TW202122618A - 銅表面上之選擇性鈷沉積 - Google Patents

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Abstract

一種對基板上的銅表面進行覆蓋的方法。在實施例中，方法包括將包括銅表面和介電表面的基板暴露在鈷前驅物氣體和包括還原劑的製程氣體中，以在氣相沉積製程中在銅表面上選擇性地形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300:1。

Description

銅表面上之選擇性鈷沉積
本揭露內容的實施例一般涉及在基板上選擇性沉積鈷層的方法。
在半導體製造和金屬互連(例如銅互連)的形成中，在銅互連和隨後形成的介電阻障層之間沉積鈷覆蓋層可改善金屬和介電質之間的黏著以及銅和介電質部分之間的介面的可靠度。然而，發明者已經觀察到，典型的鈷沉積製程(例如，利用前驅物的電漿沉積製程)導致周圍介電質材料(例如，具有低介電常數的介電質材料)的損傷。此外，增加銅填充特徵上沉積的鈷包覆層的厚度和/或沉積速率可能是可取的，然而在鈷沉積過程中的低選擇性會在相鄰的介電場上沉積銅，導致短路、洩漏、黏著不良和/或產量損失。
因此，發明人已經開發了改進的技術，以選擇性地將鈷層沉積在基板的銅表面上。
本文提供了選擇性沉積鈷層的方法。在一些實施例中，一種在基板上覆蓋銅表面的方法包括：將包括銅表面和介電表面的基板暴露在鈷前驅物氣體和包括還原劑的製程氣體中，以在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300:1。
在一些實施例中，一種在基板上覆蓋銅表面的方法包括：將基板定位在製程腔室內，其中基板包括銅表面和介電表面；及將銅表面暴露在鈷前驅物氣體和包括還原劑的製程氣體中，以在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中鈷前驅物氣體的流動速率為約10至約30 sccm，而製程氣體的流動速率包括以至少8000 sccm的速率流入製程腔室的氫氣。
在一些實施例中，本揭露內容涉及一種非暫時性電腦可讀媒介，其上存儲有指令，當執行時，該指令可使反應腔室在基板上執行覆蓋銅表面的方法，方法包括：將包括銅表面和介電表面的基板暴露於鈷前驅物氣體和包括還原劑的製程氣體，以在氣相沉積製程中在銅表面上選擇性地形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300:1。在實施例中，製程氣體包括氫氣和任選的氨氣。
本揭露內容的其他和進一步的實施例在下面描述。
本文提供了選擇性沉積鈷層的方法。方法有利地提供了使用沉積製程選擇性沉積鈷覆蓋層到銅填充互連上，以避免鈷沉積在具有低介電常數的周圍介電材料上或對其造成損害。發明者已經發現，與流入沉積腔室的鈷前驅物的量相比，製程氣體中的高量或高濃度的還原劑(如氫和/或氨)有利地增加了鈷沉積到一個或多個銅表面上的選擇性(相對於介電表面)。在實施例中，選擇性增加了一個數量級或更多。在實施例中，本揭露內容的方法可顯著稀釋鈷前驅物氣體，同時保持或增加鈷在銅表面的沉積速率。此外，本揭露內容的方法有利地在沉積過程中增加了鈷對銅的選擇性，減少和消除鈷在介電表面上的沉積，並防止鈷沉積在相鄰介電材料上引起的洩漏或短路，同時促進厚鈷覆蓋層的形成，增加鈷沉積速率和金屬覆蓋率。方法可用於形成積體電路中的金屬互連，或形成金屬閘極或金屬觸點間隙的填充製程，以及其他利用選擇性沉積鈷層的合適應用。在一些實施例中，廣泛地增加氫氣流至大於12,000 sccm，稀釋介電表面上的前驅物同時使銅金屬表面飽和。額外的氨氣共流與鈷前驅物進行配位交換，以清潔介電表面並減少缺陷。
圖1描繪了根據本揭露內容的一些實施例的選擇性沉積鈷覆蓋層的方法100的流程圖。以下就圖2A-2E所描述的選擇性鍍鈷覆蓋層的各階段描述方法100，並且可以在例如合適的反應器中進行，例如以下就圖3描述的反應器。
在實施例中，方法100開始於向例如下面就圖3描述的製程腔室提供基板200。基板200可以是具有一個或多個特徵216的任何合適基板。例如，基板200可以包括矽(Si)、氧化矽(SiO2 )或類似物中的一種或多種。此外，基板200可以包括額外的材料層，或者可以具有一個或多個完成或部分完成的結構。
