CN104040695A - 化学镀铜 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于提供化学镀层方法。通过提供含有烃、H2和无氧稀释剂的沉积气体流，从该沉积气体形成等离子体，以及停止该沉积气体的流动，在低k介电层上形成无定形碳阻挡层。通过提供含有H2和稀释剂的调节气体流，从该调节气体形成等离子体，该等离子体调节无定形碳阻挡层的顶表面，并且停止该调节气体的流动，调节无定形碳阻挡层。通过提供含有NH3或H2和N2的官能化气体流，从该官能化气体形成等离子体，并且停止该官能化气体的流动，官能化经调节的该无定形碳阻挡层。提供化学镀处理以在该阻挡层上形成电极。

Description

化学镀铜
技术领域
本发明涉及在半导体晶片上形成半导体器件的方法。更具体地说，本发明涉及在低k电介质层中形成金属互连件(interconnect)。
背景技术
在半导体器件的形成中，导电金属互连件被放置在低k介电层中。如果该金属互连件含有铜，则使用铜阻挡层以防止该低k介电层的铜中毒。
发明内容
为了实现上述意图以及根据本发明的目的，提供了在低k介电层上提供化学沉积的方法。通过提供含有烃、H2和无氧稀释剂的沉积气体流，从该沉积气体形成等离子体以提供无定形碳阻挡层，以及停止该沉积气体的流动，从而在低k介电层上形成无定形碳阻挡层。通过提供含有H2和无氧稀释剂的调节气体流，从该调节气体形成等离子体，其调节无定形碳阻挡层的顶表面，并且停止该调节气体的流动，从而调节无定形碳阻挡层。通过提供含有NH3或N2和H2或所有它们的混合物的官能化气体流，从该官能化气体形成等离子体，并且停止该官能化气体的流动，从而官能化经调节的该无定形碳阻挡层。
在本发明的另一种表现中，提供了设备。提供了等离子体处理室，其包括形成等离子体处理室外壳的室壁，用于在该等离子体处理室外壳中支撑晶片的衬底支架，用于调节该等离子体处理室外壳中压强的压强调节器，用于向等离子体处理室外壳提供功率以维持等离子体的至少一个电极，用于提供气体进入等离子体处理室外壳的进气口，以及用于从该等离子体处理室外壳排出气体的出气口。至少一个RF电源被电连接到所述至少一个电极。气体源与所述进气口流体连接。控制器可控制地连接到所述气体源和所述至少一个RF电源。该控制器包括至少一个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包括：用于在低k介电层上形成无定形碳阻挡层的计算机可读代码，该计算机可读代码包括用于提供含有烃、H2和无氧稀释剂的沉积气体流的计算机可读代码、用于从该沉积气体形成等离子体以提供无定形碳阻挡层的计算机可读代码以及用于停止该沉积气体的流动的计算机可读代码；用于调节该无定形碳阻挡层的计算机可读代码，该计算机可读代码包括用于提供含有H2和无氧稀释剂的调节气体流的计算机可读代码、用于从该调节气体形成调节该无定形碳阻挡层的顶表面的等离子体的计算机可读代码以及用于停止该调节气体的流动的计算机可读代码；以及用于官能化经调节的该无定形碳阻挡层的计算机可读代码，该计算机可读代码包括用于提供含有NH3或N2和H2或所有它们的混合物的官能化气体流的计算机可读代码、用于从该官能化气体形成等离子体的计算机可读代码以及用于停止该官能化气体的流动的计算机可读代码。
本发明的这些和其它特征将结合下面的附图在下文的本发明的详细描述中更详细地描述。
附图说明
本发明在附图中的图形是通过举例的方式而不是通过限制的方式示出，其中相同的附图标记表示类似的元件，并且其中：
图1是本发明的实施方式的流程图。
图2A-D是采用本发明的工艺的结构的形成的示意图。
图3是可用于本发明的实施方式中的等离子体处理室的示意图。
图4是可用于实施本发明的计算机系统的示意图。
图5是蚀刻步骤的更详细的流程图。
图6是无定形碳沉积步骤的更详细的流程图。
图7是无定形碳调节步骤的更详细的流程图。
图8是官能化经调节的无定形碳阻挡层的更详细的流程图。
图9是经官能化和经调节的无定形碳阻挡层的示意图。
具体实施方式
现在将参照如附图中所示的其几个优选的实施方式详细描述本发明。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便彻底理解本发明。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，在没有部分或所有这些具体细节的情况下可以实现本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的工艺步骤和/或结构从而避免不必要地使本发明难以理解。
