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TW201907038A - 在互連線金屬化中的釕層沉積方法及裝置 - Google Patents

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TW201907038A
TW201907038A TW107119290A TW107119290A TW201907038A TW 201907038 A TW201907038 A TW 201907038A TW 107119290 A TW107119290 A TW 107119290A TW 107119290 A TW107119290 A TW 107119290A TW 201907038 A TW201907038 A TW 201907038A
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oxidant
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ruthenium
layer
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TW107119290A
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金杜永
羅正錫
照健 黎
拉許納 胡瑪雲
米歇爾 丹納克
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

本文提供的為用於釕(Ru)特徵部填充的沉積製程。在一些實施例中，製程包含在還原條件下的薄保護性Ru膜之沉積，後接氧化條件下的Ru填充步驟。無氧條件下或利用氧移除操作所形成之保護性Ru膜的存在可實現不具有下方黏著層或金屬特徵部之氧化的Ru填充。

Description

在互連線金屬化中的釕層沉積方法及裝置
本揭示內容關於釕層沉積方法及裝置，且尤其關互連線金屬化中的釕層沉積方法及裝置。
此處所提供的先前技術說明係針對大致呈現本揭示內容的上下文。此先前技術章節中所述者之目前列名之發明人的工作成果、以及不可以其他方式認定為申請時之先前技術的敘述內容態樣，皆不明示或暗示性承認為相對本揭示內容的先前技術。
在半導體製造中，特徵部可利用傳導性材料加以填充。舉例而言，銅被用於產線後段(BEOL)互連線。然而，銅互連線在次10nm技術節點中製造具有挑戰性。銅互連線的沉積通常涉及首先沉積阻障層以防止來自銅互連線及基板層之元素的交互擴散。然而，尚未識別出在其厚度縮至小於2.5nm時維持其完整性的阻障材料。當線寬縮至10nm(在5nm技術節點)時，阻障將耗用5nm的線寬及線剖面之大於50%，而隨著超過10nm之各節點指數性增加電阻。此外，銅具有約39nm的電子平均自由徑(mean free path)。因此，在小臨界尺寸特徵部中，電子撞擊側壁，導致較不彈性的碰撞。
本揭示內容的一態樣關於一種方法，包括接收包含特徵部的基板；執行複數原子層沉積(ALD)循環以在特徵部中沉積釕(Ru)襯墊層，其中複數ALD循環之每一者包含還原劑的用劑；及在Ru襯墊層的沉積之後，藉由使第一釕前驅物與氧化劑反應而利用釕至少部分地填充特徵部。
在一些實施例中，複數ALD循環的每一者包含使第二釕前驅物與還原劑反應，第二釕前驅物與第一釕前驅物不同。
在一些實施例中，複數ALD循環的每一者包含使第一釕前驅物與該還原劑反應。在一些如此實施例中，第一釕前驅物具有非零氧化態下的Ru中心。
依據諸多實施例，ALD循環為熱ALD循環或電漿增強ALD (PEALD)循環。在一些實施例中，還原劑為H2 或NH3 、或從H2 或NH3 產生之電漿物種。
在一些實施例中，氧化劑為O2 、O3 、或H2 O。在一些實施例中，複數ALD循環的每一者涉及使第一釕前驅物與氧化劑反應，使得相同的Ru前驅物用以沉積Ru襯墊層並用於後續的填充操作中。
在一些實施例中，還原劑的用劑將結合至Ru襯墊層或下方金屬層中的氧移除。
在一些實施例中，特徵部係以釕完全填充。在一些實施例中，特徵部係以選自Ru、Cu、W、Co、Mo、Ni、及Al之金屬完全填充。
在一些實施例中，複數ALD循環的每一者包含後接氧化劑用劑的釕前驅物用劑。在一些如此實施例中，釕前驅物用劑及氧化劑用劑為非電漿用劑。複數ALD循環可更包含氧化劑用劑後的還原電漿用劑。在一些如此實施例中，在氧化劑用劑與還原電漿用劑之間不具有排淨步驟。在一些實施例中，氧化劑用劑為氧化劑與還原劑的混合物。
在一些實施例中，Ru襯墊層的厚度為2 nm以下。
在一些實施例中，特徵部包含Ru襯墊層沉積其上的第一襯墊層。沉澱層可例如為阻障或黏著層。在特定實施例中，Ru襯墊層可沉積於選自鎢碳氮化物(WCN)、鈦氮化物(TiN)、鎢氮化物(WN)、鎢碳化物(WC)、及鉭氮化物(TaN)的襯墊層上。
本揭示內容的另一態樣係關於一種設備，包含：一或更多製程腔室，其各配置成固持基板；一或更多製程氣體入口，用以耦接至釕(Ru)前驅物源、氧化劑氣體源、及還原劑氣體源；及控制器，用以控制設備中的操作，該控制器包含用於執行複數Ru襯墊沉積循環的機器可讀指令，其中每一Ru襯墊沉積循環的指令包含：經由一或更多製程氣體入口使Ru前驅物用劑進入一或更多製程腔室的指令；使Ru前驅物用劑進入後、經由一或更多製程氣體入口使氧化劑氣體用劑進入一或更多製程腔室的指令；及使氧化劑用劑進入後、經由一或更多製程氣體入口使還原劑氣體用劑進入一或更多製程腔室的指令。
在一些實施例中，控制器更包含用於執行Ru填充製程的機器可讀指令，該機器可讀指令包含：在複數Ru襯墊沉積循環後、使第二Ru前驅物及氧化劑進入一或更多製程腔室的指令。
在一些實施例中，該設備包含電漿產生器，其中針對各Ru襯墊沉積循環的指令包含從還原劑氣體產生電漿。
這些及其他態樣將於以下參照圖式進一步敘述。
本文所提供的為形成釕(Ru)膜的方法。Ru膜可沉積在例如慣孔及溝槽之半導體基板特徵部中作為襯墊層及特徵部填充物。應用包含次10 nm節點產線中段(MOL)及產線後段(BEOL)邏輯互連線。在一實例中，該方法可用於源極/汲極接點填充。釕具有短的非彈性平均自由徑，容許其對於在次10nm尺寸下之電阻係數上的縮放比例如銅的材料更佳。再者，在一些實施例中，其可在無擴散阻障層的情況下實施，而產生高傳導性材料的更大剖面。
本文所提供的為包含還原條件下之薄保護性Ru膜的沉積、後接氧化條件下之Ru填充步驟的沉積製程。無氧條件下形成或利用去除氧操作形成之保護性Ru膜的存在可實現Ru填充，而不使下方的黏著層及金屬基板氧化。保護性Ru層亦可用做阻障層，防止後續Ru填充步驟中的氧穿透至下方金屬層中。還原條件下沉積的Ru保護性膜係足夠薄(例如1-2 nm)，使得Ru互連線的整體優點不由於第一步驟中帶來的潛在雜質而妥協。
