TW201820536A

TW201820536A - 用於鈷的錳阻障層及黏著層

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Publication number: TW201820536A
Application number: TW106115696A
Authority: TW
Inventors: 照健黎; 羅正錫; 拉許納胡瑪雲; 米歇爾丹納克; 凱翰阿畢迪艾許地安尼
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-06-01
Also published as: US20170330797A1; US10438847B2; CN107424955A; CN107424955B; KR102394249B1; KR20170128123A

Abstract

本文提供形成導電的鈷（Co）互連線及Co特徵部的方法。該等方法包含在介電質上薄的含錳（Mn）膜之沉積，接著在該含Mn膜上之鈷的後續沉積。含Mn膜可在含矽介電質（諸如二氧化矽）上加以沉積，及退火以形成矽酸錳。

Description

用於鈷的錳阻障層及黏著層

本揭示內容關於形成導電的鈷（Co）互連線及Co特徵部的方法。

半導體元件製造通常包含用於前段製程（FEOL）、中段製程（MOL）及後段製程（BEOL）應用之導電材料的沉積，例如源極和汲極接觸及邏輯互連。舉例而言，含鎢材料可用於水平互連線、毗鄰金屬層之間的貫孔、及在矽基板上之第一金屬層與元件之間的接觸。銅係另一種常用的導電材料。然而，隨著元件縮小，特徵部變得較窄且深寬比增加，造成使用這些導電材料的挑戰。

舉例而言，銅互連線對於製造超越7 nm的技術節點係具有挑戰性的。銅互連線的沉積通常包含首先沉積阻障層。當厚度微縮至2.5 nm以下時維持完整性的銅阻障材料係尚未被發現。當線寬微縮至10 nm（在5 nm的技術節點）時，阻障將消耗5 nm的線寬及超過50%的線橫剖面，在每一技術節點超越10 nm時以指數增加電阻。因此，尋求替代材料以填充特徵部。

銅及鎢的一種替代物係鈷。然而，對於諸如鈷互連線的應用，有各種製程整合的挑戰。

本揭示內容的一實施態樣係關於一種方法，其包含以下步驟：(a)提供具有一特徵部的一基板，該特徵部包含一特徵部開口；(b)在該特徵部內形成一含錳襯墊層；及(c)在(b)之後，將該基板曝露於含鈷前驅物，以使用鈷至少部分地填充該特徵部。在一些實施例中，(c)包含使用鈷完全地填充該特徵部。

在一些實施例中，該方法進一步包含將該基板加熱至至少400℃的溫度，以將鈷退火。在一些此等實施例中，該方法進一步包含在該基板的加熱期間，使至少一些錳與鈷反應。

在一些實施例中，(b)包含在該特徵部中之一元素錳膜的原子層沉積（ALD）或化學氣相沉積（CVD）。在一些此等實施例中，(b)進一步包含將該基板加熱至至少350℃，以允許該元素錳膜與一含矽底層反應以形成一矽酸錳層。在一些此等實施例中，該元素錳膜之一曝露的部分係未轉變成矽酸錳。

在一些實施例中，(b)包含在該特徵部中之一氮化錳膜的原子層沉積（ALD）或化學氣相沉積（CVD）。在一些此等實施例中，該方法進一步包含將該基板加熱至至少350℃，以允許錳與一含矽底層反應以形成一矽酸錳層，及將氮自該基板解吸附。

在一些實施例中，該方法進一步包含在(b)之後及在(c)之前，將該基板曝露於氮物種，以形成一差別抑制輪廓。在一些此等實施例中，該方法進一步包含根據該差別抑制輪廓，將鈷優先地沉積在一個以上該特徵部中。

在一些實施例中，(c)包含沉積一鈷晶種層，用於後續的一Co電鍍製程。

本揭示內容的另一實施態樣係關於一種方法，其包含以下步驟：(a)提供具有一特徵部的一基板，該特徵部包含一特徵部開口且具有一介電含矽側壁；(b)在該特徵部中形成一元素錳層，其中，該元素錳層係相對該特徵部保形；(c)在(b)之後，將該元素錳層的一部分轉變成一矽酸錳層，允許該元素錳層之一曝露的部分保持沒有轉變；(d)使用鈷填充該特徵部；及(e)在鈷與該矽酸錳層的介面形成鈷錳合金。

這些和其他實施態樣係參照圖示進一步討論於下。

為了透徹理解本發明的實施例，在以下的敘述中說明眾多具體細節。所揭示的實施例可以不具有某些或全部這些具體細節而加以實施。另一方面，未詳細說明眾所周知的製程操作，以不要不必要地模糊所揭示的實施例。雖然所揭示的實施例將結合具體的實施例加以描述，但可理解其係非意圖限制所揭示的實施例。

在半導體製造中，特徵部可使用導電材料加以填充。舉例而言，鎢係通常被填充在特徵部中以形成接觸，諸如在前端製程（FEOL）的應用中。然而，隨著元件縮小，深寬比增加且較小的特徵部係用以形成接觸。在許多應用中，替代的導電材料（諸如鈷）可用以形成接觸或以其他方式填充特徵部。

在半導體製造中的習知鈷沉積包含濕沉積製程，諸如電鍍及無電式電鍍。在鈷電鍍中，金屬的一些厚度係首先在特徵部中加以沉積，使得金屬係充分導電的，此准許電流在電鍍或無電式電鍍製程中允許特徵部中之金屬的生長。此等晶種層可具有一定的最大電阻。基於濕式的鈷特徵部填充製程（諸如電鍍）相較於晶種層的沉積通常包含在不同工具中的特徵部填充，增加製程的複雜性及製造成本。

本文描述之申請標的一實施態樣係關於形成導電的鈷（Co）互連線及其他特徵部的方法。該等方法包含在介電質上薄含錳（Mn）膜的沉積，接著在該含Mn膜上進行鈷的後續沉積。圖1係用於執行根據所揭示的實施例的方法之操作的製程流程圖。圖2A-2C係說明參照圖1描述之方法之示例中的某些操作之示意橫剖面圖。在操作102中，具有待填充之特徵部的基板係加以提供。基板可為矽基板或另一合適的半導體基板。特徵部可在半導體層、絕緣體層或導電層中。基板可包含多於一個特徵部，且可包含具有各種尺寸特徵部、或一種尺寸特徵部之特徵部的圖案。為了說明的目的，圖1係在填充單一特徵部的背景下加以討論，但應理解各種尺寸的特徵部亦可類似地加以填充。

