2013年9月6日提交的、题为“用于还原金属晶种层上的金属氧化物的远程等离子体处理方法及装置”的美国专利申请N0.14/020, 339的部分继续申请，并且是2013年3月6日提交的、题为“使用气体还原环境来还原金属氧化物表面成改性金属表面的方法”的美国专利申请N0.13/787, 499的部分继续申请，所有这些申请为了所有的目的并且通过引用的方式并入本申请中。
本专利技术总体上涉及还原金属晶种层上的金属氧化物表面。本专利技术的某些方面属于使用远程等离子体设备来还原金属晶种层上的金属氧化物表面。
技术介绍
在集成电路(ICs)中形成金属丝互连线可以通过使用嵌入式或双嵌入式工艺来实现。通常，在位于衬底上的电介质材料(例如，二氧化硅)中蚀刻沟槽或孔。这些孔或沟槽可以镶有一个或多个粘附和/或扩散阻挡层。然后，可以在孔或沟槽中沉积薄金属层，该薄金属层可以充当电镀材料的晶种层。此后，孔或沟槽可以充满电镀金属。通常，晶种金属是铜。然而，也可以使用其他金属，例如，钌、钯、铱、铑、锇、钴、镍、金、银和铝，或这些金属的合金。为了实现高性能的集成电路，集成电路的许多特征是使用更小特征尺寸和更高密度的元件制造的。在一些嵌入式处理中，例如，2X-nm节点特征上的铜晶种层可以薄至50A或薄于50A 3在一些实施方式中，可以应用lX-nm节点特征上的金属晶种层，这些金属晶种层可以包括或不包括铜。在生产金属晶种层以及基本上不含孔洞或缺陷的金属互连线过程中出现了更小特征尺寸的技术挑战。
技术实现思路
本专利技术属于一种制备具有金属晶种层的衬底的方法。所述方法包括在处理室中提供衬底，在所述衬底的电镀表面上具有所述金属晶种层，其中所述金属晶种层的一部分已经转化成所述金属的氧化物。所述方法进一步包括在所述远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中所述远程等离子体包括来自所述还原性气体物质的自由基、离子以及紫外线(UV)辐射中的一种或多种。所述方法进一步包括使所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体，其中暴露于所述远程等离子体使所述金属的所述氧化物还原成与所述金属晶种层结合在一起的薄膜形式的所述金属。在一些实施例中，所述金属晶种层包括铜、钴、钌、钯、铑、铱、锇、镍、金、银、铝和钨的至少一种。在一些实施例中，衬底维持在使金属晶种层在暴露于远程等离子体期间产生附聚的温度以下的温度。在一些实施例中，所述还原性气体物质包括氢气、氨气、一氧化碳、乙硼烷、亚硫酸盐化合物、碳和/或烃类、亚磷酸盐和联氨的至少一种。在一些实施例中，所述方法进一步包括:将衬底转移到包含电镀溶液的电镀槽中，并且使用电镀溶液在金属晶种层上电镀金属。本专利技术还属于一种制备具有金属晶种层的衬底的设备。所述设备包括处理室以及处理室上方的远程等离子体源。所述设备进一步包括控制器，所述控制器具有用于执行以下操作的指令:在处理室内提供衬底，在该衬底的电镀表面上具有金属晶种层，其中金属晶种层的一部分已经转化成金属的氧化物；在远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中远程等离子体包括来自还原性气体物质的自由基、离子和紫外线(UV)辐射中的一种或多种；并且将衬底的金属晶种层暴露于远程等离子体，其中暴露于远程等离子体使金属的氧化物还原成与金属晶种层结合在一起的薄膜形式的金属。在一些实施例中，所述控制器进一步包括用于维持所述衬底在使所述金属晶种层在暴露于所述远程等离子体期间产生附聚的温度以下的温度的指令。在一些实施例中，所述控制器进一步包括用于在所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体之后使所述衬底暴露于冷却气体的指令。在一些实施例中，所述设备进一步包括用于在处理室内保持衬底的衬底支撑以及在远程等离子体源与衬底支撑之间的喷头。所述控制器进一步包括用于在形成远程等离子体期间以及在使衬底的金属晶种层暴露于远程等离子体期间加热衬底支撑到约0°c与约400°C之间的处理温度的指令。所述设备进一步包括在所述处理室中的一个或多个活动构件，所述一个或多个活动构件被配置为使所述衬底移动到所述喷头与所述衬底支撑之间的位置，其中所述控制器进一步包括用于在所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体之前通过所述一个或多个活动构件使所述衬底朝着所述衬底支撑移动的指令。在一些实施例中，所述设备是电镀或无电镀系统的一部分。【附图说明】图1A示出了在嵌入式工艺中电介质层在通孔蚀刻之前的剖视示意图的实例。图1B示出了在嵌入式工艺中电介质层在进行通孔蚀刻之后的图1A中的剖面示意图的实例。图1C示出了在嵌入式工艺中图1A和图1B的电介质层在蚀刻区域填满金属之后的剖视示意图的实例。图2示出了在衬底上电镀铜的方法的示例性流程图。图3示出了还原金属晶种层上的金属氧化物的方法的示例性流程图。图4A示出了被氧化的金属晶种层的剖视示意图的实例。图4B示出了金属晶种层由于去除了金属氧化物而具有孔洞的剖视示意图的实例。图4C示出了金属晶种层的剖视示意图的实例，还原的金属氧化物形成不与金属晶种层结合在一起的反应产物。图4D示出了金属晶种层的剖视示意图的实例，还原的金属氧化物形成与金属晶种层结合在一起的薄膜。图5示出了具有处理室的远程等离子体设备的剖视示意图的实例。图6A示出了处理具有金属晶种层的衬底的方法的示意性流程图。图6B示出了处理具有金属晶种层的衬底的另一种方法的示意性流程图。图7A至图7D示出了使用远程等离子体设备处理具有金属晶种层的衬底的多个阶段的剖视示意图的实例。图8A示出了电镀装置的俯视示意图的实例。图SB示出了具有电镀装置的远程等离子体设备的放大的俯视示意图的实例。图SC示出了连接到电镀装置上的远程等离子体设备的三维透视图的实例。图9示出了暴露于远程等离子体的效果以及铜的电导率增加的条形图。