用于互连的包含金属和硅的盖层的制作方法
【专利摘要】公开的方法用与硅结合的金属层或含金属化合物层覆盖铜线的暴露表面。在一些情况下，金属或含金属化合物形成原子层。在一些实施例中，方法涉及将铜表面首先暴露于含金属前体以形成吸收前体或金属原子的原子层，这可通过例如钉扎处理被任选地转变成氧化物、氮化物、碳化物等。随后的暴露于含硅前体可通过或不通过金属原子转变来进行。
【专利说明】用于互连的包含金属和硅的盖层
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求递交于2011年6月3日的申请号为N0.61/492,951的美国临时专利申请的权益，该申请的全部内容因所有目的通过引用合并于此。
【背景技术】
[0002]镶嵌处理(Damascene processing)是一种用于在集成电路上形成金属线的方法。镶嵌处理涉及在介电层(层间介电体或ILD)中所形成的沟槽和通孔中形成嵌入金属线。镶嵌处理尤其适合于不易于通过等离子体蚀刻而形成图案的诸如铜之类的金属。
[0003]在典型的镶嵌工艺流程中，铜或其它金属被沉积在图案化介电体上以填充介电层中所形成的通孔和沟槽。诸如碳化硅或氮化硅之类的介电扩散势垒材料的薄层被沉积在相邻的金属化层之间以防止金属扩散到大量的介电层中。在一些情况下，碳化硅或氮化硅介电扩散势垒层还在层间介电层图案化期间充当蚀刻止挡层。
[0004]在典型的集成电路(IC)中，多个金属化层从下至上沉积从而形成层叠，其中金属填充的通孔和沟槽充当IC传导路径。一个金属化层的传导路径通过一系列镶嵌互连与下伏或上覆层的传导路径连接。
[0005]这些互连的制造带来了多方面的难题，随着IC器件特征的尺寸继续缩小，这些难题变得越来越明显。存在对能够提供具有改进的寿命和可靠性的互连的互连制造方法的强烈需求。
【发明内容】
[0006]公开的方法用与硅结合的金属层或含金属化合物层覆盖铜线的暴露表面。在一些情况下，金属或含金属化合物形成原子层。在一些实施例中，方法涉及将Cu表面首先暴露于含金属前体以形成吸收前体的或金属原子的原子层，吸收前体或金属原子可任选地通过例如钉扎处理转变成介电化合物(氧化物、氮化物、碳化物或其混合物)。随后暴露于硅烷或其它含硅前体可通过或不通过转变金属原子来进行。金属和硅结合过程提高了随后沉积的势鱼层与铜的粘合性。
[0007]本公开的一个方面涉及在半导体器件的载流金属线上形成盖层的方法。在一些实施例中，该方法的特征在于以下操作:(a)将含金属前体输送到反应腔室，所述反应腔室保持有具有金属线的暴露表面的部分地制成的半导体器件；(b)将含硅前体输送到反应腔室；以及(C)通过允许含硅前体的至少一部分与金属线的暴露表面相互作用和/或与含金属前体或第一金属相互作用来在金属线上形成盖层。在一些实现中，操作(b)和(C)在时间上重叠。操作(a)可使含金属前体附着或粘合到金属线的暴露表面。含金属前体包含第一金属。典型地，但非必要地，含金属前体的第一金属不同于金属线的金属。作为示例，第一金属可以为铝、钛、镁或钙。
[0008]在一些实施例中，该方法还包括:在执行操作(a)之前清洁金属线的暴露表面的操作。在一些实施例中，该方法还包括:在执行操作(a)之前从金属线的暴露表面去除氧化物的操作。
[0009]在一些实施例中，操作(a)包括化学气相沉积反应。在一些情况下，操作(a)使第一金属沉积在金属线的暴露表面上。在其它情况下，含金属前体或其改良变体附着到暴露的金属表面或与暴露的金属表面粘合。
[0010]在一些实施例中，含金属前体为有机铝化合物、有机镁化合物、有机钛化合物或有机钙化合物。在一些实施例中，含硅前体为硅烷或取代硅烷。在各种实现中，含硅前体在含金属前体不附着或粘合到金属线的间隙区域中附接到金属线的暴露表面。
[0011 ] 在一些实施例中，该方法包括将金属线的暴露表面上的含金属前体或第一金属中的至少一些转变成介电材料的操作。作为示例，介电材料包含第一金属以及氧、碳或氮。典型地，但非必要地，将第一金属层中的至少一些转变成介电材料的操作在操作(C)之前执行。在替代实施例中，在执行操作(C)之前含金属前体不转变成介电材料。在一些实现中，在存在等离子体的情况下执行操作(C)。
[0012]金属线可以为互连线金属线。金属线可以为以与45纳米技术节点或22纳米技术节点或更先进的技术节点相关联的尺寸制造的器件的部分。上述方法可另外包括将扩散势垒形成在盖层上的操作。在一些情况下，扩散势垒为碳化硅。
[0013]本公开的另一方面涉及用于将盖层形成在半导体器件的载流金属线上的装置。在一些实施例中，所述装置包括以下元件:反应腔室，其包含用于在处理期间保持晶片的晶片保持元件；通往所述反应腔室的一个或多个入口，其用于输送含金属前体和含硅前体；以及控制器，其包含用于执行诸如与本文公开的方法相关联的操作之类的操作的指令。在一些情况下，控制器被设计或配置成使所述装置执行以下操作:(i )在含金属前体附着或粘合晶片上的金属线的暴露表面的条件下将含金属前体输送到反应腔室；(ii)将含硅前体输送到反应腔室；以及(iii)通过允许含硅前体的至少一部分与经含金属前体改良的暴露表面相互作用而在金属线上形成盖层。
[0014]在一些实施例中，装置另外包括等离子体发生器。在一些这样的实施例中，控制器包括用于在形成盖层的同时在反应腔室中产生等离子体的指令。在一些实施例中，控制器包括用于在操作(i)之前预清洁晶片的指令。
[0015]在一些实施例中，反应腔室包括多个台。在此情况下，控制器可以包括用于如下操作的附加指令:在操作(i)期间将晶片保持在第一台，将晶片移动至第二台，以及在操作
[11]期间将晶片保持在第二台。
[0016]在一些实现中，控制器包括用于将金属线的暴露表面上的含金属前体中的或由其衍生的金属中的至少一些转变成介电材料的附加指令。
[0017]下面将参照相关附图对这些特征以及其它特征进行更详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本公开的一些实施例的流程图。
[0019]图2示出了两种覆盖顺序机理，一种机理是吸收金属前体转变成介电化合物，而另一种机理是吸收金属前体未转变成介电化合物。
[0020]图3图示了特别是使用了下述工艺的结果:采用首先暴露于金属前体随后暴露于硅烷的工艺、仅采用硅烷的工艺以及首先采用硅烷随后采用金属前体的工艺。【具体实施方式】
[0021]引言和背景