圖2A係基板202中此種特徵部200之一示例的示意說明。基板可為矽晶圓（例如200-mm的晶圓、300-mm的晶圓、或450-mm的晶圓），其包含具有一或多層材料（諸如介電的、導電的、或半導體的材料）沉積於其上的晶圓。特徵部的特徵在於窄及/或內凹的開口、在特徵部之內的縊縮部（constrictions）、及高深寬比的其中一者以上。在一些實施例中，特徵部200可具有至少約2：1、至少約10：1、至少約15：1、至少約20：1或更高的深寬比。特徵部孔205表示待填充的開放空間，且亦可具有接近開口的尺寸，例如：小於約19 nm的開口直徑或線寬度、或開口寬度、或臨界尺寸，亦稱為小於1x nm的特徵部寬度。特徵部200可被稱為未填充的特徵部或簡稱特徵部。該特徵部及任何特徵部的特徵，部分在於延伸穿過特徵部長度的一軸，以及具有垂直軸之垂直定向的特徵部及具有水平軸之水平定向的特徵部。該特徵部的特徵可在於：一底部，其為矽、金屬、或其他材料；及介電質側壁。

如圖所示，基板202包含具有特徵部開口210的特徵部200，該特徵部開口210係比特徵部底部的寬度窄。因此，圖2A中的特徵部200包含內凹的輪廓。內凹的輪廓係自底部、封閉端、或特徵部的內部縮窄至特徵部開口的輪廓。根據各種實施例，輪廓可逐漸變窄及/或包含在特徵部開口的外伸部（overhang）。在圖2A顯示的內凹圖案可藉由在圖案化期間不對稱的蝕刻動能及/或在先前膜沉積中非保形的膜階梯覆蓋所造成的外伸部加以產生。在各種實施例中，在特徵部頂部之開口的寬度小於特徵部底部的寬度。

返回至圖1，在操作104中，含Mn膜係在該特徵部中加以形成。根據各種實施例，含Mn膜可為符合特徵部的薄層。圖2B係保形地沉積至特徵部200中之含Mn層204的示意說明。Mn沉積可藉由ALD或CVD製程將Mn金屬-有機前驅物與還原劑（諸如H₂ 或NH₃ 反應）而加以執行。Mn前驅物的示例包含：雙(N,N’-二叔丁基乙脒)錳(II)（manganese(II) bis(N,N’-di-tert-butylacetamidinate)）、雙[1-(叔丁基醯胺)-2-二甲基胺基乙烷-N,N’]錳(II)（bis[1-(tert-butylamide)-2-dimethylaminoethane-N,N’]manganese(II)）、及雙(N,N’-二異丙基戊脒)錳(II)（manganese(II) bis(N,N’-diisopropylpentamidinate)）。

在CVD方法中，基板係曝露於合適的含Mn前驅物及還原劑，以在基板上形成Mn層。在ALD方法中，基板可循環地加以曝露，使得基板係首先曝露於合適之含Mn前驅物的脈衝，接著排淨前驅物，接著基板係曝露於還原劑的脈衝，且接著排淨還原劑，而此等循環可加以重複直到期望的Mn厚度係在基板上加以形成。ALD方法可針對高深寬比及/或窄特徵部加以使用，以促進保形沉積。在一些實施例中，沉積溫度可為250℃以下。

在一些實施例中，在元素Mn的ALD或CVD沉積之後，退火處理係加以執行以形成矽酸錳層，而在一些情況下形成錳氧化物層。舉例而言，在約350℃和500℃之間的退火處理可加以執行。此Mn退火可在Mn層的沉積之後或在稍後的Co退火期間加以執行。在一些實施例中，沉積溫度可為足夠高，使得在沉積期間形成矽酸錳而不執行額外退火。

含Mn膜可在具有介電質（例如SiO₂ ）側壁的特徵部中加以形成。在一些實施例中，MnO_x 及/或MnSi_y O_z （x、y、及z係可形成之大於零的任何整數或非整數）將藉由Mn將SiO₂ 還原而在SiO₂ 表面的頂部上加以形成。在一些實施例中，含Mn膜可沉積至小於20Å、及小於10Å的厚度。如下所述，由於其獨特的性質，即使是Mn的薄層仍可對Co提供良好的黏附性及阻障特性。含Mn膜可包含元素Mn及二元或三元化合物，諸如：MnO_x 及MnSi_y O_z 。MnO_x 係用以表示錳氧化物或錳氧化物的混合物。Mn(II)形成MnO；Mn(III)形成Mn₂ O₃ ，其可表示成MnO_1.5 ；Mn(IV)形成MnO₃ 等。錳氧化物層意指包含錳氧化物或多種氧化物之混合物的層。MnSi_y O_z 係用以表示矽酸錳或矽酸錳的混合物。Mn(II)形成MnSiO₃ 。矽酸錳層意指包含矽酸錳或多種矽酸錳之混合物的層。

在一些實施例中，沉積及/或後續的退火係加以控制，使得小量（例如2至3個單層）之未轉化的純Mn留在MnSi_x O_y 的頂部上。此未轉化的Mn可與Co成為合金且作為黏著層。

在操作105中，含Mn膜係選用性地使用氮加以處理。此操作係在下面進一步加以討論，且可加以執行以抑制在特徵部之頂部上的Co成核作用。因此，該處理可優先地施加至特徵部的頂部。

在操作106中，特徵部係藉由PVD、ALD、CVD、或電鍍製程的其中一者以上使用Co加以填充。舉例而言，在一些實施例中，Co的薄晶種層可藉由ALD加以沉積。晶種層可接著藉由CVD使用主體Co加以填充。或者，Co可在Co晶種層上加以電鍍。圖2C顯示包含使用Co 206填充的Mn襯墊層204之特徵部的一示例。

在CVD方法中，基板係曝露於合適的含鈷前驅物及還原劑以在基板上形成鈷層。在一些實施例中，溫度可在約70℃和約400℃之間、或在約80℃和約200℃之間。在一些實施例中，溫度可在約70℃和約200℃之間、或在約100℃和約120℃之間。腔室壓力可為約0.1托至約10托、或在約1托和約30托之間。在一些實施例中，腔室壓力可在約0.5托和約10托之間、或在約1托和約3托之間。在各種實施例中，合適的含鈷前驅物及/或還原劑係使用載體氣體（諸如氬（Ar）、氮（N₂ ）、或一氧化碳（CO）引至腔室中。在一些實施例中，含鈷前驅物係使用氬作為載體氣體引至腔室。載體氣體的流率可在約10 sccm和約300 sccm之間、或在約10 sccm和約50 sccm之間。在一些實施例中，載體氣體的流率可在約10 sccm和約100 sccm之間、或在約10 sccm和約30 sccm之間。還原劑可為將選擇的含鈷前驅物還原之任何合適的反應物。在各種實施例中，還原劑是氫（H₂ ）。還原劑可以在約100 sccm和約5000 sccm之間、或在約2000 sccm和約5000 sccm之間的流率加以引入。應理解依據特定的沉積腔室，在整個本揭示內容提供的範圍之外的流率可加以使用。