图10示出了使用远程等离子体进行处理以及未使用远程等离子体进行处理的晶种沟槽试样块的扫描电镜(SEM)图。图11示出了在还原处理之后暴露于环境条件的金属晶种层上金属氧化物生长的曲线图。图12示出了在还原处理之后在环境条件中暴露不同的持续时间并且随后不进行还原处理时的晶种沟槽试样块的电镜图。图13示出了在处理室的不同条件下温度冷却曲线随时间变化的曲线图。图14示出了金属晶种层在远程等离子体处理之后的温度和表面粗糙度的效果的条形图。图15示出了金属晶种层中的温度和孔洞减少的效果的条形图。【具体实施方式】在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对提出的构思的透彻理解。提出的构思可以在不具有一些或全部这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细描述众所周知的过程操作，以便不会非必要地模糊所述构思。虽然将结合具体实施例描述一些构思，但是应当理解的是，这些实施例并非旨在限制。虽然本专利技术可以用于多种应用，但是一个非常有用的应用是在制造半导体器件中常用的嵌入式或双嵌入式工艺。嵌入式或双嵌入式工艺可以包括金属互连线，例如，铜互连线。广义版本的双嵌入式技术可以参照图1A至图1C进行描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有金属晶种层的衬底的方法，所述方法包括：在处理室中提供衬底，在所述衬底电镀表面上具有所述金属晶种层，其中所述金属晶种层的一部分已经转化成所述金属的氧化物；在远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中所述远程等离子体包括来自所述还原性气体物质的自由基、离子以及紫外线（UV）辐射中的一种或多种；并且使所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体，其中暴露于所述远程等离子体使所述金属的所述氧化物还原成与所述金属晶种层结合在一起的薄膜形式的所述金属。

【技术特征摘要】
2013.03.06 US 13/787,499;2013.09.06 US 14/020,339;1.一种制备具有金属晶种层的衬底的方法，所述方法包括: 在处理室中提供衬底，在所述衬底电镀表面上具有所述金属晶种层，其中所述金属晶种层的一部分已经转化成所述金属的氧化物； 在远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中所述远程等离子体包括来自所述还原性气体物质的自由基、离子以及紫外线(UV)辐射中的一种或多种；并且使所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体，其中暴露于所述远程等离子体使所述金属的所述氧化物还原成与所述金属晶种层结合在一起的薄膜形式的所述金属。2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属晶种层包括铜、钴、钌、钯、铑、铱、锇、镍、金、银、铝和钨中的至少一种。3.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底维持在约150°C以下的温度。4.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底维持在使所述金属晶种层在暴露于所述远程等离子体期间产生附聚的温度以下的温度。5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属晶种层的厚度小于约100A。6.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括高度与宽度的高宽比大于约5:1的通路。7.如权利要求1所述的方法，其中所述还原性气体物质包括氢气、氨气、一氧化碳、乙硼烷、亚硫酸盐化合 物、碳和/或烃类、亚磷酸盐和联氨中的至少一种。8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其进一步包括: 在将所述衬底转移到电镀槽之前使所述衬底暴露于冷却气体。9.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中使所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体包括使所述金属晶种层中的所述金属回流。10.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，进一步包括: 使所述还原性气体物质暴露于来自紫外源的紫外线辐射以形成所述还原性气体物质的自由基。11.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，进一步包括: 将所述衬底转移到包括电镀溶液的电镀槽中；并且 使用所述电镀溶液将金属电镀到所述金属晶种层上。12.一种用于制备具有金属晶种层的衬底的设备，所述设备包括: 处理室； 所述处理室上方的远程等离子体源；以及 具有用于执行以下操作的指令的控制器: (a)在处理室中提供衬底，在所述衬底的电镀表面上具有所述金属晶种层，其中所述金属晶种层的一部分已经转化成所述金属的氧化物； (b)在所述远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中所述远程等离子体包括来自所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰伊·A·斯柏林，乔治·安德鲁·安东内利，娜塔莉亚·V·杜比纳，詹姆斯·E·邓肯，乔纳森·D·里德，大卫·波特，达西·E·郎伯，杜尔迦拉克什米·辛格尔，史蒂芬·劳，马歇尔·斯托厄尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US