依據諸多實施例，保護性Ru層可藉由兩實施例其中一者形成，此二實施例之第一者涉及使氧化-還原化學循環，且其第二者僅涉及還原化學而無氧化化學。前者之方法藉由在氧化條件及利用還原氣體(例如H2 或NH3 )之熱或電漿處理下，使Ru沉積循環而形成Ru膜。使用氧化氣體反應物的Ru膜沉積提供高純度Ru膜。然而，當氧化反應物未受良好控制時，在氧穿透至下方層的情況下，此步驟可能潛在地使下方的金屬層氧化。後續的利用還原氣體之熱或電漿處理促進氧化之下方金屬層轉換回其無氧組成。這些保護性Ru膜的生長循環確保高純度Ru膜而不在各循環結束時形成氧化介面。
在另一實施例中，形成保護性Ru層涉及利用還原氣體(例如H2 或NH3 )在熱或電漿處理沉積條件下將Ru前驅物還原。此方法使得保護性層的製備比先前的循環式方法更簡單。然而，其可能涉及在混合式沉積步驟中使用兩不同前驅物化學，一者用於保護性Ru層的沉積，且另一者用於後續的特徵部填充。
使用這些方法的特徵部填充係於以下參照圖1-4G進一步敘述。圖1顯示依據若干實施例的利用釕之特徵部填充實例。未填充特徵部6係形成於介電材料10中。介電材料的實例包括來自四乙氧基矽烷(tetraethyl orthosilicate, TEOS)或來自其他烷氧化物的氧化物、氟矽玻璃(FSG)、可流動氧化物、旋塗玻璃、碳摻雜氧化物、氮化物、及氮氧化物。在一些實施例中，介電材料可為矽基氧化物、氮化物、或氮氧化物。在圖1的實例中，未填充特徵部設置在傳導性材料4的上方。傳導性材料4可為任何合適的材料，而實例包含鎢(W)、鈷(Co)、及釕(Ru)。襯墊層12可加襯未填充特徵部6，並提供黏著及擴散阻障性質的一或兩者。襯墊層12之材料的實例包含鎢碳氮化物(WCN)、鈦氮化物(TiN)、鎢氮化物(WN)、鎢碳化物(WC)、及鉭氮化物(TaN)。未填充特徵部6可利用釕填充，以形成Ru互連線8。依據若干實施例的沉積釕之方法係於以下參照圖2及4A-4G進一步敘述。
圖2為顯示特徵部內沉積釕中之若干操作的製程流程圖。方法200可開始於接收包含特徵部的基板，釕將沉積於該特徵部中。方塊201。如此特徵部的實例係顯示於圖1中。在一些實施例中，特徵部可包含暴露的介電側壁表面及暴露的傳導性表面。在一些實施例中，特徵部可包含一或更多先前沉積的襯墊層，例如黏著層或阻障層。如此襯墊層可保形地或非保形地沉積於特徵部中。在一些實施例中，特徵部可不含有任何先前沉積的襯墊層。待以釕填充的特徵部可具有任何的部分製造半導體元件之合適部分，包括源極/汲極(S/D)連線、MOL結構或BEOL結構。
接著，將Ru襯墊層沉積於特徵部中。方塊203。此係藉由原子層沉積(ALD)法而執行，其可為熱原子層沉積(tALD)法或電漿增強原子層沉積(PEALD)法。ALD為表面媒介沉積技術，其中可依序將釕前驅物及反應物的用劑引入沉積腔室中。在PEALD法中，電漿在用劑之一或更多者期間點燃。在許多實施例中，電漿在反應物用劑期間點燃。將序列式用劑的多個ALD循環用以沉積膜。
一般而言，ALD循環為用以執行表面沉積反應一次的最小操作組。一循環的結果為在基板表面上產生至少一部分含Ru膜層。通常，ALD循環包含用以遞送及吸附至少一反應物至基板表面、且然後使吸附之反應物與一或更多反應物產生反應俾形成部分膜層的操作。循環可包含若干輔助操作，例如掃除反應物或副產物其中一者、及/或處理甫沉積完成的部分膜。循環含有獨特操作序列的一實例。舉例而言，ALD循環可包含以下操作：(i)遞送/吸附含Ru前驅物、(ii)從腔室排淨含Ru前驅物、(iii)在有或無電漿的情況下遞送第二反應物、及(iv)在有或無電漿的情況下從腔室排淨反應物。在另一例示ALD循環中，可有(i)遞送/吸附含Ru前驅物、(ii)從腔室排淨含Ru前驅物、(iii)氧化劑的遞送/吸附或反應、(iv)還原劑的遞送及反應、及(v)從腔室排淨氧化劑、還原劑、及/或副產物。進一步的實例參照圖4A-4G於以下敘述。
回到圖2，方塊203涉及用以沉積Ru襯墊層的還原性化學，作為Ru沉積循環中之反應物、或作為沉積循環中的處理。如上所述，Ru襯墊層為保護下方金屬層免於在後續操作中被氧化的保護性層。操作203期間可採用的ALD用劑順序之實例包含Ru前驅物→還原劑；Ru前驅物→氧化劑→還原劑；Ru前驅物→與還原劑混合的氧化劑；氧化劑→Ru前驅物→還原劑；與還原劑混合的氧化劑→Ru前驅物…等。「→」表示兩用劑的順序。依據諸多實施例，在兩用劑之間可能不具有排淨步驟。
圖3A為使用還原性化學沉積Ru襯墊層13後的未填充特徵部6之實例。藉由使用還原性化學，而避免下方襯墊層12及下方傳導性材料4的氧化。Ru襯墊層的厚度可為例如1-2 nm。
一旦沉積了Ru襯墊層，便使用氧化性化學填充特徵部。方塊205。此可涉及ALD或CVD(化學氣相沉積)法。在一些應用中，Ru填充可藉由電化學鍍覆(ECP)或無電鍍覆的方法而達成，特別是對於大型特徵部(例如大尺寸的雙鑲嵌特徵部)而言。由於存在Ru襯墊層，操作205可在不使用還原性化學的情況下進行。圖3B顯示填充後的圖3A中之特徵部，其具有Ru互連線8。
圖4A-4D顯示可用以執行方塊203及205的方法實例。在圖4A所繪示的方法中，襯墊層係於採用m個循環之Ru前驅物用劑/氧化劑用劑/還原劑用劑的ALD法中沉積，其中「/」代表利用例如Ar之惰性氣體的排淨步驟。ALD循環中之Ru前驅物用劑、氧化劑用劑、及還原劑用劑的順序可加以改變，且不限於上述的特定實例。
在所繪示的實施例中，首先為Ru前驅物用劑，後接氧化劑用劑。然而，舉例而言，ALD循環亦可從氧化劑用劑開始。從後接Ru前驅物用劑/氧化劑用劑之循環之O2 處理的沉積機制實例係敘述於N. Leick et al. Chem. Mater., 2012, 24 (19), pp 3696–3700。首先，使O2 吸附在表面上以開始ALD循環。然後使用合適Ru前驅物的脈衝，利用與表面上吸附之氧的配體燃燒(combustion)反應，以形成釕的單層。O2 脈衝導致剩餘碳物種的燃燒。此為可能的氧化性ALD Ru沉積實例，而其他機制及/或氧化性化學亦有可能。Ru/O2 /H2 順序之實例可見於J. Lu et al.,Chem. Mater .2015 , 27, 4950-4956。
不管釕之氧化性沉積的機制為何，後續H2 用劑中提供的氫皆與殘留在結構中的氧反應，形成可移除至真空中的H2 O。下一循環開始於O2 用劑，以處理表面並製備該表面，以供下一Ru前驅物用劑。H2 可為熱力式或電漿用劑。在一些實施例中，H2 用劑可在一些循環中省略，例如，其可僅每隔一循環或每隔兩循環執行。
