專利名稱：阻擋層和籽層的集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及沉積阻擋層和阻擋層之上的籽層的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及沉積阻擋層和在阻擋層之上沉積包含銅和其它金屬的籽層的裝置和方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于下一代半導(dǎo)體器件大規(guī)模集成(VLSI)和超大規(guī)模集成(ULSI)，可靠地制造亞微米或更小特征是關(guān)鍵之一。然而，由于電路技術(shù)的條紋受限制，VLSI和ULSI技術(shù)中互連的縮小的尺寸對(duì)加工能力設(shè)置了額外的要求。這種技術(shù)核心的多層面互連需要對(duì)高長寬比特征的精確加工，例如通路和其它互連。這些互連的可靠形成對(duì)VLSI和ULSI成功以及對(duì)提高各個(gè)襯底的電路密度和質(zhì)量的連續(xù)努力都非常重要。
在電路密度增加時(shí)，通路、觸點(diǎn)和其它特征，以及它們之間的介電材料的寬度減小到亞微米尺寸(例如，小于0.20微米或更小)，然而介電層的厚度基本上不變，結(jié)果特征的長寬比即它們的高度除以寬度增加。許多傳統(tǒng)的沉積工藝在填充長寬比超過4∶1的亞微米結(jié)構(gòu)時(shí)有困難，特別是在長寬比超過10∶1時(shí)。因此，在形成具有高長寬比的基本上無空洞和無接縫的亞微米特征方面正在進(jìn)行大量的努力。
目前，銅及其合金成為選擇用于亞微米互連的金屬，因?yàn)殂~具有比鋁更低的電阻率(1.7μΩ-cm，與鋁的3.1μΩ-cm相比)，以及更高的電流承載能力和高得多的電遷移阻力。這些性能對(duì)于支持在多層面集成時(shí)經(jīng)歷的更高電流密度和提高器件速度都非常重要。并且，銅具有良好的導(dǎo)熱率并可在高純狀態(tài)獲得。
銅金屬化可以通過各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。典型的方法通常包括在特征上物理氣相沉積阻擋層，在阻擋層上物理氣相沉積銅籽層，然后在銅籽層上電鍍銅導(dǎo)電材料層以填充該特征。最后，所沉積的各層和介電層被平面化，例如通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以限定導(dǎo)電互連特征。
然而，使用銅的一個(gè)問題是銅擴(kuò)散到硅、二氧化硅和其它介電材料中，可能損害器件的完整性。因此，保形阻擋層對(duì)防止銅擴(kuò)散變得越來越重要。氮化鉭已經(jīng)被用作阻擋材料以防止銅擴(kuò)散到下面的層中。然而，先前使用的氮化鉭和其它阻擋層的一個(gè)問題是這些阻擋層對(duì)于在其上沉積銅是很差的浸潤劑。例如，在這些阻擋層上沉積銅籽層時(shí)，銅籽層可能團(tuán)聚并變得不連續(xù)，可能阻止在銅籽層上一致性地沉積銅導(dǎo)電材料層(例如電鍍銅層)。在其它的例子中，對(duì)具有在這些阻擋層上沉積的銅層的襯底結(jié)構(gòu)進(jìn)行的高溫下的隨后處理可能導(dǎo)致反浸潤和形成空洞。在仍另一個(gè)例子中，通過使用所述器件形成的器件中的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致在銅層中產(chǎn)生空洞和器件損壞。因此，需要改善的互連結(jié)構(gòu)和沉積互連結(jié)構(gòu)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地涉及通過沉積阻擋層、在阻擋層上沉積籽層并在籽層上沉積導(dǎo)電層來填充特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層。例如，銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層和沉積在銅合金籽層上的第二籽層。銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。在仍另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括第一籽層和第二籽層。第一籽層可以包括金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。


為了獲得和詳細(xì)理解上述的特征、優(yōu)點(diǎn)和本發(fā)明的目的，可以參照在附圖中示例說明的實(shí)施方式對(duì)上文中簡(jiǎn)要總結(jié)的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。
然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅說明了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以應(yīng)用到其它等效的實(shí)施方式中。
圖1是可以用于通過原子層沉積形成一個(gè)或多個(gè)阻擋層的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖；圖2A是其上沉積有介電層的襯底的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。
圖2B是在圖2A的襯底結(jié)構(gòu)上形成阻擋層的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。
圖3A-C說明在阻擋層形成的階段在襯底的一部分上交替化學(xué)吸附含鉭化合物和含氮化合物的單層的一個(gè)實(shí)施方式。
圖4是可以用于沉積銅合金籽層的能夠化學(xué)氣相沉積的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。
圖5A-C是在圖2B的阻擋層上沉積籽層的實(shí)施方式的示意性截面圖。
圖6是多室處理系統(tǒng)的一個(gè)例子的示意性頂視圖。
具體實(shí)施例方式
適合于沉積阻擋層的處理室圖1是處理系統(tǒng)10的一個(gè)示例性實(shí)施方式的示意性截面圖，該處理系統(tǒng)可以用于按照本發(fā)明的方案通過原子層沉積形成一個(gè)或多個(gè)阻擋層。當(dāng)然，也可以使用其它的處理系統(tǒng)。
處理系統(tǒng)10通常包括處理室100、氣體面板130、控制單元110、電源106和真空泵102。處理室100通常容納支座150，該支座用于在處理室100內(nèi)支撐例如半導(dǎo)體晶片190的襯底。
在處理室100中，支座150可以通過嵌入的加熱元件170來加熱。例如，支座可以通過從AC電源向加熱元件170提供電流而被電阻加熱。依次，晶片190被支座150加熱，并可以保持在所需的處理溫度范圍內(nèi)，例如，取決于特定的處理，在大約20℃和大約1000℃之間的范圍內(nèi)。
溫度傳感器172如熱電偶可以被嵌入到晶片支座150中以監(jiān)測(cè)支座溫度。例如，所測(cè)得的溫度可以用于反饋回路以控制從電源106施加到加熱元件170的電流，使得晶片溫度可以被保持或被控制在所需的溫度或?qū)τ谀骋惶幚響?yīng)用合適的所需溫度范圍內(nèi)。支座150也可以使用輻射加熱(未示出)或其它加熱方法來加熱。
真空泵102可以被用于從處理室100抽出處理氣體，并且可以用于幫助在處理室100內(nèi)部維持所需的壓力或壓力范圍內(nèi)的所需壓力。穿過處理室100壁的孔120被用于將處理氣體導(dǎo)入到處理室100中?？?20的尺寸通常取決于處理室100的尺寸。
