醇类辅助ALD膜沉积制造技术

描述了选择性地沉积金属在金属表面上相对于在介电表面上的方法。方法包括将金属氧化物表面还原成金属表面且保护介电表面以将介电表面上的沉积予以最小化及暴露基板于金属前驱物和醇类以沉积膜。

Alcohol assisted deposition of ALD films

A method of selectively depositing metal on a metal surface relative to a dielectric surface is described. The method includes reducing the metal oxide surface to the metal surface, and protecting the dielectric surface to minimize deposition on the dielectric surface and exposing the substrate to the metal precursor and the alcohol to deposit the film.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】醇类辅助ALD膜沉积
本公开内容的实施方式大体涉及选择性地沉积膜的方法。更具体地，本公开内容的实施方式涉及使用醇类选择性还原和选择性保护来选择性地沉积膜的方法。
技术介绍
随着芯片特征尺寸缩小到10nm以下，铜互连的集成极富挑战性，特别是在铜阻挡物与铜种晶沉积方面。已知在间隙填充中的共形铜种晶层对于铜电镀的集成是重要的。然而，目前的由PVD与CVD所沉积的工艺铜种晶层无法满足所需要求。通过PVD方法的直接铜填充，即使是通过高温工艺，证明在某些互连几何形态中是困难的。集成工艺的一个困难是铜种晶层应该是连续的膜。对于PVD铜种晶层工艺，膜在沟槽或过孔(via)的侧壁上时常不是连续的且不是共形的。现有的CVD铜膜不是共形的且需要更高的基板温度，更高的基板温度会导致铜在沟槽或过孔内的结块。此外，现有的铜膜具有由金属前驱物的热劣化产生的杂质。典型的铜膜可具有在2至10范围内的原子百分比的碳与氮。所以，本
需要选择性地沉积金属膜于金属表面上相对于介电表面上的方法。
技术实现思路
本公开内容的一个或更多个实施方式涉及沉积膜的方法。所述方法包括将基板暴露于第一反应性气体和第二反应性气体，其中所述第一反应性气体包括铜、钴、镍或钨的一种或多种，所述第二反应性气体包括醇类。本公开内容的额外实施方式涉及沉积膜的方法，所述方法包括：提供基板，所述基板具有第一基板表面和第二基板表面，所述第一基板表面包括金属氧化物，所述第二基板表面包括电介质。所述基板依序地被暴露于第一反应性气体和第二反应性气体，其中所述第一反应性气体包括铜、钴、镍或钨的一种或多种，所述第二反应性气体包括醇类。本公开内容的进一步实施方式涉及沉积膜的方法，所述方法包括提供基板，所述基板具有第一基板表面和第二基板表面，所述第一基板表面包括金属氧化物，所述第二基板表面包括电介质。所述基板被暴露于预处理，所述预处理包括在处理腔室的第一工艺区域中的醇类，以将所述金属氧化物还原成第一金属并且形成烷氧基封端的介电表面。所述基板从所述第一工艺区域侧向地(laterally)被移动通过气帘(gascurtain)到第二工艺区域。所述基板被暴露于位于所述第二工艺区域中的第一反应性气体。所述第一反应性气体包括铜、钴、镍或钨的一种或多种。所述基板从所述第二工艺区域侧向地被移动通过气帘到第三工艺区域。所述基板被暴露于位于所述第三工艺区域中的第二反应性气体，所述第二反应性气体包括第二醇类。所述第一醇类与所述第二醇类各独立地选自由甲醇、乙醇、1-丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、1-戊醇、异戊醇、环戊醇、1-己醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、1-十四醇、1-十八醇、丙烯醇(2-丙基-1-醇)、巴豆醇(顺式或反式)、甲基乙烯基甲醇、苯甲醇、α-苯基乙醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1-丙醇(新戊醇)、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、1,2-丙二醇(丙烯二醇(propyleneglycol))、2-丁醇、β-苯基乙醇、二苯基甲醇、及上述的组合所构成的组。附图说明可通过参照实施方式来详细理解本公开内容的上述特征，其中这些实施方式的一些实施方式在附图中示出，本公开内容的上述特征简短地在前面概述过，以下将进行更具体地描述。但是应注意的是，附图仅示出本公开内容的典型实施方式，并且因此附图不应被视为对本公开内容的范围构成限制，这是因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。图1A～1D显示根据本公开内容的一个或更多个实施方式的处理方法；和图2显示根据本公开内容的一个或更多个实施方式的批处理腔室的实施方式。具体实施方式本公开内容的实施方式提供沉积膜的方法，所述方法包括在金属沉积之前的一个额外的预处理工艺。本公开内容的实施方式使用单一试剂或单一工艺步骤以便达到两个目的：还原金属氧化物(例如氧化铜)成金属(例如铜)且保护电介质的表面。单一工艺可被执行在一个工艺温度下。此外，在金属氧化物还原与通过例如烷氧基的介电表面保护之后，金属前驱物实质上不会与介电表面反应。这避免或最小化在介电表面上的金属沉积，及改善金属沉积的选择性。如在本说明书与随附的权利要求书中所使用的，术语“基板”与“晶片”可交替地被使用，两者皆指在其上进行工艺的表面或表面的一部分。本领域的技术人员亦将理解的是对基板的参考也可以对基板的一部分的参考，除非文章中另有清楚指明。此外，沉积在基板上的意思可以指裸基板与具有一个或更多个膜或特征沉积或形成在其上的基板。