[0022]在IC制造过程中遇到的一个有挑战性的问题是电迁移故障。当互连经受的高电流密度导致金属原子随电流迁移以及因此导致在互连内形成空隙时，电迁移发生。最终，这些空隙的形成会导致器件故障。在发展中的IC器件的微型化的过程中，互连尺寸减小，并且互连经受更大的电流密度。因此，电迁移故障的可能性由于微型化而增大。尽管铜比铝具有更大的电迁移电阻，但即使在铜互连中，在45nm技术节点、22nm技术节点以及超过这些技术节点处电迁移故障变成明显的可靠性问题。
[0023]电迁移故障已归因于以下原因。首先，铜表面在暴露于空气或痕量氧气时会容易氧化而形成氧化铜。不幸的是，氧化铜具有相对弱的键能(<200kJ/mol)并且因此当暴露于电子流时容易损坏。相比而言，诸如Si02、Al2O3和TiO2等其它氧化物具有较高的键能(>300kJ/mol)。此外，界面键能差，并且因此介电铜扩散势垒层(例如，SiN、SiC或SiCN)和载流线中的铜之间的粘合度差。差的粘合度归因于存在表面氧化铜和/或与铜-金属相互作用比介电扩散势垒材料(例如，SiN, SiC或SiCN)与铜之间的弱的内聚强度。
[0024]此处提供了能够提高互连的电迁移性能的位于金属(例如，铜)线和介电扩散势垒层(或蚀刻止挡层)之间的界面处的粘附层。还描述了用于形成这些盖的方法。有益的是，所描述的粘附层能够形成为存在于金属线的上部上的在该金属线的上部与介电扩散势垒层的界面处的极薄的层，而不显著增大互连电阻。在一些实施例中，不会出现覆盖材料大量扩散到金属线中，并且粘附层在线的最顶处(例如，在线的顶部上或线的顶部内)被完全地隔离。
[0025]互连表面上形成粘附层可在铜双镶嵌处理和包括单镶嵌处理的其它处理方法的背景下实现，并且能够应用于除了铜之外的各种互连金属。例如，这些方法能够应用于含铝、含金和含银的互连。
[0026]用于保护铜互连的其它可用技术包括以下所述，其中每种技术可与本文公开的粘附层实施例结合使用。
[0027]1.掺杂剂扩散
[0028]由于掺杂剂和铜在晶格中的相互作用，铜中存在合金元素(外来金属原子)能够提高EM性能。在一些实施例中，该方法是利用用于Cu电镀的Cu-Al合金籽晶层来实现的。在该方法中，在介电层中已经形成通孔和沟槽之后，以及在它们已经与部分导电的扩散势垒材料(其可包括Ta、T1、W及其氮化物)保形对齐之后，通常通过PVD保形地沉积包含铜和铝的籽晶层材料。然后，通常用铜通过电镀填充通孔和沟槽，并且通常在热退火之后允许铝扩散到填充有铜的线中。在其它实施例中，在铜线已经填充有铜之后，铝层沉积在铜表面上(例如，通过PVD或CVD)，并且进行热退火以允许铝扩散到铜中。
[0029]2.自对准势垒(SAB)
[0030]铜表面上的覆盖层也能够提高铜电迁移电阻。在一些实施例中，该方法是利用金属合金盖沉积来实现的，例如，CoffP盖沉积。在该方法中，CoffP层可选择地无电镀地沉积到铜表面上，而不沉积到相邻介电体上。该盖能够显著地提高铜互连的电迁移性能。然而，这种类型的金属势垒的可能的缺陷在于，在頂D介电表面上其沉积选择性通常较差。因此，沉积在铜线之间的金属元素会导致泄漏电流并且导致差的TDDB (时间相关介电击穿)。
[0031]在其它实施例中，使用PECVD自对准势垒，其中利用PECVD将CuSiN势垒层形成在铜线内。该方法减轻了上述CoWP覆盖的可能的选择性差的问题。在该方法中，铜表面被预先清洁以去除氧化铜，并且在不存在等离子体的情况下硅烷与衬底接触以在互连线的上表面处选择性地形成铜硅化物，而不与介电体反应。然后，通过施加NH3退火/等离子体以形成CuSiN势垒来实现“氮钉扎(pinning)”。换言之，通过改良铜互连的表面，而不是通过沉积技术，来形成CuSiN势垒。该技术在电迁移改进和导电线电阻增加之间具有权衡关系。在递交于2007年3月20日的美国专利N0.7，704, 873以及递交于2010年I月15日的美国专利申请N0.12/688，154中描述了 PECVD自对准势垒的示例，上述专利和专利申请的全部内容通过引用合并于此。
[0032]工艺实施
[0033]所公开的方法用与硅结合的金属或含金属化合物层覆盖铜线的暴露表面。在一些情况下，金属或含金属化合物形成原子层。另外，硅可形成表征为CuSiHx的材料。在一些实施例中，方法涉及首先将Cu表面暴露于含金属前体以形成吸收前体或金属原子的原子层，吸收前体或金属原子可任选地通过例如钉扎处理转变成介电化合物(氧化物、氮化物、碳化物或其混合物)。随后暴露于硅烷或其它含硅前体可通过或不通过转变金属原子来进行。与粘附仅通过施加金属化合物或硅烷而实现的工艺相比，金属和硅结合工艺可以提高随后沉积的势垒层与铜的粘附度。结合覆盖顺序还可以限制铜线中的电阻转移(例如小于大约1%)。另外，可以显著地提高电迁移电阻。
[0034]图1提供了部分制造的半导体器件被处理以提高载流线的电迁移电阻的工艺流程101。在图1的示例中，部分制造的器件具有暴露的铜镶嵌线。参见块103。
[0035]如图1所示，典型的工艺首先涉及对包含暴露的铜线的部分地制成的衬底进行预处理，从而去除形成在暴露线上的全部或者几乎全部氧化铜。参见块105。在铜线上可能存在其它的污染物或碎屑，在预处理步骤中，也可以去除这些污染物或碎屑。可以采用各种预处理技术，包括暴露于还原等离子体和/或紫外线辐射。对于铜线的预处理以及所得到的表面条件的另外的细节，参见递交于2010年I月15日的美国专利申请N0.12/688，154 [律师档案号N0VLP321](其全部内容通过引用合并于此)。
[0036]注意到在一些实施例中，在下文描述的金属和含硅组分沉积之前将少量的残留氧化铜留在铜线上是可取的。在一些实施例中，不进行氧化铜的去除。
[0037]在对铜线进行适当的预处理之后，衬底表面暴露于含金属前体。参见图1的块107。这导致将前体化学和/或物理吸收到铜线的暴露表面上。在一种实现方案中，吸收的前体暴露于含硅前体，而不进一步进行化学转变。在其它选择上，含金属前体首先被转变。参见块109。在先前通过引用合并于此的美国专利申请N0.12/688，154中描述了各种转变工艺。这些转变工艺中的任一种适合于与本文描述的方法一起使用。作为示例，前体可暴露于氨或其它含氮反应剂而在铜线表面上形成金属氮化物或金属氨合物。
[0038]在一些实施例中，前体通过在预处理之后残留在表面上的氧原子而附接到暴露的铜表面(或者可选地，被故意引入以在暴露于金属前体之前改良铜表面)。通过氧原子的键合描绘于图2中(下文讨论)。
