本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，尤其涉及半導體制造設備以及制造方法。

背景技術(shù)：

隨著半導體制造工藝的節(jié)點繼續(xù)縮小，需要電阻更低且粘附性更好的成核層。另一方面，物理氣相沉積(pvd)由于其臺階覆蓋性相對較差，因而隨著關(guān)鍵尺寸的減小，需要采用原子層沉積(ald)取代pvd，以形成良好的保形沉積。

盡管ald幾乎具有100％的臺階覆蓋率，但是其難以避免所沉積的膜中的雜質(zhì)，比如鹵素、氧和碳等。而這些雜質(zhì)將使得膜以及器件的電學特性以及電磁(em)特性劣化。

在常規(guī)的當前節(jié)點的制造工藝中，已經(jīng)使用了先進預清洗(advancepre-clean，apc)技術(shù)，來去除濕法刻蝕之后殘余的聚合物和金屬(比如，銅)氧化物。然而，由于apc利用等離子體進行預清洗，這會導致低k介質(zhì)的損傷。

因此，存在對能夠減輕或者消除上述問題的制造設備和制造方法的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

至少針對上面所述的一個或多個技術(shù)問題，提出了本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種半導體制造設備，包括：殼體，所述殼體形成封閉的腔，待加工襯底設置在所述腔中；噴淋頭，設置在所述殼體上，用于從所述殼體外向所述腔內(nèi)提供氣體，所述氣體包括工藝氣體；以及熱絲，設置在所述噴淋頭和待加工襯底之間， 在工作時所述熱絲被加熱，其中，來自噴淋頭的所述氣體流過所述熱絲，所述熱絲使得所述工藝氣體離子化，以及其中，被離子化的氣體被提供到所述待加工襯底，以用于對所述襯底或所述襯底的一部分執(zhí)行熱絲輔助的等離子輔助預清洗或用于熱絲輔助的原子層沉積。

優(yōu)選地，所述設備還包括：熱板，設置在所述腔中，用于支撐所述待加工襯底并對所述待加工襯底進行加熱。

優(yōu)選地，所述熱板的溫度為150攝氏度至400攝氏度。

優(yōu)選地，所述設備還包括：排氣裝置，用于抽吸腔內(nèi)的氣體將其排出到殼體外，以及氣壓控制裝置，用于控制腔內(nèi)的氣壓。

優(yōu)選地，在所述設備被用于熱絲輔助的等離子輔助預清洗時，所述工藝氣體包括氮氣和/或氫氣，以及熱絲的溫度為900攝氏度至1700攝氏度。

優(yōu)選地，在所述設備被用于熱絲輔助的原子層沉積時，所述工藝氣體包括所述工藝氣體包括氨氣以及包含金屬元素的前體氣體，熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度。

優(yōu)選地，所述前體氣體包括ta[n(ch3)2]5、ru(c5h5)2或co(c5h5)2。

優(yōu)選地，在所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗和所述熱絲輔助的原子層沉積過程中，所述腔內(nèi)的氣壓為小于1torr。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，還提供了一種制造半導體裝置的方法，包括以下步驟：(a)提供襯底，所述襯底包括嵌入在電介質(zhì)層中的導電層，所述導電層的上表面露出；(b)在所述襯底上形成層間電介質(zhì)層，所述層間電介質(zhì)層具有開口，所述開口使所述導電層的至少一部分暴露；(c)對所述開口和所述導電層的暴露的部分進行熱絲輔助的等離子輔助預清洗；(d)在所述預清洗之后，通過熱絲輔助的原子層沉積在所述導電層的暴露的部分和所述開口的側(cè)壁上形成導電的緩沖阻擋層；(e)在所述緩沖阻擋層上形成金屬材料，以填充所述開口。

優(yōu)選地，所述緩沖阻擋層包括：阻擋層，用于防止所述金屬材料的擴散；以及緩沖層，位于所述阻擋層上，用于增加阻擋層與所述金屬材料之間的接合。

優(yōu)選地，所述阻擋層由氮化鉭(tan)形成；以及所述緩沖層由鈷(co)或釕(ru)形成。

優(yōu)選地，形成金屬材料的步驟(e)包括：在緩沖阻擋層上形成金屬的籽晶層；以及在所述籽晶層上鍍金屬材料，以填充所述開口。

優(yōu)選地，所述層間電介質(zhì)層包括：在所述電介質(zhì)層上的第一層間電介質(zhì)層，所述第一層間電介質(zhì)層由摻雜氮的碳化硅形成；以及在所述第一層間電介質(zhì)層上的第二層間電介質(zhì)層，所述第二層間電介質(zhì)層由低k含硅有機材料形成。

