TWI360167B - Method for integrating a ruthenium layer with bulk - Google Patents

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TWI360167B TW095134803A TW95134803A TWI360167B TW I360167 B TWI360167 B TW I360167B TW 095134803 A TW095134803 A TW 095134803A TW 95134803 A TW95134803 A TW 95134803A TW I360167 B TWI360167 B TW I360167B
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Description

13.60167 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體處理，更具體而言，係關於一種銅金屬化 製程中塊材銅與釕層之整合方法。 j
【先前技術】 將銅(Cu)金屬引進多層金屬化結構以製造積體電路，需要使用 到擴散阻障層隔離層，以提升€11層之附著及成長，並防止(^擴 散進^介電材料中。沈積於介電材料上之阻障層可包含耐火材、 料’諸如鎢(W)、鉬(Mo)及钽(Ta或TaN)等與Cu呈非反應性且不 互融且可提供低電阻率之材料。 另外最近’由於釕(RU)金屬之預期行為相似於上述之耐火金 屬’、故已被認定為可能之銅金屬化的阻障層。並且，單一 Ru層可 ，代目前的阻障層’包含TaN/Ta之兩層結構。此外，近來之研究 <為，在無須沈積Cu晶種層至此層上的情況下可直接將Cu 之上來進行Cu表體層之沈積。然而，以此方法沈積之恥 二會包含污染物，例如可被包含入此層之來自仙沈積處理 二RU層整合至CU金屬化結構時，該污染物會使Ru i空乾以紇知無法接受。上述特性包含：對Cu經由Ru層擴散沒 合道能力；實質上在化學機械研磨(CMP)將基板平坦化期 jl θ & 3題的整個基板(例如200 _、300 mm或甚至更大的晶 以及二Ϊ置二二電遷移_、應力遷移(SM) 堂良率之表體Cu層與如層間的不佳黏著。因此， 結構之整t方法來改善⑸層的特性，以及RU層至Cu金屬化 【發明内容】 由 本方提ΐ—種在半導雜造巾塊Cu與Ru職整合方法 4 3 .夺在化學氣相沈積處理中將Ru層沈積到基板上； 13.60167 Ϊίϋ化或其組合來改變所沈積之Ru層；將超賴Cu層沈積 到匕汉變之Hu層上；及祕Cu層電❹隱超狀⑪層上。、 【實施方式】 本發，的實施例提供一種在半導體製造中Ru層與塊⑶的整 2ί 明之實施例可減少或絲與下列者相關之Cu内連線 構中之Ru層的問題：對Cu經由Ru層擴散沒有足夠的 =插月匕力’整個基板上不良的Cu電鍍均勻度。此外，本發明之實 施例可改善電鑛塊(^層與下方Ru層間的黏著、減少電遷移 (EM)、應力遷移(SM)問題，以及改善裝置製造良率。 在下列敘述中，為了促進對本發明之全面瞭解以及作為解釋性 目，而非限制性，提出特定細節，例如沈積系統與處理工具之特 ，幾合形狀以及各種元件之敘述。然而應瞭解：可在脫離該些細 節之其他實施例中施行本發明。 一、 根據本發明之一實施例，可藉由將絲暴露於幾基釘之前驅物 或釕之有機金屬前驅物’以在化學氣相沈積處理帽以層沈積於 基板上，但此並非本發明所必須，尚可使用其他能夠形成適合作 為CU金屬化用之膜層之Ru金屬層的含釕前驅物。 根據本發明之一實施例，該含釕前驅物可為羰基釕前驅物，如 Ruscco)!2。根據本發明之另一實施例，該含釕前驅物可為釕之 機金屬前驅物，如(2,4-二甲基五(二烯基))(乙基環五(二烯基))釕
[(2J4-dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)mtheniuin][(RurD MPD)(EtCp))];雙(2,4-二甲基五(二烯基》釕 [bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium][Rii(DMPD)2];或(2,4_二甲 基五(二烯基))(甲基環五(二稀基))釕 [(2,4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium]。但上 述有機金屬前驅物並非本發明所必須，可使用其他釕之有機^屬 前驅物’包含液體前驅物如雙(乙基環五(二烯基))釕 [bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium][Ru(EtCp)2]，以及其他上述或 6 1160167 其他前驅物之組合。 