[0039]在也是通过引用合并的美国专利申请N0.12/688，154中描述了范围广的适合的含金属前体。另外，在也是通过引用合并的美国专利申请N0.12/688，154中描述了用于将金属前体吸收或以其它方式附接到暴露的铜线表面的各种条件。该申请还包括适当的沉积装置的描述，并且对于此类装置的描述也通过引用并入。
[0040]在一些实施例中，进行金属前体沉积的一个或多个附加循环。这些附加循环中的任一个或多个可与如上所述的化学转变步骤耦合。在一些实施例中，进行I和大约10个之间(或I和大约6个之间)的金属前体沉积的附加循环。这些循环中的任一个、两个以上的循环与化学转变耦合。在一些实施例中，全部的附加循环与转变步骤耦合。这些附加循环通过操作111、107和109图示于图1中。
[0041]在金属前体附接到暴露的铜表面以及任选地转变成氮化物或其它含金属材料之后，衬底暴露于硅烷或其它的含硅前体。参见图1的块113。已经发现，对于含硅前体的这种暴露显著地提高了随后沉积的势垒或蚀刻止挡层与铜线的粘合度。描绘该情况的数据显示在表I中(粘合能量)。
[0042]图1所描述的工艺以在包含金属和含硅粘合促进层的衬底表面上形成势垒层结束。所得到的粘合促进层和势垒层之间的界面耐受层离和电前体损坏。
[0043]在一些实施例中，期望硅烷或其它含硅前体在抑制硅扩散到铜的条件下被输送到衬底，硅扩散到铜将导致对载流线的电阻产生不利影响。关于这点，已经发现结合氨输送硅烷使得硅相对少地扩散到铜中。此外，吸收的金属前体还可与硅反应以防止硅扩散到铜中。另一方面，连同氢气一起输送娃烧不具有该有益效果。因此，在一些实施例中，含娃前体是在不存在氢气的情况下(或基本不存在氢气的情况下)被输送到衬底表面。在一些实施例中，在存在氨或其它含氮化合物的情况下输送含硅前体。
[0044]在一个实施例中，在大约400°C或更低或者大约300°C或更低的衬底温度下，硅烷或其它含硅前体被输送到衬底。在具体的实施例中，该温度为大约280°C。在另外实施例中，氨与硅烷的体积比为大约5:1至大约700:1。在一些情况下，该比率可在大约12:1和大约100:1之间。在一些示例中，以大约120sccm的速率输送硅烷并且以大约7000sccm的速
率输送氨。
[0045]用于输送硅烷或其它含硅前体的进一步的示例和适合的选择可见于递交于2007年3月20日的美国专利申请N0.11/726, 363 (现为美国专利N0.7，704，873，公布于2010年4月27日)，该申请的全部内容通过引用合并于此。该申请还包括了适合的沉积装置的描述。还参见发明人为Chattopadhyay等人的递交于2007年2月20日、名称为“Protective Self-aligned Buffer Layers for Damascene Interconnects，，的美国专利申请N0.11/709，293以及发明人为van Schravendi jk等人的递交于2004年11月3日、名称为 “Protection of Cu Damascene Interconnects by Formation of a Self-alignedBuffer Layer”的美国专利申请N0.10/980，076，所有这些申请的全部内容以及与本文公开的发明共有的公开的工艺操作和子结构通过引用合并于此。
[0046]已经发现，在一些实施例中，当处理衬底时，与已经转变了含金属前体的情况相t匕，在含金属前体未转变的情况下，需要多大约4倍至5倍的硅烷。例如，利用上述硅烷剂量条件，硅烷氨混合物可能需要暴露于带有未转变金属的衬底大约14秒，而当含金属前体先前已经转变了时相同的混合物需要暴露于表面仅3秒。
[0047]所以相信暴露于金属或含金属前体提高了势垒层与Cu的粘合度。但是，由于化合物的位阻(steric hindrance),与Cu表面键合的金属原子的浓度受限制。换言之,暴露的铜表面上的各个位点不能用于附接金属或金属化合物。在间隙区域中，裸露的Cu表面不会被金属原子“钉扎”。在采用随后的SiH4暴露的所述实施例中，小的SiH4分子能够到达间隙区域并且形成铜硅材料(例如，CuSiHx)以提供更多的表面锚固位点(以及因此更好的粘合度)。另外，如果吸收的金属前体不首先经过钉扎处理，则SiH4可将金属原子(M)转变成金属硅化物(在一些情况下为MSiHx)。形成含金属化合物和MSiHx的协同效应提供了界面处的闻密度不稳定键合，从而进一步提闻了 Cu和势鱼层之间的粘合强度。
[0048]所公开的覆盖顺序还使得Cu的电阻转移最小化(例如，小于大约1%)，因为金属或导电的含金属化合物可通过共价键键合到Cu表面，这防止了金属或金属硅化物扩散到Cu线中。金属化合物层的存在还限制了硅接近Cu表面，从而使得由于CuSix的形成引起的有害的Rs转移(shift)最小化。已经观察到，逆向的硅掺杂顺序(衬底首先暴露于硅烷，然后暴露于含金属前体)会导致>10%的Cu Rs转移，估计是由于金属硅化物的形成以及其扩散到Cu中。
[0049]图2示出了两种覆盖顺序机理，一种机理是吸收的金属化前体被转变成介电化合物，另一种机理是吸收的金属化前体不转变成介电化合物。在图中，“AP”是指粘合促进剂(或含金属前体)。图的上部示出了金属前体在暴露于硅烷之前不进行转变的工艺。下部示出了前体在暴露于硅烷之前进行转变的工艺。在任一情况下，注意的是硅氢化合物一部分占据了铜表面上之前未被金属化合物占据的位点。
[0050]应当理解的是，本文公开的方法和结构不限于图2中所描绘的机理。例如，尽管图中示出了金属化合物经由氧原子与铜表面键合(link)，但是不一定是这种情况。此外，尽管图中示出了作为含氨基的转变的含金属前体，但是不一定是这种情况。
[0051]所公开的协同覆盖可在PECVD工具中实施。多台式工具尤其有利，至少一个台用于含金属前体的配量并且不 同的台用于硅烷或其它含硅前体的配量。可选地，所有这些操作可通过充分净化组合在一个台上以防止不同化学物质的共反应。
[0052]在金属前体于硅烷处理之前被配量的各个实施例中，铜线的电阻保持为较低。参见图3。当硅烷处理在金属前体处理之前进行时，铜线的电阻不一定低。重要的是，图3中采用首先暴露于金属前体而后暴露于硅烷的两种工艺表现出了比采用仅硅烷或首先硅烷而后是金属前体的工艺更好的性能。
[0053]表1示出了用于各种工艺的Cu势垒界面的粘合强度。采用四点弯曲探针来进行测量。在铜-NDC (氮掺杂碳化物(势垒层))界面处的层离是不期望的。在NDC胶水界面处的层离是期望的，因为其表明Cu-NDC界面强烈地抵制层离。
[0054]表1粘合能量
Ge