優(yōu)選地，所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗的工藝條件包括：工藝氣體包括氫氣，或者包括氮氣和氫氣；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度，其中，所述工藝氣體在被所述熱絲離子化后到達所述襯底，從而對所述開口和所述導電層的暴露的部分進行所述預清洗。

優(yōu)選地，所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含金屬元素的前體氣體；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度，其中，所述工藝氣體在被所述熱絲離子化后到達所述襯底，從而在所述導電層的暴露的部分和所述開口的側(cè)壁上形成所述導電的緩沖阻擋層。

優(yōu)選地，在所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗和所述熱絲輔助的原子層沉積過程中，所述襯底被設置在腔內(nèi)的熱板上，所述熱板的溫度為150攝氏度至400攝氏度。

優(yōu)選地，在所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗和所述熱絲輔助的原子層沉積過程中，所述襯底被設置在腔內(nèi)，所述腔內(nèi)的氣壓為小于1torr。

優(yōu)選地，所述阻擋層由氮化鉭(tan)形成。優(yōu)選地，所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含ta 元素的前體氣體；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度；其中，所述前體氣體包括ta[n(ch3)2]5。

優(yōu)選地，所述緩沖層由釕(ru)形成。優(yōu)選地，所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含ru元素的前體氣體；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度；其中，所述前體氣體包括ru(c5h5)2。

優(yōu)選地，所述緩沖層由鈷(co)形成。優(yōu)選地，所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含co元素的前體氣體；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度；其中，所述前體氣體包括co(c5h5)2。

優(yōu)選地，在熱絲輔助的原子層沉積中，在四個階段分別提供氦氣體和包含金屬元素的前體氣體、氦氣體、氨氣、以及氦氣體。

根據(jù)本公開，提供了新穎的熱絲輔助的制造設備以及制造方法。其可以提供良好的臺階覆蓋同時減少雜質(zhì)引入，可以改善膜以及器件的電學特性以及電磁(em)特性，和/或可以改善清洗技術(shù)，減小或者消除對低k介質(zhì)的損傷。

從下面結(jié)合附圖的具體描述，本發(fā)明的其他的優(yōu)點、目的、方面將變得更加明了。

附圖說明

本申請包含附圖。附圖與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。通過參考附圖閱讀下面的詳細描述，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體制造設備的示意圖；

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體制造設備的示意圖；

圖3至圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制造方法的若干階段的示意圖；以及

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制造方法的流程圖。

應理解，這些附圖僅僅是示例性的，而不是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，各組成部分并未嚴格按比例或嚴格按實際形狀示出，其中的某些組成部分(例如，層或部件)可以被相對于其他的一些放大，以便更加清楚地說明本發(fā)明的原理。并且，那些可能導致使得本發(fā)明的要點模糊的細節(jié)并未在附圖中示出。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實施例。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體制造設備100的示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導體制造設備100包括腔體殼體101，所述殼體101形成封閉的腔。待加工襯底107設置在所述腔中。

設備100還包括噴淋頭103，其設置在所述殼體101上，用于從所述殼體外向所述腔內(nèi)提供氣體。在一些實現(xiàn)方式中，所述氣體可以包括工藝氣體。在其他實現(xiàn)方式，所述氣體可以包括工藝氣體以及載體氣體等。優(yōu)選地，氣體的溫度為80到110攝氏度，例如100攝氏度。根據(jù)設備的不同的用途，工藝氣體可以包括氫氣或者氮氣和氫氣；或者可以包括氨氣以及包含金屬元素的前體氣體。所述前體氣體可以包括不同金屬絡合物，例如五(二甲氨基)鉭(v)(pdmat)、co(c5h5)2、或ru(c5h5)2，等等。載體氣體可以為氦(he)氣等惰性氣體。

設備100還包括熱絲105。熱絲105設置在噴淋頭103和待加工襯底107之間。在工作時熱絲被加熱到一定溫度。作為示例，在某些實現(xiàn)方式中，工作時熱絲的溫度可以為約900攝氏度至約1700攝氏度，例如約1350攝氏度。來自噴淋頭的氣體流過熱絲，如圖1中的箭頭所示。熱絲103使得氣體(例如，工藝氣體)離子化。這里，應理解，氣體與熱絲的直接接觸并非是氣體離子化的必要條件，氣體接受到熱絲的熱輻射也可以使得氣體離子化。被離子化的氣體被提供到 待加工襯底107，例如，以用于對所述襯底或所述襯底的一部分執(zhí)行熱絲輔助的等離子輔助預清洗或用于熱絲輔助的原子層沉積。