在ALD方法中，基板可循環地加以曝露，使得基板係首先曝露於合適之含鈷前驅物的脈衝，接著排淨前驅物，接著基板係曝露於還原劑的脈衝，且接著排淨還原劑，而此等循環可加以重複直到期望的鈷厚度係在基板上加以形成。對於藉由ALD的沉積製程，溫度可在約70℃和約400℃之間、或在約100℃和約200℃之間。在一些實施例中，溫度可在約70℃和約200℃之間、或在約100℃和約120℃之間。壓力可在約1托和約30托之間、或在約8托和約15托之間。在各種實施例中，含鈷前驅物及/或還原劑係使用載體氣體（諸如Ar、N₂ 或CO）引至腔室中。在一些實施例中，含鈷前驅物係使用Ar作為載體氣體引至腔室。載體氣體的流率可在約10 sccm和約300 sccm之間、或在約10 sccm和約100 sccm之間。在一些實施例中，載體氣體的流率可為在約50 sccm和約100 sccm之間。還原劑可為用於將選擇的含鈷前驅物還原之任何合適的反應物。在各種實施例中，還原劑係H₂ 。還原劑可以在約100 sccm和約5000 sccm之間、或在約2000 sccm和約5000 sccm之間的流率加以引入。操作106終止的時間取決於特徵部的尺寸。

示例含鈷前驅物包含二羰基環戊二烯基鈷(I)、羰基鈷、各種鈷脒鹽（amidinate）前驅物、二氮二烯基鈷錯合物、鈷脒鹽/胍鹽（guanidinate）前驅物、及其組合。合適的含鈷前驅物可包含具有有機基團及/或羰基的鈷中心，其中有機基團包含烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、及辛基，其可為直鏈或支鏈的烴鏈。在一些實施例中，有機金屬化合物具有取代或未取代的丙烯基配基。在一些實施例中，丙烯基配基係未取代的。

在一些實施例中，具有以下結構的有機金屬鈷化合物係加以使用：其中R¹ 是C₁ -C₈ 烷基，R² 是C₁ -C₈ 烷基，x是0、1、或2；且y是0或1。

在一些實施例中，R¹ 是C₂ -C₈ 烷基，R² 是獨立的C₂ -C₈ 烷基。

如本文使用的術語「烷基」意指長度為1至8個原子的飽和烴鏈，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、及辛基。術語「烷基」包含直鏈及支鏈的烴鏈兩者。因此，術語丙基包含正丙基及異丙基兩者。術語丁基包含正丁基、二級丁基、異丁基、及三級丁基。

在一些實施例中，x為0且y為1。根據此實施例之有機金屬化合物的一示例係顯示如下：

某些描述的化合物係自SAFC-Hitech of Haverhill, MA可得，結合自Lam Research Inc., of Fremont, CA可得之相應的沉積設備。

在一些實施例中，含鈷前驅物包含在低溫下（諸如在低於約100℃的溫度）具有高蒸氣壓的金屬-有機前驅物。在約30℃的環境中，示例蒸氣壓可為約0.5托。

根據各種實施例，Co沉積製程可根據美國專利公開號第20160056077號加以執行，其於此藉由參照納入本案揭示內容。Co填充亦可藉由自Co靶濺射或藉由電鍍加以執行。

在一些實施例中，基板可在形成Co的薄晶種層之後、在Co填充之後、或在兩者之後加以退火。退火基板可降低Co電阻率，且在高溫下有助於Co和Mn之合金（或其他化合物構成物）的形成。在一些實施例中，退火可在約250℃和約500℃之間的溫度下加以執行。為了形成Co和Mn的合金，可使用較高的溫度，例如大約600℃。在一些實施例中，低於合金溫度的溫度可用以使Mn和Co反應。退火的持續時間可取決於用以加熱基板之加熱方法的類型。示例技術包含輻射加熱、雷射加熱、熱加熱、及電磁輻射加熱。在一些實施例中，退火可加以執行，使得退火時間係盡可能迅速地加以執行。在一些實施例中，加熱可在1秒和30分鐘之間的持續時間加以執行。

在一些實施例中，氮化錳（MnN，其可包含任何合適的化學計量比例，包括Mn₃ N₂ ）可在圖1的操作104中加以形成。舉例而言，若後續操作包含曝露於空氣，則氮化錳可加以使用。曝露於空氣可導致剛沉積之純Mn膜的快速氧化，避免矽酸錳的形成。藉由形成MnN層，氧化可加以避免。形成矽酸錳的退火將從表面解吸附氮。MnN可使用含Mn前驅物及含氮反應物（諸如在作為操作104之一部分的ALD或CVD製程中的氨（NH₃ ））加以形成。或者，在形成矽酸錳層的退火之前的元素Mn之ALD或CVD的沉積，可在沒有空氣曝露的真空下加以執行。基板可接著在真空下加以轉移以用於鈷填充。在SiO₂ 上沉積MnN且接著藉由退火形成矽酸鹽阻障的描述係在下列文獻中：Au, Yeung, Youbo Lin, and Roy G. Gordon. 2011.Filling narrow trenches by iodine-catalyzed CVD of copper and manganese on manganese nitride barrier/adhesion layers. Journal of the Electrochemical Society 158(5): D248-D253，其於此藉由參照納入本案揭示內容。

根據各種實施例，該等方法可用於邏輯互連（MOL和BEOL）、金屬閘應用、及包含Co金屬化的其他應用。上面關於圖1描述之將Mn包含進Co金屬化方案的方法（例如源極/汲極接觸填充或局部互連），解決使用Co呈現之各種整合挑戰，以用於增強元件性能。