__(J/m2)__
无处理10在NDC/Cu界面处的层离 —
S旧4一 13.5 —在NDC/Cu界面处的层离
AP+转变— 22 _部分层离—
AP +转变+S旧4>33在NDC/股水界面处的层离
[0055]应当注意的是，AP+转变以及AP+转变+硅烷能够提供可比较的结果。然而，为了使非硅烷过程提供如硅烷过程那样好的结果，转变过程必须进行相当长的时间段。由于例如增大了介电体的介电常数，所需的持续时间会损坏器件。
[0056]具有暴露铜线的镶嵌结构
[0057]铜导电路径能够通过包括PVD、电镀、无电镀沉积、CVD等多种技术嵌入到沟槽和通孔中。沟槽和通孔形成在金属间介电体层中，金属间介电体可以为二氧化硅，但是更典型地为低k介电材料。典型地，具有小于大约3.5的k值、优选地小于大约3.0以及经常低于大约2.8的材料被用作层间介电体。这些材料包括但不限于氟或碳掺杂二氧化硅、有机低k材料和基于多孔掺杂二氧化硅的材料、以及本领域技术人员公知的其它材料。能够通过例如PECVD或者通过旋涂方法来沉积这些材料。
[0058]在一些实施例中，为了使得器件的电性能最大化，使用具有低介电常数(例如，具有小于大约2.8以及经常小于大约2.4的k的介电体)但是具有相对差的机械特性的ULK介电体。当机械特性弱时，使用多孔和有机的介电体，通常需要专门注意到在处理步骤中减少介电体损坏。在一些实施例中，为了保护暴露的ULK介电体，在覆盖层形成时可以完全避免直接等离子体的使用。
[0059]如上所述，当在45nm技术节点处或在22nm技术节点处以及在超过这些技术节点的技术节点处加工用于器件的互连时，所公开的实施例尤其有用。
[0060]暴露的铜表面的预清洁
[0061]通常地，衬底可选地在操作203中被预清洁以从其表面去除污染物。例如，衬底可以通过在等离子体中暴露于还原气体(例如，在等离子体放电时选自由H2、N2, NH3及其混合物组成的组的气体)而被预清洁，从而从铜表面去除一些或全部的氧化铜。在一些实施例中，通过H2等离子体的预清洁已经提供了具有特别改进的特性的器件。在预清洁期间的处理气体还包括载气，例如He、Ar等。在一个示例中,在大约200-400°C的温度下、在大约
1.5-4托的压强下以及在大约4，000-10, OOOsccm的H2流率下在PECVD腔室中执行预清洁。可包含高频(HF)和低频(LF)分量的等离子体被点燃并且在每一个300mm的晶片上维持200-1000W的总功率。在一些实施例中，优选的是在预清洁操作过程中使用0.1-1.5ff/cm2的HF功率以及大约0-0.8的LF功率。在另一示例中，使用NH3,而不是H2作为还原气体，并且NH3以介于大约6，000至8，OOOsccm之间的范围内的流率流入处理腔室中。N2载气以大约2，000-4, OOOsccm的流率流入腔室中。预清洁处理能够持续几秒，例如，在大约6_20秒之间。
[0062]在一些实施例中，进行预清洁而不完全地去除氧化铜，而是在铜表面上留下大约单层的Cu-O键合物。该少量的氧化物可用于M2-0键合物的后续形成。优选地，在那些实
施例中不大于10 A的Cu-O层应当保留在表面上。能够通过控制等离子体条件以及预清洁
的持续时间来实现受控氧化铜的去除。
[0063]在一些实施例中，优选的是利用比直接等离子体暴露较柔和的方法来进行预清洁。当铜线嵌入到因直接等离子体暴露而更易于破坏的脆弱ULK介电体中时，这些较柔和的方法尤其有益。
[0064]在一些实施例中，氧化铜的完全或部分去除是利用包括选自由H2、N2、NH3&其混合物组成的组中的气体的远程等离子体来进行的。在该实施方式中，这些气体中的一种或多种(例如,H2和N2的混合物或者NH3和N2的混合物)用于在与保持晶片衬底的腔室物理分离的腔室中形成等离子体。所形成的等离子体随后被引导通过输送线路而到达离子过滤器，这样耗尽离子的等离子体，而留下自由基。所得到的富自由基处理气体被输送通过入口(例如，喷头)而到达容纳衬底的腔室。富自由基处理气体(在一些实施例中其包含极少或不包含离子种类)接触衬底表面并且根据需要部分地或完全地去除氧化铜。因为直接等离子体中包含的高能离子已在介电体损坏时受到牵连，所以使用贫离子远程等离子体提供了进行预清洁的柔和且有效的方式。适当的示例的远程等离子体系统可见于由Novellus Systemsof San Jose, California 提供的 Gamma? 产品线。
[0065]在其它实施例中，氧化铜的完全或部分的去除是在存在诸如选自由112為、順3及其混合物组成的组中的气体的情况下利用紫外线(UV)辐射处理来进行的。在该实施方式中，这些气体中的一种或多种(例如，H2和N2的混合物或者NH3和N2的混合物)接触衬底，同时用UV光辐射衬底。例如，诸如在发明人为B.Varadarajan等人、名称为“UV and ReducingTreatment for K Recovery and surface Clean in Semiconductor Processing，，、递交于2009年11月12日的共同所有的临时专利申请序号N0.61/260, 789中所描述的装置和工艺条件适合于在本文所描述的实施例中使用，该专利申请的全部内容基于提供了 UV处理的装置和方法的细节的目的而通过引用合并于此。所描述的UV处理能够用于氧化铜的可控去除，其中能够通过UV曝光的持续时间、处理气体组分、衬底温度以及其它条件来控制氧化物的去除厚度。
[0066]在一些实施例中，预清洁是通过在无等离子体环境中进行热处理来实现的。例如，晶片可在大约15至60秒内在包括H2、N2, NH3> N2或其混合物的气氛中被加热至至少大约200 0C的温度。这种热处理可用于部分氧化铜去除，并且尤其有益于处理包含脆弱ULK介电体的衬底。
[0067]在一些实施例中，不是可控地去除氧化铜至期望厚度，可以从铜表面更高效地完
全去除氧化铜并且然后在铜表面上可控地生长期望量的Cu-O键合物(例如，?ο A或更
少)。完全去除可通过在还原环境中直接等离子体处理、远程等离子体处理、热处理或UV处理来进行，如上所述，同时可调节条件以去除整个氧化物层。然后，通过在诸如温度、压力、时间等受控条件下将无氧铜表面暴露于诸如o2、h2o、co2、n2o或其混合物之类的含氧气体的严格受控的剂量来实现Cu-O键合物的受控生长量。这种生长可在等离子体辅助或无等离子体辅助的情况下来实现。
[0068]在暴露的铜表面上形成金属或金属化合物层