孔120通過閥125被部分地連接到氣體面板130。氣體面板130可以設(shè)置成從兩個(gè)或更多的氣體源135、136通過孔120和閥125向處理室100接收并且然后提供最終的處理氣體。氣體源135、136可以存儲(chǔ)在室溫下呈液態(tài)的前體，隨后，該前體在氣體面板130中時(shí)被加熱，從而將前體轉(zhuǎn)變成蒸氣態(tài)，導(dǎo)入到處理室100中。氣體源135、136也可以適于通過使用載氣提供前體。氣體面板130可以進(jìn)而設(shè)置成從清洗氣體源138通過孔120和閥125向處理室100接收并且然后提供清洗氣體。噴頭160可以連接到孔120，從而向支座150上的晶片190供給處理氣體、清洗氣體或其它氣體。
噴頭160和支座150可以用作用于提供電場(chǎng)而觸發(fā)等離子體的分開的電極。RF電源162可以連接到噴頭160，RF電源163可以連接到支座150，或者RF電源162、163可以分別連接到噴頭160和支座150。匹配網(wǎng)絡(luò)164可以連接到RF電源162、163，可以連接到控制單元110，從而控制提供給RF電源162、163的電力。
控制單元110，如可編程個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等，也可以設(shè)置成在晶片處理程度的不同階段中控制通過氣體面板130以及閥125的不同處理氣體的流動(dòng)。示例性地，控制單元110包括中央處理單元(CPU)112、支持電路114和含有相關(guān)的控制軟件113的存儲(chǔ)器116。除了控制通過氣體面板130的處理氣體，控制單元110可以設(shè)置成負(fù)責(zé)用于晶片處理中其它行為的自動(dòng)控制，如晶片輸送、溫度控制、處理室抽氣，與其它行為一起，其中的一些將在本文的其它位置進(jìn)行描述。
控制單元110可以是用在工業(yè)背景中的任何形式的通用計(jì)算機(jī)處理器中的一種，用于控制不同的處理室和子處理器。CPU112可以使用任何合適的存儲(chǔ)器116，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤，或任何其它形式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，本地的或遠(yuǎn)程的。可以將不同的支持電路連接到CPU112，用于支持系統(tǒng)10。所需的軟件例程113可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器116中或由位于遠(yuǎn)程(未示出)的第二計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行。通過集合地稱作信號(hào)總線118的大量數(shù)字電纜處理控制單元110和晶片處理系統(tǒng)10的各種其它部件之間的雙向通信，其中一些如圖1。
阻擋層形成圖1所述的示例性的處理室可以用于實(shí)施如下的工藝。當(dāng)然，也可以使用其它的處理室。圖2A-2B說明按照本發(fā)明的一個(gè)或更多的方案用于制作互連結(jié)構(gòu)的阻擋層形成的一個(gè)示例性實(shí)施方式。
圖2A是其上沉積有介電層202的襯底200的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。取決于處理階段，襯底200可以是硅半導(dǎo)體晶片或在晶片上形成的其它材料層。介電層202可以是氧化物、氧化硅、碳硅氧化物、氟硅、多孔電介質(zhì)，或其它合適的電介質(zhì)，所述電介質(zhì)被形成和圖案化以提供延伸到襯底200的露出表面部分202T的接觸孔或通路202H。為了清楚，襯底200指在其上進(jìn)行薄膜處理的任何工件，襯底結(jié)構(gòu)250用于表示襯底200以及在襯底200上形成的其它材料層，如介電層202。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以用于雙鑲嵌工藝流程。
圖2B是通過原子層沉積(ALD)在圖2A的襯底結(jié)構(gòu)250上形成阻擋層204的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。優(yōu)選地，阻擋層包括氮化鉭層。可以使用的其它阻擋層材料的例子包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦硅氮化物(TiSiN)、鉭(Ta)、鉭硅氮化物(TaSiN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、鎢硅氮化物(WSiN)，以及其組合。
為了清楚的原因，將參照包含氮化鉭阻擋層的阻擋層的一個(gè)實(shí)施方式來更詳細(xì)地描述阻擋層的沉積。在一個(gè)方面，氮化鉭阻擋層的原子層沉積順序包括向處理室中提供含鉭的化合物和含氮的化合物，如圖1的處理室。順序提供含鉭化合物和含氮化合物可能導(dǎo)致在襯底結(jié)構(gòu)250上交替化學(xué)吸附含鉭化合物的多個(gè)單層和含氮化合物的多個(gè)單層。
圖3A-C說明在集成電路制造階段中在襯底300的示例部分上交替化學(xué)吸附含鉭化合物的多個(gè)單層和含氮化合物的多個(gè)單層，更具體地是在阻擋層形成階段。在圖3A中，通過向處理室如圖1所示的處理室中導(dǎo)入含鉭化合物305的一個(gè)脈沖，在襯底300上化學(xué)吸附含鉭化合物的單層。認(rèn)為用于吸附含鉭化合物305的單層的化學(xué)吸附工藝是自限性的，原因在于由于襯底的表面具有有限數(shù)量的用于化學(xué)吸附含鉭化合物的位置，在給定的脈沖期間僅一個(gè)單層被化學(xué)吸附到襯底300的表面上。一旦有限數(shù)量的位置被含鉭化合物305占據(jù)，將阻止任何含鉭化合物的進(jìn)一步化學(xué)吸附。
含鉭化合物305典型地包括帶有一個(gè)或更多的活性物質(zhì)315的鉭原子310。在一個(gè)實(shí)施方式中，含鉭化合物可以是鉭基有機(jī)金屬前體或其衍生物。優(yōu)選地，有機(jī)金屬前體是戊二甲胺鉭(pentadimethylamino-tantalum)(PDMAT；Ta(NMe2)5)。PDMAT由于許多原因可以具有優(yōu)點(diǎn)。PDMAT相對(duì)穩(wěn)定。PDMAT具有適當(dāng)?shù)恼魵鈮海@使得供給容易。特別地，可以按低鹵化物含量來制造PDMAT。PDMAT的鹵化物含量可以按小于100ppm的鹵化物含量來制造，并且甚至可以按小于30ppm或甚至小于5ppm的鹵化物含量來制造。不希望受理論限制，相信低鹵化物含量的有機(jī)金屬前體是有益的，因?yàn)樽钃鯇又兴柠u化物(如氯)可能侵蝕其上沉積的銅層。
含鉭化合物可以是其它的有機(jī)金屬前體或其衍生物，諸如但不限于戊乙基甲胺鉭(pentaethylmethylamino-tantalum)(PEMATTa[N(C2H5CH3)2]5)、戊二乙胺鉭(pentadiethylamino-tantalum)(PDEATTa(NEt2)5)，以及PEMAT、PDEAT或PDMAT的任何和所有衍生物。其它的含鉭化合物包括但不限于TBTDET(Ta(NEt2)3NC4H9或C16H39N4Ta)和鉭鹵化物，例如TaX5，其中X是氟(F)、溴(Br)或氯(Cl)，及其衍生物。
含鉭化合物可以作為氣體來提供或者在載氣的幫助下來提供?？梢允褂玫妮d氣包括但不限于氦(He)、氬(Ar)、氮(N2)和氫(H2)。
在含鉭化合物的單層被化學(xué)吸附到襯底300之后，過量的含鉭化合物通過向處理室中導(dǎo)入一個(gè)脈沖的清洗氣體從處理室中去除?？梢允褂玫那逑礆怏w包括但不限于氦(He)、氬(Ar)、氮(N2)、氫(H2)和其它氣體。
參照?qǐng)D3B，在清洗處理室之后，向處理室內(nèi)導(dǎo)入一個(gè)脈沖的含氮化合物325。可以單獨(dú)地提供含氮化合物325，或者在載氣的幫助下提供。含氮化合物325可以包括帶有一個(gè)或更多的活性物質(zhì)335的氮原子330。含氮化合物優(yōu)選地包括氨氣(NH3)。其它可以使用的含氮化合物包括但不限于x和y為整數(shù)的NxHy(例如聯(lián)氨(N2H4))，二甲基聯(lián)氨((CH3)2N2H2)，丁基聯(lián)氨(C4H9N2H3)，苯基聯(lián)氨(C6H5N2H3)，其它的聯(lián)氨衍生物，氮等離子體源(例如N2、N2/H2、NH3或N2H4等離子體)，2，2’-偶氮異丁烷((CH3)6C2N2)，乙基疊氮(C2H5N3)，和其它合適的氣體。如果需要，可以使用載氣供給含氮化合物。