該等挑戰包含以下：1) Co由於其獨特的氧化還原特性，可容易地氧化；2) Co沒有良好吸附於介電質表面（例如SiO₂ 及Si₃ N₄ ）及氧化的金屬基板；3) Co可擴散進某些介電質，且在半導體元件上引發時間相依介電崩潰（TDDB）問題；4) 為了電阻率降低，Co膜可在沉積後加以退火至約400℃，Co在退火期間經歷相轉變，此導致在膜內發生大的應力磁滯，若與基板的黏附係不充分，則後者可導致膜脫層；及5) 在元件製造期間，類似於後沉積退火的高溫循環係在後續的金屬化/隔離序列中加以重複，且可能導致Co膜的可靠性問題。

使用薄的Mn層（小於20Å，且在一些情況下小於10Å）作為阻障及黏著層，克服這些整合阻礙。首先，因為Co和Mn形成不同的合金，在一些實施例中，相較於其他可能的襯墊金屬，Co較佳地黏附於Mn。此外，Mn由於其與不同類型的二氧化矽之反應性，具有獨特的自形成阻障特性。因此，其在SiO₂ 基板上針對Co提供薄的阻障層及黏著層。因此，大部分的電子傳導透過較低電阻的Co金屬發生。

在一些實施例中，含Mn膜係藉由曝露於可以電漿形式提供的N物種加以處理。Mn與活性N物種（N自由基或N離子）反應以形成MnN，其表現得與用於Co之成核及生長的Mn不同。舉例而言，在使用直接或遠程N₂ 電漿的情況下，含Mn層之表面的處理可差別地加以處理（例如特徵部的頂部可相較於特徵部的較低部分優先地加以處理），以選擇性地抑制Co的生長。此可促進一種由下而上的生長方式，用於在先進邏輯（例如源極/汲極接觸和金屬閘）或記憶體（3D NAND字元線）的應用中通常遇到之高深寬比結構的無隙填充。反應性的N處理可使用N₂ 電漿加以進行。N包含進Mn膜的替代方式係在形成Mn膜之後在有或沒有電漿的情況下使用NH₃ 。

在一些實施例中，在特徵部頂部及接近特徵部頂部的Mn表面係藉由曝露至從含氮氣體產生的電漿而加以處理。此處理可稱為「抑制因子控制曝露」（ICE）或「基於電漿的表面氮化作用」。在一些實施例中，遠程電漿係用以產生電漿。在各種實施例中，電漿係定向性電漿，使得來自電漿的活性物種以垂直基板之平面的方向直接接觸特徵部的表面。在一些實施例中，經處理的表面可形成MnN_x ，其在後續Co晶種的沉積或在含Mn膜上的Co主體填充中觸發長的成核延遲。一些MnN_x 係不穩定的，允許氮化的含Mn膜成為Co成核的暫時抑制劑。

在一些實施例中，因為各種特徵部可能具有窄於特徵部之底部寬度的開口，所以電漿主要處理特徵部的頂部表面、及特徵部側壁的頂部約10%至約50%。在一些實施例中，電漿處理特徵部側壁的頂部約10%至約30%。在包含小特徵部的各種實施例中，因為狹小的開口，所以側壁的底部約50%至約90%維持未被處理。在一些實施例中，側壁的底部約70%至90%維持未被處理。在一些實施例中，當活性物種撞擊特徵部開口時，氮離子在開口周圍碰撞，在接近特徵部的頂部留下小梯度之經處理的Mn表面。因為經處理的表面展現較長的成核延遲，所以鈷成核作用係在經處理的表面上選擇性地加以抑制，使得沿藉由處理而形成之特徵部軸有差別抑制輪廓。選擇性的抑制（其亦可稱為選擇性鈍化、差別抑制、或差別鈍化）包含在特徵部的一部份上抑制後續的鈷成核作用，但不抑制在特徵部之其餘部份上的成核作用（或較小程度地抑制成核作用）。舉例而言，在一些實施例中，特徵部係在特徵部開口或接近特徵部開口（例如特徵部側壁的頂部約10%至約50%、或約10%至約30%，及特徵部的頂部表面）選擇性地加以抑制，而在特徵部內部在側壁底部約70%至90%、或約50%至90%之中的成核作用係未被抑制。

定向性電漿可產生形成差別抑制輪廓的離子、中性物種、及自由基及其他物種。對於定向性電漿，產生的離子在抑制過程中可為主要的物種。

在一些實施例中，遠程電漿可加以使用。除了中性物種和自由基及其他物種之外，遠程電漿可產生離子。然而，與定向性的原位電漿相比，遠程電漿可產生很少或沒有離子，且在抑制過程中的主要物種可為自由基而非離子。在各種實施例中，遠程電漿可能較溫和，使得對基板之元件的損壞係加以降低（例如在基板之上幾乎沒有電漿物種的轟擊）。此可特別用於製造邏輯元件之時，若被原位或定向性電漿損壞，其可能較易受性能問題所影響。由電漿引起的損壞可能降低元件的功能性。舉例而言，對於電晶體的製造，電漿對電晶體元件的損壞（諸如在金屬閘區域中的損壞）可能導致電壓偏移或電效率不足。

在使用遠程電漿的情況下，基板溫度可設定在約30℃和約450℃之間的溫度。在各種實施例中，腔室壓力可設定在約0.001托和約10托之間的壓力下。RF功率可在約50 W和10000 W之間。在各種實施例中，含氮氣體係流至遠程電漿產生器以產生基於氮的電漿。含氮氣體可為上述那些的其中任一者。在一些實施例中，含氮氣體係氮（N₂ ）。氮的流率可在約5 sccm和約10000 sccm之間。基板可曝露於自遠程電漿產生器產生之基於氮的電漿在約1秒和約200秒之間的持續時間。實驗

約30Å的MnN係在大於250℃的溫度下使用CVD方法沉積至熱的SiO₂ 基板之上。矽酸鹽係藉由退火加以形成。除氣係在300℃下加以執行。樣本係轉移至外部電漿處理腔室，其中在空氣曝露期間形成的任何MnO_x 係藉由遠程H₂ 電漿加以還原。樣本係接著在真空中轉移至Co沉積腔室，其中約90Å的Co係藉由PVD沉積至Mn表面之上。最終的樣本係接著在真空中轉移至退火腔室，其中，其係在400℃下在H₂ /He氛圍中退火10分鐘。沒有後Co沉積退火的第二樣本係亦加以製備作為參考品。第三樣本係加以製備，其沒有除氣、沒有H₂ 還原電漿、及沒有退火。