在使用双嵌入式工艺形成半导体器件中，诸如沟槽或通孔之类的特征形成于低k介电层中。铜互连件形成于这些特征内。为了防止铜中毒，于低k介电层和铜互连件之间设置诸如氮化钽(TaN)之类的阻挡层。该阻挡层上形成铜晶种层。该铜晶种层用于电镀以生长铜触点。随着器件尺寸的缩小，可取的是，提供更薄的铜阻挡层，并且可能的话，去除该铜晶种层，以便使铜填充该特征的更多空间。
图1是本发明的实施方式的高级流程图。在这个实施方式中，将衬底置于等离子体处理室中(步骤104)。在该衬底上形成低k介电层。在该等离子体处理室中蚀刻该低k介电层(步骤108)。在该低k介电层上形成无定形碳层(步骤112)。调节该无定形碳层(步骤116)。官能化经调节的无定形碳层(步骤120)。将衬底从该等离子体处理室中移出(步骤124)。该衬底经受蚀刻后的湿法清洁(步骤128)。化学镀导电线形成在该特征中(步骤132)。
在本发明的优选实施方式中，将衬底置于等离子体处理室中(步骤104)。图2A是堆层200的横截面图，该堆层200具有衬底204、低k介电层208和光致抗蚀剂掩模212，低k介电层208配置在光致抗蚀剂掩模212下方。在这个实施例中，该衬底和该低k介电层208之间配置有一个或多个层216。在这个实施例中，低k介电层为多孔低k电介质。一般地，该低k电介质可以是CORALTM，来自加利福尼亚州圣何塞市的Novellus；BlackDiamondTM，来自加利福尼亚州圣克拉拉的Applied Materials；AuroraTM，可从荷兰的ASM International N.V.获得；Sumika可从加利福尼亚州圣克拉拉的Sumitomo Chemical America,Inc.获得；HOSPTM，来自新泽西州莫里斯镇的Allied Signal；SiLKTM或先进的多孔SiLK，来自DOW化学公司；FlowfillTM，来自Trikon；以及LKDTM，来自JSR Corp。更具体地说，在这个实施例中，低k介电层是多孔有机硅酸盐玻璃(OSG)。在其它实施例中，可以使用其它的低k材料。在说明书和权利要求中，低k介电材料具有小于3.0的介电常数。
图3示意性示出了可用于本发明的一个实施方式中的等离子体处理系统300的示例。该等离子体处理系统300包括具有由室壁350限定在其中的等离子体处理室304的等离子体反应器302。通过匹配网络308调谐的等离子体电源306提供功率至靠近功率窗312的TCP线圈310以形成电极，该电极向该等离子体处理室304提供功率以在该等离子体处理室304中产生等离子体314。该TCP线圈(上电源)310可以被配置来在处理室304中产生均匀扩散分布。例如，该TCP线圈310可以被配置来在等离子体314中产生环形功率分布。提供功率窗口312以将等离子体室304与该TCP线圈310隔离，同时允许能量从TCP线圈310传递到等离子体室304。通过匹配网络318调谐的晶片偏压电源316提供功率至电极320以在由电极320支撑的晶片204上设置偏置电压，这样，在本实施方式中，电极320也是衬底支撑件。脉冲控制器352使偏置电压将产生脉冲。脉冲控制器352可以位于匹配网络318与衬底支撑件之间或位于偏压电源316与匹配网络318之间或者位于控制器324与偏压电源316之间或者位于一些其它配置中，以使偏置电压将产生脉冲。控制器324为等离子体电源306和晶片偏压电源316设定值。
该等离子体电源306和该晶片偏压电源316可被配置以在特定的射频下进行操作，该射频如13.56MHz、60MHz、27MHz、2MHz、400kHz或它们的组合。该等离子体电源306和晶片偏压电源316可以是适当地设置以提供一系列的功率，以实现所期望的工艺性能。例如，在本发明的一个实施方式中，该等离子体电源306可供应的功率的范围为100至10000瓦特，以及该晶片偏压电源316可供应的偏置电压的范围为10至2000伏。此外，该TCP线圈310和/或电极320可以由两个或更多的子线圈或子电极组成，其可以通过单个电源供电或通过多个电源供电。
如图3所示，该等离子体处理系统300进一步包括气体源/气体供给机构330。该气体源包括第一组分气体源332、第二组分气体源334以及任选地附加组分气体源336。下面将讨论各种组分的气体。该气体源332、334和336通过进气口340与处理室304流体连接。该进气口可位于室304的任何有利的位置，并且可以采取任何形式注入气体。然而，优选地，进气口可以被配置为产生“可调的”注气剖面，其允许独立调整流到处理室304的多个区域的气体的各自流量。该处理气体和副产物经由压强控制阀342和泵344从室304移除，该压强控制阀342是压强调节器，该泵344也可以起到维持等离子体处理室304内的特定压强的作用并且还提供出气口。该气体源/气体供给机构330由控制器324控制。Lam Research公司的Kiyo系统可用于实施本发明的实施方式。