在一些實施例中，如圖2A所示，基板200包括位於基板200上的介電層202。在實施例中，介電層202包括具有一個或多個形成在介電表面208中的特徵216的場，例如介電表面208。在實施例中，介電層202包含介電材料，例如氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiN)、低k材料或類似材料。在一些實施例中，低k材料可以是摻雜碳的介電質材料(如摻雜碳的氧化矽(SiOC)、可從加州Santa Clara的Applied Materials, Inc.獲得BLACK DIAMOND®介電材料或類似的材料)、有機聚合物(如聚亞醯胺、對甲苯，或類似的材料)、有機摻雜矽玻璃(OSG)、氟摻雜矽玻璃(FSG)，或類似的材料。本文所使用的低k材料是具有約2.2至約3，更具體地說，約2.4至約2.8的介電常數的材料。在一些實施例中，一個或多個特徵216包括形成在介電層202的介電表面208中的開口220，開口220延伸到介電層202中，遠離介電表面208並朝向介電層202的相對的第二表面。開口220可以是任何合適的開口，例如介層窗、溝槽、雙嵌結構或類似的結構。在實施例中，開口220可以藉由使用任何合適的蝕刻製程蝕刻介電層而形成。
在一些實施例中，使用任何合適的沉積製程(例如，物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程或原子層沉積製程)在開口220內沉積阻障層205。在實施例中，阻障層205可以作為介電層202和沉積或隨後沉積在開口中的含金屬層之間的電和/或物理阻擋，和/或可以在含金屬層隨後的沉積過程中作為比基板的原生表面更好的附著表面。在一些實施例中，阻障層205可以具有任何合適的厚度以作為阻障層，例如，在約5埃至約50埃的範圍內。在一些實施例中，阻障層205可以包括位於其上的襯墊層204，包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、其衍生物或其組合。在一些實施例中，襯墊層204可包含鉭/氮化鉭雙層或鈦/氮化鈦雙層。
在一些實施例中，在形成阻障層205和可選的襯墊層204之後，開口220可以用導電(即金屬)材料，例如銅填充。銅層206可以使用本技術中已知的任何合適的銅沉積製程來沉積，例如物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、電化學鍍覆製程等等。在一些實施例中，隨後可進行研磨製程(例如，化學機械研磨製程)以從介電層202的介電表面208去除多餘的銅材料和阻障層材料。
在一些實施例中，研磨製程可導致在銅層206的暴露銅表面222及介電層202的介電表面208上形成污染物。例如，銅層206污染物通常包含在研磨製程期間或之後形成的氧化銅。銅層206的暴露銅表面222可能被過氧化物、水或研磨溶液中的其他試劑或環境空氣中的氧氣所氧化。污染物還可以包括水分、包括表面活性劑和其它添加劑的研磨溶液殘餘物或被研磨掉的材料顆粒。在實施例中，可使用預處理來清潔銅層206的暴露銅表面222，去除沉積在介電層202的介電表面208上的任何氧化銅和/或金屬或金屬氧化物。
在102處，如圖2B所示，方法100包括將包括銅表面(例如暴露銅表面222)和介電表面208的基板200暴露於鈷前驅物氣體212和包括還原劑的製程氣體210，以在氣相沉積製程期間選擇性地在銅表面(例如暴露銅表面222)上形成第一鈷覆蓋層214(圖2C)，同時使介電表面208暴露，其中製程氣體210與鈷前驅物氣體212的流動速率比率至少為300：1。在實施例中，製程氣體210與鈷前驅物氣體212的流動速率比率至少為400：1，例如500：1，或600：1，或介於400：1至600：1之間的比率。在實施例中，包括還原劑(例如，氫)的製程氣體210的量、濃度或流量比高於前驅物，其量足以選擇性地將鈷材料沉積在暴露銅表面222上，而不是在介電表面208上。例如，在實施例中，包括還原劑(例如，氫)的製程氣體可與鈷前驅物氣體(例如，包括以10至30 sccm速率流動的惰性氣體(如氬)和鈷前驅物)以至少8000 sccm或至少12000 scccm的流動速率共同流入製程腔室。發明者觀察到，顯著稀釋前驅物氣體適合維持或增加高選擇性的鈷沉積率。在一些實施例中，製程氣體也可包括氨氣(NH3 )，以進一步提高選擇性，例如，如本文所述，將氨氣與氫氣和前驅物氣體以高達1,000 sccm的速度共流。
