本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体制造设备以及制造方法。
背景技术：
随着半导体制造工艺的节点继续缩小，需要电阻更低且粘附性更好的成核层。另一方面，物理气相沉积(pvd)由于其台阶覆盖性相对较差，因而随着关键尺寸的减小，需要采用原子层沉积(ald)取代pvd，以形成良好的保形沉积。
尽管ald几乎具有100％的台阶覆盖率，但是其难以避免所沉积的膜中的杂质，比如卤素、氧和碳等。而这些杂质将使得膜以及器件的电学特性以及电磁(em)特性劣化。
在常规的当前节点的制造工艺中，已经使用了先进预清洗(advancepre-clean，apc)技术，来去除湿法刻蚀之后残余的聚合物和金属(比如，铜)氧化物。然而，由于apc利用等离子体进行预清洗，这会导致低k介质的损伤。
因此，存在对能够减轻或者消除上述问题的制造设备和制造方法的需求。
技术实现要素：
至少针对上面所述的一个或多个技术问题，提出了本发明。
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体制造设备，包括：壳体，所述壳体形成封闭的腔，待加工衬底设置在所述腔中；喷淋头，设置在所述壳体上，用于从所述壳体外向所述腔内提供气体，所述气体包括工艺气体；以及热丝，设置在所述喷淋头和待加工衬底之间， 在工作时所述热丝被加热，其中，来自喷淋头的所述气体流过所述热丝，所述热丝使得所述工艺气体离子化，以及其中，被离子化的气体被提供到所述待加工衬底，以用于对所述衬底或所述衬底的一部分执行热丝辅助的等离子辅助预清洗或用于热丝辅助的原子层沉积。
优选地，所述设备还包括：热板，设置在所述腔中，用于支撑所述待加工衬底并对所述待加工衬底进行加热。
优选地，所述热板的温度为150摄氏度至400摄氏度。
优选地，所述设备还包括：排气装置，用于抽吸腔内的气体将其排出到壳体外，以及气压控制装置，用于控制腔内的气压。
优选地，在所述设备被用于热丝辅助的等离子辅助预清洗时，所述工艺气体包括氮气和/或氢气，以及热丝的温度为900摄氏度至1700摄氏度。
优选地，在所述设备被用于热丝辅助的原子层沉积时，所述工艺气体包括所述工艺气体包括氨气以及包含金属元素的前体气体，热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度。
优选地，所述前体气体包括ta[n(ch3)2]5、ru(c5h5)2或co(c5h5)2。
优选地，在所述热丝辅助的等离子辅助预清洗和所述热丝辅助的原子层沉积过程中，所述腔内的气压为小于1torr。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种制造半导体装置的方法，包括以下步骤：(a)提供衬底，所述衬底包括嵌入在电介质层中的导电层，所述导电层的上表面露出；(b)在所述衬底上形成层间电介质层，所述层间电介质层具有开口，所述开口使所述导电层的至少一部分暴露；(c)对所述开口和所述导电层的暴露的部分进行热丝辅助的等离子辅助预清洗；(d)在所述预清洗之后，通过热丝辅助的原子层沉积在所述导电层的暴露的部分和所述开口的侧壁上形成导电的缓冲阻挡层；(e)在所述缓冲阻挡层上形成金属材料，以填充所述开口。
优选地，所述缓冲阻挡层包括：阻挡层，用于防止所述金属材料的扩散；以及缓冲层，位于所述阻挡层上，用于增加阻挡层与所述金属材料之间的接合。
优选地，所述阻挡层由氮化钽(tan)形成；以及所述缓冲层由钴(co)或钌(ru)形成。
优选地，形成金属材料的步骤(e)包括：在缓冲阻挡层上形成金属的籽晶层；以及在所述籽晶层上镀金属材料，以填充所述开口。
优选地，所述层间电介质层包括：在所述电介质层上的第一层间电介质层，所述第一层间电介质层由掺杂氮的碳化硅形成；以及在所述第一层间电介质层上的第二层间电介质层，所述第二层间电介质层由低k含硅有机材料形成。
优选地，所述热丝辅助的等离子辅助预清洗的工艺条件包括：工艺气体包括氢气，或者包括氮气和氢气；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度，其中，所述工艺气体在被所述热丝离子化后到达所述衬底，从而对所述开口和所述导电层的暴露的部分进行所述预清洗。
优选地，所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含金属元素的前体气体；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度，其中，所述工艺气体在被所述热丝离子化后到达所述衬底，从而在所述导电层的暴露的部分和所述开口的侧壁上形成所述导电的缓冲阻挡层。
优选地，在所述热丝辅助的等离子辅助预清洗和所述热丝辅助的原子层沉积过程中，所述衬底被设置在腔内的热板上，所述热板的温度为150摄氏度至400摄氏度。
优选地，在所述热丝辅助的等离子辅助预清洗和所述热丝辅助的原子层沉积过程中，所述衬底被设置在腔内，所述腔内的气压为小于1torr。
优选地，所述阻挡层由氮化钽(tan)形成。优选地，所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含ta 元素的前体气体；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度；其中，所述前体气体包括ta[n(ch3)2]5。