熱絲的材料可以根據(jù)設備的用途而不同或者替換。例如，熱絲可以由鎢、釕、鈦等形成。應理解，這些材料的示例僅僅是示例性的，而不是對本發(fā)明的限制。對于熱絲的形狀也沒有特定的限制，其可以被配置成折線形狀、卷繞的形狀、類網(wǎng)格形狀等等。

設備100還可以包括熱板109。熱板109設置在所述腔中，用于支撐所述待加工襯底107并對所述待加工襯底107進行加熱。在某些實施例中，工作時熱板的溫度可以為約150至約400攝氏度，例如約250攝氏度。

設備100還可以包括排氣裝置111/113，以用于抽吸腔內(nèi)的氣體將其排出到殼體外。在圖1所示的示例中，排氣裝置113可以包括各種適合使用的泵，例如圖中所示的渦輪分子泵(tmp)113和/或旋轉(zhuǎn)流體泵117。渦輪分子泵tmp對于控制腔內(nèi)的真空度是優(yōu)選的，其可以將氧氣和反應副產(chǎn)物等從反應腔中排出。

設備100還可以包括替代的或另外的氣壓控制裝置，以用于控制腔內(nèi)的氣壓。在圖1所示的示例中，該氣壓控制裝置可以包括氣壓控制器115,以及泵117。氣壓控制器115可以檢測腔內(nèi)的氣壓，并根據(jù)所檢測到的氣壓來控制泵117的泵浦，從而控制腔內(nèi)的氣壓。

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體制造設備200的示意圖。設備200的配置基本與圖1所示的設備100的相同，因此其與設備100相同的部件用相同的附圖標記指示。設備200與設備100的不同之處在于：設備200中噴淋頭103、熱絲105以及待加工襯底107呈橫向配置，而在設備100中噴淋頭103、熱絲105以及與待加工襯底107呈縱向配置，并且設備200中熱絲(離子源)和基板的距離大于設備100中的熱絲(離子源)和基板的距離。這里省略對設備200的各部件的細節(jié)的重復描述。

從而，圖2的實施例中對基板的溫度控制更好，從而更好地控制 基板溫度，使得不會導致隨著沉積過程的持續(xù)而引起基板溫度上升過高。這里需要說明的是，本發(fā)明對于熱絲與基板(或者承載基板的熱板)之間的距離沒有特別限制，只要其不會導致隨著沉積過程的持續(xù)而引起基板溫度上升過高即可。而基板溫度上升過高可能會導致源氣體在吸附過程中分解，從而導致類似cvd的沉積過程，而得不到ald過程。

根據(jù)本發(fā)明的設備100和200可以用于對待加工襯底進行熱絲輔助的預清洗(也稱為hot-wire-assisted(hw)-apc，hw-apc)和/或熱絲輔助的原子層沉積(也稱為hw-ald)。

在設備用于hw-apc工藝時，工藝氣體可以為氫氣或氮氣和氫氣。氫氣的氣體流量可以為例如30sccm。這里，對于氮氣和/或氫氣的氣體流量沒有特別限制，例如，氮氣和/或氫氣的氣體流量可以為30sccm。這里對于氮氣和氫氣的氣體流量比也沒有特別限制，其可以從0到1。本領域技術(shù)人員可以容易地根據(jù)需要進行設置。熱絲的溫度可以為900攝氏度至1700攝氏度，例如1350攝氏度。工藝氣體可以在經(jīng)所述熱絲離子化后到達所述襯底。換而言之，使包括氫氣的工藝氣體或者包括氮氣和氫氣的工藝氣體，在被溫度為900攝氏度至1700攝氏度的熱絲離子化后，到達所述襯底。優(yōu)選地，腔內(nèi)的氣壓小于1torr，例如為0.2torr?？蛇x地，熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如為250攝氏度。熱板可以使得襯底及襯底附近的的溫度基本與熱板的溫度相同或相近。