在實施例中，第一鈷覆蓋層214(圖2C)可選擇性地沉積或形成在銅層206的銅表面上，同時留下裸露的介電層202的暴露表面，例如圖2C所示橫跨基板場的介電表面208。在實施例中，第一鈷覆蓋層214選擇性地沉積在銅層206的暴露銅表面222上，同時使介電層202的暴露表面(例如，介電表面208)沒有或至少基本上沒有第一鈷覆蓋層214。最初，第一鈷覆蓋層214可以是橫跨暴露銅表面222的連續層或不連續層，但在多個沉積週期後是連續層。
在102處，如圖2B所示，基板200暴露於鈷前驅物氣體212。在實施例中，鈷前驅物氣體包括通用化學式為(CO)x .COy Lz 的鈷前驅物，其中：X為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12；Y為1、2、3、4、或5；Z為1、2、3、4、5、6、7、或8；而L是獨立選自下列所構成之群組的配體：環戊二烯基、烷基環戊二烯基、甲基環戊二烯基、五甲基環戊二烯基、戊二烯基、烷基戊二烯基、環丁二烯基、丁二烯基、烯丙基、伸乙基、伸丙基、烯烴、二烯烴、炔烴、亞硝基、氨、上述之衍生物、與上述之組合。在一些實施例中，鈷前驅物氣體包括選自下列所構成之群組的鈷前驅物：三羰烯丙基鈷、環戊二烯基鈷雙(羰基)、甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、乙基環戊二烯基鈷雙(羰基)、五甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、二鈷八(羰基)、亞硝基鈷三(羰基)、雙(環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(環己二烯基)、環戊二烯基鈷(1,3-己二烯基)、(環丁二烯基)鈷(環戊二烯基)、雙(甲基環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(5-甲基環戊二烯基)、雙(伸乙基)鈷(五甲基環戊二烯基)、上述之衍生物、上述之複合物、上述之電漿、與上述之組合。在一些實施例中，鈷前驅物包括環戊二烯基鈷雙(羰基)。在一些實施例中，鈷前驅物氣體以約10至約30 sccm的速率流入製程腔室。
在一些實施例中，在102處，並如圖2B所描繪的，基板200暴露於包括還原劑的製程氣體210。例如，在一些實施例中，基板200可在將基板200暴露於鈷前驅物氣體212的同時暴露於包括還原劑的製程氣體210。在一些實施例中，製程氣體210包括還原劑，例如氫(例如H2 或原子H)、氨(NH3 )、氫和氨的混合物(H2 /NH3 )、上述之電漿，或上述之組合。在一些實施例中，包括還原劑的製程氣體以至少8000 sccm，至少12,000 sccm，或8000 sccm至15,000 scccm之間的速率流入製程腔室。在一些實施例中，製程氣體還包括氨(NH3 )氣體，其流動速率至少為500 sccm，在500 sccm和1000 sccm之間，或低於1000 sccm。在一些實施例中，製程氣體包括氫(H2 )、氨(NH3 )、與上述之組合。
在一些實施例中，基板200可在200°C至250°C的溫度下的電漿製程中暴露於包括還原劑的製程氣體210。舉例來說，基板200可暴露於還原氣體中，並加熱至約200℃至約250℃的溫度約3至15秒。
在一些實施例中，基板在約1至約100托的設備壓力下暴露於製程氣體210。在一些實施例中，製程氣體210還包括氫氣(H2 )和惰性氣體，如氬、氦、氪或類似氣體。
在102處，如圖2C中所描繪的，第一鈷覆蓋層214選擇性地沉積在銅層206的暴露銅表面222上，同時使介電層202的介電表面208沒有或基本上沒有鈷形成。在實施例中，藉由將基板200暴露於鈷前驅物氣體212而沉積第一鈷覆蓋層214。第一鈷覆蓋層214是藉由一個合適的沉積製程(例如，化學氣相沉積製程或原子層沉積製程)在製程腔室302中由鈷前驅物氣體212的沉積形成的。在一些實施例中，鈷前驅物氣體212可如以下所述與載氣一起提供給製程腔室302，例如惰性氣體，如氬、氦、氮或類似氣體。在一些實施例中，可提供給製程腔室302的對形成鈷材料有用的適當反應氣體包括氫、氨、氬與上述之組合。