优选地，所述缓冲层由钌(ru)形成。优选地，所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含ru元素的前体气体；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度；其中，所述前体气体包括ru(c5h5)2。
优选地，所述缓冲层由钴(co)形成。优选地，所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含co元素的前体气体；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度；其中，所述前体气体包括co(c5h5)2。
优选地，在热丝辅助的原子层沉积中，在四个阶段分别提供氦气体和包含金属元素的前体气体、氦气体、氨气、以及氦气体。
根据本公开，提供了新颖的热丝辅助的制造设备以及制造方法。其可以提供良好的台阶覆盖同时减少杂质引入，可以改善膜以及器件的电学特性以及电磁(em)特性，和/或可以改善清洗技术，减小或者消除对低k介质的损伤。
从下面结合附图的具体描述，本发明的其他的优点、目的、方面将变得更加明了。
附图说明
本申请包含附图。附图与说明书一起用于说明本发明的原理。通过参考附图阅读下面的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是示出了根据本发明一个实施例的半导体制造设备的示意图；
图2是示出了根据本发明另一实施例的半导体制造设备的示意图；
图3至图8示出了根据本发明一个实施例的制造方法的若干阶段的示意图；以及
图9示出了根据本发明一个实施例的制造方法的流程图。
应理解，这些附图仅仅是示例性的，而不是限制本发明的范围。在附图中，各组成部分并未严格按比例或严格按实际形状示出，其中的某些组成部分(例如，层或部件)可以被相对于其他的一些放大，以便更加清楚地说明本发明的原理。并且，那些可能导致使得本发明的要点模糊的细节并未在附图中示出。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的实施例。
图1是示出了根据本发明一个实施例的半导体制造设备100的示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的半导体制造设备100包括腔体壳体101，所述壳体101形成封闭的腔。待加工衬底107设置在所述腔中。
设备100还包括喷淋头103，其设置在所述壳体101上，用于从所述壳体外向所述腔内提供气体。在一些实现方式中，所述气体可以包括工艺气体。在其他实现方式，所述气体可以包括工艺气体以及载体气体等。优选地，气体的温度为80到110摄氏度，例如100摄氏度。根据设备的不同的用途，工艺气体可以包括氢气或者氮气和氢气；或者可以包括氨气以及包含金属元素的前体气体。所述前体气体可以包括不同金属络合物，例如五(二甲氨基)钽(v)(pdmat)、co(c5h5)2、或ru(c5h5)2，等等。载体气体可以为氦(he)气等惰性气体。
设备100还包括热丝105。热丝105设置在喷淋头103和待加工衬底107之间。在工作时热丝被加热到一定温度。作为示例，在某些实现方式中，工作时热丝的温度可以为约900摄氏度至约1700摄氏度，例如约1350摄氏度。来自喷淋头的气体流过热丝，如图1中的箭头所示。热丝103使得气体(例如，工艺气体)离子化。这里，应理解，气体与热丝的直接接触并非是气体离子化的必要条件，气体接受到热丝的热辐射也可以使得气体离子化。被离子化的气体被提供到 待加工衬底107，例如，以用于对所述衬底或所述衬底的一部分执行热丝辅助的等离子辅助预清洗或用于热丝辅助的原子层沉积。
热丝的材料可以根据设备的用途而不同或者替换。例如，热丝可以由钨、钌、钛等形成。应理解，这些材料的示例仅仅是示例性的，而不是对本发明的限制。对于热丝的形状也没有特定的限制，其可以被配置成折线形状、卷绕的形状、类网格形状等等。
设备100还可以包括热板109。热板109设置在所述腔中，用于支撑所述待加工衬底107并对所述待加工衬底107进行加热。在某些实施例中，工作时热板的温度可以为约150至约400摄氏度，例如约250摄氏度。
设备100还可以包括排气装置111/113，以用于抽吸腔内的气体将其排出到壳体外。在图1所示的示例中，排气装置113可以包括各种适合使用的泵，例如图中所示的涡轮分子泵(tmp)113和/或旋转流体泵117。涡轮分子泵tmp对于控制腔内的真空度是优选的，其可以将氧气和反应副产物等从反应腔中排出。
设备100还可以包括替代的或另外的气压控制装置，以用于控制腔内的气压。在图1所示的示例中，该气压控制装置可以包括气压控制器115,以及泵117。气压控制器115可以检测腔内的气压，并根据所检测到的气压来控制泵117的泵浦，从而控制腔内的气压。
图2是示出了根据本发明另一实施例的半导体制造设备200的示意图。设备200的配置基本与图1所示的设备100的相同，因此其与设备100相同的部件用相同的附图标记指示。设备200与设备100的不同之处在于：设备200中喷淋头103、热丝105以及待加工衬底107呈横向配置，而在设备100中喷淋头103、热丝105以及与待加工衬底107呈纵向配置，并且设备200中热丝(离子源)和基板的距离大于设备100中的热丝(离子源)和基板的距离。这里省略对设备200的各部件的细节的重复描述。
