于阻障表面上的钴沉积制造技术

本申请提供了于阻障表面上的钴沉积。本发明专利技术的实施例提供一种在一阻障层上沉积一钴层并接着沉积一导电材料，如铜或一铜合金于其上的工艺。在一实施例中，提供一沉积材料于一基材表面的方法，其包括以下步骤:在一基材上形成一阻障层，于气相沉积工艺期间曝露此基材至二钴六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氢(H2)以在该阻障层上形成一钴层，及沉积一导电材料于此钴层之上。在某些范例中，此阻障层及/或此钴层于如热工艺、原位等离子体工艺或远距等离子体工艺的处理工艺期间可曝露至一气体或一试剂。

【技术实现步骤摘要】
本申请是PCT国际申请号为PCT/US2009/054307、国际申请日为2009年8月19日、进入中国国家阶段的申请号为200980134182.5，题为“于阻障表面上的钴沉积”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例大致有关用于制造电子及半导体组件的金属化工艺，更详言之，本专利技术的实施例为有关在沉积一导电层或接触材料于阻障层前沉积一钴层于阻障层的方法。
技术介绍
铜为目前选用于多层金属化工艺的金属，其对组件的制造为重要的。多层互连迫使制造工艺要求高深宽比的孔的平坦化，该孔包括触点、通孔、线及其它特征。当特征具有较高深宽比时，填充此特征而不产生空隙或形变此特征的几何为更困难的。因制造者力求电路密度及质量，可靠地形成互连亦较困难。因为铜相对低成本及工艺性质，铜的使用已扩展至市场，故半导体制造商持续关注经由减少铜扩散与抗湿润性以改良在铜与介电材料间的边界区的方法。因特征尺寸已减小，已开发数种工艺方法以制造铜互连。每一工艺方法可增加误差的可能性，如铜扩散越过边界区、铜结晶结构变形及抗湿润。物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、电化学电镀(ECP)、无电沉积、化学机械研磨(CMP)、电化学机械研磨(ECMP)及其它沉积与移除铜层的方法利用机械、电或化学方法以操作形成互连的铜。可沉积阻障及覆盖层以含有铜。过去，使用一具有锡、铝或镁的钽、氮化钽或铜合金层提供在铜与其它材料间的阻障层或一黏合促进剂。此些选择通常成本高且仅部份有效。因沿此边界区的铜原子在多重步骤半导体处理期间遭受一般在温度、压力、大气条件或其它工艺变量的改变，铜可能沿此边界区移动并成为黏聚的铜。铜亦可能沿此边界区较不均匀分散并成为湿润的铜。在边界区的此些改变包括铜原子的应力迁移及电迁移。铜穿越介电层或其它结构的应力迁移及电迁移的增加此生成结构的电阻且减少此生成组件的可靠度。因此，存在一提升在阻障层上一导电层或接触材料的安定性与黏合性的需求。亦然，存在改良含铜层的电迁移可靠度的需求，尤其是对于铜线的形成，同时防止铜扩散入邻近的材料，如介电材料。
技术实现思路
本专利技术的实施例为提供在沉积一导电层于阻障层前沉积一钴层于阻障层的工艺。在一实施例中，提供一沉积材料于基材表面的方法，其包括在基材上形成一阻障层，曝露此基材至二钴六羰基丁基乙炔(CCTBA)及氢(H2)以于气相沉积工艺期间在该阻障层上形成一钴层，及沉积一导电材料于此钴层上。在一范例中，基材可于热CVD工艺期间曝露于一含有CCTBA及氢的沉积气体。在另一范例中，基材可接着于ALD工艺期间曝露于CCTBA与氢。此基材在CVD或ALD工艺期间亦可加热至一自约100℃至约250℃范围间的温度。此钴层沉积少于约的厚度。在某些范例中，阻障层及/或钴层在处理工艺期间可曝露至一气体或一试剂。此处理可为一热工艺、一原位等离子体工艺或一远程等离子体工艺。此气体或试剂可含有或为氮(N2)、氨(NH3)、氢(H2)、氨/氢混合物、硅烷、二硅烷、氦、氩、其之等离子体、其之衍生物或其等之组合。