含氮化合物325的單層可以化學(xué)吸附在含鉭化合物305的單層上。在原子層沉積(ALD)期間表面上前體的成分和結(jié)構(gòu)并未準(zhǔn)確知道。不希望受理論限制，相信化學(xué)吸附的單層含氮化合物325與單層含鉭化合物305反應(yīng)以形成氮化鉭層309。反應(yīng)物質(zhì)315、335形成可以通過真空系統(tǒng)從襯底表面輸送的副產(chǎn)物340。相信含氮化合物325與含鉭化合物305的反應(yīng)是自限性的，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)單層的含鉭化合物305化學(xué)吸附在襯底表面上。在另一理論中，前體在襯底表面上時(shí)可以處于中間狀態(tài)。此外，所沉積的氮化鉭層也可以含有多于鉭(Ta)和氮(N)簡(jiǎn)單元素的元素；而是，氮化鉭層也可以包含具有碳(C)、氫(H)和/或氧(O)的更復(fù)雜的分子。
在含氮化合物325的單層吸附在含鉭化合物的單層上之后，通過向處理室內(nèi)導(dǎo)入另一脈沖的清洗氣體去除任何過量的含氮化合物。然后，如圖3C所示，如果需要，含鉭化合物和含氮化合物單層的交替化學(xué)吸附的氮化鉭層沉積順序可以重復(fù)，直到達(dá)到所需的氮化鉭厚度。
在圖3A-3C中，氮化鉭層形成被描述為從在襯底上化學(xué)吸附單層的含鉭化合物開始，接著是單層的含氮化合物?？蛇x地，氮化鉭層形成可以從在襯底上化學(xué)吸附單層的含氮化合物開始，接著是單層的含鉭化合物。此外，在可選的實(shí)施方式中，在反應(yīng)氣體的脈沖之間泵抽氣單獨(dú)地可以用于防止反應(yīng)氣體的混合。
對(duì)于含鉭化合物、含氮化合物和清洗氣體的每一個(gè)脈沖，持續(xù)時(shí)間是可變的并取決于所采用的處理室的體積容量以及與之相連的真空系統(tǒng)。例如，(1)較低的氣體壓力需要較長的脈沖時(shí)間；(2)較低的氣體流速需要較長的時(shí)間使室壓上升和穩(wěn)定，需要較長的脈沖時(shí)間；(3)大體積處理室要花費(fèi)較長的時(shí)間填充，較長的時(shí)間使室壓穩(wěn)定，從而需要較長的脈沖時(shí)間。類似地，每個(gè)脈沖之間的時(shí)間也是可變的并取決于處理室的體積容量以及與之相連的真空系統(tǒng)。通常，含鉭化合物或含氮化合物的一個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間對(duì)于化學(xué)吸附一個(gè)單層的該化合物應(yīng)當(dāng)足夠長。通常，清洗氣體的脈沖時(shí)間足夠長，以去除反應(yīng)副產(chǎn)物和/或留在處理室中的任何殘留材料。
通常，對(duì)于含鉭化合物大約1.0秒或更少的脈沖時(shí)間和對(duì)于含氮化合物大約1.0秒或更少的脈沖時(shí)間典型地足以在襯底上化學(xué)吸附交替的單層。對(duì)于清洗氣體大約1.0秒或更少的脈沖時(shí)間典型地足以去除反應(yīng)副產(chǎn)物以及留在處理室中的任何殘留材料。當(dāng)然，可以使用較長的脈沖時(shí)間以確保含鉭化合物和含氮化合物的化學(xué)吸附，并確保反應(yīng)副產(chǎn)物的去除。
在原子層沉積期間，襯底可以大致維持在選定的含鉭化合物的熱分解溫度以下。對(duì)于本文中驗(yàn)證的含鉭化合物，在小于100托優(yōu)選小于50托的處理室壓力下，所使用的示例性加熱器溫度范圍大致在大約20℃和大約500℃之間。當(dāng)含鉭氣體是PDMAT時(shí)，加熱器溫度優(yōu)選在大約100℃和大約300℃之間，更優(yōu)選在大約175℃和大約250℃之間。在其它的實(shí)施方式中，應(yīng)當(dāng)理解可以使用其它的溫度。例如，可以使用高于熱分解溫度的溫度。然而，該溫度應(yīng)當(dāng)被選擇使得多于50％的沉積行為通過化學(xué)吸附過程來進(jìn)行。在另一個(gè)例子中，可以使用高于熱分解溫度的溫度，其中在每一個(gè)前體沉積期間分解量受限制，使得生長模式類似于原子層沉積生長模式。
在處理室中，如在圖1的處理室中通過原子層沉積而沉積氮化鉭層的一個(gè)示例性的工藝順序包括在大約100sccm和大約1000sccm之間優(yōu)選地在大約200sccm和大約500sccm之間的流速下提供戊二甲胺鉭(PDMAT)大約1.0秒或更少的時(shí)間周期，在大約100sccm和大約1000sccm之間優(yōu)選地在大約200sccm和大約500sccm之間的流速下提供氨大約1.0秒或更少的時(shí)間周期，并且在大約100sccm和大約1000sccm之間優(yōu)選地在大約200sccm和大約500sccm之間的流速下提供清洗氣體大約1.0秒或更少。加熱器溫度優(yōu)選地保持在大約100℃和大約300℃之間，處理室壓力在大約1.0和大約5.0托之間。這種工藝提供厚度在大約0.5埃和大約1.0埃每循環(huán)之間的厚度?？梢灾貜?fù)交替的順序，直到達(dá)到所需的厚度。
在一個(gè)實(shí)施方式中，阻擋層如氮化鉭阻擋層被沉積成大約50?；蚋俚膫?cè)壁覆蓋度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，阻擋層被沉積成大約20?；蚋俚膫?cè)壁覆蓋度。在仍另一個(gè)實(shí)施方式中，阻擋層被沉積成大約主0?；蚋俚膫?cè)壁覆蓋度。厚度大約10?；蚋俚淖钃鯇颖徽J(rèn)為是足以防止銅擴(kuò)散的阻擋層。在一個(gè)方面，薄阻擋層的優(yōu)點(diǎn)是可以用于填充具有高長寬比的亞微米或更小的特征。當(dāng)然，可以使用具有大于50埃的側(cè)壁覆蓋度的阻擋層。
阻擋層可以被進(jìn)一步等離子體退火。在一個(gè)實(shí)施方式中，阻擋層可以用氬等離子體或氬/氫等離子體來進(jìn)行等離子體退火。對(duì)于200mm直徑的襯底，提供給RF電極的RF電源可以在大約100W和大約2000W、優(yōu)選地在大約500W和大約1000W之間，對(duì)于300mm直徑的襯底，優(yōu)選在大約1000W和大約2000W之間。處理室的壓力可以小于100托，優(yōu)選地在0.1托和大約5托之間，更優(yōu)選地在大約1托和3托之間。加熱器溫度可以在大約20℃和大約500℃之間。等離子體退火可以在一次循環(huán)、多次循環(huán)或在形成阻擋層之后進(jìn)行。
在上文中，阻擋層原子層沉積的實(shí)施方式被描述成在襯底上反應(yīng)物單層的化學(xué)吸附。本發(fā)明也包括其中反應(yīng)物被沉積成多于或少于一個(gè)單層的實(shí)施方式。本發(fā)明也包括其中反應(yīng)物沒有按自限性的方式沉積的實(shí)施方式。本發(fā)明也包括其中其中阻擋層204主要按化學(xué)氣相沉積工藝沉積的實(shí)施方式，在化學(xué)氣相沉積中反應(yīng)物被順序或同時(shí)供給。本發(fā)明也包括其中阻擋層204按物理氣相沉積工藝沉積的實(shí)施方式，在物理氣相沉積中靶包括待沉積的材料(即氮?dú)庵械你g靶，用于沉積氮化鉭)。
適于沉積籽層的處理室在一個(gè)實(shí)施方式中，籽層可通過任何合適的技術(shù)而沉積，如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、無電沉積或這些技術(shù)的組合。用于沉積籽層的合適的物理氣相沉積技術(shù)包括高密度等離子體物理氣相沉積(HDP PVD)或校準(zhǔn)的或長行程的濺射。一種類型的HDP PVD是自離子化的等離子體物理氣相沉積。能夠自離子化等離子體物理氣相沉積籽層的處理室的一個(gè)例子是SIPTM室，可以從AppliedMaterials，Inc.of Santa Clara，California獲得。在名稱為“RotatingSputter Magnetron Assembly”的美國專利6,183,614中描述了能夠自離子化等離子體物理氣相沉積的處理室的示例性實(shí)施方式，該專利在與本發(fā)明不矛盾的情形下通過引用結(jié)合在本文中。