現參照附圖，圖1係根據本發明之一實施 驅物而將Ru金屬層沈積至基板上之沈積系統卜 != 述对前驅物Ru3(CO)12之使用，然而如 敘 ，尤積糸統1包含：處理室10，具有用以支撐二， 2〇 ’而釕金屬層係形成在該基板上。處理室 輸送系統4G錢接於金輕驅物蒸發純％係，.孔相刖驅物 處理室10更藉由輸送管36而連接至真 該真空泵抽系統38係用以排空處理室二J: 4〇及金屬前驅物蒸發系統5G至適合在基板^^物輸j， ^適合在金屬前驅物蒸發系統5G中使_釕前驅^ 2 ^發^’ 物發系統5G係用以儲存絲釕前驅 =屬前入至氣相前驅物: 離二之應注意：在不脫 幾基釘前驅物及釕之加熱條件下驗體之其他 物炭^了前驅物52昇華之期望溫度，將金屬前驅 x昇華Ru3(co)12。例如在此溫度下， 52 日ί 約1至3 — °當加熱_了前驅物 通過羰“前驅物52二以流$過羰基釕前驅物52、 選擇性地包含惰性載氣=ϋί。該含C〇氣體包含C0並 乂十或盆组人。载2或稀有氣體(即版、阶4、&、 7 用係統5。，且 或在另一例中，氣體供給 =^52上方。此外 入氣相前驅物輸送系統40 =之;驅=之蒸氣進 可包含：裁氣源、c二二雖然未圖不，但氣體供給系統6〇 及質量流量控制器。例如，/含c一〇氣 個過濾器、 3標準立方公抑， 讀圍可介於約1Gseem至約ϋ 3 CQ乳體之流 量範圍可介於約50 sccm至約 =者’含CO氣體之流 該co氣體之流量範圍可介ccm。根據本發明之實施例， 。。=;量範圍p:==s:—者， 理氣:過處 ° ϊ 了控制蒸氣管i之 40可連接至蒸氣管線溫度控制刀系，氣相前驅物輸送系統 統圖室10並形成其一部分之蒸氣分配系 進入基板25工之:理區二32二在I氣通蒸氣分配板弘然後 外，蒸氣分配板34可遠接Λ此充氣室32中將蒸氣分散。另 統3/。 連接至用以控制其溫度之分配板溫度控制系 旦包含_厌基釕刖驅物蒸氣之處理奉 =在4板表而=基崎= 躲由直連接至某板备上形成如金屬膜層。基板支座20 !^!：^"ί；;：ί2 ；2222^"' 又L市】糸統22可用以將基板25之溫度升 丄湖167 南上至約500°C。此外，處理室 室體溫度控制系統12。 10可連接至用以控制室壁溫度之 系統考慮：對^RU3(C0)12而言’為了防止通常發生於 下之分解’在溫度範_4(rc至45ΐ_作金屬前驅物 ，發糸統50及氣相前驅物輸送系統4〇。例如，Ru3(c 尚之溫度下分解以形成副產物，如下所示者：
Rus(C〇)12 (ad) <^>Ru3(CO)x (ad) + (12-x) CO (g) (l)
Ru3(C〇)x (ad) <^> 3Ru (s) + x CO (g) (2)
，中這些副產物可吸附0必(即凝結)至沈積系統丨之内部表面上。 =些表面上所累積之材料可在基板與基板間引發問題(如製程重覆 性）。或者，例如RWCOb可凝結於沈積系統之内部表面 Ru3(CO)12 (g) <^Ru3(CO)J2 (ad) ⑶ 制/i言之’某些幾基釘之前驅物(如Ru3(co)i2)之低蒸氣壓及狹小 袈程固使^積至基板25上之金屬層的沈積速率非常低。 將CO氣體添力π至幾基釘前驅物蒸氣可減少上述輸送鑛基釘前 驅物至基板之限制問通。因此根據本發明之一實施例，將C〇氣 體添加至I^基餅驅物統以減少絲釘前驅物統在氣體管線 Ιίί ’藉此將反應式⑴之平衡往左推移，並減少錄釕之前驅 物輸送至處理室10前在氣相前驅物輸送系統4〇中過早分解。將 co氣體添加至羰基釕之前驅物蒸氣中，使蒸發溫度自約4〇它增 =至約1GGC ’或更高。經升高之溫度增加了絲釕前驅物之某氣 壓，因而使輸送至處理室之羰基釕前驅物增加，因此增加了在基 板25上之金屬沈積速率。再者，使&及c〇之混合氣體流動越 過或通過羰基釕前驅物，可減少羰基釕前驅物之過早分解。 * /艮據本發明之一實施例，將C0氣體添加至Ru3(c〇)i2前驅物 蒸氣’允許吾人維持Ri^CO；^之蒸發溫度自約4〇。〇至約15〇。〇。 或者，可將蒸發溫度維持在約6〇ΐ至約9〇。〇。 由於添加〇}氣體至絲釕之前驅物蒸氣可增加雜釕前驅物 9 13.60167 ϊ 性，因此可利用處理氣體中釕前驅物蒸氣對c〇 八㈣Ϊ對喊來控觀蚊溫度下釕胸物在基板25上的 再者，可使用基板溫度來控制金屬在基板25上的分解 ΪΪϋ控觀積縣）。熟知本技藝者餘« :吾人可輕易地改 ί =乳體之量以及基板溫度，以達雌望之減釕前驅物的基 〇皿又’ Μ及縣板25上達_望之縣哺驅物的沈積速 自擇在處理氣體中c〇氣體的量，俾使在基板25上 制為止。 ^其特徵在於沈積速率與溫度之強相關。不似動力限 ί接ίΐ在較高基板溫度時觀察到質量傳輸限制制，並係Ιί- 沈積速率受限於化』二 ，流量強相關，與沈積溫度相關。在 =圖;:基;=的階梯覆蓋性屬= 上，金屬層最g部份除《ί厚基板上之特徵部的側壁 仍參照m，沈積系統丨更可包含用以 ^操作的控制系統80 °控制系統80係連接至處理^ 座20、基板溫度控制系統22、室體 ==基^ 繼送系统•金屬前駆4發 屬/之^積金屬層如如金 以支樓基板125之基板支===2&處理室11G ’具有用 處理室110係連接至前驅物輸送李1J 5屬曰^形成在該基板上。 