[發(fā)明專利]遠(yuǎn)程氫等離子體表面處理制備超薄銅籽晶層的方法及其應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310714616.0
• 申請日: 2013-12-22
• 公開（公告）號: CN103681480A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧紅亮;耿陽;丁士進(jìn);張衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/3205;H01L21/321
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用遠(yuǎn)程氫等離子體表面處理來提高原子層沉積超薄銅籽晶層質(zhì)量的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）和特大規(guī)模集成電路（ULSI）的發(fā)展，集成度不斷提高，電路元件越來越密集，芯片互連成為影響芯片性能的關(guān)鍵因素。然而，由于電路系統(tǒng)的尺寸限制，VLSI和ULSI技術(shù)中互連線的尺寸縮小對加工能力提出了額外的要求。這種要求包括多層面、高深寬比結(jié)構(gòu)特征的精確加工等。這些互連結(jié)構(gòu)的可靠性對VLSI和ULSI的成功和電路密度的提高起著非常重要的作用。

隨著電路密度增加，互連線的線寬、接觸通孔大小及其他特征尺寸都將隨之減小，然而，介電層的厚度卻不能隨之等比例的縮小，結(jié)果就是特征深寬比增大。許多傳統(tǒng)工藝在填充深寬比超過4時已有困難，因此開發(fā)適用于高深寬比情況下無空洞和無接縫的互連技術(shù)對于VLSI和ULSI的發(fā)展具有重大意義。

目前，銅及其合金已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代CMOS的標(biāo)準(zhǔn)工藝中，因?yàn)殂~具有比鋁更低的電阻率（低約35%）和更高的抗電遷移能力（約為鋁的2倍），且銅具有良好的導(dǎo)熱性。這對于多層面的集成更高電路密度和電流密度的器件非常有利。但是，銅是一種穩(wěn)定的金屬，不會產(chǎn)生揮發(fā)性的鹵化物，不能采用常規(guī)等離子刻蝕來形成互連圖形，目前采用的是鑲嵌工藝（大馬士革工藝）通過腐蝕介質(zhì)層后填充銅來完成。另外，銅在硅和氧化物中擴(kuò)散都很快，一旦進(jìn)入硅器件中就會成為深能級受主雜質(zhì)，使器件性能退化，因此必須在二者之間增加一層阻擋層，起阻擋銅擴(kuò)散和增加銅與電介質(zhì)粘附性的作用，目前應(yīng)用最廣的是氮化鉭作為擴(kuò)散阻擋層。

目前，業(yè)界主要采用磁控濺射技術(shù)來制備擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層，但是在填充高深寬比的孔洞和溝槽時很難保證薄膜的均一性，因此開發(fā)新的制備擴(kuò)散阻擋層和銅籽晶層的工藝對現(xiàn)代集成電路的發(fā)展十分重要。目前原子層沉積技術(shù)（Atomic?Layer?Deposition，ALD）具有很大的潛力。原子層沉積技術(shù)是一種可對薄膜厚度進(jìn)行單原子層級別或者說埃(?)級別控制的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。ALD技術(shù)從上世紀(jì)70年代發(fā)展至今已取得很大進(jìn)展，其已寫進(jìn)了國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)，作為與微電子工藝兼容的候選技術(shù)在微電子領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。ALD技術(shù)之所以受到業(yè)界青睞，跟他所特有的生長原理和技術(shù)特點(diǎn)有關(guān)的。ALD雖然是一種化學(xué)氣相沉積技術(shù)，但與傳統(tǒng)的CVD技術(shù)相比，還是有很大差別的，ALD技術(shù)基于順次進(jìn)行的表面飽和化學(xué)自限制的生長過程，它將反應(yīng)氣體交替脈沖式的通入到反應(yīng)腔中。一個ALD反應(yīng)循環(huán)包含4個步驟：(1)第一種反應(yīng)前體以脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔并化學(xué)吸附在襯底表面；(2)待表面吸附飽和后，用惰性氣體將多余的反應(yīng)前體吹洗出反應(yīng)腔；(3)接著第二種反應(yīng)前體以脈沖的方式進(jìn)入反應(yīng)腔，并與上一次化學(xué)吸附在表面上的前體發(fā)生反應(yīng)；(4)待反應(yīng)完全后再用惰性氣體將多余的反應(yīng)前體及其副產(chǎn)物吹洗出反應(yīng)腔。整個ALD生長過程由一個周期的多次循環(huán)重復(fù)實(shí)現(xiàn)。所有的ALD的本質(zhì)特征就是表面反應(yīng)達(dá)到飽和，使得生長停止，因此薄膜的厚度直接正比于表面反應(yīng)已完成的次數(shù)，即反應(yīng)循環(huán)數(shù)，這樣可以通過控制沉積的反應(yīng)循環(huán)數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)對薄膜厚度的精確控制。另外由于其自限的表面反應(yīng)，可對高寬比很大的表面形成均勻的覆蓋。此外通過控制不同源脈沖循環(huán)的次數(shù)比例也可以控制薄膜中不同物質(zhì)的含量。但是，由于ALD為一種表面化學(xué)沉積技術(shù)，不可避免的其所沉積的薄膜含有較多的雜質(zhì)和較差的粘附性。因此，就需要采取一定的工藝手段和處理方式來提高沉淀薄膜的質(zhì)量。所以，能否采用優(yōu)化的工藝來提高使用ALD技術(shù)沉積超薄銅籽晶層的質(zhì)量，將直接決定電路元件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種通過遠(yuǎn)程氫等離子體表面處理制備超薄銅籽晶層質(zhì)量的方法及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明提供的遠(yuǎn)程氫等離子體表面處理制備超薄銅籽晶層的方法，已經(jīng)在一個互連結(jié)構(gòu)任意一層布線后的襯底上，依次沉積了刻蝕阻擋層、絕緣介質(zhì)層，再經(jīng)光刻刻蝕形成了互連的溝槽，經(jīng)磁控濺射沉積了擴(kuò)散阻擋層；進(jìn)一步進(jìn)行如下步驟：

步驟a.將雙（六氟乙酰丙酮）合銅?Cu(C₅HF₆O₂)₂（Cu(hfac)₂）吸附在擴(kuò)散阻擋層上，氣流量為100-500標(biāo)準(zhǔn)毫升毎分鐘，持續(xù)時間為1-5秒，雙（六氟乙酰丙酮）合銅的載氣為惰性氣體?；

步驟b.清除多余雙（六氟乙酰丙酮）合銅；