圖4是可以用于沉積籽層的能夠物理氣相沉積的處理系統(tǒng)410的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖。當(dāng)然，也可以使用其它的處理系統(tǒng)和其它類型的物理氣相沉積。
處理系統(tǒng)410包括真空室412，密封至PVD靶414，該靶由要濺射沉積在晶片416上的材料組成，該晶片固定在加熱器座418上。固定在處理室內(nèi)的罩420保護(hù)處理室412的壁不受所濺射的材料的影響并提供陽極接地面?？蛇x的DC電源422使靶414相對(duì)于罩420負(fù)偏置。
氣體源424通過質(zhì)流控制器426向處理室412提供濺射工作氣體，典型地是化學(xué)惰性的氣體氬。真空系統(tǒng)428將處理室保持在低壓下?；谟?jì)算機(jī)的控制器430控制包括DC電源422和質(zhì)流控制器426的反應(yīng)器。
當(dāng)氬被允許進(jìn)入處理室時(shí)，靶414和罩420之間的DC電壓將氬激發(fā)成等離子體，并且充正電的氬離子被吸引到充負(fù)電的靶414。離子以足夠的能量轟擊靶414，并導(dǎo)致靶原子或原子束從靶414處被濺射。一些靶粒子轟擊晶片416，從而沉積在其上，從而形成靶材料的薄膜。
為了提供有效的濺射，在靶414的背面設(shè)置磁控管432。它具有在磁體434、436附近在處理室內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的相對(duì)的磁體434、436。磁場(chǎng)俘獲電子，為了保持電中性，離子密度也增加，從而鄰近磁控管432在處理室內(nèi)形成高密度等離子體區(qū)438。磁控管432通常繞位于靶414中心處的旋轉(zhuǎn)軸458旋轉(zhuǎn)，從而在靶414的濺射時(shí)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。
座418產(chǎn)生DC自偏置，從等離子體吸引離子化的粒子穿過鄰近晶片416的等離子體鞘。該效應(yīng)可以由座電極418的附加DC或RF偏置來加強(qiáng)，以對(duì)穿過等離子鞘的離子化的粒子朝晶片416附加加速，從而控制濺射沉積的方向性。
籽層形成圖4所示的示例性處理室可以用于實(shí)施以下的工藝。當(dāng)然，可以使用其它的處理室。圖5A-5C是在阻擋層上沉積籽層的示例性實(shí)施方式的示意性截面圖。
圖5A所示的一個(gè)實(shí)施方式包括在圖2B的阻擋層204上沉積銅合金籽層502，以及在籽層502上沉積銅導(dǎo)電材料層506，以填充特征。在本說明書中使用的術(shù)語“銅導(dǎo)電材料層”被限定為包括銅或銅合金的層。銅合金籽層502包括有助于其上隨后的材料沉積的銅金屬合金。銅合金籽層502可以包括銅和第二金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫、其它金屬，以及其組合。第二金屬優(yōu)選包括鋁、鎂、鈦，及其組合，并且更優(yōu)選包括鋁。在某些實(shí)施方式中，銅合金籽層按照具有大約0.001原子百分比、大約0.01原子百分比或大約0.1原子百分比的下限和具有大約5.0原子百分比、大約2.0原子百分比或大約1.0原子百分比的上限的濃度包括第二金屬。在從任何下限到任何上限的范圍內(nèi)的第二金屬的濃度包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。銅合金籽層502中第二金屬的濃度優(yōu)選小于大約5.0原子百分比，以降低銅合金籽層502的電阻。在本說明書中使用的術(shù)語“層”被限定為一個(gè)或更多的層。例如，對(duì)于包括銅和濃度在大約0.001百分比和大約5.0原子百分比之間范圍內(nèi)的第二金屬的銅合金籽層502，銅合金籽層502可以包括多個(gè)層，其中多層的總成分包括銅和濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的第二金屬。為了說明，包括多個(gè)層的銅合金籽層502，其中多層的總成分包括銅和濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的第二金屬，其例子可以包括含第二金屬的第一籽層和含銅的第二籽層，可以包括含銅/第二金屬合金的第一籽層和含銅/第二金屬合金的第二籽層，或者可以包括含銅/第二金屬合金的第一籽層和含銅的第二籽層等。
銅合金籽層502被沉積到對(duì)特征的側(cè)壁的覆蓋度至少大約5埃的厚度，或者被沉積到對(duì)特征的側(cè)壁的覆蓋度至少連續(xù)的厚度。在一個(gè)實(shí)施方式中，銅合金籽層502被沉積在場(chǎng)區(qū)域到大約10埃和大約2000埃之間的厚度，對(duì)于通過物理氣相沉積而沉積的銅合金籽層502，優(yōu)選在大約500埃和大約1000埃之間。
圖5B所示的另一實(shí)施方式包括在圖2B的阻擋層204上沉積銅合金籽層512、在銅合金籽層512上沉積第二籽層514、以及在第二籽層514上沉積銅導(dǎo)電材料層516，以填充特征。銅合金籽層512包括有助于其上隨后沉積材料的銅金屬合金。銅合金籽層512可以包括銅和第二金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫、其它金屬及其組合。第二金屬優(yōu)選包括鋁、鎂、鈦及其組合，并且更優(yōu)選包括鋁。在某些實(shí)施方式中，銅合金籽層按具有大約0.001原子百分比、大約0.01原子百分比或大約0.1原子百分比的下限并且具有大約5.0原子百分比、大約2.0原子百分比或大約1.0原子百分比的上限的濃度包括第二金屬。第二金屬從任何下限到任何上限的范圍內(nèi)的濃度屬于本發(fā)明的范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二籽層514包括非摻雜銅(即純銅)。在一個(gè)方面，由于電阻率低于相同厚度的銅合金籽層512，并且由于較高的耐表面氧化性，使用包括非摻雜銅的第二籽層514。
銅合金籽層512可以在特征的側(cè)壁上被沉積到小于一個(gè)單層的厚度(即亞單層厚度或不連續(xù)層)。在一個(gè)實(shí)施方式中，在場(chǎng)區(qū)域處銅合金籽層512和第二籽層514的結(jié)合厚度在大約10埃和大約2000埃之間，對(duì)于采用物理氣相沉積而沉積的銅合金籽層512和第二籽層514，優(yōu)選在大約500埃和大約1000埃之間。
圖5C所示的另一實(shí)施方式包括在圖2B的阻擋層204上沉積第一籽層523，以及在第二籽層524上沉積銅導(dǎo)電材料層526，以填充特征。第一籽層523包括從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的金屬。優(yōu)選地，第一籽層包括鋁。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二籽層514包括非摻雜銅(即純銅)。
第一籽層523可以在特征的側(cè)壁上被沉積到小于一個(gè)單層的厚度(即亞單層厚度或不連續(xù)層)。在一個(gè)實(shí)施方式中第一籽層被沉積到小于大約50埃側(cè)壁覆蓋度、優(yōu)選小于大約40埃側(cè)壁覆蓋度的厚度，以降低組合籽層的電阻。在場(chǎng)區(qū)域處第一籽層523和第二籽層524的組合厚度在大約10埃和大約2000埃之間，對(duì)于采用物理氣相沉積而沉積的第一籽層523和第二籽層524，優(yōu)選地在大約500埃和大約1000埃之間。