XPS剖析分析係加以執行，以檢查Co/Mn/SiO₂ 的介面。

圖3-5顯示在SiO₂ 上之Mn/Co金屬堆疊的XPS剖析：圖3具有退火，圖4沒有退火，而圖5沒有除氣、H₂ 電漿、或退火。結果顯示Mn與SiO₂ 反應而形成穩定的MnSi_y O_z 層。即使在400℃退火之後，幾乎沒有Mn擴散進Co層中，如圖3中在MnSi_y O_z 層的頂部表面之Si及Mn訊號的重疊所證明。輪廓係亦類似於在圖4和5中剛沉積的樣本之輪廓，其沒有觀察到任何退火。該層在除氣及H₂ 電漿期間係穩定的，如將圖3和圖4與圖5比較所示。

對於所有樣本，幾乎沒有或沒有Co超過底部MnSi_y O_z 阻障層穿透進SiO₂ 。結果顯示Mn在SiO₂ 上形成針對Co擴散的良好阻障。此外，沒有Mn滲入和擴散進Co層，表示MnSi_y O_z 層在400℃下係穩定的。這是重要的，因為將Co退火允許晶粒生長、使膜緻密化、及降低電阻率。圖6顯示在退火之前在含Mn層上之Co的影像，而圖7顯示在退火之後在含Mn層上之Co的影像。如將該等影像比較可看出的，退火使膜緻密化。設備

任何合適的腔室可用以執行所揭示的實施例。在一些實施例中，在鈷的沉積期間可能沒有使用電漿。沉積設備的示例包含各種系統，例如由Lam Research Corporation of Fremont, CA市售的ALTUS及ALTUS Max、或任何各種其他市售的處理系統。

本文提供的沉積技術亦可在電漿加強化學氣相沉積（PECVD）腔室或保形膜沉積（CFD）腔室或在一些實施方式中的ALD腔室中加以實施。合適的腔室可採用許多形式，並可為包含一個以上腔室或反應器（有時包含多個工作站）之設備的一部分，該一個以上腔室或反應器每一者可容納一個以上基板或晶圓，且可配置成執行各種基板處理操作。該一個以上腔室可將基板保持在定義的一個以上位置（在該位置內有或沒有例如轉動、振動、或其他攪動的運動）。在一實施方式中，經歷膜沉積的基板可在製程期間自腔室內的一工作站傳遞至另一工作站。在其他實施方式中，基板可在設備內的腔室之間轉移以執行不同的操作，諸如蝕刻操作或微影操作。對於任何沉積步驟，完整的膜沉積可在單一工作站完整地發生，或發生總膜厚度的任何分額。在製程中，每一基板可藉由底座、基板夾盤、及/或其他基板固持設備固定在適當位置。對於基板係將被加熱的某些操作，該等設備可包含諸如加熱板的加熱器。

圖8A提供描繪各種反應器元件的簡易方塊圖，該等各種反應器元件係配置用於實施本文描述的一些方法。如圖所示，反應器500包含處理腔室524，該處理腔室524包容反應器的其他元件且用於容納由電容放電式系統產生的電漿，該電容放電式系統包含與接地的加熱器塊520結合運作的噴淋頭514。高頻（HF）射頻（RF）產生器504及低頻（LF）RF產生器502可連接至匹配網路506及噴淋頭514。由匹配網路506供應的功率及頻率可足以從供應至處理腔室524的處理氣體產生電漿。舉例而言，匹配網路506可提供100 W至1000 W的功率。在一些例子中，匹配網路506可加以提供。在典型的製程中，HFRF元件通常可在1 MHz至100 MHz之間，例如13.56 MHz。在有LF分量的操作中，LF分量可小於約1 MHz，例如100 kHz。

在反應器之內，底座518可支撐基板516。底座518可包含夾盤、叉、或升降銷（未顯示），以在沉積及/或電漿處理反應期間及之間固持及傳送基板。該夾盤可為靜電夾盤、機械夾盤、或各種可用於工業上的使用及/或用於研究之其他類型的夾盤。

各種處理氣體可經由入口512加以引入。多個來源氣體管線510係連接至歧管508。該等氣體可或可不預先混和。適當的閥調節及質流控制機構可加以使用，以確保在製程的沉積及電漿處理階段期間正確的處理氣體係加以遞送。在化學前驅物係以液體形式遞送的情況下，液體流控制機構可加以使用。於到達沉積腔室之前在被加熱至高於以液體形式供應的化學前驅物之汽化點的歧管中之輸送期間，此等液體可接著加以汽化並與處理氣體混合。

處理氣體（諸如含Mn前驅物、含Co前驅物、或含N氣體）可經由出口522離開腔室524。真空幫浦540（例如一或二階段的機械乾式幫浦及/或渦輪分子幫浦）可用以將處理氣體自處理腔室524汲取出來，並藉由使用閉迴路控制的流量限制裝置（諸如節流閥或擺閥）以維持處理腔室524之內的適當低壓。

如上所討論，本文討論之用於沉積的技術可在多工作站式或單一工作站式的工具上加以實施。圖8A係此種工具之示例的圖示說明。在特定的實施方式中，可使用具有4工作站式沉積方案之300 mm的Lam Vector^TM 工具或具有6工作站式沉積方案之200 mm的Sequel^TM 工具。在一些實施方式中，可使用用於處理450 mm基板的工具。在各種實施方式中，基板可在每個沉積及/或後沉積電漿處理之後加以分度，或若蝕刻腔室或工作站亦係相同工具的一部分時可在蝕刻步驟之後加以分度，或在分度基板之前可在單一工作站進行多個沉積及處理。

在一些實施例中，可提供一種設備，其係建構成執行此處描述的技術。合適的設備可包含用於執行各種製程操作的硬體，以及具有根據所揭示的實施例用於控制製程操作之指令的系統控制器530。系統控制器530一般包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器，其係與各種處理控制設備（例如閥、RF產生器、基板搬運系統等）通訊連接並用以執行指令，使得該設備將根據所揭示的實施例執行技術，例如諸如在圖1之沉積步驟中提供的技術。機器可讀媒體可耦接至系統控制器530，該機器可讀媒體包含用於根據本揭示內容控制製程操作的指令。系統控制器530可與各種硬體裝置（例如質流控制器、閥、RF產生器、真空幫浦等）通訊連接，以促進各種關於如此處描述之沉積操作的製程參數之控制。