此阻障层或此钴层可曝露于此气体、试剂或等离子体约1秒至约30秒范围内的一段时间。此基材在处理工艺期间可加热至约50℃至约400℃的温度范围。在某些范例中，此导电材料可含有铜或铜合金。此导电材料可含有一种晶层及块体层(bulk layer)。或者，此导电材料可直接沉积于此钴层上，如经由电化学电镀(ECP)工艺。在一范例中，一含有铜的种晶层可经由PVD工艺或CVD工艺沉积。在另一范例中，此块体层含有铜且可经由一ECP工艺沉积。此阻障层可含有钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨、氮化钨、其之合金、其之衍生物或其等的组合。在一范例中，此阻障层可为一配置在钽层上的氮化钽层。在另一实施例中，提供一种用于在一基材表面上沉积材料的方法，其包括以下步骤：在一基材上形成一阻障层，在预处理工艺期间曝露该阻障层至第一等离子体，曝露该基材至CCTBA及氢以于气相沉积工艺期间在该阻障层上形成一钴层，于后处理工艺期间曝露该钴层至一第二等离子体，及经由一气相沉积工艺沉积一铜层于该钴层上，如经由一PVD工艺或CVD工艺。在另一实施例中，提供一种用于在一基材表面上沉积材料的方法，其包括以下步骤：在一基材上形成一阻障层，在预处理工艺期间曝露此阻障层至一等离子体，曝露该基材至CCTBA及一还原气体以于气相沉积工艺期间在该阻障层上形成一钴层，于后处理工艺期间曝露该钴层至一氢等离子体，及沉积一铜材料于该钴层之上。在一范例中，此用于沉积该钴层的气相沉积工艺及该后-处理工艺为依序重复以形成一钴材料。此钴材料含有多钴层，其中每一者在另一钴层沉积前已曝露至一氢等离子体。附图说明在前文概述的本专利技术的更详细描述可参考实施例，其之部份为说明于附图中，以此方式，本专利技术于前文述及的特征可更详尽的了解。然而，需了解附图仅为用以说明本专利技术的典型实施例，故因此不能被视为限制本专利技术的范畴，因为本专利技术容许其它等效的实施方面。图1图示根据本文描述的一实施例说明一工艺的流程图；及图2A-2F图示根据本文描述的一实施例在不同工艺步骤中基材的示意图。具体实施方式本专利技术的实施例为提供在沉积一导电层于阻障层前沉积一钴层于阻障层或层的方法。此钴层及阻障层可各自可选择地曝露至一处理工艺，如等离子体工艺或一热工艺。此导电层可含有铜或一铜合金且经由物理气相沉积(PVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、电化学电(ECP)工艺或一无电沉积工艺沉积。此钴层改良铜边界区性质以促进黏合性、改良沟槽填充及电移动性能、减少扩散及黏聚并助长在工艺期间基材表面的均匀的粗糙度与湿润性。图1图示一说明本专利技术实施例的工艺100的流程图。工艺100可用于在一基材上形成一互连或其它组件。在一实施例中，工艺100的步骤110-150可在基材200上进行，如在图2A-2F中图示。工艺100包括在一基材上沉积或形成一阻障层(步骤110)，可选择地曝露此阻障层至一预处理工艺(步骤120)，沉积一钴层于此阻障层上(步骤130)，可选择地曝露此钴层至一后处理工艺(步骤140)，及沉积至少一个导电层于此钴层上(步骤150)。图2A图标含有配置于下层202之上的介电层204的基材200。孔206形成于介电层204内且可为一通孔、镶嵌、穿孔或其它形成于其内的通道。下层202可为一基材、基材表面、接触层或视组件结构而定的另一层。介电层204可含有一介电材料，如一低k介电材料。在一范例中，介电层204含有一低k介电材料，如一碳氧化硅材料，或一碳掺杂的氧化硅材料，例如BLACKII低k介电材料，其可得自位于美国加州圣克拉拉市的Applied Materials公司。用于介电层204的合宜材料的另一范例为碳化硅基膜，其使用如述于共同让渡的美国专利第6,537,733、6,790,788及6,890,850号的化学气相沉积(CVD)或等离子体辅助CVD(PE-CVD)工艺形成，该些专利并入本案做为参考。