銅合金籽層502、512，第一籽層523或第二籽層514、524可以通過如下的技術(shù)來沉積，包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、無電沉積或這些技術(shù)的組合。通常，如果使用物理氣相沉積技術(shù)來沉積籽層，則如圖4所述的處理室412的處理室包括如靶414的靶，所述靶具有類似于希望沉積的金屬或金屬合金的成分。例如，為了沉積銅合金籽層502、512，靶可以包括銅和第二金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫、其它金屬及其組合。第二金屬優(yōu)選包括鋁。在某些實(shí)施方式中，靶包括按具有大約0.001原子百分比、大約0.01原子百分比或大約0.1原子百分比的下限和具有大約5.0原子百分比、大約2.0原子百分比或大約1.0原子百分比的上限的濃度的第二金屬。從任何下限到任何上限的范圍內(nèi)第二金屬的濃度屬于本發(fā)明的范圍。在另一個(gè)例子中，為了沉積第一籽層523，靶包括從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的金屬。如果籽層通過化學(xué)氣相沉積或原子層沉積來沉積，則如圖1所示的處理室的處理室適于供給要沉積的金屬或金屬合金的合適的金屬前體。
在如圖4所示的處理室的處理室中通過物理氣相沉積來沉積籽層的一個(gè)示例性工藝包括使用要沉積的材料的靶。處理室可以保持在大約0.1毫托和大約10毫托之間的壓力下。靶可以在大約5千瓦和大約100千瓦之間的功率下DC偏置。座可以在大約0和大約1000瓦的功率下RF偏置。座可以不被加熱(即室溫)。
銅導(dǎo)電材料層506、516、526可以通過電鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、無電沉積或這些技術(shù)的組合而沉積。優(yōu)選地，由于在電鍍工藝中可以獲得自下而上的生長，銅導(dǎo)電材料層506、516、526通過電鍍來沉積。在2000年9月5日發(fā)布、名稱為“Electro DepositionChemistry”的美國專利6,113,771中描述了一個(gè)示例性的電鍍方法，并且在不與本發(fā)明矛盾的情形下通過引用結(jié)合在本文中。
已經(jīng)觀察到在與阻擋層上的非摻雜銅籽層相比時(shí)，如銅-鋁籽層的銅合金籽層在阻擋層上具有改善的粘附性。由于銅合金籽層在阻擋層上具有良好的粘附性，銅合金籽層對(duì)于在其上沉積的材料用作良好的浸潤劑。不希望受理論限制，相信銅和銅籽層中的其它金屬的濃度提供具有良好浸潤性能和良好電性質(zhì)的籽層。進(jìn)一步相信由于銅合金籽層對(duì)于其上材料的粘附性提供了改善的界面，可以使用具有小于一個(gè)單層的總厚度的銅合金籽層，只要如非摻雜籽層的第二籽層被沉積在上面以提供至少一個(gè)組合的連續(xù)籽層。
類似地，已經(jīng)觀察到在與阻擋層上的非摻雜籽層相比時(shí)，如鋁籽層的金屬籽層在阻擋層上提供了改善的粘附性。因?yàn)榻饘僮褜釉谧钃鯇由暇哂辛己玫恼掣叫裕饘僮褜訉?duì)于其上沉積的材料用作良好的浸潤劑。不希望受理論限制，相信由于金屬層對(duì)于其上材料的粘附提供了改善的界面，如金屬層上沉積的非摻雜銅籽層，可以使用具有小于一個(gè)單層的總厚度的如鋁籽層的金屬籽層。
本文中公開的籽層在阻擋層上具有改善的粘附性，并且對(duì)于其上沉積的材料具有良好的浸潤性。因此，通過在銅導(dǎo)電材料層沉積期間、在隨后的高溫處理期間、以及在器件使用時(shí)的熱應(yīng)力下減少團(tuán)聚、反浸潤或銅導(dǎo)電材料層中空洞的形成的可能性，籽晶層改善了器件的可靠性。
在一個(gè)方面，籽層可以和任何阻擋層一起使用，并且可以和通過任何技術(shù)沉積的阻擋層一起使用。籽層可以通過任何沉積技術(shù)來沉積。并且，可以通過任何沉積技術(shù)在籽層上沉積如銅導(dǎo)電材料層的導(dǎo)電材料層。
本發(fā)明可以填充具有小于大約0.2微米開口寬度并且具有大于大約4∶1、大約6∶1或大約10∶1的長寬比的窗口的優(yōu)點(diǎn)。
本文中公開的工藝可以在獨(dú)立的處理室中進(jìn)行，或者在具有多個(gè)處理室的多室處理系統(tǒng)中進(jìn)行。圖6是適于進(jìn)行本文中公開的工藝的多室處理系統(tǒng)600的一個(gè)例子的示意性頂視圖。該設(shè)備是一個(gè)ENDURATM系統(tǒng)，并可以從Applied Materials，Inc.，of Santa Clara，California購得。在1993年2月16日發(fā)布、名稱為“Stage VacuumWafer Processing System and Method”(Tepman等人)的美國專利5,186,718中公開了類似的多室處理系統(tǒng)，其中在不與本公開矛盾的情形下通過引用結(jié)合在本文中。系統(tǒng)600的具體實(shí)施方式
用來說明本發(fā)明，不應(yīng)用于限制本發(fā)明的范圍。
系統(tǒng)600通常包括加載閘室602、604，用于把襯底傳送進(jìn)和傳送出系統(tǒng)600。典型地，由于該系統(tǒng)600處于真空下，加載閘室602、604可以將引入系統(tǒng)600的襯底“抽下去”。第一機(jī)械手610可以在加載閘室602、604、處理室612、614、傳送室622、624和其它的室616、618之間傳送襯底。第二機(jī)械手630可以在處理室632、634、636、638和傳送室622、624之間傳送襯底。如果對(duì)于將由系統(tǒng)600進(jìn)行的特定工藝沒有必要，可以從系統(tǒng)600中去除處理室612、614、632、634、636、638。
在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)600被設(shè)置使得處理室634適于沉積銅合金籽層502。例如，用于沉積銅合金籽層502的處理室634可以是一個(gè)物理氣相沉積室、一個(gè)化學(xué)氣相沉積室或一個(gè)原子層沉積室。系統(tǒng)600可以進(jìn)一步設(shè)置成使得處理室632適于沉積阻擋層204，其中銅合金籽層502適于被沉積在阻擋層上。例如，用于沉積阻擋層204的處理室632可以是原子層沉積室、化學(xué)氣相沉積室或物理氣相沉積室。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，處理室632可以是原子層沉積室，如圖1所示的處理室，而處理室634可以是物理氣相沉積室，如圖4所示的處理室。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)600被設(shè)置使得處理室634適于沉積銅合金籽層512，并且使得處理室636適于在銅合金籽層512上沉積第二籽層514。例如，用于沉積銅 合金籽層512的處理室634和/或用于沉積第二籽層的處理室636可以是物理氣相沉積室、化學(xué)氣相沉積室或原子層沉積室。系統(tǒng)600可以進(jìn)一步被設(shè)置使得處理室632適于沉積阻擋層204，其中銅合金籽層512被沉積在阻擋層上。例如，用于沉積阻擋層204的處理室632可以是原子層沉積室、化學(xué)氣相沉積室或物理氣相沉積室。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，處理室632可以是原子層沉積室，如圖1所示的處理室，而處理室634、636可以是物理氣相沉積室，如圖4所示的處理室。