在一些實施例中，系統控制器530可控制反應器500的所有活動。系統控制器530可執行系統控制軟體，該系統控制軟體儲存在大量儲存裝置中、加載至記憶體裝置、及在處理器上加以執行。系統控制軟體可包含用於控制下述的指令：氣體流的時序、基板移動、RF產生器活化等，以及用於控制下述的指令：氣體的混合物、腔室及/或工作站壓力、腔室及/或工作站溫度、基板溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板底座、夾盤、及/或基座位置、及由反應器500執行之特殊製程的其他參數。舉例而言，軟體可包含用於控制下述的指令或程式碼：含Mn前驅物、含Co前驅物的流率，還原劑的流率，含氮氣體的流率，及針對上述流動化學品之每一者的曝露時間。系統控制軟體可以任何合適的方式加以配置。舉例而言，各種處理工具元件的副程式（subroutine）或控制物件可被撰寫，以控制執行各種處理工具製程必須之處理工具元件的操作。系統控制軟體可以任何合適的電腦可讀程式語言加以編碼。

系統控制器530一般可包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器，配置以執行指令使得該設備將根據本揭示內容執行技術。機器可讀媒體可耦接至系統控制器530，該機器可讀媒體包含用於根據所揭示的實施例控制製程操作的指令。

圖8B根據某些實施例說明用於處理半導體基板之設備500B的示意圖。設備500B包含具有底座520B的腔室518B、噴淋頭514B及選用性的原位電漿產生器516B。設備500B亦包含系統控制器522B，以接收輸入及/或供應控制訊號至各種裝置。該設備亦包含可經由噴淋頭514B遞送至腔室的其他氣體512B。

含氮氣體及在某些實施例中的惰性氣體（諸如氬、氦及其他）係自來源502B供應至遠程電漿產生器506B，該來源502B可為儲存槽。任何合適的遠程電漿產生器可用於在將含氮氣體引入至腔室518B之前活化該含氮氣體。舉例而言，可使用遠程電漿清潔（RPC）單元，諸如：ASTRON® i Type AX7670、ASTRON® e Type AX7680、ASTRON® ex Type AX7685、ASTRON® hf-s Type AX7645，全部由MKS Instruments of Andover, Massachusetts所市售。RPC單元通常係一獨立（self-contained）的裝置，使用所供應的含氮氣體產生弱離子化的電漿。嵌入RPC單元之高功率RF產生器對電漿中的電子提供能量。此能量係接著轉移至中性的蝕刻劑分子，導致2000K數量級的溫度，造成這些分子的熱解離。RPC單元可使多於60%之進來的分子解離，這是因為該單元的高RF能量及造成分子吸收大部分此能量的特殊通道幾何形狀。在各種實施例中，遠程電漿產生器可使用在約50 W和約10000W之間的射頻（RF）電漿功率產生電漿。

在某些實施例中，基於氮的電漿係自遠程電漿產生器506B穿過連接管線508B流入腔室518B中，在腔室518B中該混合物係經由噴淋頭514B加以分布。在其他實施例中，基於氮的電漿係完全繞開遠程電漿產生器506B（例如設備500B不包含此產生器）而直接流進腔室518B。或者，例如因為不需要蝕刻劑的活化，所以遠程電漿產生器506B可在將基於氮的電漿流進腔室518B時加以關閉。

在一些實施例中，噴淋頭514B或底座520B通常可具有附接至其的內部電漿產生器516B。在一實例中，產生器516B係高頻（HF）產生器，其能夠以在約1 MHz和100 MHz之間的頻率提供在約0 W和10,000 W之間的功率。在一更特定的實施例中，HF產生器可以約13.56 MHz遞送在約0 W和5,000 W之間的功率。RF產生器516B可產生原位電漿，以增強初始鎢層的移除。在某些實施例中，RF產生器516B在製程的移除操作期間係未加以使用。

腔室518B可包含感測器524B，用於感測各種製程參數，諸如：沉積及蝕刻的程度、濃度、壓力、溫度及其他。感測器524B可在處理期間將腔室條件的資訊提供至系統控制器522B。感測器524B的例子包含質流控制器、壓力感測器、熱電偶及其他。感測器524B亦可包含紅外線偵測器或光學偵測器，以監測腔室內之氣體的存在及控制措施。

沉積及選擇性移除操作產生各種揮發性物種，其自腔室518B加以排出。此外，處理係在腔室518B的某個預定壓力下加以執行。舉例而言，在一些實施例中，腔室壓力可在約0.001托和約10托之間的壓力下加以設定。這些功能可使用可為真空幫浦的真空出口部526B加以達成。

含Mn前驅物或含鈷前驅物以及處理化學品可從噴淋頭514B進入腔室，使得在各種實施例期間在底座520B上的基板係曝露於前驅物或處理化學品。

在某些實施例中，系統控制器522B可包含上面關於圖8A描述之系統控制器530的任何特徵及功能，或包含下面參照圖9描述之控制器650的任何特徵及功能。

如上所述，一個以上處理工作站可被包含在多工作站式處理工具中。圖9顯示多工作站式處理工具600之實施例的示意圖，該多工作站式處理工具600具有入站裝載鎖定部602及出站裝載鎖定部604，其中的一者或兩者可包含遠程電漿源。處於大氣壓力下的機器人606係配置以將基板從卡匣（經由基板傳送盒（pod）608裝載）、通過大氣埠610而移動到入站裝載鎖定部602中。基板係由機器人606放置在入站裝載鎖定部602中的底座612上，將大氣埠610關閉，及將裝載鎖定部抽真空。若入站裝載鎖定部602包含遠端電漿源，則基板在被引入處理腔室614之前，可在裝載鎖定部中曝露於遠程電漿處理。此外，基板亦可同樣在入站裝載鎖定部602中被加熱，以例如將水分及吸附的氣體移除。接著，開啟通往處理腔室614的腔室傳送埠616，且另一機器人（未顯示）將基板放進第一工作站（顯示於反應器中）之底座上的反應器中進行處理。雖然圖9中描繪的實施例包含裝載鎖定部，但可理解在一些實施例中，基板進入處理工作站的直接通道可加以設置。

在圖9顯示的實施例中，描繪的處理腔室614包含四個處理工作站（編號從1到4）。每一工作站具有加熱的底座（對於工作站1顯示為618）及氣體管線入口。一些工作站可包含類似於上面關於圖8A描述的那些元件。可理解在一些實施例中，每一處理工作站可具有不同或多個用途。舉例而言，在一些實施例中，處理工作站可在ALD及CVD處理模式之間切換。此外或替代地，在一些實施例中，處理腔室614可包含一對以上匹配的ALD及CVD處理工作站。在一些實施例中，含Mn膜可使用ALD或CVD在一工作站（工作站1）在特徵部中進行熱沉積（沒有電漿）。基板可接著轉移至在相同腔室614之內的第二工作站（諸如工作站2），或轉移至在不同腔室內的工作站，其中基板係曝露於含氮氣體及電漿，接著曝露於含鈷前驅物及還原劑，以藉由ALD沉積Co晶種層及藉由CVD沉積主體鈷。在一些實施例中，當含氮氣體流進腔室時，還原劑與電漿曝露交替。含氮氣體及/或還原劑可僅引至感興趣之基板所在的工作站（諸如工作站2），或其可被引至整個腔室614。

