用于改善选择性沉积工艺中的选择性的预处理方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月6日申请的美国专利申请No.16/056,260的优先权，其通过引用合并于此以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于半导体处理的方法。更具体而言，本发明涉及用于改善选择性沉积工艺中的选择性的方法。

背景技术

半导体装置的制造通常需要互连结构，互连结构包含用于在半导体芯片中连接装置的金属导线。导线包含在延伸跨越芯片的介电层中形成的金属线以及连接芯片的不同层的所述线的通孔。在许多应用中，在衬底上进行选择性沉积以形成通孔。金属线和通孔通常由铝或铜所形成且通过介电材料绝缘。

在半导体制造中，期望通孔能与其所连接的两层完全对准。当往下钻孔以形成通往下方金属线的通孔时，如果有任何的错位，通孔可能错过期望的金属线而接触另一金属线，从而造成短路。

在形成完全对准的通孔的工艺中，通常在沉积金属线(即铜)之后，选择性地将铝的氧化物(Al

然而在形成完全对准的通孔的工艺中，铜通常利用EF工艺沉积，然后进行化学机械研磨而形成通孔。通过EF/CMP工艺所沉积的这种铜无法吸附抑制剂分子，因此，随后用于沉积蚀刻停止层的ALD Al

发明内容

根据一实施方案，提供了一种用于改善金属的选择性的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底具有在介电层中形成的金属线。通过从所述金属去除有机污染物而使所述金属从金属氧化物还原为金属。在还原所述金属之后，接着氧化所述金属并使金属氧化物的单层在所述金属的表面上生长。

根据另一实施方案，提供了一种用于改善通过电填充工艺沉积的铜的选择性的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底具有在介电层中形成的铜线。通过从所述铜去除有机污染物而将所述铜从铜氧化物还原为铜。在还原所述铜之后，氧化所述铜并使铜氧化物的单层在所述铜的表面上生长。在使所述单层生长之后，沉积仅对所述铜有选择性的抑制剂分子，并且使所述抑制剂分子吸附至所述铜氧化物的单层上。

根据又一实施方案，提供了一种用于改善选择性沉积蚀刻停止层的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底在其表面上具有介电层。通过电填充工艺将铜沉积至所述衬底的所述表面上。化学机械研磨所述铜。然后使氨与氮的等离子体混合物流入所述处理室中，以通过从所述铜去除有机污染物而将所述铜从铜氧化物还原为铜。在还原所述铜之后，使氧等离子体或氧流至所述室中，以氧化所述铜并使铜氧化物的单层在所述铜的表面上生长。在使所述单层生长之后，沉积仅对所述铜有选择性的硫醇分子，并使所述硫醇分子吸附至所述铜氧化物的单层上。选择性地将蚀刻停止层沉积至所述介电层上方。

附图说明

本公开内容在附图的图中通过示例的方式说明而非通过限制的方式说明，在附图中类似的附图标记代表类似的元件，其中：

图1为根据一实施方案的用于改善金属的选择性的方法的流程图。

图2为根据一实施方案的用于改善电填充工艺所沉积的铜的选择性的方法的流程图。

图3为根据一实施方案的用于选择性沉积蚀刻停止层的方法的流程图。

具体实施方式

本发明现在将参考附图所示出的几个优选实施方案进行详细说明。在下列说明中阐述了多个特定细节以提供对本发明的全面了解。但应明白，对于本领域技术人员而言，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实施本发明。在其他情况中，不详细说明已知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使本发明难以理解。

本文中的实施方案整体上涉及选择性沉积工艺。尤其是，本文中的实施方案涉及用于改善选择性沉积工艺中的选择性的预处理方法。可以预处理金属(例如铜、钴和钨)以修饰金属表面，从而接受抑制剂分子。通过使用两步骤预处理，可修饰例如EF/CMP铜表面而使其接收抑制剂分子，并且使得随后能蚀刻停止层(例如Al

参考图1-3说明用于改善铜表面的选择性的预处理工艺的实施方案。用于改善选择性的预处理工艺在用于形成完全对准的通孔的工艺中尤其有用。根据本文中所公开的实施方案，预处理工艺修饰金属(并不一定要原生的金属)的表面以改善选择性。例如，利用如预处理工艺可修饰通过EF或EF/CMP所沉积的铜而改善选择性。如下面将更详细讨论的，使用两步骤预处理工艺改善EF或EF/CMP所沉积的金属(如铜、钴、钨)的选择性，以使得能吸附抑制剂，从而实现随后的仅在介电材料上的选择性沉积。

改善选择性在用于形成完全对准的通孔的工艺中尤其有用。通孔对准在半导体装置中对于可靠度是很关键的，因为一般期望最大的接触而如上所述错位的通孔可能会导致短路。一般而言，在用于形成完全对准的通孔的工艺中使用电填充工艺，该电填充工艺用于沉积铜线，接着对铜线进行CMP。为了使铜线凹陷，选择性地将Al

根据本文中所公开的实施方案，通过下列方式修饰金属表面以改善选择性：(1)去除有机污染物以还原金属，以及(2)在还原后进行受控的氧化。从金属去除有机污染物可以使用等离子体，例如氨(NH

在氧化后，接着将金属暴露于抑制剂分子，抑制剂分子吸附在金属表面上。合适的抑制剂包含硫醇(如丁烷硫醇和十二烷硫醇)以及膦酸(如十八烷基膦酸)。应了解，硫醇较佳地吸附在经修饰过的铜表面上，而膦酸较佳地吸附在经修饰过的钴表面上。然而，如果使用膦酸作为抑制剂，则必须使用湿式化学品，因为膦酸并非挥发性的，并且不适合用于气相化学过程。另一方面，硫醇为挥发性的，因此在使用硫醇作为抑制剂时不一定要使用湿式化学品。

根据一特定的实施方案，通过下列方式修饰铜表面以实现选择性：(1)去除有机污染物以将CuO

参考图1，描述了一种改善金属的选择性的方法的实施方案。方法100开始于在步骤110中在半导体处理室中提供衬底，该衬底具有在介电层(例如硅的氧化物(SiO

参考图2，描述了用于改善通过电填充工艺所沉积的铜的选择性的方法的一实施方案。方法200开始于在步骤210中在半导体处理室中提供衬底，该衬底具有在介电层中形成的铜线。铜是通过电填充工艺沉积的。在一些实施方案中，在电填充工艺之后对铜进行化学机械研磨。在步骤220中，使NH

根据其他实施方案，能够去除有机污染物而还原金属的某些其他合适的预处理选择包含氢等离子体、氨等离子体、非热能的乙硼烷等离子体、柠檬酸和乙酸。除了氧等离子体与氧(O

本文中所述的预处理工艺可在反应器中进行，该反应器例如Lam ResearchCorporation(Fremont,California)所制造的

图3为选择性沉积蚀刻停止层的方法300的另一实施方案的流程图。方法300开始于在步骤310中在半导体处理室中提供衬底，该衬底在其表面上具有介电层。在步骤320中，通过电填充工艺沉积铜。接着在步骤330中，化学机械研磨该电填充的铜。在步骤340中，使NH

虽然仅详细说明本发明的几个实施方案，但应明白，可在不脱离本发明精神与范围的情况下以许多其他形式实施本发明。鉴于上述全部内容，应明白，本发明的实施方案是示例性的而非限制性的，且本发明不限于文中所列举的细节，在随附权利要求的范围与等同方案内可修改本发明。