图4是显示计算机系统400的高级框图，其适合用于实施本发明的实施方式中使用的控制器324。该计算机系统可以具有许多物理形式，范围从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到巨型超级计算机。计算机系统400包括一个或多个处理器402，并且还可以包括电子显示设备404(用于显示图形、文本和其他数据)、主存储器406(例如，随机存取存储器(RAM))、存储设备408(例如，硬盘驱动器)、可移动存储设备410(例如，光盘驱动器)、用户接口设备412(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或其他指针设备等)以及通信接口414(例如，无线网络接口)。通信接口414允许软件和数据经由链路在计算机系统400和外部设备之间传输。该系统还可以包括连接到上述设备/模块的通信基础设施416(例如，通信总线、交叉杆或网络)。
通过通信接口414传输的信息可以是信号(诸如电子、电磁、光学或能够经由携带信号的通信链路被通信接口414接收的其它信号)的形式，并且可以使用电线或电缆、光纤、电话线、手机链路、射频链路和/或其它通信渠道来实现。可以设想，具有这样的通信接口，在执行上述方法步骤的过程中一个或多个处理器402可以从网络接收信息，或可以输出信息到网络。此外，本发明的方法实施方式可以在处理器单独执行，或者可以通过网络(如Internet)结合共享该处理的部分的远程处理器执行。
术语“非瞬时计算机可读介质”一般用来指例如主存储器、辅助存储器、可移动存储以及存储设备(如硬盘、闪速存储器、磁盘驱动存储器、CD-ROM和其他形式的永久性存储器)等介质，并不应被解释为涵盖瞬态标的物，例如载波或信号。计算机代码的实施例包括机器代码(诸如由编译器产生的)和包含由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。计算机可读介质还可以是通过体现在载波中并且表示可由处理器执行的指令序列的计算机数据信号传输的计算机代码。
蚀刻低k介电层(步骤108)。图5是低k介电层蚀刻的更详细的流程图。蚀刻气体流入等离子体处理室304(步骤504)。为了刻蚀多孔OSG低k介电层，蚀刻气体包括C4F6、O2和Ar。提供RF以将蚀刻气体形成等离子体(步骤508)，该等离子体蚀刻该低k介电层以形成特征。当蚀刻完成时停止该蚀刻气体的流动(步骤512)。图2B是在蚀刻完成形成蚀刻特征220之后堆层200的横断面图。
在低k介电层上形成无定形碳层(步骤112)。在本实施方式中，低k介电层的蚀刻两者在相同的等离子体处理室304中进行。在其它实施方式中，蚀刻可以在一个室中进行，而无定形碳层的沉积可在同一集群的室中的另一室进行，以便在衬底从蚀刻室传递到沉积室时保持真空。图6是无定形碳层的沉积的更详细的流程图。沉积气体流入等离子体处理室(步骤604)。该沉积气体包括烃、H2和无氧的惰性稀释剂。该烃至少是CxHyFz或CxHy中的一种。更优选地，该烃是无氟的，并且因此是CxHy的形式。最优选地，该烃是甲烷。无氧稀释剂可以是不包含氧气的任何惰性稀释剂。更优选地，无氧的惰性稀释剂包括氮或惰性气体中的一种。更优选地，该惰性稀释剂为氦气。优选地，该沉积气体提供烃流，以维持介于0.1毫乇与10毫乇之间的烃的分压。更优选地，烃的分压为介于1毫乇和5毫乇之间。最优选地，烃的分压为约2毫托。低的烃的分压有助于提供薄的无定形碳层。该沉积气体形成为等离子体(步骤608)。来自该沉积气体的等离子体被用于在低k介电层上形成无定形碳层。停止该沉积气体的流动(步骤612)。
沉积配方的实施例提供了20毫托的压强。该气体源/气体供给机构330提供50sccm CH4、350sccm H2和200sccm He进入等离子体处理室304(步骤604)。等离子体电源306提供500瓦的在13.56MHz下的电感RF功率至所述室，以将调节气体形成等离子体(步骤608)。晶片偏压电源316提供0伏的偏置电压到晶片204。一般地，偏置电压小于300伏。在本实施方式中，偏置电压具有13.56MHz的频率。
图2C是无定形碳沉积层224已沉积之后的堆层的截面图。优选地，无定形碳层具有介于0.5nm与100nm之间的厚度。更优选地，无定形碳层的厚度为0.5nm至5nm。应当指出的是，为了清楚地示出无定形碳沉积层224，附图不是按比例绘制的。