輝别达系統105，該前驅物輸送系統1〇5 Π60167 具有用以儲存及蒸發羰基釕前驅物152之金屬前驅物蒸發系統 150及用以將羰基釕前驅物152之蒸氣輸送至處理1〇 驅物輸送系統140。 細月 處理室110包含：上部腔室m、下部腔室112及排氣室113。 一開口 114係形成於下部腔室112中，自該開口處下部腔 與排氣室113相連接。 仍參照圖2，基板支座12〇提供一水平表面以支撐待處理之 板(或晶圓)125。可藉由自排氣室113之下部向上延伸之柱$ 構件122支撐基板支座。此外，基板支座12〇 &含連接至基牙 座溫度控制系統128之加熱器126。該加熱器126可例如包含— 夕個電阻式加熱元件。或者，該加熱II 126可例如包含一或多^ ，射式加齡統’如鶴鹵素燈。基板支座溫度控制系統128 二· yx提供電力至-❹個加熱元件之電源；用以量測基板溫 二:土板支座溫度或兩者之溫度的—或多個溫度感測器；用以
行：控°周整或控制基板溫度或基板支座溫度至少其中-種之控 制器。 I 你程中’經加熱之基板125可熱解縣釕前驅物蒸氣及 ^ u金屬能夠沈積在基板125之上。將基板支架12〇加執至 層或其他金屬層沈積至基板125上的預定i 連腔室溫度控制系統121之加熱器(未圖示） 110之壁中，以將腔室壁加熱至預定之_。該加教 持在自約40°c至約l5(rc，或自約贼至 ίϋΛ儀i未圖示)侧以量測處理㈣力·。根據本發明之 本實ί例”之壓力可介於約1 mTorr至約200 mT〇rr間。或 ，处理室之壓力-可介於約2 mTorr至約50 mTorr間。 〆 圖^中^員^，蒸氣分配系統130係連接至處理室110之上 ff统130包含用以自蒸氣分配充氣室⑶將 剛驅物紅藉由一或多個孔口 134通 133的蒸氣分配板131。 ^…上方之處理& (£ 11 13.60167 此外’在上部腔室111中設置開口 135，用以將羰基釕前驅物 蒸氣自氣相前驅物輸送系統140通入蒸氣分配充氣室132。並且， 設置溫度控制元件136(如用以使經冷卻或經加熱之液體流動之同 軸液體管道)用以控制蒸氣分配系統130之溫度，因而防2蒸氣^ 配系統130中之羰基釕前驅物分解或凝結。例如，可將一 水自蒸氣分配溫度控制系統138供應至液體管道。蒸氣分配溫度 控制系統138可包含：液體源；熱交換器；一或多個用以量測& 體度或蒸氣分配板溫度或兩者之溫度感測器；及用以將蒸氣八 配板131之溫度控制在自約20〇C至約150。(：之控制器。對&前=
物Ru3(co)i2，可將蒸氣分配板131之溫度控制在或高於約65<t， 以防止前驅物在分配板131上凝結。 如圖2所示’金屬前驅物蒸發系統150係用以支撐羰基釕前驅 物152及藉由升高羰基釕前驅物之溫度而使羰基釕前驅物152蒸 發(或昇華）。此處交替使用之「蒸發」及「昇華」與「蒸發」幾‘個 詞，通指自固體或液體前驅物形成蒸氣(氣體），不^該為例如 自固體至液體至氣體，固體至氣體，或自液體至氣體。設置前驅 物加熱器154,以加熱羰基釕前驅物152,以維持羰基釕前驅物152 在可產生期望羰基釕前驅物152蒸氣壓之溫度。前驅物加埶器154 係連接至用以控制幾基釕前驅物152溫度之蒸發溫度控制系°统 156。例如，前驅物加熱器154可用以調整羰基釕前驅物152 度自約40°C至約150°C，或自約60°C至約90°C。 瓜 當加熱羰基釕前驅物152以使其蒸發(或昇華)時，可使含〇：〇 之氣體流動越過或穿過羰基釕前驅物152，或其任何组人。爷八 CO氣體可包含C0並選擇性地包含惰性氣體，如&或稀^氣^ 3如 He、Ne、Ar、Kr、Xe)。根據本發明之一實施例，可將c〇氣體加 入至惰性氣體。或者’其他實施例考慮以CC)氣體取代惰性氣體。 例如’氣體供給系統160係連接至金屬前驅物蒸發系統15〇，且1 用以例如使CO氣體、惰性氣體或兩者流動越過或穿職基釘前 驅物152。雖細2未圖示’但氣體供給系统16〇亦可以/或者連 12 1360167 接至氣相前驅物輸送系統140,以在金屬前驅物152之蒸氣進入氣 相前驅物輸送系統140之時或之後，供應載氣及/或c〇氣體至金 屬前驅物152之蒸氣。氣體供給系統160可包含：包含.隋性載氣、 CO氣體或其混合氣體之氣體源161、一或多個控制閥M2、一或 多個過遽器164及質量流量控制器165。例如，含c〇氣體之質量 流篁之範圍自約0.1每分鐘立方公分(seem)至約1 〇〇〇 sccm。、 另外，感測器166係設置用以量測來自金屬前驅物蒸發系統 150之總氣體流量。該感測器166可例如包含質量流量制器\使 用感測器166及質量流量控制器165可決定輸送至處理"室^之 ，基釕前驅物蒸氣的量。或者，感測器166可包含吸光感測器以 量測流至處理室110之氣體流中的幾基釕前驅物濃度。 