在一些實施例中，在暴露銅表面222上的鈷沉積速率與在介電表面208上的鈷沉積速率之比約為500：1至約900,000：1。在一些實施例中，第一鈷覆蓋層214的厚度約為5埃至約20埃，如15埃。在一些實施例中，惰性氣體(例如，氬、氦、氪或類似氣體)與鈷前驅物氣體一起供應給製程腔室。
可選地，如圖2D中所描繪的，基板200可再次暴露於如上所述的製程氣體210，以增加由上述討論的先前製程或在形成第一鈷覆蓋層214之後執行的任何附加製程所引起的介電層202的低k材料的介電常數。具體而言，在實施例中，將基板200暴露於製程氣體210進一步改善(即減少)介電層202的介電常數約1%至約10%。在一些實施例中，在上面討論的102製程條件下或在不同的製程條件下，基板可再次暴露於製程氣體210。例如，在一些實施例中，基板再次暴露於製程氣體210約10至300秒，例如約60至300秒。
在選擇性沉積鈷層或(任選地)進一步暴露於製程氣體210之後，方法100通常結束而基板200可進一步處理。在一些實施例中，可執行隨後的製程(如沉積、蝕刻、退火等等)以製造一個完成的裝置。
在一些實施例中，如圖2E所示，例如，如上所述的低k介電材料的介電阻障層224可沉積在第一鈷覆蓋層214和介電層202的介電表面208上。在實施例中，介電阻障層224包括適合於遮蔽或蝕刻終止材料的材料。在實施例中，介電阻障層224是遮擋層。
在一些實施例中，取決於所形成元件的結構，可以重複製程序列102以沉積鈷層至預定的厚度，例如10、15、20、25埃。在一些實施例中，在製程序列102後，基板與氨電漿接觸的量足以自鈷前驅物去除雜質。在實施例中，氨電漿處理為第一鈷覆蓋層做準備，以直接在其上進行第二鈷覆蓋層的沉積。可執行製程序列102和氨電漿處理的週期，以將鈷覆蓋層沉積到預定的厚度，例如10至20埃，或15埃。
圖3描述了可用於實踐本文所討論的揭露內容的實施例的那種設備300的示意圖。設備300可以是適合於執行一個或多個基板製程的任何設備，例如但不限於沉積製程，如化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等等。在一些實施例中，製程腔室302可以是一個獨立的設備，如下所示，或者製程腔室302可以是群集工具的一部分，例如可從加州Santa Clara的Applied Materials, Inc.獲得的CENTURA®、PRODUCER®或ENDURA®群集工具之一。例如，銅金屬填充可以在一個製程腔室中進行，而用於自銅層206的暴露銅表面222上的第一鈷覆蓋層214和介電層202的介電表面208上去除污染物的氨電漿處理中(如果有的話)可以在耦合到群集工具的不同製程腔室302中進行。在一些實施例中，可以在耦合到群集工具的單個製程腔室302中執行銅沉積和鈷沉積(如製程序列102)。
設備300可包括控制器350和具有排放系統320的製程腔室302，排放系統320用於從製程腔室302的內部空間305中去除多餘的製程氣體、處理副產品、鈷前驅物成分等等。示例性製程腔室可以包括配置為化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)的幾種製程腔室中的任何一種，可從加州Santa Clara的Applied Materials, Inc.獲得。其他製造商生產的合適的製程腔室也可同樣使用。
製程腔室302具有可包括處理空間304的內部空間305。例如，處理空間304可以被界定在位於製程腔室302內的基板支撐件308以及一個或多個氣體入口之間，基板支撐件308用於在處理過程中支撐基板310，而一個或多個氣體入口例如在預定位置處提供的噴頭314和/或噴嘴。在一些實施例中，基板支撐件308可以包括將基板310保持或支撐在基板支撐件308表面上的機構，例如靜電夾頭、真空夾頭、基板固定夾頭等等(未示出)。在一些實施例中，基板支撐件308可以包括用於控制基板溫度的機構(例如加熱和/或冷卻裝置，未示出)和/或用於控制接近基板表面的物種通量和/或離子能量的機構。
例如，在一些實施例中，基板支撐件308可以包括RF偏壓電極340。RF偏壓電極340可以藉由一個或多個各自的匹配網路(匹配網路336所示)耦合到一個或多個RF偏壓功率源(一個RF偏壓功率源338所示)。一個或多個偏壓功率源可以在約2MHz至約60MHz的頻率下，例如在約2MHz，或約13.56MHz，或約60Mhz的頻率下，能夠產生高達1200W的RF能量。在一些實施例中，可以提供兩個偏壓功率源，用於在約2 MHz和約13.56 MHz的各自頻率下藉由各自的匹配網路將RF功率耦合到RF偏壓電極340。至少一個偏壓功率源可提供連續或脈衝功率。在一些實施例中，偏壓功率源也可以是一個DC或脈衝DC源。