调节无定形碳层(步骤116)。在本实施方式中，无定形碳的调节是在相同的等离子体处理室304中执行。在其它实施方式中，调节可以在同一集群的室中的不同室完成，以便在衬底从沉积室传递到调节室时保持真空。图7是无定形碳层的调节的更详细的流程图。使调节气体流入等离子体处理室(步骤704)。调节气体包括烃、H2和无氧的惰性稀释剂。无氧的惰性稀释剂可以是不包含氧气的任何惰性稀释剂。更优选地，无氧的惰性稀释剂包括氮或惰性气体中的一种。更优选地，该惰性稀释剂为氦气。优选地，调节气体基本上无烃。基本上无烃类被定义为具有使得没有碳的沉积的这样低浓度的烃。最优选地，调节气体是无烃的。优选地，H2具有介于1毫托与100毫托之间的分压。更优选地，H2具有介于5毫托与30毫托之间的分压。这样高的H2分压改善了无定形碳层的调节。使调节气体形成等离子体(步骤708)。提供高偏置(步骤712)。高偏置被定义为具有比无定形碳层沉积期间的偏置和经调节的无定形碳阻挡层的官能化期间的偏置较高的偏置。更具体地，优选的是，偏置介于10伏与200伏之间。该偏置电压可以由偏压电源316提供。来自调节气体的等离子体被用于调节在低k介电层上的无定形碳层。据认为，该调节是修整、致密化或清洁该无定形碳层。停止调节气体的流动(步骤716)。
调节配方的实施例提供了20毫托的压强。该气体源/气体供给机构330提供350sccm H2和200sccm He进入等离子体处理室304(步骤704)。等离子体电源306提供500瓦的13.56MHz的电感RF功率至所述室，以将沉积气体形成等离子体(步骤708)。晶片偏压电源316提供200伏的偏置到晶片204(步骤712)。在本实施方式中，偏置具有13.56MHz的频率。
官能化经调节的无定形碳层(步骤112)。在本说明书中，该经调节的无定形碳层的官能化被定义为在该经调节的无定形碳层上接枝氮官能团以提高化学镀铜沉积。在本实施方式中，该经调节的无定形碳层的官能化在相同的等离子体处理室304中原位进行。在其它实施方式中，该官能化可以在同一集群的室中的不同室完成，以便在衬底从沉积室传递到官能化室时保持真空。图8是该经调节的无定形碳层的官能化的更详细的流程图。官能化气体流入等离子体处理室(步骤804)。官能化气体包括NH3或N2和H2。优选地，该官能化气体基本上无烃。基本上无烃类被定义为具有使得没有碳的沉积的这样低浓度的烃。最优选地，该官能化气体无烃。优选地，该官能化气体包括NH3，该NH3可与N2、H2和/或惰性载气混合。该官能化气体形成等离子体(步骤808)。停止官能化气体的流动(步骤816)。
官能化配方的实施例提供了50毫托的压强。该气体源/气体供给机构330提供100sccm NH3进入等离子处理室304(步骤804)。等离子体电源306提供500瓦的13.56MHz的电感RF功率至所述室，以使官能化气体形成等离子体(步骤808)。晶片偏压电源316提供0伏的偏置电压到晶片204。
不被理论所束缚，相信，该官能化是自限性的，从而使氮官能化的单层形成在经调节的无定形碳层的表面上。图9是低k介电层208的部分的放大横断面图。在该实施例中，低k介电层208是多孔的，由孔隙904所示。相信，所沉积的无定形碳层224除了提供铜阻挡层以防止该低k介电层的铜中毒，还有助于密封和保护所述多孔低k介电层208。该官能化附加含氮基团NHx908的单层至所沉积的无定形碳层224。
在本实施方式中，从室304移除堆层200，并且该堆层200可以从集群气氛中移除，从而使堆层200可进行湿法处理(步骤124)。在本实施方式中，堆层200进行蚀刻后的湿法清洁128，蚀刻后的湿法清洁128是用来从堆层200去除任何残留物。在其它实施方式中，蚀刻后的湿法清洁可在其他时间执行，如在蚀刻低k介电层之后进行以及在形成无定形碳层之前执行。在其它实施方式中，堆层200不进行蚀刻后的湿法清洁。用于湿法清洁的配方的实施例将堆层200暴露于H2O和HF比为200:1的溶液中两秒钟。
然后使用化学镀处理在特征中形成化学导电线(步骤132)。在本实施方式中，将堆层200置于酸性氯化钯(PdCl2)溶液中湿浴。来自酸性PdCl2溶液的Pd2+离子附着到所述官能化的经调节的无定形碳层中的氮官能团。图9示出了附着到含氮基团908的化学吸附的Pd物质912。在替代的实施方式中，可以使用镍溶液。由于Pd2+离子与氮官能团的自我限制结合，因此形成了单层的钯，它提供了用于金属附着的成核层。
酸性PdCl2湿浴后接着用去离子水冲洗。然后将堆层置于活化溶液中。这可以是化学镀溶液的部分。活化溶液中含有像DMAB二甲基胺硼烷、甲醛或其它等还原剂。