旁通管、線167可位於自感測器166之下游，且其可將氣相前驅 ，輸送系統140連接至排氣線116。旁通管線167係設置用以排空 氣相前驅物輸送系統140，及用以穩定至處理室1〇之羰基釕前= 物供給。此外，旁通閥168位於自氣相前驅物輸送系統14〇之分 支的下游’係設置於旁通管線167之上。 ★ 一仍參照圖2，氣相前驅物輸送系統14〇包含具有第一閥ΐ4ι t閥142之高傳導蒸氣線。此外’氣相前驅物輸送系統M〇包 二猎由加熱器(未圖示)用以加熱氣相前驅物輸送系統14〇之菽 ί ΐί ίΐ ί統143。可㈣統線之溫度以防歧基釕前驅物基 ，在蒸祕巾繼。可將魏線之溫紐制自約 '，、' 或自約40°C至約9(TC。 王、、」 ^外’可自氣體供給系、統19〇供應c〇氣體。例如，氣體 2 190係連接至氣相前驅物輸送系、统14〇，且用以例如將⑺、= ===氣體__可包=氣^的^^ mu,或多個韻11⑼及質量流量控制 f之質Ik量範圍可自約〇·i secm至約嶋sccm。 質1流量控制器165及195，與閱162、192、168、⑷及142
13 S 1360167 係藉由控制ϋ 196來控制，該控制器控制供給、中止及 co氣體及絲釕前驅物蒸氣之流量。感測^ 166亦連接至^制 =5’且控制器195可根據感測器166之輸出而藉由質量流！ ίϋΐΐί制載氣流量，以獲得預期之幾基釕前驅物流量輸“ 直^圖/^Ϊ’Γ氣^線116將排氣室113連接至泵抽系統⑽。 真工栗浦119侧以排空處理室至期望之真 處理室U0移除氣態物種。自動壓力控制器心^ 收可與真空系浦119串連使用。真空栗浦119可包含抽 j ^能上至每秒500升(或更大)之涡輪分子泵浦(ΤΜρ)，或者真 :泵浦119可包含-乾式低真空泵浦。於製程進行期間，可導入 氣體至處理室110中’藉著壓力控制器115來調整腔體壓力。 壓力控115可包含-蝴蝶閥或閘閥。收集器117可自處理室 110收集未反應之羰基舒前驅物材料及副產物。 參照回處理室110中之基板支座12〇，如圖2所示，其具有三 枚基板升降銷127(只有其中兩者有圖示)用以支擇、舉起和放下基 板125。該基板升降銷127係固定於碟123，並可下降至基板支架 120上表面yf的位置。一驅動機構129利用如氣缸之裝置來升、 降碟123。藉著自動傳送系統(未圖示），基板125可經由問閥綱 和腔體進出通道202而傳送進、出處理室n〇，並為基板升降銷 127所接收。一旦基板125自傳送系統所接收，基板升降銷.127 會下降而將基板降至基板支架12〇的上表面。 =參照圖2 ’控制器180包含：微處理器、記憶體及數位輸入 輸出接口，。該數位輸入輸出接口能夠產生控制電壓，此控制電壓 不但，以溝通和活化處理系統丨⑽之輸人訊號，而且可監測來自 處理系統100之輸出訊號。此外，處理系統控制器18〇可連接至 if室】^，包含了控制器196、蒸氣線溫度控制系統143及蒸氣 溫度控制系統1/56之前驅物輸送系統1〇5;蒸氣分配溫度控制系統 138，真空栗吸系統118及基板支架溫度控制系統128，並可和上
14 丄功ϋ167 換貝訊。於真空果吸系統118 +，控制器18 =處理室U0壓力的自動壓力控制器115，接用t 式:用以根據經儲存之製程處方來i述 斯之戴_ _ e__allas :=達拉 PRECISION WORKSTATION 610™ 〇 或^4Γ理 方式來施行控制器180，執行一部份 工體中之二2多:ίί發明之處理步驟’以對執行包含於記 ^ ^ 7之—或多個序列之處理器作回應。此類指 硬碟或卸除式媒體驅動器機)讀入控 理之-或t個處理器來作 因I，Hi 取代軟體指令或與軟體指令結合使用。 體，容納根7 資料結構、表格、記糾撰寫的程式指令’及用以容納 媒體為例如光碟、硬碑軟磾H本=月所需之資料。電腦可讀 EEPROM、快閃 EpiJMf 碟磁帶、磁光碟、PR〇MS ( EPR0M、 他磁性媒體、絲(如CD M ' SRAM、SDRAM或任何其 紙帶’或其他具有孔洞錢之m其n打孔卡片、 其他電腦可讀取之媒體。貫體媒體載波（如下述）或任何 能夠和人類使用者互動之仃，月之裝置及/或用以使控制器 置驅動器、作業系統發=且^=體可包含但不限於：裳 J包含本發明之電腦程=品具JJ:軟= 和行在執行 知式馬裝置可為任何可編譯或可執行程式碼機構，包 15 υ〇υΐ67 VI .^f"l(SCripts)' "T^#^^(inteipretable programs) ^ Ϊ及ϋ本 判之纽綠，以麟紐魏、可靠 制斤使之電腦可讀媒體」一詞，意指參與提供指令予控 H器以執行之任何媒體。電腦可讀取媒體，可以為 # D 匕括但不限於：非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒 121 ’非揮發性媒體包括光學、磁碟及磁光碟， 式媒體機。揮發性媒體包括動態記憶體，如主記憶體。