在另一個(gè)實(shí)施方式，系統(tǒng)600被設(shè)置使得處理室634適于沉積金屬籽層523，并且使得處理室636適于在金屬籽層523上沉積第二籽層。例如，用于沉積金屬籽層523的處理室634和/或用于沉積第二籽層524的處理室636可以是物理氣相沉積室、化學(xué)氣相沉積室或原子層沉積室。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步被設(shè)置使得處理室632適于沉積阻擋層204，其中在阻擋層上沉積金屬籽層523。例如，用于沉積阻擋層204的處理室632可以是原子層沉積室、化學(xué)氣相沉積室或物理氣相沉積室。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，處理室632可以是原子層沉積室，如圖1所示的處理室，而處理室634、636可以是物理氣相沉積室，如圖4所示的處理室。
在一個(gè)方面，可以在真空下的多室處理系統(tǒng)中進(jìn)行阻擋層204和籽層(如銅合金籽層502、銅合金籽層512和第二籽層514，或金屬籽層523和第二籽層524)的沉積，以防止空氣或其它的雜質(zhì)進(jìn)入各層中，并保持阻擋層204上的籽結(jié)構(gòu)。
處理室600的其它實(shí)施方式屬于本發(fā)明的范圍。例如，在系統(tǒng)上特定處理室的位置可以改變。在另一個(gè)例子中，單處理室可以適于沉積兩個(gè)不同的層。
實(shí)例實(shí)例1通過原子層沉積在襯底上沉積TaN層，達(dá)到大約20埃的厚度。在TaN層上通過物理氣相沉積沉積籽層，達(dá)到大約100埃的厚度。籽層包括以下組成中的任一個(gè)1)采用含非摻雜銅的靶沉積的非摻雜銅，2)采用含鋁濃度為大約2.0原子百分比的銅-鋁靶沉積的含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅合金，3)采用含錫濃度為大約2.0原子百分比的銅-錫靶沉積的含錫濃度大約2.0原子百分比的銅合金，或4)采用含鋯濃度為大約2.0原子百分比的銅-鋯靶沉積的含鋯濃度大約2.0原子百分比的銅合金。在氮(N2)和氫(H2)的環(huán)境中，所得的襯底在大約380℃下退火大約15分鐘的一段時(shí)間。
掃描電子顯微照片表現(xiàn)出在退火后非摻雜銅層的團(tuán)聚。銅-鋯合金表現(xiàn)出少于非摻雜銅的團(tuán)聚。銅-錫合金表現(xiàn)出少于銅-鋯合金的團(tuán)聚。銅-鋁合金表現(xiàn)出不明顯的團(tuán)聚。
實(shí)例2采用含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅-鋁靶，通過物理氣相沉積將含大約2.0原子百分比的鋁的銅-鋁合金膜沉積在不同的襯底上。所得的襯底包括1)在ALD TaN層上沉積的厚度大約50埃的銅-鋁層，2)在大約100埃的Ta層上沉積到大約50埃厚度的銅-鋁層，3)在ALD TaN層上沉積到大約100埃厚度的銅-鋁層，4)在氮化硅(SiN)層上沉積到大約100埃的厚度的銅-鋁層，和5)在氧化硅層上沉積到大約100埃厚度的銅-鋁層。在氮(N2)和氫(H2)的環(huán)境中，所得的襯底在大約380℃下退火大約15分鐘的一段時(shí)間。掃描電子顯微照片表現(xiàn)出在各種襯底上的銅-鋁合金沒有明顯的團(tuán)聚。
實(shí)例3采用含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅-鋁合金靶，通過物理氣相沉積將含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅-鋁合金膜在ALD TaN層上沉積到50?；?00埃的厚度。在氮(N2)和氫(H2)的環(huán)境中，所得的襯底在大約380℃、大約450℃或大約500℃的溫度下退火大約15分鐘的一段時(shí)間。掃描電子顯微照片表現(xiàn)出對(duì)于在大約380℃或大約450℃溫度下退火的襯底銅-鋁合金沒有明顯的團(tuán)聚。對(duì)于在大約500℃的溫度下退火的襯底銅-鋁合金表現(xiàn)出開始發(fā)生某些反浸潤。
實(shí)例4采用含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅-鋁合金靶，通過物理氣相沉積將含鋁濃度大約2.0原子百分比的銅-鋁合金膜在ALD TaN層上沉積到50?；?00埃的厚度。在氮(N2)和氫(H2)的環(huán)境中，所得的襯底在大約450℃的溫度下退火大約30分鐘的時(shí)間。掃描電子顯微照片表現(xiàn)出對(duì)于在大約450℃溫度下退火30分鐘時(shí)間的襯底銅-鋁合金沒有明顯的團(tuán)聚。
盡管前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，可以想到本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式，而不背離其基本范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于填充特征的方法，包括沉積阻擋層；在阻擋層上沉積籽層，該籽層包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬；以及在籽層上沉積銅導(dǎo)電材料層。
2.一種在阻擋層上沉積籽層、用于隨后在籽層上沉積導(dǎo)電材料層的方法，包括在阻擋層上沉積銅合金籽層，該銅合金籽層包括銅和濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的金屬，所述金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇。
3.一種在阻擋層上沉積籽層、用于隨后在籽層上沉積導(dǎo)電材料層的方法，包括在阻擋層上沉積銅合金籽層，該銅合金籽層包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬；以及在銅合金籽層上沉積第二籽層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的金屬。
7.一種用于在阻擋層上沉積籽層、以便隨后在籽層上沉積導(dǎo)電材料層的方法，包括在阻擋層上沉積第一籽層，該第一籽層包括從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬；以及在第一籽層上沉積第二籽層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述第一籽層被沉積到在亞單層和大約50埃之間的側(cè)壁覆蓋度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述第一籽層被沉積到在亞單層和大約40埃之間的側(cè)壁覆蓋度。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或7的方法，其中所述銅導(dǎo)電材料層被沉積在第二籽層上。
11.一種制備用于銅金屬化的襯底結(jié)構(gòu)的方法，包括沉積阻擋層，達(dá)到大約50?；蚋〉膫?cè)壁覆蓋度；以及在阻擋層上沉積籽層，該籽層包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述阻擋層被沉積到大約20?；蚋〉膫?cè)壁覆蓋度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述阻擋層被沉積到大約10?；蚋〉膫?cè)壁覆蓋度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或11的方法，其中所述籽層包括銅和該金屬的銅合金籽層。
15.一種用于填充特征的方法，包括沉積阻擋層；在阻擋層上沉積銅合金籽層，該銅合金籽層包括銅和濃度在大約0.01原子百分比和5.0原子百分比之間的一種金屬，該金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇；以及在銅合金籽層上沉積銅導(dǎo)電材料層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、11或15的方法，其中所述阻擋層通過從原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)而沉積。