如以上所述，Ru前驅物用劑、氧化劑用劑、及還原劑用劑的順序可加以改變，且不限於以上敘述的特定實例。圖4A中之ALD循環之特徵可為氧化性沉積機制，後接利用還原劑與殘餘氧化劑反應以供移除。
一旦沉積了Ru襯墊層，在一些實施例中，於ALD製程中執行n個Ru前驅物用劑及氧化劑用劑的循環以填充特徵部。在其他實施例中，Ru填充係藉由CVD法執行，其中Ru前驅物及O2 或其他氧化劑同時被輸送至表面上，以沉積Ru膜然後填充特徵部。針對Ru襯墊及Ru填充兩者可使用相同或不同的Ru前驅物。在一些實施例中，藉由ALD及CVD法的Ru填充將後接例如ECP及無電鍍覆的Ru鍍覆製程，以填充其他大型特徵部。
在圖4B之方法中，ALD法採用m個Ru前驅物/還原劑的循環，而Ru前驅物受到還原而非氧化。一旦沉積了Ru襯墊層，在一些實施例中，執行n個第二Ru前驅物及O2 的循環以填充特徵部。在其他實施例中，Ru填充係藉由CVD法執行，其中第二Ru前驅物及O2 或其他氧化劑同時被輸送至表面上，以沉積Ru膜然後填充特徵部。在此方法中，使用不同的可用於圖2之方塊203及205的Ru前驅物可為有利的。如以下所說明，Ru前驅物的選擇可取決於Ru襯墊沉積反應為氧化性或還原性反應。若干前驅物可用於還原性及氧化性反應二者，且因此可用於圖4B之兩操作。
在圖4C之方法中，襯墊層係於採用m個Ru前驅物用劑/氧化劑用劑-還原劑用劑之循環的ALD法中沉積，其中「/」表示利用例如Ar之惰性氣體的排淨步驟，且「-」表示不具有排淨步驟的序列。圖4C中之方法係類似於圖4A之若干實施例，除了在氧化劑與還原劑之間欠缺排淨步驟之外。一旦沉積了Ru襯墊層，在一些實施例中，在ALD製程中執行n個Ru前驅物用劑及氧化劑用劑的循環以填充特徵部。
在圖4D之方法中，襯墊層係於採用m個Ru前驅物用劑/氧化劑-還原劑混合物用劑之循環的ALD法中沉積。一旦沉積了Ru襯墊層，在一些實施例中，在ALD製程中執行n個Ru前驅物用劑及氧化劑用劑的循環以填充特徵部。
本文所述之方法中所採用的Ru前驅物為有機金屬化合物。所採用的特定Ru前驅物可取決於Ru襯墊沉積反應為氧化性(圖4A、4C、及4D)或還原性(圖4B)反應。反應物亦取決於反應的類型。對於氧化性反應而言，使用含氧反應物，而範例為雙原子氧(O2 )、臭氧(O3 )及水(H2 O)。對於還原性反應而言，H2 或NH3 為還原劑(亦稱為還原藥劑)的範例。
多數有機金屬Ru前驅物不論氧化態皆輕易與O2 進行熱反應，以提供純Ru膜。可用於氧化性反應之Ru前驅物的範例包含(乙基苄基)(1-乙基-1,4-環己二烯基)Ru(0)、(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0)、(2,3-二甲基-1,3-丁二烯基)三羰基Ru(0)、(1,3-環己二烯基)三羰基Ru(0)、及(環戊二烯基)(乙基)二羰基Ru(II)，但Ru前驅物的選擇不限於這些化合物分類。
與非氧化性反應物反應的Ru前驅物可具有正氧化態，通常為+2(亦即Ru(2+)前驅物，亦稱為Ru(II)前驅物)。亦可使用具有Ru中心的前驅物，其具有+1及+3的非零氧化態。與非氧化性反應物反應的Ru前驅物實例為雙(5-甲基-2,4-己烷二酮基)-二羰基Ru(II)及雙(乙基環戊二烯基)Ru(II)，但Ru前驅物的選擇不限於這些化合物分類。尤其，雙(乙基環戊二烯基)Ru(II)在PEALD反應中與NH3 反應。
值得注意的是，(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0)亦可用於還原反應(利用NH3 之PEALD)以及利用O2 的tALD反應中。就此而言，前驅物可用於還原反應以形成Ru襯墊層，後接用於填充的氧化性反應。
可採用之Ru(0)及Ru(II)前驅物的進一步範例係於以下在表1中提出。 [表1]: Ru(0)及Ru(II)前驅物的範例
在一些實施例中，可利用氧化劑共反應物將Ru晶種層沉積在Ru襯墊層上。舉例而言，以下序列的其中一者可用於特徵部填充： 序列1： 預清潔基板 沉積WCN或其它黏著層 使用非氧化性反應物(例如(2,4-二甲基戊二烯基)(乙基環戊二烯基)Ru(II))的Ru襯墊之熱ALD 使用氧化性反應物(例如(2,4-二甲基戊二烯基)(乙基環戊二烯基)Ru(II))的Ru晶種之熱ALD 使用氧化性反應物(例如(乙基苄基)(1-乙基-1,4-環己二烯基)Ru(0))的Ru之CVD 序列2： 預清潔基板 沉積WCN或其它黏著層 使用非氧化性反應物(例如(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0))的Ru襯墊之PEALD 使用氧化性反應物(例如(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0))的Ru晶種之熱ALD 使用氧化性反應物(例如(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0))的Ru之CVD
在一些實施例中，Ru襯墊層作用為晶種層，而無間隙填充前沉積的額外層。在一些實施例中，複數方法可用以在不同尺寸的特徵部中沉積釕。在一些如此情形中，可藉由ALD或CVD填充貫孔、溝槽、或其他特徵部的所有者。在一些其他實施例中，Ru填充可用於僅完全填充小型貫孔及溝槽，而在較小特徵部之ALD或CVD填充的Ru填充之後，較大的特徵部受到部分填充。這些較大特徵部可利用釕之外的不同金屬填充，且可利用ALD及CVD之外的非氣相沉積法填充、或藉由氣相沉積法填充。舉例而言，大型特徵部可藉由以下方式填充：保護性Ru層沉積-Ru部分填充-利用不同方法及/或金屬的完整填充。最終完整填充的方法可為ALD、CVD、電化學鍍覆及無電鍍覆。最終完整填充的材料可為Ru、銅(Cu)、鎢(W)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、及鋁(Al)。
如以上所指出，Ru襯墊層的沉積可使用氧化性化學(在還原操作的情況下)或非氧化性化學而進行。其亦可使用PEALD或熱ALD執行。使用ALD或PEALD及氧化性或還原性化學的考量因素包含下方膜之介面處的氧含量、生產量、及階梯覆蓋率。在一些實施例中，若使用還原性化學(例如圖4B)，便採用PEALD以在還原性化學緩慢的情況下改善利用熱ALD的生產量。再者，氧化性化學(如圖4A、4C、及4D)之後的還原操作可有利地使用電漿。然而，在其他實施例中，還原操作可為熱力式以改善階梯覆蓋率。若使用氧化性操作(例如圖4A、4C、及4D)，可在熱力式非電漿操作中使基板暴露至氧化劑。此將減少介面處的氧含量並改善階梯覆蓋率。雖然如圖4B之還原性化學可有助於使氧化情形最小化，但在一些實施例中，生產量及/或階梯覆蓋率可能不足。因此，圖4A、4C、或4D中所示之製程的其中一者可用以平衡氧含量、生產量、及階梯覆蓋率。