又、， 參;將一或多個指令之-或多個序列輸送至 至動腦可將用以施行全或部分本發明之指令載人 動心气隨，並透過網路而將指令傳送至控制器180。 器1Ρ可设置在沈積系統100之附近，或其可設μ沈積 ί=ΐί端。例如’控制器180可使用直接連結、内二 STgO ίίΪΪΙ^ί^ 100 ° 接連接至客戶端(即’裝置製造者)之内部網路，或可連 ίοΐίΐ端之峰職(即，機台製造者）。此外，例如控制器 算、可^田接ί網，網路。而且，另一台電腦(即，控制器、词服器 至少二種來^二：以藉由直接連結、内部網路或網際網路中之 無線網路來與沈積系統刚交換資料。π㈣180Τ猎由 理機本Ϊ明之實施例之處理基板之處理機台示意圖。處 動僂“二3 .基板卸載室細及㈣；處理系統83G_860;自 统840 ΐί 及控制器_。在本發明之一實施例中，處理系 μ I用以在化學氣相沈積處理中將Ru金屬層沈積至Α板上。 例如;處理系、统840可為圖i、2中所示之沈積系統f、‘板上 r二=3!可為電漿處理系統，用以藉由將所沈積的 曰*路至3氧電水或含氮電漿或其組合來改變所沈積之如 ,¾ 16 13.60167 “二將例考慮使躲何能_成電漿以將Ru層暴露至 k R爲2將♦、統。根據本發明之實施例之適合用以暴露及回 火u層的電水處理系統的數個實例在申請於薦年μ 31日之 名為 METHOD FOR FABRICATIN(} a SEMICONDUCTCm
美國專利申請案第11/〇45，124號中有敘述，特將其全 二^ 3於此作為參考。根據本發明之一實施例，處理系統㈣ 可為由^本赤坂之東京威力科創股份有限公司所販售的 TRIAS S^A處理系統。根據本發明之一實施例，處理系統伽 ^可用以藉。絲RU層暴露至錢賴以朗Ru層，及/或藉由在 ,1^約1G0CJ·約5GG C的溫度下力σ熱並維持基板溫度以對基板 ，行回火。此外，電漿處理系統830可用以將基板暴露至一貴重 氣體、〇2氣體、Ν2氣體、ΝΗ3氣體、η2氣體或其兩者或更多者之 組合。熟知此項技藝者應體認到：在將如層沈積至基板上之前， 亦可使用電漿處理系統83〇來清理基板之任何氧化物或污染物。 巧據本發明之一實施例’在施行銅電鍍前可在處理系統85〇中 將超薄Cu層形成於改變後之Ru層上。處理系統85〇可用以在改 變後之Ru層上施行超薄Cu層之物理氣相沈積，例如可用以施行 離子化之物理氣相沈積(IPVD)。熟知本技藝者應知用以將Cu金屬 層沈積至基板上的IPVD系統。ipvd系統之一例係於美國專利編 號6,287,435中有所著墨。 電鍍系統890係經由基板卸載室810來操作性地連接至處理機 台800。例如’電鍍系統_可用以在包含了已改變之如層之基 板上或包含了形成在已改變之Ru層上之超薄Cu層的基板上施行 Cu層的電化學電鍍或無電鍍處理。電化學電鍍及無電鍍系統係為 ，知此項技藝者所知，且已為市售。此外，當將基板自基板卸載 室810傳送至電鍍系統890時，處理機台800可用以將基板暴露 至空氣中。或者，處理系統860可為Cu電鍍系統。處理系統860 可用以在不將基板暴露至空氣中的情況下處理基板。 可藉由控制器880來控制處理機台800。控制器880可連接至 .13.60167 基板卸載室810與820、處理系統830_860及自動傳送系統87〇， 並與上述交換資訊。在一例中，控制器880更可控制處理系統 890。在另一例中’處理系統890可具有獨立控制器，以控制其功 能。例如，可使用儲存於控制器88〇之記憶體中的程式，以根據 期望之處理來控制上述處理機台8〇〇之元件，並施行任何與監控 該處理所相關之功能。控制器880之一例為自德州奥斯汀^戴^
公司(Dell corporation，Austin, Texas)所生產的 DELL PRECISION WORKSTATION 610™ 〇
圖4A係根據本發明之一實施例之基板處理流程圖。現參照圖 4A及，5A-5D，處理400包含：在步驟402中，將基板5〇5 ‘置 到沈積系統的處理室中。例如，沈積系統可包含在圖丨與2中所 不的沈積系統1及100。此外，沈積系統可為圖3中之處理 800的處理系統840。例如’基板502可為Si基板。根據所形口 裝置類型，祕板可為n型或p ^該基板可為任何尺寸 200 mm基板、300 _基板或甚至更大之基板。根據本發明之一 實施例以及更將於圖5A-6D中所述，該基板可為包含一哎多 孔或溝槽或其組合之圖型化基板或平面基板。 一 ^ p ttTT巾，在化學氣相沈積處理中將⑹層沈積至基板5〇2 Ϊ考Γ沈可包含分散於如層504 Τ之〜物。可考慮·㈣物在靠近層之上部 度。例如’該污染物可包含CO或自幾基釕前驅動如⑽的= 解所產生之C0分解的產物(例如碳及氧）。此外或或者，= 可在如沈積步驟404期間或之後，目CO或其他氣離物 Η2ο)自處理環境吸附到Ru層504上所產生^ J污染物例如可包含自前驅物配位 Ϊ!環境吸附到Ru層5G4上的氣態物種。