17.一種用于填充特征的方法，包括通過原子層沉積而沉積阻擋層；在阻擋層上沉積銅合金籽層，該銅合金籽層包括銅和濃度在大約0.01原子百分比和5.0原子百分比之間的一種金屬，該金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇；在銅合金籽層上沉積第二籽層；以及在第二籽層上沉積銅導(dǎo)電材料層。
18.根據(jù)權(quán)利要求2、3、15或17的方法，其中所述銅合金籽層通過從物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、無電沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)來沉積。
19.一種用于填充特征的方法，包括通過原子層沉積而沉積阻擋層；在阻擋層上沉積第一籽層，達(dá)到在亞單層和大約50埃之間的側(cè)壁覆蓋度，該第一籽層包括鋁；在第一籽層上沉積第二籽層；以及在第二籽層上沉積導(dǎo)電材料層。
20.根據(jù)權(quán)利要求7或19的方法，其中所述第一籽層通過從物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、無電沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)來沉積。
21.根據(jù)權(quán)利要求3、7、17或19的方法，其中所述第二籽層通過從物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、無電沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)來沉積。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、15、17或19的方法，其中所述銅導(dǎo)電材料層通過從電鍍、無電沉積、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)來沉積。
23.一種制備用于電鍍銅的襯底結(jié)構(gòu)的方法，包括通過原子層沉積而沉積阻擋層；以及在阻擋層上沉積籽層，該籽層包括銅和鋁。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中該籽層包括銅和鋁的銅合金籽層，鋁按在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的濃度存在于銅合金籽層中。
25.根據(jù)權(quán)利要求1、11、23的方法，其中所述籽層包括沉積在阻擋層上的第一籽層和沉積在第一籽層上的第二籽層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述第一籽層包括銅和鋁的銅合金籽層，鋁按在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的濃度存在于銅合金籽層中，并且其中第二籽層包括非摻雜銅。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述銅合金籽層按在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的濃度包括鋁，并且，其中第二籽層包括非摻雜銅。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述銅合金籽層按在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的濃度包括鋁。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述銅合金籽層按在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的濃度包括鋁。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述銅合金籽層按在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的濃度包括鋁。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述第一籽層包括側(cè)壁覆蓋度在亞單層和大約50埃之間的鋁，并且其中第二籽層包括非摻雜銅。
32.根據(jù)權(quán)利要求1、11、15、17、19或23 的方法，其中所述阻擋層包括從鈦、氮化鈦、鈦硅氮化物、鉭、氮化鉭、鉭硅氮化物、鎢、氮化鎢、鎢硅氮化物及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求1或11的方法，其中所述籽層采用從物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、無電沉積及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種技術(shù)來沉積。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述第一籽層包括銅和該金屬的銅合金籽層。
35.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述第一籽層包括該金屬。
36.根據(jù)權(quán)利要求3、7或17的方法，其中所述第二籽層包括非摻雜銅。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述第二籽層包括非摻雜銅。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述第二籽層包括非摻雜銅。
39.一種用于物理氣相沉積籽層的靶，包括銅；和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬，其中該金屬按在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的靶，其中所述金屬按在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的靶，其中所述金屬按在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
42.一種適用于沉積籽層的處理室，包括包含銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬的靶，其中該金屬按在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的處理室，其中所述金屬按在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的處理室，其中所述金屬按在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的濃度存在于靶中。
45.一種用于處理襯底的系統(tǒng)，包括用于沉積銅合金籽層的第一室，其中所述銅合金籽層包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬，其中該金屬按在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比的濃度存在于銅合金中。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的系統(tǒng)，還包括用于沉積阻擋層的第二室，其中所述銅合金籽層被沉積在阻擋層上。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的系統(tǒng)，其中所述第二室從原子層沉積室、化學(xué)氣相沉積室和物理氣相沉積室構(gòu)成的組中選擇。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的系統(tǒng)，其中所述第一室是物理氣相沉積室，而所述第二室是原子層沉積室。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的系統(tǒng)，還包括與所述第一室和所述第二室相聯(lián)系的傳送室。