基板310可藉由在製程腔室302的壁中的開口312進入製程腔室302。開口312可透過狹縫閥318，或其他機構選擇性地密封，以選擇性地提供藉由開口312進入製程腔室內部的通道。基板支撐件308可以耦接到升降機構334，升降機構334可以控制基板支撐件308在適合於藉由開口312將基板傳入和傳出腔室的下部位置(如圖所示)和適合於處理的可選擇的上部位置之間的位置。製程位置可經選擇以最大化用於特定製程的製程均勻性。當處於至少一個升高的處理位置時，基板支撐件308可位於開口312上方，以提供對稱的處理區域。
一個或多個氣體入口(例如，噴頭314)可耦接到氣體供應器316，以藉由質量流量控制器317將一個或多個製程氣體和/或鈷前驅物氣體提供到製程腔室302的處理空間304中。此外，可提供一個或多個閥319以控制一個或多個製程氣體的流動。在實施例中，製程氣體和前驅物氣流藉由單獨的管路到製程腔室，以方便包括還原劑(如氫和/或氨氣)的製程氣體的高流動速率，和前驅物氣體(如包括鈷前驅物和惰性氣體如氬氣)的較低流動速率。在一些實施例中，質量流量控制器317和一個或多個閥319可以單獨使用，或結合使用，以用恆定的流動速率或脈衝(如上所述)以預定的流速提供製程氣體。
雖然圖3所示為噴頭314，但亦可提供額外或替代的氣體入口，例如位於製程腔室302的天花板或側壁上的噴嘴或入口，或位於其他適合向製程腔室302提供製程氣體及前驅物氣體的位置，例如製程腔室的底部、基板支撐件的周邊等等。
設備300可以利用電容耦合的RF能量進行電漿處理。例如，製程腔室302可以具有由介電質材料製成的頂板342，和至少部分導電的噴頭314以提供RF電極(或者可以提供單獨的RF電極)。噴頭314(或其他RF電極)可以藉由一個或多個各自的匹配網路(匹配網路346所示)耦合到一個或多個RF功率源(一個RF功率源348所示)。一個或多個電漿源可以能夠在大約2MHz和/或大約13.56MHz的頻率或諸如27MHz和/或60MHz的高頻下產生高達約3,000W，或在一些實施例中，高達約5,000W的RF能量。排放系統320一般包括泵送氣室324和一個或多個導管，導管將泵送氣室324耦合到製造程腔室302的內部空間305(一般來說，處理空間304)。
真空泵328可藉由泵送埠326耦接到泵送氣室324，用於從製程腔室藉由一個或多個排放埠(所示為兩個排放埠322)泵送出排放氣體。真空泵328可流體地耦接到排放出口332，用於將排放物路線配置到適當的排放處理設備。閥330(如閘閥等等)可以被安置在泵送氣室324中，以便於結合真空泵328的操作來控制排放氣體的流動速率。雖然所示的是Z-移動閘閥，但任何合適的、製程相容的閥都可以用來控制排放的流動。
為了便於如上所述對製程腔室302的控制，控制器350可以是任何形式的通用電腦處理器中的一種，可以在工業環境中用於控制各種腔室和子處理器。CPU 352的記憶體或電腦可讀媒介356可以是一種或多種現成的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其它形式的數位記憶體(本地或遠端)。支援電路354與CPU 352耦合，以常規方式支援處理器。這些電路包括快取記憶體、功率供應器、時脈電路、輸入/輸出電路和子系統等。
本文公開的方法一般可以作為軟體常式358儲存在記憶體356中，當由CPU 352執行時，軟體常式358使製程腔室302執行本揭露內容的製程。軟體常式358也可以被儲存和/或由第二CPU(未示出)執行，第二CPU定位於被CPU 352控制的硬體的遠端。本揭露內容的方法的一些或全部也可以在硬體中執行。因此，本揭露內容可以在軟體中實現並使用電腦系統執行，也可以在硬體中作為例如應用特定積體電路或其他類型的硬體實現，或者作為軟體和硬體的組合。軟體常式358可以在基板310定位在基板支撐件308上之後執行。當軟體常式358被CPU 352執行時，將通用電腦轉化為控制腔室操作的特定用途電腦(控制器)350，從而使本文所公開的方法得到執行。
揭露內容可以使用其他半導體基板處理系統來實踐，其中處理參數可以藉由利用本文所披露的教導來調整，以實現本技術領域的技術人員可以接受的特性，而不偏離揭露內容的精神。