在設備用于氮化鉭(tan)的熱絲輔助輔助的原子層沉積(hw-ald)時，工藝氣體可以包括五(二甲氨基)鉭(v)(ta[n(ch3)2]5，pdmat)和氨氣(nh3)，其中pdmat作為前體，nh3作為與前體反應的反應氣體。可以用氦氣體(he)作為載體。在一個實施方式中，可以以四個階段來進行hw-ald，在四個階段分別經(jīng)噴淋頭向腔內(nèi)通入氦氣體和pdmat、氦氣體、nh3、以及氦氣體。在一個更具體的實現(xiàn)示例中，氦氣體和pdmat、氦氣體、nh3、以及氦氣體的流量可以分別為30sccm。熱絲的溫度可以為900攝氏度至1700攝 氏度。工藝氣體可以在經(jīng)所述熱絲離子化后到達所述襯底。換而言之，使所述工藝氣體在被加熱到溫度為900攝氏度至1700攝氏度的熱絲離子化后到達所述襯底。優(yōu)選地，熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如為250攝氏度，從而反應溫度可以為襯底溫度或者接近襯底溫度，例如250攝氏度。優(yōu)選地，腔內(nèi)氣壓可以為小于1torr，例如為0.2torr。

在設備用于鈷(co)的hw-ald時，工藝氣體可以包括co(c5h5)2和nh3，其中co(c5h5)2作為前體，nh3作為與前體反應的反應氣體。在一個實施方式中，可以以四個階段來進行hw-ald，在四個階段分別經(jīng)噴淋頭向腔內(nèi)通入為he和co(c5h5)2,、氦氣體、nh3氣體、和氦氣體。在一個更具體的實現(xiàn)示例中，氦氣體和co(c5h5)2、氦氣體、nh3、以及氦氣體的流量可以分別為30sccm。熱絲的溫度可以為900攝氏度至1700攝氏度。工藝氣體可以在經(jīng)所述熱絲離子化后到達所述襯底。換而言之，使所述工藝氣體在被加熱到溫度為900攝氏度至1700攝氏度的熱絲離子化后到達所述襯底。優(yōu)選地，熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如為250攝氏度，從而反應溫度可以為例如250攝氏度。優(yōu)選地，腔內(nèi)氣壓可以為小于1torr，例如為0.2torr。

在設備用于釕(ru)的hw-ald時，工藝氣體可以包括ru(c5h5)2和nh3，其中ru(c5h5)2作為前體，nh3作為與前體反應的反應氣體。在一個實施方式中，可以以四個階段來進行hw-ald，在四個階段分別經(jīng)噴淋頭向腔內(nèi)通入為he和ru(c5h5)2,、氦氣體、nh3氣體、和氦氣體。在一個更具體的實現(xiàn)示例中，氦氣體和ru(c5h5)2,、氦氣體、nh3、以及氦氣體的流量可以分別為30sccm。熱絲的溫度可以為900攝氏度至1700攝氏度。工藝氣體可以在經(jīng)所述熱絲離子化后到達所述襯底。換而言之，使所述工藝氣體在被加熱到溫度為900攝氏度至1700攝氏度的熱絲離子化后到達所述襯底。優(yōu)選地，熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如為250攝氏度，從而反應溫度可以為例如250攝氏度。優(yōu)選地，腔內(nèi)氣壓可以 為小于1torr，例如為0.2torr。

類似地，在進行hw-ald時，對于各成分的氣體流量以及氣體流量比也沒有特別限制，本領域技術(shù)人員可以容易地根據(jù)需要進行設置。

圖3至圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制造方法的若干階段的示意圖。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制造方法的流程圖。下面結(jié)合圖9和圖3-8說明根據(jù)本發(fā)明實施例的制造方法。

參照圖9，在步驟s901，提供襯底，所述襯底包括嵌入在電介質(zhì)層中的導電層，所述導電層的上表面露出。如圖3所示，襯底301包括電介質(zhì)層303以及嵌入在電介質(zhì)層303中的導電層305。所述導電層305的上表面露出。優(yōu)選地，所述導電層與305所述電介質(zhì)層303的上表面基本齊平。導電層305可以包括導電插塞(plug)、導電布線(例如，金屬布線)、或其它形式的導電層，等等。

接著，參照圖9，在步驟s903，在所述襯底上形成層間電介質(zhì)層，所述層間電介質(zhì)層具有開口，所述開口使所述導電層的至少一部分暴露。如圖4所示，在襯底301上形成層間電介質(zhì)層。在一個更具體的示例中，層間電介質(zhì)層包括第一電介質(zhì)層401和第二電介質(zhì)層403。第一電介質(zhì)層401可以由例如摻雜n的碳化硅(n-dopedsiliconcarbide，ndc)形成，而第二電介質(zhì)層403可以由低k含硅有機材料形成，例如由sicoh(其也被稱為黑金剛石)材料形成。應理解，本發(fā)明并不限于此。所述層間電介質(zhì)層具有開口405，開口405使所述導電層305的至少一部分暴露。

