[發明專利]用于還原金屬晶種層上的金屬氧化物的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410080405.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN104037080B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 泰伊·A·斯柏林;喬治·安德魯·安東內利;娜塔莉亞·V·杜比納;詹姆斯·E·鄧肯;喬納森·D·里德;大衛·波特;達西·E·郎伯;杜爾迦拉克什米·辛格爾;史蒂芬·勞;馬歇爾·斯托厄爾
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/321
• 分類號: H01L21/321
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠

本發明公開用于還原金屬晶種層上的金屬氧化物的方法及裝置，具體公開用于還原金屬氧化物表面以改性金屬表面的方法及設備。通過使金屬氧化物表面暴露于遠程等離子體，襯底上的金屬氧化物表面可以被還原成純金屬和回流的金屬。遠程等離子體設備在單獨獨立的設備中不僅可以處理金屬氧化物表面，而且可以冷卻、裝載/卸載并移動襯底。遠程等離子體設備包括處理室和控制器，所述控制器被配置為：在處理室中提供具有金屬晶種層的襯底：形成還原性氣體物質的遠程等離子體，其中遠程等離子體包括來自還原性氣體物質的自由基、離子和/或紫外線(UV)輻射；并且使襯底的金屬晶種層暴露于遠程等離子體以使金屬晶種層的氧化物還原成金屬并且使金屬回流。

相關專利申請的交叉引用

本申請要求于2013年11月21日提交的、題為“用于還原金屬晶種層上的金屬氧化物的遠程等離子體處理方法及裝置”的美國專利申請No.14/086,770的優先權益，該專利申請是2013年9月6日提交的、題為“用于還原金屬晶種層上的金屬氧化物的遠程等離子體處理方法及裝置”的美國專利申請No.14/020,339的部分繼續申請，并且是2013年3月6日提交的、題為“使用氣體還原環境來還原金屬氧化物表面成改性金屬表面的方法”的美國專利申請No.13/787,499的部分繼續申請，所有這些申請為了所有的目的并且通過引用的方式并入本申請中。

技術領域

本發明總體上涉及還原金屬晶種層上的金屬氧化物表面。本發明的某些方面屬于使用遠程等離子體設備來還原金屬晶種層上的金屬氧化物表面。

背景技術

在集成電路（ICs）中形成金屬絲互連線可以通過使用嵌入式或雙嵌入式工藝來實現。通常，在位于襯底上的電介質材料（例如，二氧化硅）中蝕刻溝槽或孔。這些孔或溝槽可以鑲有一個或多個粘附和/或擴散阻擋層。然后，可以在孔或溝槽中沉積薄金屬層，該薄金屬層可以充當電鍍材料的晶種層。此后，孔或溝槽可以充滿電鍍金屬。

通常，晶種金屬是銅。然而，也可以使用其他金屬，例如，釕、鈀、銥、銠、鋨、鈷、鎳、金、銀和鋁，或這些金屬的合金。

為了實現高性能的集成電路，集成電路的許多特征是使用更小特征尺寸和更高密度的元件制造的。在一些嵌入式處理中，例如，2X-nm節點特征上的銅晶種層可以薄至或薄于在一些實施方式中，可以應用1X-nm節點特征上的金屬晶種層，這些金屬晶種層可以包括或不包括銅。在生產金屬晶種層以及基本上不含孔洞或缺陷的金屬互連線過程中出現了更小特征尺寸的技術挑戰。

發明內容

本發明屬于一種制備具有金屬晶種層的襯底的方法。所述方法包括在處理室中提供襯底，在所述襯底的電鍍表面上具有所述金屬晶種層，其中所述金屬晶種層的一部分已經轉化成所述金屬的氧化物。所述方法進一步包括在所述遠程等離子體源中形成還原性氣體物質的遠程等離子體，其中所述遠程等離子體包括來自所述還原性氣體物質的自由基、離子以及紫外線（UV）輻射中的一種或多種。所述方法進一步包括使所述襯底的所述金屬晶種層暴露于所述遠程等離子體，其中暴露于所述遠程等離子體使所述金屬的所述氧化物還原成與所述金屬晶種層結合在一起的薄膜形式的所述金屬。

在一些實施例中，所述金屬晶種層包括銅、鈷、釕、鈀、銠、銥、鋨、鎳、金、銀、鋁和鎢的至少一種。在一些實施例中，襯底維持在使金屬晶種層在暴露于遠程等離子體期間產生附聚的溫度以下的溫度。在一些實施例中，所述還原性氣體物質包括氫氣、氨氣、一氧化碳、乙硼烷、亞硫酸鹽化合物、碳和/或烴類、亞磷酸鹽和聯氨的至少一種。在一些實施例中，所述方法進一步包括：將襯底轉移到包含電鍍溶液的電鍍槽中，并且使用電鍍溶液在金屬晶種層上電鍍金屬。