[0069]能够通过将具有暴露铜表面(在一些实施例中具有受控量的Cu-O键合物)的衬底与包含期望金属元素的一个或多个前体接触，从而将键合金属原子(以束缚或无束缚形式)添加到铜互连结构上。在优选实施例中，在化学气相沉积(CVD)装置中不存在等离子体的情况下进行沉积。下面是能够使用的一些示例性的前体。
[0070]通过使衬底与三烷基铝前体(例如，三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)和三异丁基铝(TIBA))接触来沉积含铝层。还能够使用诸如氢化二甲基铝(DMAH)之类的含氢化物有机金属前体。
[0071]通过使衬底与诸如 (2，2，6，6-四甲基-3，5_庚二酮酸)钙(Ca(TMHD)2)之类的有机金属含钙前体或其它合适的前体接触，能够形成含钙层。
[0072]通过使衬底与诸如双(环戊二烯基)镁、双(乙基环戊二烯基)镁、双(五甲基环戊二烯基)镁、双(η-丙基环戊二烯基)镁之类的有机金属含镁前体或其它适合的前体接触，能够形成含镁层。
[0073]通过使衬底与诸如双(2，4- 二甲基戊二烯基)钛、(甲基环戊二烯基)Ti (^e2) 3、(乙基环戊二烯基)Ti (We2) 3、(丙基环戊二烯基)Ti (We2) 3、(甲基环戊二烯基)Ti (NEt2) 3、(乙基环戊二烯基)Ti (NEt2) 3、(丙基环戊二烯基)Ti (NEt2) 3、(甲基环戊二烯基)Ti (NMeEt) 3、(乙基环戊二烯基)Ti (WeEt) 3、(丙基环戊二烯基)Ti (WeEt) 3、(三甲基)五甲基环戊二烯基钛之类的有机金属含钛前体或其它适合的前体接触，能够形成含钛层。
[0074]在一些实施例中，如吸收热动力学所指明的，通过形成单层或饱和层，来谨慎地控制前体层的厚度。例如，在一些实施例中，前体层厚度不大于衬底所能够吸收的前体的厚度。因此，在一些实施例中，该过程是吸收受控的，并且避免了不可控的大量材料的沉积。
[0075]在一些实施例中，对厚度的控制是通过控制铜表面上的氧化铜的厚度来实现的。在该情况下，将通过含金属前体和可用的氧化铜之间的反应来限制粘合层的厚度。因此，如果允许受控的少量Cu-O键合物停留在表面上，则可通过Cu-O键合物的量来限制含M2-0层的厚度。
[0076]在其它实施例中，通过控制前体流速、衬底暴露时间、衬底温度或沉积过程的其它参数，能够控制前体层的厚度。
[0077]在一些实施例中，金属前体层(可最初包含无束缚金属)完全转变成铜金属线和围绕MD介电材料上的稳定的氧化物、氮化物、胺或碳化物形式。然而，在一些实施例中，一些或全部的层以游离金属(或至少临时地前体)的形式至少保留在铜互连结构上方。
[0078]还可以使用上述控制方法的组合。
[0079]尽管本文所描述的方法可在多种类型的装置中实施，但是在一些实施例中，等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)装置是优选的。在一些实施例中，PECVD装置能够提供高频(HF)和低频(LF)等离子体 产生源。然而，应注意的是，含金属前体层的沉积通常在不存在等离子体的情况下进行并且能够在任何适合的CVD装置中进行。尽管如此，在一些实施例中，一些预处理或后处理可能需要使用等离子体，并且PECVD装置可用于执行本文所述的序列的部分或整个序列。
[0080]有益的是，含金属前体材料不需要选择性地沉积到金属表面上，并且可沉积到介电体的表面上以及金属上，但是在一些实施例中其选择性地沉积到铜表面上。通过使部分制成的器件与前体(例如，与含金属反应剂)在能使得含金属前体层沉积的条件下接触来沉积前体层。
[0081]在一个实施例中，含金属前体层热沉积，而不会有等离子体放电。例如，诸如挥发性氢化物、卤化物、羰基或有机金属化合物之类的挥发性前体能够在高温下反应(例如，分解)以将含金属材料层沉积到衬底表面上。在一些实施例中，前体与铜表面上和介电体上的表面氧反应以形成M2-0键。在其它实施例中，游离金属的沉积以及M2-0键形成都会发生。温度范围、衬底暴露时间和其它沉积条件被调整以使每一特定前体实现期望的结果，如本领域技术人员将理解到的。例如，在一些实施例中，选择用于将含Al层从TMA前体沉积到含氧化铜原子层的铜表面上的温度范围，使得基本上不沉积游离铝，同时易于导致在铜表面上形成Al-O键合物。这种反应状态于大约80-350°C之间的衬底温度下发生。在其它实施例中，温度状态可调节，使得游离铝金属沉积得铜上，其中铜表面优选地完全为无氧的。该反应状态可在至少大约400°C的衬底温度下实现。[0082]在一个示例中，挥发性含金属前体被引入腔室中。有机金属化合物、金属氢化物、金属卤化物和金属羰基化物可充当合适的前体。例如，可以使用烷基取代金属衍生物和环戊二烯基取代金属衍生物。前体在高温下反应而在衬底上形成含金属前体层。通常地，根据前体的性质，优化沉积条件以按期望质量沉积含金属源层。例如，可优化温度范围以支持前体的特定分解机理，并且因此根据需要调整含金属源层的组成。
[0083]如上所述，各种金属能够充当键合剂。例如，可以使用Al、T1、Ca和/或Mg及其组合。可以使用已知挥发性前体的满足本文阐述标准的其它金属。上文列出了前体的示例。在一些实施例中，含铝前体选自由三甲基铝、二甲基铝氢化物、三乙基铝、三异丁基铝和三(二乙氨基)铝组成的组。在一些实施例中能够用于沉积含钛源层的前体的示例包括但不限于四(二甲氨基)钛(TDMAT)、四(二乙氨基)钛(TDEAT)、四(乙基甲基胺基)钛和双(二乙基氨基)双(二异丙基氨基)钛。
[0084]如上所述,前体层不一定需要包含纯基本金属，但是可以包括具有例如H、C、N、O等其它元素的金属化合物。
[0085]如上所述，前体层不必定要选择性地唯一地沉积在铜线的上面，而是可以沉积到介电层的上面和铜的上面。然而，在许多实施例中，实现了铜和介电体之间的一定程度的选择性，并且较厚的前体层可形成在铜线上方。应理解的是，根据特定的前体和沉积条件，可以实现各种选择性，范围从前体层完全可选择地沉积到铜线上到前体层均等厚度地沉积到铜上和介电体上的完全非可选择工艺。典型地，当三烃基铝用作前体时，由于在与介电体的接触部易于形成Al-O键合物，所以沉积是非可选择的。
[0086]可允许前体层形成金属或金属化合物层。化合物可以为例如氧化物。这可自发地发生，例如，当有机金属前体在衬底表面上分解而形成金属层时或者当有机金属化合物与Cu-O键合物反应时。在一些实施例中，反应迅速发生，但是对于一些前体或反应条件，让吸收前体反应需要一定的时间段。