圖4E-4G提供依據諸多實施例的用以沉積Ru襯墊層之ALD製程範例。首先，轉向圖4E，顯示使用還原性化學沉積Ru襯墊的PEALD法範例。方法400開始於使基板暴露至Ru前驅物。(401)。依據諸多實施例，Ru前驅物可為如上述的Ru(II)前驅物。或者，可採用例如(1-異丙基-4-甲基苄基)(1,3-環己二烯基)Ru(0)之與還原劑反應的Ru(0)前驅物。操作401期間的範例基板溫度在從150℃至450℃的範圍內，且在一些實施例中，在從200℃至400℃的範圍內。範例腔室壓力在從0.1托至10托的範圍內，且在一些實施例中，在從0.5托至5托的範圍內。Ru前驅物可利用例如氬(Ar)之載體氣體遞送，而範例載體氣體流速為25 sccm至1000 sccm，且在一些實施例中為100 sccm至500 sccm。範例前驅物用劑時間可在自0.5秒至20秒之範圍內，且在一些實施例中，在自2秒至7秒的範圍內。應理解用劑時間、腔室、壓力、載體氣體流、Ru濃度、及溫度皆可適當地加以改變，俾使特徵部或複數特徵部暴露至足夠的Ru前驅物，以形成飽和吸附層或次飽和吸附層、及/或與共反應物反應。方法可接著進行可選的排淨步驟。(403)。在排淨期間，可將例如Ar之惰性氣體引入腔室，以移除仍維持在氣相的Ru前驅物。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.5秒至5秒。然後使基板暴露至還原電漿。(405)。電漿可從含有例如氫(H2 )或氨(NH3 )之還原劑化合物的製程氣體產生。可使用其他例如聯氨(N2 H2 )的化合物。在一些實施例中，還原劑的選擇可取決於所採用的Ru前驅物。如參照操作401所述的載體氣體及流速可在整個製程採用。在一些實施例中，RF產生器可用以產生電漿。RF功率的範例為50W與700W之間，且在一些實施例中為200W與550W之間。範例用劑時間係少於20秒，且在一些實施例中為1與7秒之間。可執行可選的排淨步驟。(407)。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.5秒至5秒。然後可重複操作401-407，直到達成所需的厚度。(409)。
圖4F中顯示使用氧化性化學沉積Ru襯墊的ALD法範例。方法410開始於使基板暴露至Ru前驅物。(411)。依據諸多實施例，Ru前驅物可為如上述的Ru(0)前驅物，然而在一些實施例中可使用Ru(II)前驅物。操作411期間的範例基板溫度在從150℃至450℃的範圍內，且在一些實施例中，在從200℃至400℃的範圍內。範例腔室壓力在從0.1托至10托的範圍內，且在一些實施例中，在從0.5托至5托的範圍內。Ru前驅物可利用例如氬(Ar)之載體氣體遞送，而範例載體氣體流速為25 sccm至1000 sccm，且在一些實施例中為100 sccm至500 sccm。載體氣體可使用於整個製程。範例前驅物用劑時間可在自0.5秒至20秒之範圍內，且在一些實施例中，在自2秒至15秒的範圍內。應理解用劑時間、腔室、壓力、載體氣體流、Ru濃度、及溫度皆可適當地加以改變，俾使特徵部或複數特徵部暴露至足夠的Ru前驅物，以形成飽和吸附層或次飽和吸附層、及/或與共反應物反應。方法可接著進行可選的排淨步驟。(413)。在排淨期間，可將例如Ar之惰性氣體引入腔室，以移除仍維持在氣相的Ru前驅物。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.5秒至5秒。
然後使基板暴露至氧化劑。(415)。在圖4F的範例中，氧化劑係於熱(非電漿)暴露中提供。氧化劑的範例包含O2 、水(H2 O)、及二氧化碳(CO2 )。在一些實施例中，氧化劑的選擇可取決於所採用的Ru前驅物。可採用如參照操作411所述的載體氣體及流速。範例用劑時間係少於20秒，且在一些實施例中為0.2與5秒之間。可執行可選的排淨步驟。(417)。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.5秒至5秒。然後使基板暴露至還原電漿。(419)。電漿可從含有例如氫(H2 )或氨(NH3 )之還原劑化合物的製程氣體產生。可使用其他例如聯氨(N2 H2 )的化合物。可採用上述的載體氣體及流速。在一些實施例中，RF產生器可用以產生電漿。RF功率的範例為50W與700W之間，且在一些實施例中為200W與550W之間。範例用劑時間係少於20秒，且在一些實施例中為0.2與5秒之間。可執行可選的排淨步驟。(421)。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.1秒至5秒。然後可重複操作411-421，直到達成所需的厚度。(423)。如以下進一步敘述，雖然排淨操作一般可在Ru前驅物與後續反應物之間及下一Ru前驅物用劑之前執行，但在若干實施例中，在氧化劑與還原性電漿之間沒有排淨。亦即，排淨操作417在一些實施例中可有利地省略，並在操作413及423中執行排淨。
圖4G中顯示沉積Ru襯墊的純熱力式ALD法範例。方法430開始於使基板暴露至Ru前驅物。(431)。依據諸多實施例，Ru前驅物可為如上述的Ru(0)前驅物，然而在一些實施例中可使用Ru(II)前驅物。操作431期間的範例基板溫度在從150℃至450℃的範圍內，且在一些實施例中，在從200℃至400℃的範圍內。範例腔室壓力在從0.1托至10托的範圍內，且在一些實施例中，在從0.5托至5托的範圍內。Ru前驅物可利用例如氬(Ar)之載體氣體遞送，而範例載體氣體流速為25 sccm至1000 sccm，且在一些實施例中為100 sccm至500 sccm。載體氣體可使用於整個製程。範例前驅物用劑時間可在自0.5秒至20秒之範圍內，且在一些實施例中，在自2秒至15秒的範圍內。應理解用劑時間、腔室、壓力、載體氣體流、Ru濃度、及溫度皆可適當地加以改變，俾使特徵部或複數特徵部暴露至足夠的Ru前驅物，以形成飽和吸附層或次飽和吸附層、及/或與共反應物反應。可執行可選的排淨步驟。(433)。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.5秒至5秒。然後使基板暴露至氧化劑及還原劑的混合物(例如O2 /H2 混合物)。(435)。O2 /H2 混合物的體積流比率在自1%至6%的範圍內。其他還原劑可類似地使用，以提供稀釋O2 流。
