用于扩散阻挡层形成的方法和湿式化学组成技术

本公开提供了一种通过湿式工艺在电介质或半导体衬底上形成扩散阻挡层的方法。该方法包括以下步骤：用水性预处理溶液处理该电介质或半导体衬底，该水性预处理溶液包含一种或多种吸附促进成分并且能够制备用于在其上沉积该扩散阻挡层的衬底；以及使经处理的电介质或半导体衬底与包含锰化合物和无机pH缓冲液(任选地，含有一种或多种掺杂金属)的沉积溶液接触以在该电介质或半导体衬底上沉积该扩散阻挡层，其中该扩散阻挡层包含锰氧化物。还包括一种用于处理电介质或半导体基板以在其上形成扩散阻挡层的两部分试剂盒。成扩散阻挡层的两部分试剂盒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于扩散阻挡层形成的方法和湿式化学组成


[0001]本专利技术整体涉及在电介质和半导体材料上形成扩散阻挡层以用于互连制造的湿式方法。

技术介绍

[0002]集成电路器件通常包括在半导体衬底之内或之上形成的诸如晶体管、电容器和电阻器的电路元件。互连结构用于将分立电路元件电耦接或连接到功能电路中。
[0003]这些互连结构可以由包括铜和钴之类的各种金属和金属合金制成。铜作为金属是仅次于银的次优导体，并且通常是用于许多IC金属化应用的主要导体金属的最可能的选择。另外熟知的是，铜易于发生扩散和电迁移(EM)，从而可能导致空隙形成和失效，因此必须完全包封在扩散阻挡层中。因此，这些互连结构通常包括阻挡层，诸如钽或氮化钽及它们的组合(例如，氮化钽/钽)。
[0004]必须小心地选择阻挡层的材料。如果阻挡层太厚，它将占据铜线路的一部分并增加有效线路电阻。另一方面，如果阻挡层太薄，它将无法充当有效的金属阻挡层，从而可能影响器件性能并导致可靠性差。此外，随着器件尺寸缩小，用于互连结构的阻挡层和覆盖层也缩小(即，变得更薄)，同时需要保持阻挡特性。
[0005]金属化是半导体器件制造顺序中的关键步骤。本专利技术涉及一种可用于将扩散阻挡金属和/或金属氧化物直接沉积在电介质或半导体材料诸如SiO2、Si3N4、Si
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、Si、Ge、GaAs或用于IC制造的其他电介质或半导体材料上的方法和组成。
[0006]常规地，为了将金属或金属氧化物沉积到电介质或半导体材料上，使用干式真空工艺诸如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)来沉积扩散阻挡层。然而，这些干式真空工艺步骤存在若干限制和缺点，包括：
[0007]这些真空工艺比湿式沉积方法(诸如电化学沉积(ECD)或无电沉积(ELD))明显更昂贵。干式真空方法需要高度专业化并且精密的处理工具、带有专用输送基础结构的专用高纯度气体、前体材料和高纯度靶材料来执行和维持这些真空工艺。
[0008]真空金属沉积速率可能非常低，并且因此真空步骤的真空处理时间可能比湿式ECD/ELD步骤长得多，从而降低总制造产率。
[0009]随着IC几何形状随着每个新技术节点而缩减，真空扩散阻挡层的均匀覆盖和厚度再加上导电晶种层厚度面临挑战，从而又对后续的Cu ECD金属化间隙填充步骤造成问题。
[0010]诸如钽和氮化钽的真空扩散阻挡层的电导率低于铜，这降低了互连金属叠层的电导率，因为这些层占用了导电性可能强得多的Cu原本所占据的体积。
[0011]据报道，通过干式真空方法(CVD、PVD和ALD)沉积在Si上并热处理以形成Mn
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的Mn膜对Cu扩散具有优异的扩散阻挡特性。然而，这些干式真空方法需要长的处理时间并且使用真空设备。
[0012]因此，期望开发一种沉积锰膜以在电介质或半导体衬底上形成扩散阻挡层的方法，以克服这些干式真空方法的缺陷。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一个目的是提供一种用于在电介质或半导体材料上提供改进的用于金属互连的阻挡层的方法。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种在电介质或半导体材料上制备可掺杂有一种或多种金属的用于金属互连的锰氧化物阻挡层的方法。
[0015]本专利技术的又一个目的是提供一种在电介质或半导体材料上沉积用于金属互连的锰氧化物阻挡层的湿式工艺。
[0016]本专利技术的再一个目的是提供一种为金属化层(诸如金属化铜层)提供锰氧化物阻挡层的湿式工艺。
[0017]为此，在一个实施方案中，本专利技术整体涉及一种在电介质或半导体衬底上沉积扩散阻挡层的方法，该方法包括以下步骤：
[0018]1.用水性预处理溶液处理电介质或半导体衬底；以及
[0019]2.使经处理的电介质或半导体衬底与包含锰化合物和无机pH缓冲液的水性沉积溶液接触以在该电介质或半导体衬底上沉积扩散阻挡层，其中该扩散阻挡层包含锰氧化物；以及
[0020]3.任选地，在步骤b)之后重复步骤a)以进一步增强扩散阻挡层对随后所沉积铜的附着力。
附图说明
[0021]现在将参考以下附图来描述本专利技术，其中：
[0022]图1描绘了示出根据实施例1在电介质表面上的致密MnO2膜的自顶向下的SEM。
[0023]图2描绘了示出根据实施例3在电介质表面上的致密MnO2膜的自顶向下的SEM。
[0024]图3描绘了示出根据实施例4在裸硅表面上的致密MnO2膜的自顶向下的SEM。
[0025]优选实施方案的具体实施方式
[0026]本专利技术涉及一种基于湿式工艺在电介质和半导体材料上沉积用于金属互连的扩散阻挡层的方法。本专利技术的湿式工艺与形成扩散阻挡层的常规干式真空工艺相比，提供了若干显著优点，包括处理时间显著更短和相关联的更高的生产率，消除了对真空设备/一次性用品的需要，并且带来更高的互连电导率。