[0087]可选的改良或钝化操作可起到以下作用。首先，如果游离金属存在于前体层中，则通过将金属转变成固定形式，例如转变成包含M2-0、M2-C、M2-N键或其组合的形式，其可帮助控制互连电阻。优选地，钝化层包含不易于从钝化材料扩散到铜线中的材料。例如，游离铝可转变成氧化铝、氮化铝等。尽管游离铝能够扩散到铜线中，但是当转变成氮化物和氧化物时，这些材料被捕集在钝化层内，并且不能够进入铜线且增加其电阻率。因为金属或金属氧化物层在该后处理步骤中被改良，所以导入铜线中的金属的量被限制或减少为零。
[0088]在金属前体层包含沉积在铜和介电体上的导电材料的那些实施例中，后处理也是有益的。在这些实施例中，钝化将导电材料(例如，金属)转变成具有极小电导率或不具有电导率的材料，从而防止相邻铜线之间短路。例如，在介电体层上包含游离金属M2的前体层可被转变成包含M2-0、M2-N、M2-C键合物或其组合物的非导电材料。
[0089]在一些实施例中，为了从前体层去除残留的有机基(例如烷基)，进行后处理。例如，用H2进行的处理可用于去除有机基并且形成M2-H键。用NH3、N2或其混合物进行的处理可用于形成M2-N键。当前体层包含较少游离金属或不包含游离金属但包含残留有机键时，尤其需要这些处理。
[0090]通常地，用于前体层的各种后处理是可能的，这可根据前体层的性质(例如，存在或不存在游离金属、残留的烷基等)、所使用的金属的性质、ILD层的化学性质以及介电扩散势垒层的性质来选择。
[0091]在一些实施例中，后处理涉及直接等离子体处理。例如，可以用形成在选自由H2、n2、nh3及其混合物组成的组的处理气体中的等离子体来处理具有暴露的前体层的衬底。在一些实施例中，用等离子体中的H2来处理具有前体层的衬底。氢等离子体处理能够用于从前体层去除残留的有机基，以及形成最终的M2-H键合物。在其它示例中，用等离子体中的H2和N2的混合物或者用等离子体中的NH3对衬底进行后处理，这使得有机基去除以及形成M2-N键合物。在一些实施例中，可以使用诸如N2H4和胺等其它氮化剂。
[0092]如预处理的情况，有时期望使用比直接等离子体处理较柔和的处理方法。例如，在一些实施例中，可以利用在选自由H2、N2、NH3及其混合物组成的组中的气体中形成的远程等离子体来处理衬底。如之前所述，远程等离子体产生于与容纳衬底的腔室物理分离的腔室中，并且在被输送到衬底之前耗尽离子种类，这使得介电体损坏的可能性较低。这是由于远程等离子体中包含的自由基通常比高能离子具有较小的破坏性。M2-H以及M2-N键合物以及从层中去除有机基能够通过远程等离子体来实现。
[0093]此外，利用之前通过引用合并于此的序号为美国临时申请N0.61/260，789中所描述的方法，通过在选自由H2、N2、NH3及其混合物组成的组中的处理气体中进行UV辐射来进行柔和的后处理。该UV处理能够用于形成M2-H和M2-N键合物，以及从前体层中去除有机取代基。
[0094]在一些实施例中，通过在无等离子体环境中进行热处理来实现后处理。例如，晶片可在包括H2、N2, NH3或其混合物的气氛中被加热至至少大约300至350°C的温度。这种热处理尤其有益于处理包含脆弱ULK介电体的衬底。
[0095]当在ILD层中使用ULK介电体，尤其是使用易于损坏的多孔且有机的介电体时，远程等离子体后处理、热后处理和UV后处理特别地有益。
[0096]尽管在许多实施例中氮化后处理是优选的，但是在一些实施例中，可以使用其它类型的后处理。例如，通过使具有暴露的前体层的衬底与等离子体中的含氧气体(诸如02、CO2、N2O等)接触，可以实现形成M2-0键合物的氧化后处理。在其它实施例中，例如，通过用等离子体中的碳氢化合物来处理前体层，从而在后处理步骤中形成M2-C键合物。通过借助或不借助等离子体将衬底暴露于包含所需相应成分(例如，H2S, H2Se, H2Te, PH3)的反应剂，能够在后处理步骤中形成M2-S、M2-Se、M2-Te和M2-P。直接等离子体和远程等离子体都可以用于这些类型的后处理。
[0097]在一些实施例中，该工艺的金属沉积部分在此处提供了极薄的粘合层(通常为1-3，优选地为大约铝原子的I个原子单层)，其包含位于铜线上的Al-O束缚形式的固定铝。此外，在一些实施例中，层与介电扩散势垒层具有强的O-Al-N-Si键合。因为粘合层的薄的厚度以及由于束缚铝的固定性，所以与这些粘合层的互连不会显现出电阻的大的增加(例如，与大量的扩散掺杂剂或厚的覆盖物的互连物相比)。
[0098]硅烷处理
[0099]无论含金属前体是否被转变，都通过硅烷或其它含硅前体来处理衬底。在一些实施例中，可采用除了含硅前体之外的反应剂。在先前通过引用合并的美国专利申请N0.11/726，363中，这些化合物有时被一般性地称为“PSAB形成反应剂”。PSAB是保护自对准缓冲(或势垒)。除了含硅前体之外，本文可使用的前体包括含锗化合物、含硼化合物等。[0100]含硅反应剂的示例包括SiH4、Si2H6、Si3H8、取代硅烷(例如，RSiH3、R2SiH2、R3SiH，其中R为烷基、烯基或炔基，其可进一步由杂原子取代)等。通过暴露于这些化合物而形成的金属硅化物提供了与扩散势垒层的优良粘合度，如上所述。
[0101]通常，含硅反应剂能够在范围介于大约20°C至500°C之间的衬底温度下以及在范围介于大约10毫托至大约100托之间的压强下被输送。在具体的实施例中，硅烷在例如大约200-400°C的温度范围内被输送。在该工艺中反应剂的流速能够取介于大约0.0Olsccm至大约lOOOOsccm之间的范围(按照容纳四个300mm晶片的处理腔室)，并且反应剂接触时间能够取介于大约0.5秒至大约50000秒之间的范围，例如，介于大约0.5秒至大约5000秒之间的范围。
[0102]在一些实施例中，硅配量工艺可包括等离子体处理或等离子体增强反应。因此，在一些实施例中，优选的是使用PECVD工具,诸如可从Novellus Systems, Inc.(San Jose, CA)获得的SEQUEL?和VECTOR? PECVD工具。经常地，该工具包含位于单个压力控制腔室中的多个台。在一些实施例中，该方法在诸如VECTOR ExcelT之类的具有多个集成单晶片腔室的群集工具中实施。此外，在一些实施例中，使用具有高频(HF)和低频(LF)射频(RF)等离子体源的双频PECVD装置。低频RF功率是指具有介于IOOkHz和2MHz之间的频率的RF功率。用于LF等离子体源的典型频率范围在大约IOOkHz至500kHz之间，例如可以使用400kHz的频率。高频功率是指具有大于2MHz频率的RF功率。典型地，HF RF频率位于大约2MHz-30MHz之间的范围内。通常所使用的HF RF值包括13.56MHz和27MHz。在一些实施例中，在等离子体辅助操作中，例如在预清洁、钉扎和H2后处理期间，能够使用范围介于大约OW/cm2至1.0ff/cm2之间的LF功率以及范围介于0.1-1.5ff/cm2之间的HF功率。在一些实施例中，在等离子体辅助操作中使用单频处理。