50.根據(jù)權(quán)利要求46的系統(tǒng)，其中所述室中的至少兩個(gè)是單室。
51.一種用于處理襯底的系統(tǒng)，包括用于沉積銅合金籽層的第一室，其中該銅合金籽層包括銅和從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬，以及用于在銅合金籽層上沉積非摻雜銅籽層的第二室。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的系統(tǒng)，還包括用于沉積阻擋層的第三室，其中所述銅合金籽層被沉積在阻擋層上。
53.一種用于處理襯底的系統(tǒng)，包括用于沉積金屬籽層的第一室，其中該金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇，以及用于在金屬籽層上沉積非摻雜銅籽層的第二室。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的系統(tǒng)，還包括用于沉積阻擋層的第三室，其中所述金屬籽層被沉積在阻擋層上。
55.根據(jù)權(quán)利要求45、51或53的系統(tǒng)，其中所述第一室從物理氣相沉積室、化學(xué)氣相沉積室、原子層沉積室和無電沉積室構(gòu)成的組中選擇。
56.根據(jù)權(quán)利要求51或53的系統(tǒng)，其中所述第二室從物理氣相沉積室、化學(xué)氣相沉積室、原子層沉積室和無電沉積室構(gòu)成的組中選擇。
57.根據(jù)權(quán)利要求52或54的系統(tǒng)，其中所述第三室從原子層沉積室、化學(xué)氣相沉積室和物理氣相沉積室中選擇。
58.根據(jù)權(quán)利要求52或54的系統(tǒng)，其中所述第一室是物理氣相沉積室，所述第二室是物理氣相沉積室，而所述第三室是原子層沉積室。
59.根據(jù)權(quán)利要求52或54的系統(tǒng)，還包括與所述第一室、所述第二室和所述第三室相聯(lián)系的傳送室。
60.根據(jù)權(quán)利要求52或54的系統(tǒng)，其中所述室中的至少兩個(gè)是單室。
61.一種結(jié)構(gòu)，包括其上形成有介電層的襯底，所述介電層具有在其中形成到達(dá)襯底上表面的孔；在介電層中形成的至少一個(gè)阻擋層；在該至少一個(gè)阻擋層上形成的銅合金籽層，所述合金籽層包括銅和濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的金屬，所述金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇；以及在該銅合金籽層上形成的銅導(dǎo)電材料層。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的結(jié)構(gòu)，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的所述金屬。
63.根據(jù)權(quán)利要求61的結(jié)構(gòu)，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的所述金屬。
64.一種結(jié)構(gòu)，包括其上形成有介電層的襯底，所述介電層具有在其中形成到達(dá)襯底上表面的孔；在介電層中形成的至少一個(gè)阻擋層；在該至少一個(gè)阻擋層上形成的銅合金籽層，所述合金籽層包括銅和一種金屬，所述金屬從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇；在銅合金籽層上形成的第二籽層；以及在第二籽層上形成的銅導(dǎo)電材料層。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的結(jié)構(gòu)，其中所述第二籽層包括非摻雜銅。
66.根據(jù)權(quán)利要求64的結(jié)構(gòu)，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.001原子百分比和大約5.0原子百分比之間的所述金屬。
67.根據(jù)權(quán)利要求64的結(jié)構(gòu)，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.01原子百分比和大約2.0原子百分比之間的所述金屬。
68.根據(jù)權(quán)利要求64的結(jié)構(gòu)，其中所述銅合金籽層包括濃度在大約0.1原子百分比和大約1.0原子百分比之間的所述金屬。
69.一種結(jié)構(gòu)，包括其上形成有介電層的襯底，所述介電層具有在其中形成到達(dá)襯底上表面的孔；在介電層上形成的至少一個(gè)阻擋層；在該至少一個(gè)阻擋層上形成的第一籽層，該第一籽層包括從鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種金屬；在第一籽層上形成的第二籽層；以及在該第二籽層上形成的銅導(dǎo)電材料層。
70.根據(jù)權(quán)利要求69的結(jié)構(gòu)，其中所述第二籽層包括非摻雜銅。
71.根據(jù)權(quán)利要求69的結(jié)構(gòu)，其中所述第一籽層具有在亞單層和大約50埃之間的側(cè)壁覆蓋度。
72.根據(jù)權(quán)利要求69的結(jié)構(gòu)，其中所述第一籽層具有在亞單層和大約40埃之間的側(cè)壁覆蓋度。
73.根據(jù)權(quán)利要求61、64或69的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層包括從鈦、氮化鈦、鈦硅氮化物、鉭、氮化鉭、鉭硅氮化物、鎢、氮化鎢、鎢硅氮化物及其組合構(gòu)成的組中選擇的一種材料。
74.根據(jù)權(quán)利要求61、64或69的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層具有大約50?；蚋〉膫?cè)壁覆蓋度。
75.根據(jù)權(quán)利要求61、64或69的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層具有大約20埃或更小的側(cè)壁覆蓋度。
76.根據(jù)權(quán)利要求61、64或69的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋層具有大約10?；蚋〉膫?cè)壁覆蓋度。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及通過沉積阻擋層、在阻擋層上沉積籽層和在籽層上沉積導(dǎo)電層來填充特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層。例如，銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。在另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括沉積在阻擋層上的銅合金籽層和沉積在銅合金籽層上的第二籽層。銅合金籽層可以包括銅和金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。在仍另一個(gè)實(shí)施方式中，籽層包括第一籽層和第二籽層。第一籽層可以包括金屬，如鋁、鎂、鈦、鋯、錫及其組合。第二籽層可以包括金屬，如非摻雜銅。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1575518SQ02821308
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月26日
發(fā)明者程華(音譯), 陳凌(音譯), 于基科(音譯), 常美(音譯) 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司