[0027]本专利技术描述了一种用于MnO2沉积的湿式方法，以及在真空、还原性气氛或氢等离子体中进行热处理的后续任选步骤。
[0028]锰可掺杂有一种或多种金属以增强其阻挡性能、附着力、连续性、成核密度和均匀性。掺杂金属的示例包括锌、钴、钌、钯、锆、铬、镁、钛、钨、铼、钽等。
[0029]如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则“一个”、“一种”和“该”均指单数和复数指代。
[0030]如本文所用，术语“约”是指可测量的值，诸如参数、量、持续时间等，并且旨在包括相对于具体所述值的+/
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15％或更小的变化、优选地+/
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10％或更小的变化、更优选地+/
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5％或更少的变化、甚至更优选地+/
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1％或更少的变化，还更优选为+/
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0.1％或更少的变化，只要此类变化适合于在本文所述的专利技术中执行。此外，还应当理解，修饰语“约”所指的值本身在本文中具体公开。
[0031]如本文所用，为了便于描述，使用诸如“在...下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或特征结构与另一个或多个元件或特征结构的关系，如图中所示。空间相对术语可旨在涵盖除了图中所示的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征结构“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他元件或特征结构“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的两个取向。该装置可以其他方式取向(旋转90度或处于其他取向)，并且相应地解释本文所用的空间相对描述符。还应当理解，术语“前”和“后”并非旨在进行限制，并且旨在在适当的情况下可互换。
[0032]如本文所用，术语“包括”和/或“包含”指定所述的特征结构、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征结构、整数、步骤、操作、元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在电介质或半导体衬底上沉积扩散阻挡层的方法，所述方法包括：a)用水性预处理溶液处理所述电介质或半导体衬底；以及b)使经处理的电介质或半导体衬底与包含锰化合物和无机pH缓冲液的水性沉积溶液接触以在所述电介质或半导体衬底上沉积所述扩散阻挡层，其中所述扩散阻挡层包含锰氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其中用所述水性预处理溶液处理所述电介质或半导体衬底以制备用于在其上沉积所述扩散阻挡层的衬底，其中所述水性预处理溶液包含一种或多种吸附促进成分，其中所述一种或多种吸附促进成分包含一种或多种阳离子氮、硅和/或碳基聚合物或低聚物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述水性预处理溶液包含一种或多种附加成分，其中所述一种或多种附加成分选自由以下项构成的组：碱性剂、吸附增强剂、附着力促进剂、分散剂、乳化剂、偶联剂、表面活性剂、铜源、氯源和前述物质的组合。4.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述扩散阻挡层进行热处理的步骤，其中所述热处理步骤通过在合成气体中退火来进行。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述退火步骤将锰氧化物转化为Mn
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。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是选自由以下项构成的组的电介质或半导体衬底：氧化硅、氮化硅、氢化碳氧化硅、SiCH、SiCNH、其他电介质和半导体材料、硅基低k电介质、多孔电介质、超低k电介质材料、硅、锗、砷化镓和一种或多种前述物质的组合。7.根据权利要求1所述的方法，其中在使所述衬底与所述水性沉积溶液接触之后，用水冲洗所述衬底。8.根据权利要求2所述的方法，其中在使所述衬底与所述水性预处理溶液接触之后，用水冲洗所述衬底。9.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种附着力促进成分选自由以下项构成的组：季氮基聚合物、有机官能硅烷、硅氧烷、聚丙烯酸酯和一种或多种前述物质的组合。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述锰化合物选自锰酸盐或高锰酸盐化合物。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述锰化合物是选自由以下项构成的组的高锰酸盐化合物：高锰酸钠、高锰酸钾、高锰酸镁、高锰酸镁、高锰酸锌和前述物质的组合。12.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：麦克德米德乐思公司，
类型：发明
国别省市：