[0103]在特定示例中，粘合层中的硅化物(或其它含硅材料)成分是通过使SiH4以大约100-1000sccm的流率流入处理腔室中来形成的。以大约4000-10000sccm流率的NH3或者以大约4000-10000sccm流速的H2能够任选地与硅烷同时流入处理腔室中。SiH4处理在范围从大约200-400°C的温度以及范围从大约1.5-4托的压力下持续大约1_20秒。在一些实施例中，温度保持在300°C以下，以限制非导电种类物扩散到金属线中。
[0104]在硅并入之后形成的粘合层的厚度能够取从大约丨0 \:个:丨0，000入的范围。在
具体实施例中，层具有范围在大约10-100Α的厚度，尤其是在大约10-60人的范围内。
[0105]在粘合层上形成势垒层
[0106]在金属-娃组合粘合层形成时，沉积掺杂或未掺杂的碳化娃层。该碳化娃层充当蚀刻止挡层和/或介电扩散势垒层并且通常沉积至大约丨00- 500Α的厚度。例如，通过CVD (优选地通过PECVD )，通过使衬底在等离子体放电中暴露于含硅和含碳前体，能够沉积碳化硅层。例如，硅烷、烷基硅烷和碳氢化合物可用作前体。当沉积掺杂的碳化硅时，含掺杂剂前体被另外引入处理腔室中。例如，C02、O2或N2O可在含氧碳化硅沉积期间添加，B2H6可被添加以沉积硼掺杂碳化硅，NH3和N2可添加以沉积氮掺杂碳化硅，等等。在其它实施例中，掺杂或未掺杂的氮化硅或碳氮硅被沉积在含金属粘合层之上以充当蚀刻止挡层或扩散势垒层。氮化硅的沉积能够利用含硅前体(例如，硅烷)和含氮前体(例如，氨)通过PECVD来进行。能够利用包含碳、硅和氮的一种或多种前体，例如利用有机硅烷和氨的混合物，通过PECVD来沉积碳氮硅。
[0107]在扩散势垒已经沉积之后，可利用常规的镶嵌处理来形成互连。
[0108]应注意的是，在一些情况下，介电扩散势垒或蚀刻止挡层的沉积是任选的，因为粘合层(通过或不通过后处理形成)可具有适合的特性以充当扩散势垒或蚀刻止挡物。例如，包含一些金属氧化物或氮化物的粘合层可充当扩散势垒层，免除了对沉积单独碳化硅层的需要。
[0109]装置
[0110]—般地，粘合层的形成能够在任何类型的装置中进行，所述装置允许引入挥发性前体，并且被构造成提供对反应条件(例如，腔室温度、前体流速、暴露时间等)的控制。在一些实施例中，预清洁、前体处理、覆盖层后处理(改良)、硅烷处理以及介电扩散势垒沉积都是在不将衬底暴露于周围环境的情况下进行的，从而防止衬底的不利的氧化和污染。在一个实施例中，这些操作在一个模块中按顺序进行而不破坏真空。在一些实施例中，操作在一个腔室内在具有多个台的或者具有多个腔室的一个CVD (优选地为PECVD)装置中进行。可从Novellus Systems, Inc of San Jose, CA 获得的 VECTOR? PECVD 装置是合适的装置的示例。
[0111]示例性的装置将包括容纳一个或多个晶片且适合于晶片处理的一个或多个腔室或“反应器”(有时包括多个台)。每个腔室可容纳用于处理的一个或多个晶片。一个或多个腔室将晶片保持在限定的一个或多个位置上(在该位置内运动或不运动，该运动例如，旋转、振动或其它搅拌)。在一个实施例中，在工艺中经过金属前体层和蚀刻止挡层沉积的晶片从反应器内的一个台传输到另一个台。同时在工艺中，每个晶片通过支架、晶片卡盘和/或其它保持装置被保持在适当位置上。对于晶片要被加热的一些操作，装置可包括诸如加热板之类的加热器。在本发明的优选实施例中，可以使用PECVD系统。在甚至更优选的实施例中，PECVD系统包括LF RF电源。
[0112]在一个实施例中，多台式装置可用于形成覆盖层和扩散势垒。多台式反应器允许在一个腔室环境中同时运行不同的处理，从而提高晶片处理的效率。
[0113]在一个实施例中，单个的台能够在不同工艺条件下运转并且可以基本彼此隔离。例如，一个台可在一个温度范围下运转，而另一个台可在不同温度范围下运转。
[0114]在一个实施例中，预清洁操作、金属前体层的沉积、前体转变和硅烷处理在一个优选的温度范围内进行并且在多台式装置的一个台上执行。在一些实施例中介电扩散势垒的沉积可能要求不同的温度范围，并且可在不同的一个或多个台上执行。在一些实施例中，包括预处理、前体层形成和硅烷处理的整个覆盖过程在单台或多台式装置的一个台中进行。在一些实施例中，介电扩散势垒层的沉积还可与覆盖操作在相同的台上进行。在其它实施例中，介电扩散势垒可在不同的台上或者甚至在完全不同的装置上沉积。
[0115]能够通过控制器单元来控制工艺条件和工艺流程本身，控制器单元包括用于监控、维护和/或调节诸如HF和LF功率、气流速率和时间、温度、压力等一些工艺变量的程序指令。例如，可以包括规定用于前体层沉积和后处理的金属前体和氨的流率的指令。根据上述方法，指令可以规定执行操作的全部参数。例如，指令可包括用于预清洁、前体层沉积、后处理粘合层形成以及用于介电扩散势垒沉积的参数。控制器可以包括用于不同装置台的不同或相同的指令，从而允许装置的台独立地或同时地运转。[0116]上文所述的装置/工艺可以结合例如光刻图案化工具或工艺来使用，以用于制作或制造半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等。在一个示例中，镶嵌沟槽和通孔是利用这种光刻图案化工具或工艺而形成的。典型地，虽然不是必要地，这些工具/工艺将在共同的制作设施中一起使用或进行。薄膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或全部，每个步骤是通过多种可能的工具来实施的:(I)利用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂施加到工件(即，衬底)上；(2)利用热板或炉或UV固化工具来进行光致抗蚀剂的固化；(3)通过诸如晶片步进式曝光机(stepper)之类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或UV或x射线光；