优选地，所述形成无定形碳阻挡层、调节无定形碳阻挡层和官能化经调节的无定形碳阻挡层基本是无氧处理，使得这样的处理使用了不超过痕量的氧。更优选地，所述形成无定形碳阻挡层、调节无定形碳阻挡层和官能化经调节的无定形碳阻挡层是无氧处理，使得在这样的处理期间没有使用氧。
本发明的实施方式提供了具有能够充当铜中毒阻挡层以及密封和保护所述多孔低k阻挡层的密度的无定形碳层。除了保护免受中毒，低k阻挡层应该受到保护免受使低k阻挡层的k值增加这样的损害。优选地，所述无定形碳层的厚度为0.5nm至5nm。已经发现，具有这种厚度的经调节的无定形碳层足以阻挡铜中毒。这样的厚度的具有用于官能化的单层的阻挡层与单层成核层的结合，最大限度地减少了用于铜层结的支持层。对于较小的特征，这些支撑层的最小化使得能有更大量的铜提供铜互连件。
已经发现，使用传统的具有晶种层的TaN阻挡层提供厚得多的支撑层，从而减少了在这样小的特征中的铜的体积。这种减少会增加互连件中的电阻。
在另一个实施方式中，步骤的各种组合可以提供循环处理。例如，形成无定形碳层(步骤112)和调节无定形碳层(步骤116)可以提供在交替这些步骤至少3个循环的循环处理中。这样的多个循环的处理可以用于提供更厚的无定形碳层。
在本发明的另一种表现中，本发明是用于穿过硅通孔提供铜互连件。这样的通孔完全通过硅衬底。低k介电层可以置于硅衬底的一侧并且形成通孔的一部分。本发明提供了通孔中的铜互连件。在其它实施方式中，可以使用电容耦合等离子体(CCP)蚀刻室来代替TCP蚀刻室。
虽然本发明以几个优选的实施方式的方式已进行了描述，但是存在落入本发明的范围之内的变更、置换和替代等同方案。还应当注意，有许多实现本发明的方法和装置的替代方式。因此，下面所附的权利要求旨在被解释为包括落入本发明的真正的精神和范围之内的所有这些变更、置换和替代等同方案。

Claims (34)

1.一种用于在低k介电层上提供化学镀层的方法，其包括：
在所述低k介电层上形成无定形碳阻挡层，其包括：
提供含有烃、H2和无氧稀释剂的沉积气体流；
从所述沉积气体形成等离子体以提供所述无定形碳阻挡层；以及
停止所述沉积气体的流动；
调节所述无定形碳阻挡层，其包括：
提供含有H2和无氧稀释剂的调节气体流；
从所述调节气体形成等离子体，该等离子体调节所述无定形碳阻挡层的顶表面；以及
停止所述调节气体的流动；以及
官能化经调节的所述无定形碳阻挡层，其包括：
提供含有NH3或H2和N2的官能化气体流；
从所述官能化气体形成等离子体；以及
停止所述官能化气体的流动。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用化学镀处理以在经官能化的和经调节的所述无定形碳阻挡层上提供化学镀层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中特征被蚀刻在所述低k介电层中，并且其中所述化学镀层在所述蚀刻的特征中形成金属互连件。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述调节的步骤修整、致密化或通孔清洁所述无定形碳阻挡层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调节气体是基本上无烃的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述沉积气体是基本上无氨的。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述调节气体是完全无烃的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述低k介电层是多孔的低k电介质。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述无氧稀释剂基本上由惰性气体或N2中的至少一种组成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述无氧稀释剂基本上由He组成。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述烃是无氟的烃。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述烃是甲烷。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述低k介电层置于等离子体处理室中；以及
