用于在凹陷特征中的连续钌膜上多步骤镀铜的方法技术

提供一种用于在先进集成电路的凹陷特征(206、207、208、209、211、213、264、275a、275b)中的连续钌金属膜(214)上多步骤镀铜的方法。连续钌金属膜(214)的使用可防止高纵横比(high-aspect-ratio)凹陷特征(206、207、208、209、264、275a、275b)的铜金属填充期间不需要的微观空隙的形成，例如，沟槽(266)和通道(268)，并可促使大的铜金属颗粒(233)的形成，包括镀在连续钌金属膜(214)上的连续铜金属层(228)。该大的铜金属颗粒(233)降低填有铜的凹陷特征(206、207、208、209、211、213、275a、275b)的电阻率，并提高集成电路的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在集成电路制备中镀金属的技术，特别是，涉及一种沉积并使用钌(Ru)膜来以铜(Cu)金属将凹陷特征镀层的处理方法。
技术介绍
集成电路(IC)包含各种半导体装置和多个导电的金属路径，其提供电源至半导体装置，并使半导体装置共享和交换信息。在集成电路内，通过使用将金属层彼此绝缘的金属间(intermetal)或层间介电层，金属层被堆在彼此的上部。一般情况下，每个金属层必须形成电接触于至少一个附加的金属层。该电接触通过在分隔金属层的层间介质中蚀刻孔(即通道)来实现，并以金属填充生成的通道来创造互连特征。在层间介质中金属层通常占用被蚀刻的通路。"通道(via)" 一般是指任何凹陷特征，如孔、线或其他相似的特征，其形成于介电层内，来提供电连接穿过介电层至介电层下面的导电层。同样，凹陷特征包含连接 两个或更多通道的金属层的凹陷特征通常被称为沟槽(trenches)。集成电路技术的不断发展中的长期目标是减少集成电路的尺寸。集成电路尺寸的减小减少了面积电容并是获得更闻速度性能的集成电路的关键。此外，减少集成电路模具的面积可在集成电路制备中造成更高的产量。上述优点促使集成电路尺寸的不断缩小。装置性能的增加一般伴随装置面积减少或装置密度的增加。装置密度的增加要求用于形成互连的尺寸的减少，包括较大的纵横比(即深宽比)。当图案基板(晶片)上的最小特征尺寸不断下降时，一些缩小的后果便变得更明显。例如，凹陷特征变得太小导致填有大金属的凹陷特征中的微观空隙不能被接受。当金属线的宽度缩小至更小的亚微米和甚至为纳米尺寸时，电迁移失效，其可能会导致现被公认的金属线打开和被挤压的问题。此外，当金属线的尺寸进一步减小时，金属线电阻率大幅增加，且线电阻率的增加会影响电路性能。将铜金属引入用于制造集成电路的多层金属化方案可通过大马士革(damascene)镀铜工程被执行，并通过先进的微处理器和特定应用程序电路的制造商正被广泛使用。但是，由于铜金属对介电材料具有较差的附着力，且铜是一种中间带隙的混杂物，容易扩散至常用的类似硅和介电材料的集成电路材料中，因此铜金属不能与介电材料直接接触。此外，氧可以从含氧的介电材料扩散至铜中，从而可降低铜金属的电导率。因此，在集成电路中，扩散阻隔材料被形成在介电材料和其他材料上来包围铜金属，从而防止铜扩散至集成电路材料中。沉积于晶片基板上的薄钌膜可用于集成电路制备中的镀铜。在过去，介电材料上或扩散阻隔材料上的钌沉积一直存有问题。通过化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)的薄钌膜的沉积往往导致较弱形态的薄钌膜。在过去，直接在薄钌膜上镀铜也一直存有问题。由于薄钌膜中的混杂物、薄钌膜的不连续增长、和/或薄钌膜的较弱的形态/粗糙表面，在常规的薄钌膜上直接镀铜显示出对薄钌膜的较弱的附着力。因此，存在被镀层的铜不均匀地沉积在基板上以及无空隙填充的深宽比特征的问题。此外，常规的后期镀铜退火处理工程被执行来试图在整个铜材料中增长大的铜颗粒，并由此来减少铜材料的电阻，但其仍存在问题，特别是狭窄(< IOOnm, nm = 10_9m)及高纵横比的凹陷特征,特征变得越小使用大的铜颗粒来进行填充就越困难。 此外，未来的半导体器件的尺寸将继续变小至最小特征尺寸，凹陷特征的宽度将继续降低，且深度将继续增加。因此，需要一种用于以较低表面粗糙度来沉积高纯度连续钌膜从而可与狭窄及高纵横比的凹陷特征的镀铜相结合的方法来解决上述问题。