2 本毛月的-實施例，RUyf 5〇4的厚度可介於約i n 根據 之間。根據本發明之另一實施例，仙層5〇4的厚度於的nm 至約10nm之間。 丨於、·勺l_5nm 18 根據本發明之一實施例，可 物及CO a體的處理氣體來^田^基板暴路至包含·釕前驅 叫(c〇)12。處理氣體層504 °例如’該麟舒可為 重氣體可包含He 隨體如①或責重氣體。該貴 例如在暴露躺，可將从或其兩者或更多者之組合。 下。或者，在暴露崎至約之溫度 溫度下。此外，在暴露期門^、考夺在”於約15〇c至約30〇ec之 約200mTor^g』間可將處理室維持在介於約0.1爾订至 根據本發明之另一實施例，可藉 雨 金2前驅物的處理氣體來沈戟 4t 其組人。” _ 2或貝重軋體、一還原氣體(例如H2或〇2)，或 在步驟概卜如圖冗中所示，藉由氧化 改變Ru層504，以形成改變後之Ru層-。在步驟4〇^中、、且2 可，圖3中之處理機台800的處理系统83〇中施行。本發明人 ，認到：根據本發明之實施例來改變所沈積之Ru㉟可減 消除於沈積Ru層504時所遭遇到的問題，包含對Cu經過Ru層 5〇4擴散沒有足夠的阻擋能力。應考慮：改變步驟4〇6至少自^ 層5〇2部分移除任何污染物，並使氧及/或氮物種包含於如層5〇4 中，藉此改善Ru層504的阻障特性。改變步驟406可在介於約 lOmTorr至約lOOOTorr之氣體壓力下施行。或者，改變步驟4〇6 可在介於約lOOmTorr至約lOTorr之氣體壓力下施行。 根據本發明之一實施例，可在不對基板進行回火的情況下施行 改變步驟406。根據本發明之另一實施例，可在對基板進行回火之 同時施行改變步驟406。根據本發明之更另一實施例，可在電毁暴 露步驟406之前或之後對基板進行回火。在一實例中，該回火可 至少與Ru沈積步驟404至少部分重疊。根據本發明之一實施例， 基板之回火及改變步驟406在時間上可至少部分重疊。 1360167 . 在步騾408令，將圖5D中所示的超薄（^層5〇8沈積至改變 後的Ru^5〇6上。例如，超薄(：11層5〇8可使用圖3中之處理系 統850而藉由ipvD來沈積。例如，超薄(^層5〇8的厚度可介於 .約111111至約3〇nm。藉由更進一步的例子顯示，超薄（^層5〇8 可介於約5 rnn至約20 nm。該超薄Cu層5〇8可比習知之Cu電鍍 •所用的Cu晶種層還薄’其中該電鍍Cu之厚度通常大於約50 , * 在步驟41〇中，將圖5E中所示的塊Cu層510電鍍到由步驟 ，所形成的超薄Cu>t 508上。例如，可使用圖3中所示之處理 系統860或電鍍系統890來電鍍塊Cu層510。 鲁 熟知此項技藝者應注意.圖4A之流程中所示的每一步驟或階 段可包含一或多個分離的步驟及/或操作。因此，雖然在4〇2、4〇4、 406、408、410中僅舉出之五步驟’但應了解：本發明之此方法並 不僅限於五步驟或五階段。此外，應了解：每一例示性步驟或階 段402、404、406、408、410並非僅限於一單一處理。 圖4B係根據本發明之另一實施例之基板處理流程圖。在圖4b 中，步驟420、422、424、428及430分別相當於參照圖4A所述 之402、404、406、408及410。在圖4B中，處理4〇1包含在步 驟426中藉由將改變後之RU層暴露至含氫電漿、對其回火或兩^ 以處理改變後之Ru層。根據本發明之一實施例，含氫電漿可包含 鲁Η?。根據本發明之另一實施例，含氫電漿可包含及一貴重氣體3。 根據本發明之一實施例，可在將RU層暴露至貴重氣體、Ν2氣體、 ΝΗ3氣體、Hz氣體或其組點的時同施行上述之回火。2’、 熟知此項技藝者應注意：圖4B之流程中所示的每一步驟哎階 段可包含一或多個分離的步驟及/或操作。因此，雖然在4^〇、422 424、428、426及430中僅舉出之六步驟’但應了解':本發明之此 方法並不僅限於六步驟或六階段。此外，應了解：每一例示性+ 驟或階段420、422、424、428、426及430並非僅限於一^一^ 理。 在本發明之一實施例中’處理機台800係用以進行下列處理. 20 1360167 在處理系統84〇中將RU層5〇4沈積於基板上；在處理系統㈣ 將Ru層504暴露至電漿；在處理系統85〇中將超薄^層Μ〗尤 之及在處理系統議中或電鑛“ _中
St到ΐί CU層上。此外，在沈積超薄⑽ 藍^月/後或之别與之前’可將改變後之如層506暴露至含 (例^ ’ ^氣）。或者，在沈積超薄⑶層之前、之後或 至，。處理機台_可用以防止將改變後之Ru層506暴露 蚀田1改善電鏡塊Cu層510與改變後之Ru層506間的黏著外， 吏用超薄Cu層508更可減少終 —η :者上 該效應通常發生於電化學紐處財，在#中於整 Tim到電鑛cu層的非均勻厚度。終端效率係由於導電流