在各種實施例中，基板係沒有傳送至第二工作站。更準確地說，基板保持在與熱沉積期間相同的工作站（例如工作站1）內，但該工作站係加以配備以在熱沉積之後亦將還原劑、含氮氣體及電漿引至工作站。

在一些實施例中，在基板經歷Mn的熱沉積之後，基板係被轉移至不同的腔室，其亦可包含各種工作站。雖然描繪的處理腔室614包含四個工作站，但應理解根據本揭示內容的處理腔室可具有任何適當數量的工作站。例如在一些實施例中，處理腔室可具有五個以上工作站，而在其他的實施例中，處理腔室可具有三個以下工作站。

圖9描繪晶圓搬運系統609的實施例，其在處理腔室614之內傳送晶圓。在一些實施例中，晶圓搬運系統609可在各種處理工作站之間、及/或在處理工作站與裝載鎖定部之間傳送晶圓。可理解任何適當的晶圓搬運系統可加以使用。非限制性的例子包含晶圓旋轉料架及晶圓搬運機器人。圖9亦描繪系統控制器650的一個實施例，該系統控制器650用於控制處理工具600的製程條件及硬體狀態。系統控制器650可包含一個以上記憶體裝置656、一個以上大量儲存裝置654、及一個以上處理器652。處理器652可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制器板等。

在一些實施例中，控制器650控制處理工具600的所有活動。控制器650執行系統控制軟體658，該系統控制軟體658儲存在大量儲存裝置654中，加載至記憶體裝置656，及在處理器652上加以執行。或者，控制邏輯可在控制器650中加以硬編碼。針對此等目的，可使用特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置（例如場可程式化閘陣列或FPGA）等。在下列討論中，無論何處使用「軟體」或「程式碼」，可使用功能性相當的硬編碼邏輯來取代。系統控制軟體658可包含用於控制下述的指令：時序、氣體的混合、次飽和氣體流的量、腔室及/或工作站壓力、腔室及/或工作站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板底座、夾盤、及/或基座的位置、及由處理工具600執行之特殊製程的其他參數。系統控制軟體658可以任何適合的方式加以配置。舉例而言，各種處理工具元件的副程式或控制物件可被撰寫，以控制執行各種處理工具製程需要之處理工具元件的操作。系統控制軟體658可以任何適合的電腦可讀程式語言加以編碼。

在一些實施例中，系統控制軟體658可包含輸入/輸出控制（IOC）定序指令，用於控制上述各種參數。儲存在與控制器650相關聯之大量儲存裝置654及/或記憶體裝置656的其他電腦軟體及/或程式，可在一些實施例中加以使用。用於此目的之程式或程式區段的例子包含基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、及電漿控制程式。

基板定位程式可包含用於處理工具元件的程式碼，該處理工具元件係用以將基板裝載至底座618之上，及控制在基板與處理工具600的其他部分之間的間距。

處理氣體控制程式可包含程式碼，用於控制氣體成分（例如如本文描述的含鈷前驅物、還原劑、及含氮氣體）和流率，及選用性地在沉積之前用於將氣體流進一個以上處理工作站，以使處理工作站內的氣壓穩定。壓力控制程式可包含程式碼，用於藉由調節例如在處理工作站之排氣系統內的節流閥、進入處理工作站的氣流等而控制處理工作站內的壓力。

在一些實施方式中，控制器650為系統的一部分，其可為上述例子的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室（諸如腔室614）、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件（晶圓底座、氣流系統等）。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統之各種不同的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器650可加以編程以控制此處揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定（例如加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他傳送工具及/或與特定系統連接或介接之裝載鎖定部的晶圓傳送。

廣義地說，控制器650可定義為電子設備，具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等。積體電路可包含呈儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如軟體）的一個以上微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定（或程式檔案）的形式與控制器650通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一個以上處理步驟。舉例而言，參數可包括含鈷前驅物氣體流、還原劑氣體流、載體氣體流、含氮氣體流、電漿功率和頻率、底座溫度、工作站或腔室壓力及/或溫度等。

在一些實施方式中，控制器650可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。舉例而言，控制器650可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監控製造操作的當前進度，檢查過往製造操作的歷史，檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量，以改變目前處理的參數，以設定目前操作之後的處理步驟，或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦（例如：伺服器）可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器650接收數據形式的指令，該數據明確指定於一個以上操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置控制器650以介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器650可為分散式的，諸如藉由包含一個以上分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的（諸如此處描述的製程及控制）作業。一個用於此等目的之分散式控制器650的例子將為腔室上的一個以上積體電路，連通位於遠端（諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分）之一個以上積體電路，其結合以控制腔室中的製程。

不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中之其他的半導體處理系統。

如上所述，依據將由工具執行的一個以上製程步驟，控制器650可與下述通訊：一個以上其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具（諸如工具600）、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一控制器650、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或負載端。

加熱器控制程式可包含程式碼，用於控制電流流至用以加熱基板的加熱單元。或者，該加熱器控制程式可控制將熱轉移氣體（諸如氦）遞送至基板。

電漿控制程式可包含程式碼，用於根據本文實施例設定施加至在一個以上處理工作站中之處理電極的RF功率位準。

壓力控制程式可包含程式碼，用於根據本文實施例維持反應腔室中的壓力。

在一些實施例中，可能有與控制器650相關聯的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件的圖形軟體顯示、及使用者輸入裝置（諸如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等）。

在一些實施例中，由控制器650調整的參數可能與製程條件相關。非限制性的例子包含處理氣體成分及流率、溫度、壓力、電漿條件（諸如RF偏壓功率位準）、壓力、溫度等。這些參數可以配方的形式提供給使用者，其可利用使用者介面加以輸入。

用於監控製程的訊號可從各種處理工具感測器由控制器650的類比及/或數位輸入連接加以提供。控制製程的訊號可在處理工具600的類比及數位輸出連接上加以輸出。可加以監控之處理工具感測器之非限制性的例子包含質流控制器、壓力感測器（諸如壓力計）、熱電偶等。適當編程的回饋及控制演算法可與來自這些感測器的數據一起使用以維持製程條件。