在一实施例中，在工艺100的步骤110期间至少一个阻障层或材料可沉积或形成于一基材上。在一范例中，图2B图标阻障层210配置于基材200上、在介电层204之上，并共形地位于孔206内。阻障层210可为一层或多层。阻障层210可含有钛、氮化钛、钽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基材表面上沉积材料的方法，包含以下步骤：在基材上形成阻障层，其中所述阻障层包括选自由钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨以及前述各化学物质的组合构成的组中的至少一种材料；曝露所述基材至二钴六羰基丁基乙炔(CCTBA)和氢，以便在气相沉积工艺期间在所述阻障层上形成钴层，其中所述基材在所述气相沉积工艺期间被加热达到100℃至250℃的范围内的温度；以及沉积铜材料于所述钴层之上，其中所述钴层是金属钴、硼化钴、磷化钴、或者所述金属钴、所述硼化钴与所述磷化钴的组合。

【技术特征摘要】
2008.08.29 US 12/201,9761.一种用于在基材表面上沉积材料的方法，包含以下步骤：在基材上形成阻障层，其中所述阻障层包括选自由钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨以及前述各化学物质的组合构成的组中的至少一种材料；曝露所述基材至二钴六羰基丁基乙炔(CCTBA)和氢，以便在气相沉积工艺期间在所述阻障层上形成钴层，其中所述基材在所述气相沉积工艺期间被加热达到100℃至250℃的范围内的温度；以及沉积铜材料于所述钴层之上，其中所述钴层是金属钴、硼化钴、磷化钴、或者所述金属钴、所述硼化钴与所述磷化钴的组合。2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：在处理工艺期间曝露所述阻障层或所述钴层至等离子体，其中所述等离子体包含选自由氮(N2)、氨(NH3)、氢(H2)、氨/氢混合物、前述各化学物质的衍生物以及前述各化学物质的组合构成的组的试剂。3.如权利要求2所述的方法，其中所述阻障层或所述钴层曝露至氢等离子体达介于20秒至40秒范围内的时间段，并且所述氢等离子体通过远距等离子体源而形成。4.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：在热处理工艺期间，曝露所述阻障层或所述钴层至气体，其中所述气体选自由氮(N2)、氨(NH3)、氢(H2)、氨/氢混合物、前述各化学物质的衍生物以及前述各化学物质的组合构成的组，并且所述基材在所述热处理工艺期间被加热达到50℃至400℃的范围内的温度。5.如权利要求1所述的方法，其中所述基材在热化学气相沉积工艺期间曝露至包含所述CCTBA和所述氢的沉积气体。6.如权利要求1所述的方法，其中所述气相沉积工艺包含：在原子层沉积工艺期间，依序使所述基材曝露至所述CCTBA和所述氢。7.如权利要求1所述的方法，其中所述铜材料包含种晶层和块体层。8.如权利要求7所述的方法，其中所述种晶层包含铜，并且通过物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺来沉积，而所述块体层包含铜，并且通过电化学电镀工艺来沉积。9.一种用于在基材表面上沉积材料的方法，包含以下步骤：在基材上形成阻障层，所述阻障层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J陆，HC哈，P马，S甘古利，JF奥布充，SH于，M纳拉辛汉，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US