度具有不均勻的傾向。當使用比低電阻更 (例如’㈣層時會使此問題更加嚴重。非CuH 上電l=層的片電阻高上好幾個階次，且目前用 ====電解質導電率)之方法的直接延伸運用通常 川、非晶種層所遭遇的終端效應。 鍍Cu層的之—實施例之在圖型化結構上形成電 種击托合:本== 構 雖然未圖示，'化層612及第—金屬層61G上之知層614° 含形成在圖型技f者應注意：圖型化結構601更可包 層614之^^ 612之稞露表面及第一金屬層610上並位於如
组層齡，示）。例如，該額外阻障層可為含 或其組合）。 或aCN或其組合)或含鎢層(例如，W或WN 21 1360167 ^ 6B顯示將根據本發明之一施例之圖6A之圖型化結構6〇ι 經過氧化或氮化或其組合後卿紅包含了改變狀灿層⑽的 圖型化結構602。 圖6C顯示包含了形成於改變後之尺11層616上之超薄Cu層 618的圖型化結構603。 θ 圖6D顯示包含了藉由Cu電鍍處理形成於超薄Cu層618上之 電鍍Cu層622的圖型化結構6〇4。 雖然*以上僅就本發明之數個例示性實施例進行詳細說明，但熟 知此技藝者應明瞭：在實質上不背離本發明之新穎教示及優點之
下，可實施某些改變或修改。因此，所有諸如此類之修改皆應包 含於本發明之範疇内。 ^ 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一實施例之沈積系統的示意圖。 圖2係根據本發明之另一實施例之沈積系統的示意圖。 圖3係根據本發明之實施例之處理基板用之處理工具的示意 圖。 圖4A係根據本發明之一實施例之處理基板的流程圖。 圖4B係根據本發明之另一實施例之處理基板的流程圖。 圖5A-5E係根據本發明之一實施例之在處理過之如層上形成 電鍍Cu層的示意圖。 圖6A-6D係根據本發明之一實施例之在圖型化之結構上形成 電鍍Cu層的示意圖。 元件符號簡單說明： 1 ·沈積系統 1Q :處理室 12 ·至體溫度控制系統 20 :基板支座 22 1360167 22:基板溫度控制系統 ，25 :基板 30 :蒸氣分配系統 ^ 32 :蒸氣分配充氣室 33 :處理區 • 34 :蒸氣分配板 35 :分配板溫度控制系統 36 :輸送管 38 :真空泵抽系統 40 :氣相前驅物輸送系統 鲁42 :蒸氣線溫度控制系統 50 :金屬前驅物蒸發系統 52 :羰基釕前驅物 54 :蒸發溫度控制系統 60 :載氣供給系統 61 :饋送管線 62 :饋送管線 63 :饋送管線 80 :控制系統 • 100:沈積系統 105 :前驅物輸送系統 110 :處理室 — 111 :上部腔室 - 112:下部腔室 113 :排氣室 114 :開口 115 :自動壓力控制器 117 :收集器 116 :排氣管線 13.60167 118:泵抽系統 • 119 :真空泵浦 120 :基板支座 121 :腔室溫度控制系統 * 122 :柱形支撐構件 • 123 :碟 125 :基板 126 :加熱器 127 :基板升降銷 128 :基板支座溫度控制系統 _ 129 :驅動機構 130 :蒸氣分配系統 131 :蒸氣分配板 132 :蒸氣分配充氣室 133 :處理區 134 :孔口 135 :開口 136 :溫度控制元件 138 :蒸氣分配溫度控制系統 φ 140 :氣相前驅物輸送系統 141 :第一閥 142 :第二閥 143 :蒸氣線溫度控制系統 _ 150 :金屬前驅物蒸發系統 152 :羰基釕前驅物 154 :前驅物加熱器 156 :蒸發溫度控制系統 160 :氣體供給系統 161 :氣體源 24 1360167 162:控制閥 .164:過濾器 165 :質量流量控制器 166 :感測器 ' 167 :旁通管線 • 168 :旁通閥 180:控制器 190 :氣體供給系統 191 :氣體源 192 :控制閥 籲194:過濾、器 195 :質量流量控制器 196 :控制器 200 :閘閥 202 :腔體進出通道 4〇0 :處理流程 401 :處理流程 402 ： 將基板放置到沈積系統的處 I : 相沈積處理中將灯層沈積至基板上 砸：將超薄銅層沈積至改變後沈積的釕層 410 ··電鍍銅層至超薄鋼層上 β 420:將基板放置到沈積系統的處理室令 二2.. 處理中將釕層沈積至基板上 426 .丄减或其組合來改變所沈積的釕層 處理改變暴露至讀其進行回火或其組合來 428 :將超薄鋼層沈積至改變後之釕層上 430:電鍍銅層至超薄銅層上 25 1360167 502 :基板 • 504 : Ru 層 506 :改變後之Ru層 508 :超薄Cu層 * 510:塊 Cu 層 • 601 :圖型化結構 602 :圖型化結構 603 :圖型化結構 610 :第一金屬層 612 :圖型化層 鲁614 : Ru層 616 :改變後之Ru層 618 :超薄Cu層 620 :通孔 622 :電鍍Cu層 800 :處理機台 810 :基板卸載室 820 :基板卸載室 830 :處理系統 φ 840:處理系統 850 :處理系統 860 :處理系統 870:自動傳送系統 _ 880:控制器 890 :電鍍系統