蚀刻特征到所述低k介电层中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述蚀刻特征到所述低k介电层中、所述形成所述无定形碳阻挡层、所述调节所述无定形碳阻挡层以及所述官能化经调节的所述无定形碳阻挡层在相同的等离子体处理室中原位完成。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述蚀刻特征到所述低k介电层中、所述形成所述无定形碳阻挡层、所述调节所述无定形碳阻挡层以及所述官能化经调节的所述无定形碳阻挡层在等离子体处理室的集群中完成。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括用于除去蚀刻残留物的蚀刻后的湿法清洁。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节所述无定形碳阻挡层还包括提供偏置以加速离子化的无氧稀释剂到达所述低k介电层，其中在调节所述无定形碳阻挡层期间的偏置大于在形成无定形碳阻挡层期间的偏置和在官能化经调节的所述无定形碳阻挡层期间的偏置。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述官能化气体含有NH3。
19.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述调节的步骤修整、致密化或通孔清洁所述无定形碳阻挡层。
20.根据权利要求1-3以及19中的任一项所述的方法，其中所述调节气体是基本上无烃的。
21.根据权利要求1-3以及19-20中的任一项所述的方法，其中所述沉积气体是基本上无氨的。
22.根据权利要求1-3以及19-21中的任一项所述的方法，其中所述调节气体是完全无烃的。
23.根据权利要求1-3以及19-22中的任一项所述的方法，其中所述低k介电层是多孔的低k电介质。
24.根据权利要求1-3以及19-23中的任一项所述的方法，其中所述无氧稀释剂基本上由惰性气体或N2中的至少一种组成。
25.根据权利要求1-3以及19-24中的任一项所述的方法，其中所述无氧稀释剂基本上由He组成。
26.根据权利要求1-3以及19-25中的任一项所述的方法，其中所述烃是无氟的烃。
27.根据权利要求1-3以及19-26中的任一项所述的方法，其中所述烃是CH4。
28.根据权利要求1-3以及19-27中的任一项所述的方法，还包括：
将所述低k介电层置于等离子体处理室中；以及
蚀刻特征到所述低k介电层中。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述蚀刻特征到所述低k介电层中、所述形成所述无定形碳阻挡层、所述调节所述无定形碳阻挡层以及所述官能化经调节的所述无定形碳阻挡层在相同的等离子体处理室中原位完成。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述蚀刻特征到所述低k介电层中、所述形成所述无定形碳阻挡层、所述调节所述无定形碳阻挡层以及所述官能化经调节的所述无定形碳阻挡层在等离子体处理室的集群中完成。
31.根据权利要求1-3以及19-30中的任一项所述的方法，还包括用于除去蚀刻残留物的蚀刻后的湿法清洁。
32.根据权利要求1-3以及19-31中的任一项所述的方法，其中所述调节所述无定形碳阻挡层还包括提供偏置以加速离子化的无氧稀释剂到达所述低k介电层，其中在调节所述无定形碳阻挡层期间的偏置大于在形成无定形碳阻挡层期间的偏置和在官能化经调节的所述无定形碳阻挡层期间的偏置。
33.根据权利要求1-3以及19-32中的任一项所述的方法，其中所述官能化气体含有NH3。
34.一种装置，其包括：
等离子体处理室，其包括：
形成等离子体处理室外壳的室壁；
用于在所述等离子体处理室外壳中支撑晶片的衬底支撑件；
用于调节所述等离子体处理室外壳中的压强的压强调节器；
用于提供功率至所述等离子体处理室外壳以便维持等离子体的至少一个电极；
用于提供气体进入所述等离子体处理室外壳的进气口；以及
用于从所述等离子体处理室外壳排出气体的出气口；
电连接到所述至少一个电极的至少一个RF电源；
与所述进气口流体连接的气体源；以及
可控地连接到所述气体源和所述至少一个RF电源的控制器，其包括：
至少一个处理器；以及
计算机可读介质，其包括：
用于在低k介电层上形成无定形碳阻挡层的计算机可读代码，其包括：
用于从所述气体源提供含有烃、H2和无氧稀释剂的沉积气体流的计算机可读代码；
用于从所述沉积气体形成等离子体来提供所述无定形碳阻挡层的计算机可读代码；以及
用于停止所述沉积气体的流动的计算机可读代码；
用于调节所述无定形碳阻挡层的计算机可读代码，其包括：
用于从所述气体源提供含有H2和无氧稀释剂的调节气体流的计算机可读代码；
