[發(fā)明專利]沉積錳和氮化錳的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380019857.1
• 申請(qǐng)日: 2013-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN104221132B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯靜;李哲峰;馬伯方;戴維·湯普森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號(hào): H01L21/318
• 分類號(hào): H01L21/318;H01L21/205
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國(guó),趙靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及半導(dǎo)體裝置中的阻擋層和形成此類阻擋層的方法。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及包括錳、氮化錳(MnN_x)、硅酸錳和選定的摻雜劑的膜。

背景技術(shù)

微電子裝置(諸如半導(dǎo)體或集成電路)能夠包括數(shù)百萬(wàn)的電子電路裝置，諸如晶體管、電容器等等。為了進(jìn)一步增加集成電路上裝置的密度，希望有甚至更小的特征尺寸。為了實(shí)現(xiàn)這些較小的特征尺寸，必須減少導(dǎo)電接線、過(guò)孔和互連線(interconnect)、柵極等等的尺寸。多級(jí)互連結(jié)構(gòu)的可靠形成對(duì)于增加電路密度和質(zhì)量也是必需的。制造技術(shù)的發(fā)展已使得能夠使用銅用于導(dǎo)電接線、互連線、過(guò)孔和其他結(jié)構(gòu)。然而，隨著特征尺寸的減小和銅用于互連的使用增加，互連結(jié)構(gòu)中的電子遷移成為待克服的較大障礙。

氮化鉭(TaN)為膜厚度大于10A的銅阻擋，其中膜為連續(xù)的。然而，由于Ta原子直徑約為4A，因此厚度約為5A的TaN膜不是連續(xù)的。對(duì)于需要更薄的TaN的較小節(jié)點(diǎn)，TaN本身可為不連續(xù)的膜，由此限制TaN的銅阻擋性質(zhì)。當(dāng)前的方法包括TaN層的頂部上的Ta層，所述Ta層用作銅的潤(rùn)濕層并提供阻擋膜的連續(xù)性。然而，對(duì)于較小的節(jié)點(diǎn)(小于32nm)，此方法導(dǎo)致較大的線路電阻，因此不是適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。

物理氣相沉積(PVD)的氮化鉭(TaN)為用于銅互連中的擴(kuò)散阻擋的標(biāo)準(zhǔn)材料。由于銅與TaN的不良粘附，因此鉭襯墊亦用于增強(qiáng)互連結(jié)構(gòu)的耐久性。隨著銅互連的尺寸正減少至次20納米(sub-20nm)，PVD?TaN阻擋的非保形性質(zhì)加上Ta襯墊已引起諸如銅間隙填充空隙和高線路電阻的問(wèn)題。原子層沉積(ALD)TaN正用作具有較好的保形性的先進(jìn)技術(shù)；然而，ALD?TaN的膜質(zhì)量仍然需要明顯改良。

因此，在本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域存在對(duì)于可作為有效銅阻擋的薄層的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式涉及形成含錳膜的方法。提供基板，將所述基板暴露于第一前驅(qū)物和反應(yīng)物。第一前驅(qū)物包括含錳有機(jī)金屬化合物以沉積含錳膜。含錳有機(jī)金屬化合物具有以下化學(xué)式：

其中每一個(gè)A為獨(dú)立地選自碳或硅，且每一個(gè)R為獨(dú)立地選自氫、甲基、取代的烷烴或未取代的烷烴、支鏈烷烴或非支鏈烷烴、取代的烯烴或未取代的烯烴、支鏈烯烴或非支鏈烯烴、取代的炔烴或未取代的炔烴、支鏈炔烴或非支鏈炔烴或取代的芳烴或未取代的芳烴。

本發(fā)明的一些實(shí)施方式涉及形成含錳膜的方法。提供基板，所述基板包括位于基板上的介電層，所述介電層具有溝槽，所述溝槽具有開口、側(cè)壁和底部。將基板暴露于第一前驅(qū)物和反應(yīng)物。第一前驅(qū)物包括含錳有機(jī)金屬化合物以在溝槽的側(cè)壁和/或底部的至少一部分上沉積含錳膜。含錳有機(jī)金屬化合物具有以下化學(xué)式：

其中每一個(gè)A為獨(dú)立地選自碳或硅，且每一個(gè)R為獨(dú)立地選自氫、甲基、取代的烷烴或未取代的烷烴、支鏈烷烴或非支鏈烷烴、取代的烯烴或未取代的烯烴、支鏈烯烴或非支鏈烯烴、取代的炔烴或未取代的炔烴、支鏈炔烴或非支鏈炔烴或取代的芳烴或未取代的芳烴。

在一些實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟：在含錳膜的上方沉積包括銅的導(dǎo)電材料。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中，含錳膜進(jìn)一步包括一種或更多種摻雜劑，所述一種或更多種摻雜劑選自Co、Mn、Ru、Ta、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)將基板暴露于第二前驅(qū)物和反應(yīng)物來(lái)包括摻雜劑，所述第二前驅(qū)物包括包含摻雜劑元素的化合物。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中，基板實(shí)質(zhì)上同時(shí)暴露于第一前驅(qū)物和反應(yīng)物。在一些實(shí)施方式中，基板依次暴露于第一前驅(qū)物和反應(yīng)物。

在一些實(shí)施方式中，每一個(gè)A為氮。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中，每一個(gè)R基團(tuán)為甲基。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中，含錳有機(jī)金屬化合物包括雙[雙(三甲基硅烷基)氨基]錳。

在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)物為氨和氫中的一個(gè)或更多個(gè)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)物包括氨。

在一些實(shí)施方式中，含錳膜包括MnN_x，其中x在約0.1至約3的范圍內(nèi)。一些實(shí)施方式進(jìn)一步包括以下步驟：處理MnN_x膜以產(chǎn)生硅酸錳。在一些實(shí)施方式中，硅酸錳形成于介電層上。

一些實(shí)施方式進(jìn)一步包括以下步驟：將基板暴露于不同于第一前驅(qū)物的第二前驅(qū)物并可選擇地暴露于不同于反應(yīng)物的第二反應(yīng)物。