氧化劑可與吸附的Ru前驅物反應，以利用氧化性機制形成一層Ru，而還原劑在降低所生成之膜的氧含量上具有效用。可採用如上述的載體氣體。範例用劑時間係少於20秒，且在一些實施例中為0.2與5秒之間。可執行可選的排淨步驟。(437)。範例排淨時間(若有執行)為0.1秒至10秒，且在一些實施例中為0.1秒至5秒。然後可重複操作431-435，直到達成所需的厚度。(439)。 實驗
利用如以下所述之五個不同的ALD製程將Ru襯墊層(約2 nm厚)沉積在WCN膜上： 製程1為依據圖4E之製程範例，其具有複數個Ru(II)前驅物-排淨-還原劑-排淨循環。 製程2為不具有任何還原劑，而具有複數個Ru(0)-排淨-氧化劑-排淨循環的製程。 製程3為依據圖4F之製程範例，其具有複數個Ru(0)-排淨-氧化劑-排淨-還原電漿-排淨循環。 製程4為依據圖4F之另一製程範例，其在氧化劑與還原電漿用劑之間不具有排淨，亦即具有複數個Ru(0)-排淨-氧化劑-還原電漿-排淨循環。 製程5為依據圖4G之製程範例，其具有複數個Ru(0)-排淨-氧化劑+還原劑-排淨循環。 針對製程2-5使用相同的Ru(0)前驅物。在所有製程中，還原劑為H2 ，且氧化劑為O2 。針對標示還原劑(電漿)的製程使用直接Ar/H2 電漿。 藉由SIMS/XPS針對1)Ru/WCN介面處及2)Ru襯墊層中之氧百分比(O%)、並利用ARXPS針對Ru/WCN介面處之鎢氧化物(WO3 )厚度，對膜加以分析。 結果係顯示於表2。 [表2]
不具有還原劑的製程(製程2)導致最多氧在Ru/WCN介面處、及相對厚的WO3 層。比較製程4及製程3，省略氧化劑與還原劑電漿之間的排淨步驟導致介面處的減少之氧含量。 設備
圖5繪示具有用於維持低壓環境之製程腔室502的ALD製程站500之實施例的示意圖。複數個ALD製程站可包含在共同低壓製程工具環境中。舉例而言，圖6繪示多站處理工具600的實施例。在一些實施例中，ALD製程站500的一或更多硬體參數(包括以下詳細討論者)可藉由一或更多電腦控制器550編程式地加以調整。
ALD製程站與反應物遞送系統501a流體連通，以供遞送製程氣體至分配噴淋頭506。反應物遞送系統501a包含用於混合及/或調節例如含Ru前驅物氣體、含氫氣體、或含反應物氣體之製程氣體的混合容器504，以供遞送至噴淋頭506。一或更多混合容器入口閥520可控制製程氣體對於混合容器504的引入。在諸多實施例中，Ru襯墊層的選擇性沉積係於製程站500中執行，且在一些實施例中，例如預處理、Ru晶種層沉積、或Ru間隙填充之其他操作可在多站處理工具600的相同或另一站中執行，如以下相關於圖5進一步敘述。
舉例而言，圖5的實施例包含用於使待供給至混合容器504之液態反應物汽化的汽化點503。在一些實施例中，汽化點503可為加熱汽化器。在一些實施例中，液態前驅物或液態反應物可在液體噴射器(未顯示)處汽化。舉例而言，液體噴射器可在混合容器504上游將液態反應物之脈衝噴射至載體氣體流中。在一實施例中，液體噴射器可藉由使液體從較高壓力瞬變至較低壓力而使反應物汽化。在另一實施例中，液體噴射器可使液體霧化成分散的微液滴，該等微液滴後續在加熱之遞送管線中汽化。較小的液滴可比較大的液滴更快汽化，而減少液體噴射與完整汽化之間的延遲。更快的汽化可減少汽化點503下游的管線長度。在一方案中，液體噴射器可直接安裝至混合容器504。在另一方案中，液體噴射器可直接安裝至噴淋頭506。
在一些實施例中，可設置汽化點503上游的液體流控制器(LFC)以供控制用於汽化及遞送至製程腔室502之液體的質量流。舉例而言，LFC可包含位於LFC下游的熱質流計(MFM)。然後可因應由與MFM電連通之比例-積分-微分(PID)控制器提供的回饋控制訊號，對LFC的柱塞閥進行調整。然而，使用回饋控制可能需要一秒以上使液體流穩定。此可能延長液體反應物的用劑時間。因此，在一些實施例中，LFC可在回饋控制模式與直接控制模式之間動態地切換。在一些實施例中，此可藉由停用LFC之感測管及PID控制器而執行。
噴淋頭506朝基板512分配製程氣體。在圖5所示之實施例中，基板512係位於噴淋頭506下方，且顯示為置放於台座508上。噴淋頭506可具有任何合適形狀，且可具有任何合適數目及排列的埠口，以供分配製程氣體至基板512。
在一些實施例中，台座508可升高或降低以使基板512暴露於基板512與噴淋頭506之間的容積。在一些實施例中，台座508可經由加熱器510加以溫度控制。台座508可在操作期間設定至任何合適溫度，例如約200℃與約400℃之間，以供執行諸多所揭實施例。吾人將察知，在一些實施例中，台座高度可藉由合適的電腦控制器550編程式地加以調整。在製程階段結尾時，台座508可在另一基板傳送階段期間降低以容許從台座508移除基板512。
在一些實施例中，噴淋頭506的位置可相對台座508調整，以改變基板512與噴淋頭506之間的容積。再者，吾人可察知，台座508及/或噴淋頭506的垂直位置可藉由任何合適機構在本揭示內容的範疇內加以改變。在一些實施例中，台座508可包含用於旋轉基板512之定向的旋轉軸。吾人將察知，在一些實施例中，這些例示調整的一或更多者可藉由一或更多合適的電腦控制器550可編程式地執行。電腦控制器550可包含以下相關於圖6之控制器550而敘述的特徵任何者。
在一些其中電漿可如以上所討論般使用的實施例中，噴淋頭506及台座508與對電漿供電的射頻(RF)電源514及匹配網路516電性連通。在一些實施例中，電漿能量可藉由控制製程站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、及電漿功率脈衝時序之一或更多者而加以控制。舉例而言，RF電源514及匹配網路516可在任何合適功率下操作，以形成具有期望自由基物種組成的電漿。類似地，RF電源514可提供具有任何合適頻率的RF電力。在一些實施例中，RF電源514可配置成彼此獨立地控制高及低頻率RF電力源。例示低頻RF頻率可包含但不限於0 kHz與900 kHz之間的頻率。例示高頻RF頻率可包含但不限於1.8MHz與2.45GHz之間、或大於約13.56MHz、或大於27MHz、或大於80MHz、或大於60MHz的頻率。吾人將察知，任何合適參數可分開或連續地加以調變，以提供用於表面反應的電漿能量。
在一些實施例中，電漿可藉由一或更多電漿監視器原位監測。在一方案中，電漿電力可藉由一或更多電壓、電流感測器(例如VI探針)加以監測。在另一方案中，電漿密度及/或製程氣體濃度可藉由一或更多光學發射光譜感測器(OES)加以量測。在一些實施例中，一或更多電漿參數可基於來自該等原位電漿監視器之量測值而可編程地調整。舉例而言，OES感測器可用於回饋迴路，以提供電漿電力之可編程控制。吾人將察知，在一些實施例中，其他監視器可用以監測電漿及其他製程特性。如此監視器可包含但不限於紅外光(IR)監視器、聲學監視器、及壓力換能器。