用于从所述调节气体形成等离子体的计算机可读代码，所述等离子体调节所述无定形碳阻挡层的顶表面；以及
用于停止所述调节气体的流动的计算机可读代码；以及
用于官能化经调节的所述无定形碳阻挡层的计算机可读代码，其包括：
用于从所述气体源提供含有NH3或H2和N2的官能化气体流的计算机可读代码；
用于从所述官能化气体形成等离子体的计算机可读代码；以及
用于停止所述官能化气体的流动的计算机可读代码。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10096513B2 (en) 2013-12-26 2018-10-09 Intel Corporation Direct plasma densification process and semiconductor devices
CN105765696B (zh) * 2013-12-26 2020-09-29 英特尔公司 直接等离子体致密化工艺以及半导体器件
FR3018951B1 (fr) * 2014-03-18 2017-06-09 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure d'un materiau dielectrique poreux
US9583386B2 (en) * 2014-10-25 2017-02-28 Lam Research Corporation Interlevel conductor pre-fill utilizing selective barrier deposition
KR20240101628A (ko) * 2021-11-03 2024-07-02 램 리써치 코포레이션 탄소 플러그 형성을 위한 시스템 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000068261A (ja) * 1998-08-19 2000-03-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
KR20020087189A (ko) * 2001-05-14 2002-11-22 엘지전자 주식회사 소프트웨어 타이머의 구현 방법
US20050202683A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Applied Materials, Inc. Method of depositing an amorphous carbon film for etch hardmask application
US20050287738A1 (en) * 2004-06-24 2005-12-29 Cho Sung-Il Method of manufacturing a semiconductor memory device
CN1930320A (zh) * 2004-03-05 2007-03-14 应用材料公司 用于无定型碳膜的化学气相沉积的液体前驱体

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3031301B2 (ja) * 1997-06-25 2000-04-10 日本電気株式会社 銅配線構造およびその製造方法
US6573030B1 (en) * 2000-02-17 2003-06-03 Applied Materials, Inc. Method for depositing an amorphous carbon layer
US6541397B1 (en) * 2002-03-29 2003-04-01 Applied Materials, Inc. Removable amorphous carbon CMP stop
DE10250889B4 (de) 2002-10-31 2006-12-07 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Verbesserte SiC-Barrierenschicht für eine Kupfermetallisierungsschicht mit einem Dielektrikum mit kleinem ε und Verfahren zur Herstellung derselben
WO2004064147A2 (en) 2003-01-07 2004-07-29 Applied Materials, Inc. Integration of ald/cvd barriers with porous low k materials