接著，參照圖9，在步驟s905，對開口405和導電層305的暴露的部分進行熱絲輔助的等離子輔助預清洗(hw-apc)，例如，利用根據(jù)前面所述的實施例的制造設備或工藝來進行所述預清洗。例如，如前所述的，用于hw-apc工藝的工藝氣體包括氫氣，或者包括氮氣和氫氣，熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度，所述工藝氣體在被所述熱絲離子化后到達所述襯底，從而對襯底進行hw-apc 處理。優(yōu)選地，在所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗過程中，所述襯底被設置在腔內(nèi)的熱板上，所述熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如，可以為250攝氏度。優(yōu)選地，襯底所處的腔內(nèi)的氣壓可以為小于1torr，例如為0.2torr。

參照圖9，在步驟s907，在所述預清洗之后，通過熱絲輔助的原子層沉積工藝在所述導電層的暴露的部分和所述開口的側(cè)壁上形成導電的緩沖阻擋層。在一些實施例中，所述緩沖阻擋層可以包括：阻擋層，用于防止所述金屬材料的擴散；以及緩沖層，位于所述阻擋層上，用于增加阻擋層與所述金屬材料之間的接合。例如，利用根據(jù)前面所述的實施例的制造設備或工藝來進行所述hw-ald。之后，在步驟s909，在所述緩沖阻擋層上形成金屬材料，以填充所述開口。作為示例，圖5-8示出了上述步驟s908和s909的一種具體的實現(xiàn)方式。

如圖5所示，在所述預清洗之后，通過熱絲輔助的原子層沉積工藝在圖4所示的結(jié)構(gòu)上形成導電的阻擋層501。這里，阻擋層501形成在所述導電層305的暴露的部分和所述開口405的側(cè)壁上，以及在第二電介質(zhì)層403的上表面上。在一個具體實現(xiàn)方式中，阻擋層501可以由tan形成，其通過熱絲輔助的原子層沉積工藝沉積形成。所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含金屬元素(這里，ta)的前體氣體(例如，pdmat)；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度；其中，所述工藝氣體在被所述熱絲離子化后到達所述襯底。優(yōu)選地，在所述熱絲輔助的等離子輔助預清洗過程中，所述襯底被設置在腔內(nèi)的熱板上，所述熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如，可以為250攝氏度。優(yōu)選地，襯底所處的腔內(nèi)的氣壓可以為小于1torr，例如為0.2torr。

接著，如圖6所示，在阻擋層501上，通過hw-ald形成緩沖層601。在一個具體實現(xiàn)方式中，緩沖層601可以由co或ru形成，其可以通過如前所述的熱絲輔助的原子層沉積工藝沉積形成。例如，所述熱絲輔助的原子層沉積的工藝條件包括：工藝氣體包括氨氣以及包含金屬元素(這里，co或ru)的前體氣體(例如，相應地，co(c5h5)2 或ru(c5h5)2)；熱絲的加熱溫度為900攝氏度至1700攝氏度；其中，所述工藝氣體在被所述熱絲離子化后到達所述襯底。優(yōu)選地，在所述hw-ald過程中，所述襯底被設置在腔內(nèi)的熱板上，所述熱板的溫度可以為150攝氏度至400攝氏度，例如，可以為250攝氏度。優(yōu)選地，襯底所處的腔內(nèi)的氣壓可以為小于1torr，例如為0.2torr。

之后，如圖7所示，在阻擋層601上形成金屬材料701，以填充所述開口405。這里，可以如下來形成金屬材料層701：在緩沖阻擋層上形成金屬(例如、銅、鎢、鋁等)的籽晶層；以及在所述籽晶層上鍍該金屬材料，以填充所述開口。

之后，如圖8所示，對圖7所示的結(jié)構(gòu)進行平坦化(例如，化學機械拋光(cmp)或回刻，以去除開口之外的不需要的緩沖導電層部分和金屬材料層的部分。從而，形成填充所述開口的導電結(jié)構(gòu)，其包括：在導電層305的表面和開口的側(cè)壁上的導電緩沖層(501和601)，以及導電緩沖層上的金屬材料801。

本領域技術(shù)人員將理解，實現(xiàn)圖9的步驟s907和s909的方法并不限于本申請圖5-8所示的示例。根據(jù)本申請的教導，本領域技術(shù)人員將明了多種其它的實現(xiàn)方式。

以上參考附圖描述了本發(fā)明的實施例。然而，應當理解，這些實施例僅是示例性，而不是對本申請權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的實施例可以自由地進行組合，而不超出本發(fā)明的范圍。另外，本領域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導可以對本發(fā)明的實施例和細節(jié)等進行多種修改而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，所有這些修改都被包括在下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。