技术实现思路
提供一种用于在先进集成电路的凹陷特征中的连续钌金属膜上多步骤镀铜的方法。高纯度连续钌金属膜的使用可防止高纵横比凹陷特征的铜金属填充期间不需要的微观空隙的形成，例如，沟槽(trench)和通道(vias)，并促使大的铜金属颗粒的形成，包括镀在连续钌金属膜上的连续铜金属层。该大的铜金属颗粒可降低填有铜的凹陷特征的电阻率，并可提高集成电路的可靠性。根据本专利技术的一个实施例，所述方法包括以下步骤提供基板，所述基板具有形成在其表面的至少一个凹陷特征；通过热化学气相沉积(TCVD)将连续钌金属膜沉积在所述至少一个凹陷特征中，所述热化学气相沉积使用包含Ru3(CO)12前体的工程气体；将连续钌金属膜与镀铜槽接触来允许所述连续钌金属膜上的连续铜金属层的沉积，其中，钌金属膜和所述连续铜金属层一起填充小于100%的所述至少一个凹陷特征的宽度、深度、体积。所述方法进一步包括以下步骤从所述镀铜槽中去除基板；在非氧化性气体中退火处理所述连续铜金属层来形成退火的连续铜金属层；以及重复接触、去除、和退火处理步骤，从而在所述至少一个凹陷特征中形成退火的附加的铜金属，由此，所述接触、去除、退火处理、和重复的步骤形成至少部分铜填充于所述至少一个凹陷特征中，所述至少一个凹陷特征包括从所述退火的连续铜金属层和所述退火的附加的铜金属形成的所述连续钌金属膜上的大的铜金属颗粒。所述沉积可包括通过使用一氧化碳(CO)载气来沉积实质性的氧-和不含碳的连续钌膜。根据本专利技术的另一个实施例，所述方法包括以下步骤提供基板，所述基板具有形成在其表面的至少一个凹陷特征；通过热化学气相沉积将实质性的氧-和不含碳的连续钌膜沉积在所述至少一个凹陷特征中，所述热化学气相沉积使用包含Ru3 (CO) 12前体和一氧化碳载气的工程气体；将连续钌金属膜与第一镀铜槽接触来允许所述连续钌金属膜上的连续铜金属层的沉积；从所述第一镀铜槽中去除基板；在非氧化性气体中退火处理所述连续铜金属层来形成退火的连续铜金属层。其中，所述连续钌金属膜和所述连续铜金属层一起填充所述至少一个凹陷特征至第一宽度、深度、体积，所述第一宽度、深度、体积小于100%的所述至少一个凹陷特征的宽度、深度、体积。所述方法进一步包括以下步骤将所述退火的连续铜金属层与第二镀铜槽接触来允许附加的铜金属层的沉积，从而至少部分填充所述至少一个凹陷特征；从所述第二镀铜槽中去除基板；以及在非氧化性的条件下退火处理所述附加的铜金属层。在此实施例中，所述第二镀铜槽具有不同于所述第一镀铜槽的化学组成，由此，比起所述连续铜金属层，所述附加的铜金属层以更快的速度沉积，且，所述附加的铜金属层进一步填充所述至少一个凹陷特征至第二宽度、深度、体积，所述第二宽度、深度、体积大于第一宽度、深度、体积，并小于或等于100%的所述至少一个凹陷特征的宽度、深度、体积。且此方法从所述退火的连续铜金属层和附加的铜金属将大的铜金属颗粒形成在所述连续钌金属膜上。根据本专利技术的又另一个实施例，提供一种在部分制备的集成电路中填充大马士革特征的方法，所述方法包括以下步骤通过热化学气相沉积将实质性的氧-和不含碳的连续钌膜沉积在部分制备的集成电路的至少一个凹陷特征中的扩散阻隔上，所述热化学气相沉积使用包含Ru3(CO)12前体和一氧化碳载气的工程气体；在范围为100°C至500°C的基板温度下，将所述连续钌金属膜在非氧化性气体中退火处理，所述非氧化性气体包括惰性气体或氢气、或其中的组合。所述方法进一步包括以下步骤将所述部分制备的集成电路或其中的至少一部分浸入第一镀铜槽中，来允许所述连续钌金属膜上的连续铜金属层的沉积；从所述第一镀铜槽中去除所述部分制备的集成电路；在范围为100°C至500°C的基板温度下，将所述连续铜金属层在非氧化性气体中退火处理，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·M·切里奥，水野茂，乔纳森·里德，托马斯·本努斯瓦米，
申请(专利权)人：东京电子株式会社，诺发系统有限公司，
类型：
国别省市：