US7169215B2 (en) 2004-01-02 2007-01-30 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Copper molybdenum electroless deposition process and materials
FI121334B (fi) * 2004-03-09 2010-10-15 Canatu Oy Menetelmä ja laitteisto hiilinanoputkien valmistamiseksi
US7352065B2 (en) 2004-09-09 2008-04-01 Nanodynamics, Inc. Semiconductor devices having amorphous silicon-carbon dielectric and conducting layers
US7651934B2 (en) 2005-03-18 2010-01-26 Applied Materials, Inc. Process for electroless copper deposition
JP4853857B2 (ja) 2005-06-15 2012-01-11 東京エレクトロン株式会社 基板の処理方法，コンピュータ読み取り可能な記録媒体及び基板処理装置
KR20070003022A (ko) * 2005-06-30 2007-01-05 주식회사 하이닉스반도체 비정질탄소층을 구비한 반도체소자 및 그의 제조 방법
US7341953B2 (en) * 2006-04-17 2008-03-11 Lam Research Corporation Mask profile control for controlling feature profile
JP4757740B2 (ja) 2006-08-21 2011-08-24 富士通株式会社 半導体装置
TW200823313A (en) * 2006-11-22 2008-06-01 Univ Feng Chia Method of coating carbon film on metal substrate surface at low temperature
JP5154140B2 (ja) 2006-12-28 2013-02-27 東京エレクトロン株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP5425404B2 (ja) * 2008-01-18 2014-02-26 東京エレクトロン株式会社 アモルファスカーボン膜の処理方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000068261A (ja) * 1998-08-19 2000-03-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
KR20020087189A (ko) * 2001-05-14 2002-11-22 엘지전자 주식회사 소프트웨어 타이머의 구현 방법
CN1930320A (zh) * 2004-03-05 2007-03-14 应用材料公司 用于无定型碳膜的化学气相沉积的液体前驱体
US20050202683A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Applied Materials, Inc. Method of depositing an amorphous carbon film for etch hardmask application
US20050287738A1 (en) * 2004-06-24 2005-12-29 Cho Sung-Il Method of manufacturing a semiconductor memory device

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Publication number Publication date
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JP6104934B2 (ja) 2017-03-29

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