(4)将抗蚀剂显影从而选择性地去除抗蚀剂以及因此利用诸如湿式台架的工具将其图案化；(5)利用干式的或等离子体辅助的蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下层膜或工件中；以及(6)利用诸如RF或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具来去除抗蚀剂。
[0117]结论
[0118]上述实施例中的一个或多个可提供下列改进中的一项或多项。由于掺杂剂合并或扩散到Cu体膜(bulk film)中，因而Cu电阻增加很少或无增加。显著地提高了介电铜势垒和Cu之间的膜附着度和粘合强度。因为提高了膜附着度和粘合强度，所以提高了 Cu电迁移(EM)电阻。公开的一些实施例能够使用用于TMA (三甲基铝)处理的现有的TOL (脉冲沉积层)工具或改良的PDL部件。
[0119]尽管为清晰的原因已经省略了各种细节，但是可以实现各种设计替代。因此，本发明的示例应视为示例性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节。
【权利要求】
1.一种将盖层形成在半导体器件的载流金属线上的方法，所述方法包括: (a)将含金属前体输送到反应腔室，所述反应腔室保持有具有金属线的暴露表面的部分地制成的半导体器件，其中所述含金属前体附着或粘合到所述金属线的所述暴露表面，其中所述含金属前体包括第一金属； (b)将含硅前体输送到所述反应腔室；以及 (c)通过允许所述含硅前体的至少一部分与所述金属线的所述暴露表面相互作用和/或与所述含金属前体或第一金属相互作用而在所述金属线上形成所述盖层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述含金属前体的所述第一金属不同于所述金属线的金属。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属选自由铝、钛、镁和钙组成的组。
4.如权利要求1所述的方法,其中操作(b)和(C)在时间上重叠。
5.如权利要求1所述的方法，还包括:在执行操作(a)之前清洁所述金属线的所述暴露表面。
6.如权利要求1所述的方法，还包括:在执行操作(a)之前从所述金属线的所述暴露表面去除氧化物。
7.如权利要求1所述的方法，其中操作(a)包括化学气相沉积反应。
8.如权利要求1所述的方法，其中操作(a)使得将所述第一金属沉积在所述金属线的所述暴露表面上。
9.如权利要求1所述的方法，还包括:将所述金属线的所述暴露表面上的所述含金属前体中的或所述第一金属中的至少一些转变成介电材料。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述介电材料包括所述第一金属以及选自由氧、碳和氮组成的组中的元素。
11.如权利要求9所述的方法，其中在操作(C)之前执行将所述第一金属的层的至少一些转变成介电材料
12.如权利要求1所述的方法，其中在执行操作(c)之前，所述含金属前体不转变成介电材料。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述含硅前体在所述含金属前体不附着或粘合到所述金属线的间隙区域中附接到所述金属线的所述暴露表面。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述金属线包括铜。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述金属线包括在所述半导体器件中的互连。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述含金属前体选自由有机铝化合物、有机镁化合物、有机钛化合物或有机钙化合物组成的组。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述含硅前体选自由硅烷和取代硅烷组成的组。
18.如权利要求1所述的方法，其中在存在等离子体的情况下执行操作(C)。
19.如权利要求1所述的方法，还包括将扩散势垒形成在所述盖层上。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述扩散势垒包括碳化硅。
21.如权利要求1所述的方法，还包括: (i)在(a)之前，将光致抗蚀剂施加到工件上； (ii)将所述光致抗蚀剂曝光；(iii)将所述抗蚀剂图案化并且将图案转印到所述工件上，其中所述图案限定所述金属线的位置；以及 (iv)从所述工件选择性地去除所述光致抗蚀剂。
22.一种将盖层形成在半导体器件的载流金属线上的装置，所述装置包括: 反应腔室，其包括用于在处理期间保持晶片的晶片保持元件； 通往所述反应腔室的一个或多个入口，其用于输送含金属前体和含硅前体；以及 控制器，其包含用于执行以下操作的指令: (i)在含金属前体附着或粘合所述晶片上的所述金属线的暴露表面的状态下将所述含金属前体输送到所述反应腔室； (ii )将含硅前体输送到所述反应腔室；以及 (iii)通过允许所述含硅前体的至少一部分与经所述含金属前体改良的所述暴露表面相互作用来将所述盖层形成在所述金属线上。
23.如权利要求22所述的装置，还包括等离子体发生器，其中所述控制器还包括用于在形成所述盖层的同时在所述反应腔室中产生等离子体的指令。
24.如权利要求22所述的装置，其中所述反应腔室包括多个台，并且其中所述控制器还包括用于在操作(i)期间将所述晶片保持在第一台、将所述晶片移动至第二台以及在操作(ii)期间将所述晶片保持在所述第二台的指令。
25.如权利要求22所述·的装置，还包括等离子体发生器，其中所述控制器还包括用于在操作(i )之前预清洁所述晶片的指令。
26.如权利要求22所述的装置，其中所述控制器还包括用于将所述金属线的所述暴露表面上的所述含金属前体或由其衍生的金属中的至少一些转变成介电材料的指令。
27.—种系统,包括: 如权利要求22所述的装置；以及 步进式曝光机。
【文档编号】H01L21/28GK103582932SQ201280027241
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年6月1日 优先权日:2011年6月3日
【发明者】余珍意, 江庚伟, 普拉莫德·苏布拉莫尼姆, 罗伊·沙维夫, 吴晖荣, 纳格拉杰·尚卡尔 申请人:诺发系统公司