上述電漿為直接電漿。然而，在一些實施例中，可使用對於處理腔室為遠端的電漿產生器，而所產生的電漿被遞送至處理腔室。
在一些實施例中，用於控制器550之指令可經由輸入/輸出控制(IOC)序列指令而提供。在一實例中，設定製程階段之條件的指令可內含於製程配方之對應的配方階段中。在一些情形中，製程配方階段可序列式排列，使得製程階段的所有指令與製程階段同時執行。在一些實施例中，設定一或更多反應器參數的指令可內含於配方階段中。舉例而言，第一配方階段可包含設定惰性及/或反應物氣體(例如Ru前驅物)之流速的指令、設定載體氣體(例如氬)之流速的指令、及第一配方階段的時間延遲指令。後續的第二配方階段可包含調變或停止惰性及/或反應物氣體之流速的指令、調變載體或排淨氣體之流速的指令、及第二配方階段的時間延遲指令。第三配方階段可包含調變例如H2 、NH3 、或O2 之第二反應物氣體之流速的指令、調變載體或排淨氣體之流速的指令、點燃電漿的指令、及第三配方階段的時間延遲指令。後續的第四配方階段可包含調變或停止惰性及/或反應物氣體之流速的指令、調變載體或排淨氣體之流速的指令、及第四配方階段的時間延遲指令。吾人將察知，這些配方階段可利用本揭示內容之範疇內的任何合適方式進一步加以細分及/或重複。
再者，在一些實施例中，製程站500的壓力控制可藉由蝴蝶閥518提供。如圖5之實施例中所示，蝴蝶閥518節流由下游真空泵(未顯示)提供的真空。然而，在一些實施例中，製程站500的壓力控制亦可藉由改變引入至製程站500之一或更多氣體的流速而加以調整。
如以上所述，一或更多製程站可內含於多站處理工具中。圖6顯示具有入站負載室602及出站負載室604的多站處理工具600之實施例的示意圖，入站負載室602及出站負載室604的其中一或兩者可包含遠端電漿源(未顯示)。在大氣壓力下，機器人606係配置成將晶圓從透過晶圓盒608裝載之卡匣經由大氣埠610移動至入站負載室602。晶圓(未顯示)藉由機器人606置放在入站負載室602中之台座612上，大氣埠610關閉，且將入站負載室602抽氣。在入站負載室602包含遠端電漿源的情況下，在將晶圓引入處理腔室614中之前，可使晶圓在入站負載室602中暴露至遠端電漿處理。再者，舉例而言，亦可在入站負載室602中也對晶圓加熱，以移除水分及吸附的氣體。接著，開啟向著處理腔室614的腔室傳送埠616，且另一機器人(未顯示)將晶圓置入反應器中、顯示於處理用反應器中之第一站的台座上。雖然圖6中繪示的實施例包含負載室，但吾人將察知，在一些實施例中，可提供晶圓到製程站中的直接進入。
在圖6所示的實施例中，所繪示的處理腔室614包含四個製程站，編號從1至4。每一站具有加熱的台座(對於站1顯示在618)、及氣體管線入口。吾人將察知，在一些實施例中，各製程站可具有不同或複數目的。舉例而言，在一些實施例中，製程站可為在熱ALD製程模式與PEALD製程模式之間可切換。在一些實施例中，對沉積前驅物的暴露與對第二反應物及電漿的暴露係在相同站中執行。額外或替代地，在一些實施例中，處理腔室614可包含一或更多匹配成對的ALD及PEALD製程站。再者，對預處理氣體或電漿的暴露及ALD製程可在相同或不同站中發生。雖然所繪示的處理腔室614包含四個站，但吾人將理解，依據本揭示內容的處理腔室可具有任何合適數目的站。舉例而言，在一些實施例中，處理腔室可具有五個或更多站，而在其他實施例中，處理腔室可具有三個或更少站。
圖6繪示用於在處理腔室614內傳送晶圓的晶圓搬運系統660之實施例。在一些實施例中，晶圓搬運系統660可在諸多製程站之間及/或製程站與負載室之間傳送晶圓。吾人將察知，可採用任何合適的晶圓搬運系統。非限制性範例包含晶圓轉盤及晶圓搬運機器人。圖6亦繪示用以控制處理工具600之製程條件及硬體狀態的系統控制器650之實施例。系統控制器650可包含一或更多記憶體裝置656、一或更多大量儲存裝置654、及一或更多處理器652。處理器652可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連線、步進馬達控制器板等。
在一些實施例中，系統控制器650控制處理工具600的所有動作。系統控制器650執行儲存在大量儲存裝置654中、載入記憶體裝置656中、並在處理器652上執行的系統控制軟體658。或者，可將控制邏輯硬編碼於控制器650中。特殊應用積體電路、可程式邏輯元件(例如場域可程式閘陣列(FPGA))等等可針對這些目的而加以使用。在以下的討論中，凡是使用「軟體」或「碼」之處，皆可使用功能上可相當的硬編碼邏輯取而代之。系統控制軟體658可包含用於控制時序、氣體之混合、氣體流速、腔室及/或站壓力、腔室及/或站溫度、電漿暴露持續時間、UV照射持續時間、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板台座、卡盤及/或基座位置、及其他由處理工具600所執行之特定製程之參數的指令。系統控制軟體658可以任何合適方式加以配置。舉例而言，可將諸多處理工具元件子程式或控制目標寫入，以控制用以執行諸多處理工具製程之處理工具元件的操作。系統控制軟體658可以任何合適的電腦可讀程式語言編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體658可包含用於控制上述諸多參數的輸入/輸出控制(IOC)序列指令。在一些實施例中，可採用儲存在關聯於系統控制器650之大量儲存裝置654及/或記憶體裝置656上的其他電腦軟體及/或程式。針對此目的之程式或程式部分的實例包含基板定位程式、製程氣體控制程式、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，該等處理工具元件係用以將基板裝載至台座618上，並用以控制基板與處理工具600之其他部件之間的間距。
製程氣體控制程式可包含用於控制氣體組成(例如此處所述之含有機鎢化合物的氣體、共反應物氣體、用於執行預處理的氣體、及排淨氣體)及流速、且可選地用於在沉積前使氣體流入一或更多製程站中以使製程站之壓力穩定的編碼。壓力控制程式可包含用於藉由調變例如製程站之排氣系統中之節流閥、進入製程站之氣體流等而控制製程站中壓力的編碼。
加熱器控制程式可包含用於控制往用以加熱基板之加熱單元的電流的編碼。或者，加熱器控制程式可控制往基板之熱傳氣體(例如氦)的輸送。
電漿控制程式可包含用於設定RF功率位準的編碼，該RF功率位準係施加至依據此處所述實施例的一或更多製程站中之製程電極。
壓力控制程式可包含用於維持依據此處之實施例的反應腔室中之壓力的編碼。
在一些實施例中，可具有關聯於系統控制器650的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件之圖形軟體顯像、及例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等之使用者輸入裝置。