在一些實施例中，本揭露內容涉及一種製程腔室，配置用於將包括銅表面和介電表面的基板暴露於鈷前驅物氣體和包括還原劑(如氫、氨、與上述之組合)的製程氣體，以便在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300：1，或在300：1至600：1之間。
在一些實施例中，本揭露內容涉及一種非暫時性電腦可讀媒介，其上儲存有指令，當執行時，指令可使反應腔室執行一種在基板上覆蓋銅表面的方法，包括：將包括銅表面和介電表面的基板暴露於鈷前驅物氣體和包括還原劑(如氫氣、氨氣、與上述之組合)的製程氣體中，以在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300：1。
現在參考圖4，提供了根據本揭露內容的一些實施例的用於選擇性地在基板上沉積鈷層和覆蓋銅表面的方法400的另一個流程圖。在402處，方法包括將基板定位在製程腔室內，其中基板包括銅表面和介電表面。在實施例中，在404處，方法包括將銅表面暴露於鈷前驅物氣體和包含還原劑的製程氣體，以在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中鈷前驅物氣體的流動速率為約10至約30 sccm，且製程氣體的流動速率包括以至少8000 sccm、至少12000 sccm或更高的速率流入製程腔室的氫。在一些實施例中，製程氣體還包括以至少500 sccm、最高1,000 scccm的流動速率流入製程腔室的氨(NH3 )氣體。在一些實施例中，在足以去除第一鈷覆蓋層的雜質的條件下，第一鈷覆蓋層與氨電漿接觸。在實施例中，可以循環地使用氨電漿沉積額外的覆蓋層以沉積多個鈷層，以形成最終的鈷覆蓋層在一個預定厚度。
在一些實施例中，本揭露內容涉及一種在基板上覆蓋銅表面的方法，包括：將包括銅表面和介電表面的基板暴露於鈷前驅物氣體和包括還原劑的製程氣體，以在氣相沉積製程中選擇性地在銅表面上形成第一鈷覆蓋層，同時使介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比至少為300：1。在一些實施例中，製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比介於300：1至10,000：1之間。在一些實施例中，製程氣體與鈷前驅物氣體的流動速率比約為300：1、約400：1、約500：1、約600：1或約700：1。在一些實施例中，包括還原劑的製程氣體以至少8000 sccm的速率流入製程腔室。在一些實施例中，製程氣體還包括流動速率至少為500 sccm的氨(NH3 )氣體。在一些實施例中，鈷前驅物氣體以約10至30 sccm的速率流入製程腔室。在一些實施例中，製程氣體包括氫(H2 )、氨(NH3 )、與上述之組合。在一些實施例中，鈷前驅物氣體以約10至約30 sccm的速率流入製程腔室，其中製程氣體包括以至少8000 sccm的速率流入製程腔室的氫(H2 )和以至少500 sccm的速率流入製程腔室的氨(NH3 )。在一些實施例中，方法還包括在選擇性地形成第一鈷覆蓋層之後點燃電漿(例如，氨電漿)。在一些實施例中，將包括銅表面和介電表面的基板暴露於氣態還原劑和鈷前驅物氣體中，在約3秒至約15秒的範圍內的時間週期中進行。在一些實施例中，在約200°C至約250°C的溫度下，將包括銅表面和介電表面的基板暴露於氣態還原劑和鈷前驅物氣體中。在一些實施例中，方法還包括將第一鈷覆蓋層暴露於第二鈷前驅物氣體和包含還原劑的第二製程氣體中，以在第一鈷覆蓋層上沉積第二鈷覆蓋層。在一些實施例中，沉積週期包括進行2次、3次或更多次的氣相沉積製程，以沉積多個鈷覆蓋層。在一些實施例中，多個鈷覆蓋層中的每個鈷覆蓋層都被沉積到約3埃至約5埃的範圍內的厚度。在一些實施例中，鈷前驅物氣體包括具有通用化學式(CO)x .COy Lz 的鈷前驅物，其中：X為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12；Y為1、2、3、4、或5；Z為1、2、3、4、5、6、7、或8；而L為獨立地選自下列所構成之群組的配體：環戊二烯基、烷基環戊二烯基、甲基環戊二烯基、五甲基環戊二烯基、戊二烯基、烷基戊二烯基、環丁二烯基、丁二烯基、烯丙基、伸乙基、伸丙基、烯烴、二烯烴、炔烴、亞硝基、氨、上述之衍生物、與上述之組合。