如在此所使用的“基板”是指任何基板或形成在基板上的材料表面，其中在制造工艺期间在其上执行膜处理。例如，根据应用，可于其上执行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(silicononinsulator,SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石(sapphire)及任何其他材料(诸如金属、金属氮化物、金属合金及其他导电材料)之类的材料。不受限制，基板包括半导体晶片。基板可被暴露于预处理工艺，以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火和/或烘烤基板表面。除了在基板本身的表面上直接的膜处理，在本专利技术中，任何所披露的膜处理步骤亦可被执行在形成于基板上的下层上(如以下更详细地披露的)，并且术语“基板表面”意在包括如文章中所指出的这样的下层。因此，例如，当膜/层或部分膜/层已经被沉积在基板表面上时，新沉积的膜/层的暴露表面变成基板表面。所给予的基板表面包括什么将取决于待沉积什么膜以及使用的具体化学品。在一个或更多个实施方式中，第一基板表面将包括金属，并且第二基板表面将包括电介质，或反之亦然。在一些实施方式中，基板表面可包括特定官能团(例如-OH、-NH等)。同样地，可被用在于此所述的方法中的膜是非常有变化性的。在一些实施方式中，膜可包括金属或基本上由金属构成。金属膜的实例包括但不限于钴(Co)、铜(Cu)、镍(Ni)、钨(W)等。在一些实施方式中，膜包括电介质。实例包括SiO2、SiN、HfO2等。如在本说明书与随附的权利要求书中所使用的，术语“反应性气体”、“前驱物”、“反应物”与诸如此类者可交替地使用，是指一气体，所述气体包括会和基板表面发生反应的物种。例如，第一“反应性气体”可仅吸附到基板的表面上，并且可用于进一步的和第二反应性气体的化学反应。本公开内容的一个或更多个实施方式含有醇类，以作为还原试剂而将金属氧化物(例如氧化铜)还原为金属(例如铜)，并且作为保护试剂而通过将官能团(例如羟基)取代成烷氧基来保护介电表面。本公开内容的一些实施方式是气相工艺。在一个或更多个实施方式中，工艺发生在单一温度下。在金属氧化物还原与通过烷氧基的介电表面保护之后，金属前驱物(例如钴前驱物)几乎不会或不会与介电表面发生反应。由于几乎不会或不会发生反应，可避免金属前驱物沉积在介电表面上。所以，本公开内容的一个或更多个实施方式改善了金属沉积的选择性。在一些实施方式中，工艺温度是在约140℃至约300℃的范围中。一些实施方式的醇类是伯醇(例如乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、3-甲基-1-丁醇)和/或仲醇(例如异丙醇、2-丁醇、2-戊醇、3-戊醇、2-己醇、3-己醇、环戊醇、环己醇)。适当的醇类可在工艺温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉积膜的方法，所述方法包括将基板暴露于第一反应性气体和第二反应性气体，其中所述第一反应性气体包括铜、钴、镍或钨的一种或多种，所述第二反应性气体包括醇类。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.21 US 62/082,9441.一种沉积膜的方法，所述方法包括将基板暴露于第一反应性气体和第二反应性气体，其中所述第一反应性气体包括铜、钴、镍或钨的一种或多种，所述第二反应性气体包括醇类。2.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板同时暴露于所述第一反应性气体和所述第二反应性气体。3.如权利要求1所述的方法，其中将所述基板依序地暴露于所述第一反应性气体和所述第二反应性气体。4.如权利要求3所述的方法，其中将所述基板在处理腔室内从包括所述第一反应性气体的第一工艺区域侧向地移动通过气帘到包括所述第二反应性气体的第二工艺区域。5.如权利要求4所述的方法，其中在所述基板的侧向移动期间，所述基板的部分同时暴露于所述第一反应性气体、所述气帘和所述第二反应性气体。6.如权利要求1至5所述的方法，其中所述基板在小于约250℃的温度下暴露于所述第一反应性气体和所述第二反应性气体。7.如权利要求6所述的方法，其中所述温度小于约200℃。8.如权利要求1至5所述的方法，其中所述醇类包括伯醇或仲醇的一种或多种。9.如权利要求8所述的方法，其中所述醇类选自由甲醇、乙醇、1-丙醇、异丙醇、1-丁醇、1-戊醇、异戊醇、环戊醇、1-己醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、1-十四醇、1-十八醇、丙烯醇(2-丙基-1-醇)、巴豆醇(顺式或反式)、甲基乙烯基甲醇、苯甲醇、α-苯基乙醇、1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1-丙醇(新戊醇)、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、1,2-丙二醇(丙烯二醇)、2-丁醇、β-苯基乙醇、二苯基甲醇、及上述的组合所构成的组。10.如权利要求8所述的方法，其中所述醇类具有以下通式其中R和R’各独立地选自由氢、烷类、烯类、炔类、环烷类、环烯类、环炔类、及具有碳原子在1至20范围中的芳香族构成的组。11.如权利要求1至5所述的方法，其中所述第一反应性气体包括二羰基环戊二烯钴(CpCoCO)、二钴六羰基叔丁基乙炔(CCTBA)、双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚烯酮亚胺)钴、双(二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凤全，张镁，戴维·汤普森，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US