在一些實施例中，由系統控制器650所調整的參數可相關於製程條件。非限制性實例包含製程氣體組成及流速、溫度、壓力、電漿條件(例如RF偏壓功率位準)等。這些參數可採用配方的形式提供至使用者，該配方可利用使用者介面輸入。
監測製程的訊號可從諸多處理工具感測器藉由系統控制器650之類比及/或數位輸入連線提供。控制製程的訊號可在處理工具600的類比及數位輸出連線上輸出。可受監測之處理工具感測器的非限制性實例包含質流控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶等。適當程式化之回饋及控制演算法可與來自這些感測器的資料一起使用，以維持製程條件。
系統控制器650可提供程式指令以供實施上述沉積製程。程式指令可控制諸多製程參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。指令可控制參數，以依據此處所述之諸多實施例操作膜堆疊的原位沉積。
系統控制器650將典型地包含一或更多記憶體裝置及用以執行指令的一或更多處理器，使得設備將執行依據所述實施例的方法。含有用於控制依據所揭實施例之製程操作的指令之機器可讀媒體可耦接至系統控制器650。
在一些實施例中，系統控制器650為系統的一部分，該系統可為上述實例的一部分。如此系統可包含半導體處理設備，其包括處理工具或複數處理工具、腔室或複數腔室、用於處理之平台或複數平台、及/或特定處理元件(晶圓台座、氣體流系統等)。這些系統可與電子元件整合，以在半導體晶圓或基板之處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。該等電子元件可稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的諸多元件或子部件。取決於處理條件及/或系統的類型，系統控制器650可程式化以控制此處所揭示之製程的任何者，包括處理氣體的輸送、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、流速設定、流體輸送設定、位置及操作設定、出入工具及其他運送工具及/或連接至特定系統或與特定系統介接之負載室的晶圓運送。
廣泛而言，可將系統控制器650定義為具有諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、使清潔操作進行、使終點量測進行等等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式晶片、數位訊號處理器(DSP)、定義為特定應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或更多微處理器或微控制器。程式指令可為以諸多個別設定(或程式檔案)之形式連通至系統控制器650的指令，其定義在半導體晶圓上執行特定製程、或針對半導體晶圓執行特定製程、或對系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為由製程工程師定義之配方的一部分，用以達成晶圓的一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒之製造期間的一或更多步驟。
在一些實施例中，系統控制器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、以其他方式網路連接至系統、或其組合。舉例而言，系統控制器650可在「雲端」或為工廠主機電腦系統的全部或一部分，其可容許晶圓處理的遠端存取。電腦可實現對於系統的遠端存取，俾監測製造操作的當前製程、檢測過去製造操作的歷史、從複數製造操作檢測趨勢或效能度量值，以改變當前處理的參數、將處理步驟設定成依循當前處理、或開始新的製程。在一些實例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路提供製程配方至系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含實現參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該參數及/或設定後續從遠端電腦被傳遞至系統。在一些實例中，系統控制器650接收資料形式的指令，其指明將於一或更多操作期間執行的處理步驟之各者的參數。應理解參數可專用於待執行製程之類型及系統控制器650所用以介接或控制之工具的類型。因此如上所述，系統控制器650可例如藉由包含以網路連接在一起的一或更多獨立的控制器、並朝例如此處所述之製程及控制的共同目的運作而呈分散式。針對如此目的之分散式控制器的實例將為與遠端定位 (例如在平台階層處或作為遠端電腦的一部分) 的一或更多積體電路連通的腔室上之一或更多積體電路，其合力控制腔室上的製程。
雖然圖5及6提供可用以執行此處揭示之方法的腔室及工具實例，但仍可做出諸多變更。此包含使用任何CCP或ICP電漿產生器、或使用遠端電漿產生器。
在無限制的情況下，例示系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬鍍覆腔室或模組、清潔腔室或模組、斜角邊緣腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、ALD腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子佈植腔室或模組、徑跡腔室或模組、及任何其他可關聯於或用於半導體晶圓之製造/製作的半導體處理系統。
如以上所述，取決於將由工具執行的製程步驟或複數步驟，系統控制器650可與其他工具電路或模組、其他工具元件、叢集工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、位於工廠各處之工具、主電腦、另一控制器、或材料運送用工具的一或更多者連通，該材料運送用工具將晶圓容器載送往來半導體製造工廠中的工具位置及/或裝載埠口。
在以上敘述內容及申請專利範圍中，數值範圍包含範圍的端點。舉例而言，「25 sccm至1000 sccm的載體氣體流速」包含25 sccm及1000 sccm。
雖然前述實施例已針對透徹理解的目的而稍加詳述，但將顯而易見地，若干變更及修飾可在隨附請求項之範疇內實施。應注意有許多實施本實施例之製程、系統及設備的替代方式。因此，應將本實施例視為說明性而非限制性，且不應將實施例限制在此處所提出的細節。
4‧‧‧傳導性材料
6‧‧‧未填充特徵部