控制器650可提供用於執行上述沉積製程的程式指令。程式指令可控制各種製程參數，諸如：DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。該等指令可控制參數以根據本文描述的各種實施例操作膜堆疊的原位沉積。

控制器一般包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器，配置以執行指令使得設備將根據本發明的實施例執行方法。包含用於根據本發明的實施例控制製程操作之指令的機器可讀媒體可耦接至控制器。

本文描述的設備/製程可結合微影圖案化的工具或製程（例如用於半導體元件、顯示器、LED、太陽光電板等的製造或生產）而加以使用。通常，雖然不一定，此等工具/製程將於共同的製造設施內一起使用或執行。膜的微影圖案化一般包含一些或全部下列操作，各個操作以幾個可能的工具達成：（1）工件（亦即基板）上光阻的塗佈，使用旋轉式或噴塗式的工具；（2）光阻的固化，使用熱板或加熱爐或UV固化工具；（3）以諸如晶圓步進機的工具將光阻曝露於可見光或UV或x射線光；（4）顯影光阻以便選擇性地移除光阻及從而使其圖案化，使用諸如溼檯的工具；（5）藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移進入底膜或工件；及（6）使用諸如RF或微波電漿光阻剝離器的工具移除光阻。結論

雖然上述實施例為了清楚理解的目的已以一些細節加以描述，但顯然地，某些改變與修飾可在隨附申請專利範圍的範疇內加以實施。應注意有許多替代方式執行本實施例的製程、系統、及設備。因此，本發明實施例係被視為說明性而非限制性的，且本發明實施例係非限於本文提供的細節。

200‧‧‧特徵部
202‧‧‧基板
204‧‧‧Mn層
205‧‧‧特徵部孔
206‧‧‧Co
210‧‧‧特徵部開口
500‧‧‧反應器
500B‧‧‧設備
502‧‧‧低頻（LF）RF產生器
502B‧‧‧來源
504‧‧‧高頻（HF）射頻（RF）產生器
506‧‧‧匹配網路
506B‧‧‧遠程電漿產生器
508‧‧‧歧管
508B‧‧‧連接管線
510‧‧‧來源氣體管線
512‧‧‧入口
512B‧‧‧其他氣體
514‧‧‧噴淋頭
514B‧‧‧噴淋頭
516‧‧‧基板
516B‧‧‧產生器
518‧‧‧底座
518B‧‧‧腔室
520‧‧‧加熱器塊
520B‧‧‧底座
522‧‧‧出口
522B‧‧‧系統控制器
524‧‧‧腔室
524B‧‧‧感測器
526B‧‧‧真空出口部
530‧‧‧系統控制器
540‧‧‧真空幫浦
600‧‧‧工具
602‧‧‧入站裝載鎖定部
604‧‧‧出站裝載鎖定部
606‧‧‧機器人
608‧‧‧基板傳送盒
609‧‧‧晶圓搬運系統
610‧‧‧大氣埠
612‧‧‧底座
614‧‧‧腔室
616‧‧‧腔室傳送埠
618‧‧‧底座
650‧‧‧控制器
652‧‧‧處理器
654‧‧‧大量儲存裝置
656‧‧‧記憶體裝置
658‧‧‧系統控制軟體

圖1係用於執行根據所揭示的實施例的方法之操作的製程流程圖。

圖2A-2C係說明參照圖1描述之方法之示例中的某些操作之示意橫剖面圖。

圖3-5顯示在SiO₂ 上之Mn/Co金屬堆疊的XPS剖析：圖3具有退火，圖4沒有退火，而圖5沒有除氣、H₂ 電漿、或退火。

圖6顯示在Co的退火之前在含Mn層上之Co的影像。

圖7顯示在Co的退火之後在含Mn層上之Co的影像。

圖8A提供描繪各種反應器元件的簡易方塊圖，該等各種反應器元件係配置用於實施本文描述的一些方法。

圖8B根據某些實施例說明用於處理半導體基板之設備的示意圖。

圖9顯示可根據某些實施例加以使用之多工作站式處理工具之實施例的示意圖。

Claims

一種方法，包含： (a) 提供具有一特徵部的一基板，該特徵部包含一特徵部開口； (b) 在該特徵部內形成一含錳襯墊層；及 (c) 在(b)之後，將該基板曝露於含鈷前驅物，以使用鈷至少部分地填充該特徵部。
如申請專利範圍第1項之方法，其中，(c)包含使用鈷完全地填充該特徵部。
如申請專利範圍第2項之方法，更包含將該基板加熱至至少400℃的溫度，以將鈷退火。
如申請專利範圍第3項之方法，更包含在該基板的加熱期間，使至少一些錳與鈷反應。
如申請專利範圍第3項之方法，更包含在該基板的加熱期間，使至少一些錳與鈷形成合金。
如申請專利範圍第1項之方法，其中，(b)包含在該特徵部中之一元素錳膜的原子層沉積（ALD）或化學氣相沉積（CVD）。
如申請專利範圍第6項之方法，其中，(b)更包含將該基板加熱至至少350℃，以允許該元素錳膜與一含矽底層反應以形成一矽酸錳層。
如申請專利範圍第7項之方法，其中，該元素錳膜之一曝露的部分係未轉變成矽酸錳。
如申請專利範圍第1項之方法，其中，(b)包含在該特徵部中之一氮化錳膜的原子層沉積（ALD）或化學氣相沉積（CVD）。
如申請專利範圍第9項之方法，更包含將該基板加熱至至少350℃，以允許錳與一含矽底層反應以形成一矽酸錳層，及將氮自該基板解吸附。
如申請專利範圍第1項之方法，更包含在(b)之後及在(c)之前，將該基板曝露於氮物種，以形成一差別抑制輪廓。
如申請專利範圍第11項之方法，更包含根據該差別抑制輪廓，將鈷優先地沉積在一個以上該特徵部中。
如申請專利範圍第1項之方法，其中，(c)包含沉積一鈷晶種層，用於後續的一Co電鍍製程。
一種方法，包含： (a) 提供具有一特徵部的一基板，該特徵部包含一特徵部開口且具有一介電含矽側壁； (b) 在該特徵部中形成一元素錳層，其中，該元素錳層係相對該特徵部保形； (c) 在(b)之後，將該元素錳層的一部分轉變成一矽酸錳層，允許該元素錳層之一曝露的部分保持沒有轉變； (d) 使用鈷填充該特徵部；及 (e) 在鈷與該矽酸錳層的介面形成鈷錳合金。