在一些實施例中，鈷前驅物氣體包括選自下列所構成之群組的鈷前驅物：三羰烯丙基鈷、環戊二烯基鈷雙(羰基)、甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、乙基環戊二烯基鈷雙(羰基)、五甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、二鈷八(羰基)、亞硝基鈷三(羰基)、雙(環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(環己二烯基)、環戊二烯基鈷(1,3-己二烯基)、(環丁二烯基)鈷(環戊二烯基)、雙(甲基環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(5-甲基環戊二烯基)、雙(伸乙基)鈷(五甲基環戊二烯基)、上述之衍生物、上述之複合物、上述之電漿、與上述之組合。在一些實施例中，鈷前驅物氣體包括環戊二烯基鈷雙(羰基)或由環戊二烯基鈷雙(羰基)所構成。
雖然上述內容針對的是本揭露內容的實施例，但在不脫離其基本範圍的情況下，可以設計出揭露內容的其他和進一步實施例。
100,400:方法 102,402,404:製程序列 200,310:基板 202:介電層 204:襯墊層 205:阻障層 206:銅層 208:介電表面 210:製程氣體 212:鈷前驅物氣體 214:第一鈷覆蓋層 216:特徵 220:開口 222:暴露銅表面 224:介電阻障層 300:設備 302:製程腔室 304:處理空間 305:內部空間 308:基板支撐件 312:開口 314:噴頭 316:氣體供應器 317:質量流量控制器 318:狹縫閥 319,330:閥 320:排放系統 322:排放埠 324:泵送氣室 326:泵送埠 328:真空泵 332:排放出口 334:升降機構 336,346:匹配網路 338:RF偏壓功率源 340:RF偏壓電極 342:頂板 348:RF功率源 350:控制器 352:CPU 354:支援電路 356:電腦可讀媒介 358:軟體常式
可以參照附圖中所描述的揭露內容的說明性實施例來理解上文簡要概述並在下文更詳細討論的本揭露內容的實施例。然而，附圖僅說明了揭露內容的典型實施例，因此不應視為限制範圍，因為揭露內容可以接納其他同樣有效的實施例。
圖1描述了根據本揭露內容的一些實施例的選擇性沉積鈷覆蓋層的方法的流程圖。
圖2A-E分別描述了根據本揭露內容的一些實施例的選擇性沉積鈷覆蓋層的階段。
圖3描述了根據本揭露內容的實施例適合執行選擇性沉積鈷覆蓋層的方法的製程腔室。
圖4描述了根據本揭露內容的一些實施例的選擇性沉積鈷覆蓋層的方法的另一流程圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用了相同的元件符號來表示各圖的相同元件。圖未按比例繪製，且為了清晰起見可加以簡化。一個實施例的元件和特徵可有利地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:方法
102:製程序列

Claims (20)

  1. 一種覆蓋一基板上的一銅表面的方法，包括以下步驟： 將一包括一銅表面和一介電表面的基板暴露在一鈷前驅物氣體和一包括一還原劑的製程氣體中，以在一氣相沉積製程中選擇性地在該銅表面上形成一第一鈷覆蓋層，同時使該介電表面暴露，其中製程氣體與鈷前驅物氣體的一流動速率比至少為300：1。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該包括一還原劑的製程氣體係在至少8000 sccm的一速率下流入一製程腔室中。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該製程氣體進一步包括在至少500 sccm的一流動速率下的氨(NH3 )氣體。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該鈷前驅物氣體在約10至約30 sccm的一速率下流入一製程腔室中。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該製程氣體包括氫(H2 )、氨(NH3 )與上述之組合。