8‧‧‧Ru互連線
10‧‧‧介電材料
12‧‧‧襯墊層
13‧‧‧Ru襯墊層
200‧‧‧方法
201‧‧‧方塊
203‧‧‧方塊
205‧‧‧方塊
400‧‧‧方法
401‧‧‧操作
403‧‧‧操作
405‧‧‧操作
407‧‧‧操作
409‧‧‧操作
410‧‧‧方法
411‧‧‧操作
413‧‧‧操作
415‧‧‧操作
417‧‧‧操作
419‧‧‧操作
421‧‧‧操作
423‧‧‧操作
430‧‧‧方法
431‧‧‧操作
433‧‧‧操作
435‧‧‧操作
437‧‧‧操作
439‧‧‧操作
500‧‧‧ALD製程站
501a‧‧‧反應物遞送系統
502‧‧‧製程腔室
503‧‧‧汽化點
504‧‧‧混合容器
506‧‧‧噴淋頭
508‧‧‧台座
510‧‧‧加熱器
512‧‧‧基板
514‧‧‧RF電源
516‧‧‧匹配網路
518‧‧‧蝴蝶閥
520‧‧‧混合容器入口閥
550‧‧‧控制器
600‧‧‧處理工具
602‧‧‧負載室
604‧‧‧負載室
606‧‧‧機器人
608‧‧‧晶圓盒
610‧‧‧大氣埠
612‧‧‧台座
614‧‧‧處理腔室
616‧‧‧腔室傳送埠
618‧‧‧台座
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
660‧‧‧晶圓搬運系統
圖1顯示依據若干實施例之利用釕的特徵部填充實例。
圖2為依據若干實施例之製程流程圖的實例，其顯示在特徵部內沉積釕中的若干操作。
圖3A為依據若干實施例、使用還原性化學沉積釕襯墊層之後之未填充特徵部的示意實例。
圖3B為依據若干實施例、包含釕襯墊層之已填充特徵部的示意實例。
圖4A-4D顯示依據若干實施例、可用以執行圖2之方塊203及205的方法實例。
圖4E-4G為依據若干實施例、用以沉積Ru襯墊層的ALD製程之製程流程圖實例。
圖5及6繪示依據若干實施例、可用以實施本文所述方法之設備的示意圖。

Claims (21)

  1. 一種方法，包含： 接收包含一特徵部的一基板； 執行複數原子層沉積(ALD)循環，以在該特徵部中沉積釕(Ru)襯墊層，其中該複數ALD循環之每一者包含一還原劑的用劑；及 在該Ru襯墊層的沉積之後，藉由使一第一釕前驅物與一氧化劑反應而利用釕至少部分地填充該特徵部。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環的每一者包含使一第二釕前驅物與該還原劑反應，該第二釕前驅物與該第一釕前驅物不同。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環的每一者包含使該第一釕前驅物與該還原劑反應。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該特徵部包含一第一襯墊層，該Ru襯墊層係沉積於該第一襯墊層上。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環為熱ALD循環。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環為電漿增強ALD(PEALD)循環。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該還原劑為H2 或NH3 、或從H2 或NH3 產生之電漿物種。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該氧化劑為O2 、O3 、或H2 O。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環的每一者包含使該第一釕前驅物與一氧化劑反應。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該還原劑的用劑將結合至該Ru襯墊層或一下方金屬層中的氧移除。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該特徵部係以釕完全填充。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該特徵部係以選自Ru、Cu、W、Co、Mo、Ni、及Al之金屬完全填充。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數ALD循環的每一者包含後接一氧化劑用劑的一釕前驅物用劑。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該釕前驅物用劑及該氧化劑用劑為非電漿用劑。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該複數ALD循環的每一者包含該氧化劑用劑後的一還原電漿用劑。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中在該氧化劑用劑與該還原電漿用劑之間不具有排淨步驟。
  17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該氧化劑用劑為一氧化劑與一還原劑的混合物。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該Ru襯墊層的厚度為2 nm以下。
  19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該Ru襯墊層係沉積於選自鎢碳氮化物(WCN)、鈦氮化物(TiN)、鎢氮化物(WN)、鎢碳化物(WC)、及鉭氮化物(TaN)的層上。
  20. 一種設備，包含： 一或更多製程腔室，其各配置成固持一基板； 一或更多製程氣體入口，用以耦接至一釕(Ru)前驅物源、一氧化劑氣體源、及一還原劑氣體源；及 一控制器，用以控制該設備中的操作，該控制器包含用於執行複數Ru襯墊沉積循環的機器可讀指令，其中每一Ru襯墊沉積循環的指令包含： 經由該一或更多製程氣體入口使一Ru前驅物用劑進入該一或更多製程腔室的指令； 使該Ru前驅物用劑進入後、經由該一或更多製程氣體入口使一氧化劑氣體用劑進入該一或更多製程腔室的指令；及 使該氧化劑用劑進入後、經由該一或更多製程氣體入口使一還原劑氣體用劑進入該一或更多製程腔室的指令。
  21. 如申請專利範圍第20項之設備，其中該控制器更包含用於執行一Ru填充製程的機器可讀指令，該機器可讀指令包含：在該複數Ru襯墊沉積循環後、使一第二Ru前驅物及一氧化劑進入該一或更多製程腔室的指令。
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