Claims (1)

13.60167 100年9月6日修正替換頁 095134803 (無劃線） 申請專利範園： 一種基板處理方法，包含下列步驟： 一 Ru金屬層沈積步驟，在化學氣相沈積處理中將Ru金屬層 沈積至基板上； 一一 Ru金屬層改變步驟，在該Ru金屬層沈積步驟之後，藉由 亂化使氮物種包含於所沈積之該Ru金屬射，來改變所沈積 之該Ru金屬層； Ru金屬層處理步驟，在該Ru金屬層改變步驟之後，藉由 將改變後之該Ru金屬層暴露至含氫電聚、或對該基板進行回 火、或上述各者之組合，來處理改變後之該Ru金屬層； -超薄Cu層沈積步驟’在該Ru金屬層處理步驟之後，將 薄〇!層沈積至改變及處理後之該Ru金屬層上；及 塊Cu層(塊材銅層)電鍍旁驟，電鑛塊cu層至該超薄cu 層上。 2.如申請專利範圍第丨項之基板處理方法 沈積步驟包含： τ 金屬層 將該基板暴露至包含麟釕前驅物及CC)氣體的處理氣體。 範圍第1項之基板處理方法，其中杨金屬層 將該基板暴露至包含rU3(C0)1A c〇氣體之處理氣體。 圍第1項之基板處理方法，其中該如金屬層 氣^該基板暴露至包含狀械金騎㈣及顧氣體的處理 丨.如申請專娜圍第4項之基板處财法，其+雜之有機金 27 13.60167 100年9月6曰修正替換頁 095134803 (無劃線） 屬前驅物包含： (2,4_一曱基五(二烯基))(乙基環五(二烯基))釕 [(2,4-dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)mthenium];雙 (2,4-二甲基五(二烯基))釕 [bis(2,4-dimethylpentadienyl)mthenium];或(2,4-二曱基五(二嫦 基))(甲基環五(二烯基))釕 [(2,4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium]或 雙(乙基壞五(一細基))釘[bis(ethylcyclopentadienyl)mtheniumJ , 或其中兩者或更多者的組合。 6.如申請專利範圍第4項之基板處理方法，其中該還原氣體包 含H2或〇2。 圍第1項之基板處理方法’其中該RU金屬層 將該基板維持在介於約1()(rc至約働。C間之溫度。 在介於約0.1 mTorr至約200 mToIT之處理壓力下施行。 1項之_理雜，其巾該如金屬層 其中該Ru金屬層之厚度介於約1 nm至約30 nm間。 利傾第1項之基板處理方法，其中該Ru金屬層 其中驗金屬層之厚度介於約至約腕工間。 28 13.60167 100年9月6日修正替換頁 095134803 (無劃線） 如申請專利範圍第1項之基板處理方法 該Ru金屬脣改變步驟包含： 9 將該Ru金屬層暴露至含氮電漿。 如申•專利細第11項之基板處理方法，盆中該含氮雷確 包3馬氣體或]^3氣體，及貴重氣體。” ·電裝 13.如申請專利範圍第！項之基板處理方法，其 mTorr至約麵TGrr之氣體壓力下施行該如金屬層改變^驟。 ί變利範圍第1項之基板處理方法，其中驗金屬層 改變步驟在介_ 1G(rC· 5G(rc之基板溫度下崎。 15·如申請專利範圍第〗項之基板處理方法， 包含氏氣體及貴重氣體。 八 3虱電漿 ϊ理專 =圍第1項之基板處理方法’其中該Ru金屬層 50(rr A =由在無電槳存在的情況下於介於約10(TC至約曰 暴露至^回火絲板並啊錢變狀該Ru金屬声 i:i:氣體、N2氣體、_氣體、馬氣體或其兩者4; 方法’其働㈣ 19.如申請專利範圍第i項之基板處理方法，其中該超薄Cu 29 100年9月6曰修正替換頁 的厚度介於約5nm至⑽_ 咖侧（無劃線） ί式·^，咖，理器上執行之 申請專利範程式指令時，使處理機台施行如 第項之基板處理方法中的該等步驟。 21. —種基板處理方法，包含： Ru^ct金f層沈積步驟，在化學餘沈積處理巾自包含 哼的處理氣體將RU金屬層沈積至基板上’ 〇哀fU金屬層具有介於約1 nm至約3〇 nm的厚度； 層改變步驟’在該Ru金屬層沈積步驟之後，藉由 夕 種包含於所沈積之該Ru金屬層中，來改變所沈積 之该Ru金屬層； 金屬層處理步驟，在該Ru金屬層改變步驟之後，藉由 將改$後之該Ru金屬層暴露至包含玫氣體及貴重氣體之電 7二或在無電漿存在的情況下於介於約1〇〇〇c至約5〇〇〇c之基 板，度下回火該基板並同時將改變後之該尺11金屬層暴露至貴 重氣體、N2氣體、NH3氣體、H2氣體或其組合，來處理改變後 之该Ru金屬層； + 一超薄Cu層沈積步驟，在該RU金屬層處理步驟之後，將超 薄Cu層沈積至改變及處理後之該尺11金屬層上，該超薄（^層 具有介於約1 nm至約30 nm的厚度；及 一 Cu層電鍍步驟，電鍍Cu層至該超薄Cu層上。 十一、圖式：
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