  6. 如請求項1所述之方法，其中鈷前驅物氣體在約10至約30 sccm的一速率下流入一製程腔室中，且其中該製程氣體包括在至少8000 sccm的一速率下流入該製程腔室中的氫(H2 )與在至少500 sccm的一速率下流入該製程腔室中的氨(NH3 )。
  7. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：在選擇性形成該第一鈷覆蓋層後點燃一氨電漿。
  8. 如請求項1至7任何一項所述之方法，其中將一包括一銅表面和一介電表面的基板暴露在一氣態還原劑與一鈷前驅物氣體的步驟進行約3秒至約15秒的一時間週期。
  9. 如請求項1至7任何一項所述之方法，其中將一包括一銅表面和一介電表面的基板暴露在一氣態還原劑與一鈷前驅物氣體的步驟在約200°C至約250°C的一溫度下進行。
  10. 如請求項1至7任何一項所述之方法，進一步包括以下步驟： 將該第一鈷覆蓋層暴露在一第二鈷前驅物氣體與一包括一還原劑的第二製程氣體以沉積一第二鈷覆蓋層於該第一鈷覆蓋層上。
  11. 如請求項10所述之方法，其中一沉積週期包括進行一氣相沉積製程2次或更多次以沉積多個鈷覆蓋層。
  12. 如請求項10所述之方法，其中多個鈷覆蓋層的每個鈷覆蓋層沉積至約3埃至約5埃的一厚度。
  13. 如請求項1至7任何一項所述之方法，其中該鈷前驅物氣體包括一具有一通用化學式(CO)x. COy Lz 的鈷前驅物，其中： X為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12； Y為1、2、3、4、或5； Z為1、2、3、4、5、6、7、或8；及 L為一獨立選自下列所構成之群組的配體：環戊二烯基、烷基環戊二烯基、甲基環戊二烯基、五甲基環戊二烯基、戊二烯基、烷基戊二烯基、環丁二烯基、丁二烯基、烯丙基、伸乙基、伸丙基、烯烴、二烯烴、炔烴、亞硝基、氨、上述之衍生物、與上述之組合。
  14. 如請求項1至7任何一項所述之方法，其中該鈷前驅物氣體包括一選自下列所構成之群組的鈷前驅物：三羰烯丙基鈷、環戊二烯基鈷雙(羰基)、甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、乙基環戊二烯基鈷雙(羰基)、五甲基環戊二烯基鈷雙(羰基)、二鈷八(羰基)、亞硝基鈷三(羰基)、雙(環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(環己二烯基)、環戊二烯基鈷(1,3-己二烯基)、(環丁二烯基)鈷(環戊二烯基)、雙(甲基環戊二烯基)鈷、(環戊二烯基)鈷(5-甲基環戊二烯基)、雙(伸乙基)鈷(五甲基環戊二烯基)、上述之衍生物、上述之複合物、上述之電漿、與上述之組合。
  15. 如請求項1至7任何一項所述之方法，其中該鈷前驅物氣體包括環戊二烯基鈷雙(羰基)。
  16. 一種覆蓋一基板上的一銅表面的方法，包括以下步驟： 將一基板定位在一製程腔室內，其中該基板包括一銅表面和一介電表面；及 將該銅表面暴露在一鈷前驅物氣體和一包括一還原劑的製程氣體中，以在一氣相沉積製程中選擇性地在該銅表面上形成一第一鈷覆蓋層，同時使該介電表面暴露，其中該鈷前驅物氣體的一流動速率為約10至約30 sccm，而該製程氣體的一流動速率包括以至少8000 sccm的一速率流入一製程腔室的氫(H2 )。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該製程氣體進一步包括在至少500 sccm的一流動速率下的氨(NH3 )氣體。
  18. 一種非暫時性電腦可讀媒介，其上儲存有數個指令，當執行時，該些指令可進行如請求項1至7任何一項所述之覆蓋一基板上的一銅表面的方法。
  19. 如請求項18所述之非暫時性電腦可讀媒介，其中將一包括一銅表面和一介電表面的基板暴露在一氣態還原劑與一鈷前驅物氣體的步驟在下列至少一者中進行：約3秒至約15秒的一時間週期；或約200°C至約250°C的一溫度。
  20. 如請求項18所述之非暫時性電腦可讀媒介，進一步包括： 將該第一鈷覆蓋層暴露在一第二鈷前驅物氣體與一包括一還原劑的第二製程氣體以沉積一第二鈷覆蓋層於該第一鈷覆蓋層上。
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