从而，图2的实施例中对基板的温度控制更好，从而更好地控制 基板温度，使得不会导致随着沉积过程的持续而引起基板温度上升过高。这里需要说明的是，本发明对于热丝与基板(或者承载基板的热板)之间的距离没有特别限制，只要其不会导致随着沉积过程的持续而引起基板温度上升过高即可。而基板温度上升过高可能会导致源气体在吸附过程中分解，从而导致类似cvd的沉积过程，而得不到ald过程。
根据本发明的设备100和200可以用于对待加工衬底进行热丝辅助的预清洗(也称为hot-wire-assisted(hw)-apc，hw-apc)和/或热丝辅助的原子层沉积(也称为hw-ald)。
在设备用于hw-apc工艺时，工艺气体可以为氢气或氮气和氢气。氢气的气体流量可以为例如30sccm。这里，对于氮气和/或氢气的气体流量没有特别限制，例如，氮气和/或氢气的气体流量可以为30sccm。这里对于氮气和氢气的气体流量比也没有特别限制，其可以从0到1。本领域技术人员可以容易地根据需要进行设置。热丝的温度可以为900摄氏度至1700摄氏度，例如1350摄氏度。工艺气体可以在经所述热丝离子化后到达所述衬底。换而言之，使包括氢气的工艺气体或者包括氮气和氢气的工艺气体，在被温度为900摄氏度至1700摄氏度的热丝离子化后，到达所述衬底。优选地，腔内的气压小于1torr，例如为0.2torr。可选地，热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如为250摄氏度。热板可以使得衬底及衬底附近的的温度基本与热板的温度相同或相近。
在设备用于氮化钽(tan)的热丝辅助辅助的原子层沉积(hw-ald)时，工艺气体可以包括五(二甲氨基)钽(v)(ta[n(ch3)2]5，pdmat)和氨气(nh3)，其中pdmat作为前体，nh3作为与前体反应的反应气体。可以用氦气体(he)作为载体。在一个实施方式中，可以以四个阶段来进行hw-ald，在四个阶段分别经喷淋头向腔内通入氦气体和pdmat、氦气体、nh3、以及氦气体。在一个更具体的实现示例中，氦气体和pdmat、氦气体、nh3、以及氦气体的流量可以分别为30sccm。热丝的温度可以为900摄氏度至1700摄 氏度。工艺气体可以在经所述热丝离子化后到达所述衬底。换而言之，使所述工艺气体在被加热到温度为900摄氏度至1700摄氏度的热丝离子化后到达所述衬底。优选地，热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如为250摄氏度，从而反应温度可以为衬底温度或者接近衬底温度，例如250摄氏度。优选地，腔内气压可以为小于1torr，例如为0.2torr。
在设备用于钴(co)的hw-ald时，工艺气体可以包括co(c5h5)2和nh3，其中co(c5h5)2作为前体，nh3作为与前体反应的反应气体。在一个实施方式中，可以以四个阶段来进行hw-ald，在四个阶段分别经喷淋头向腔内通入为he和co(c5h5)2,、氦气体、nh3气体、和氦气体。在一个更具体的实现示例中，氦气体和co(c5h5)2、氦气体、nh3、以及氦气体的流量可以分别为30sccm。热丝的温度可以为900摄氏度至1700摄氏度。工艺气体可以在经所述热丝离子化后到达所述衬底。换而言之，使所述工艺气体在被加热到温度为900摄氏度至1700摄氏度的热丝离子化后到达所述衬底。优选地，热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如为250摄氏度，从而反应温度可以为例如250摄氏度。优选地，腔内气压可以为小于1torr，例如为0.2torr。
在设备用于钌(ru)的hw-ald时，工艺气体可以包括ru(c5h5)2和nh3，其中ru(c5h5)2作为前体，nh3作为与前体反应的反应气体。在一个实施方式中，可以以四个阶段来进行hw-ald，在四个阶段分别经喷淋头向腔内通入为he和ru(c5h5)2,、氦气体、nh3气体、和氦气体。在一个更具体的实现示例中，氦气体和ru(c5h5)2,、氦气体、nh3、以及氦气体的流量可以分别为30sccm。热丝的温度可以为900摄氏度至1700摄氏度。工艺气体可以在经所述热丝离子化后到达所述衬底。换而言之，使所述工艺气体在被加热到温度为900摄氏度至1700摄氏度的热丝离子化后到达所述衬底。优选地，热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如为250摄氏度，从而反应温度可以为例如250摄氏度。优选地，腔内气压可以 为小于1torr，例如为0.2torr。
类似地，在进行hw-ald时，对于各成分的气体流量以及气体流量比也没有特别限制，本领域技术人员可以容易地根据需要进行设置。
图3至图8示出了根据本发明一个实施例的制造方法的若干阶段的示意图。图9示出了根据本发明一个实施例的制造方法的流程图。下面结合图9和图3-8说明根据本发明实施例的制造方法。
参照图9，在步骤s901，提供衬底，所述衬底包括嵌入在电介质层中的导电层，所述导电层的上表面露出。如图3所示，衬底301包括电介质层303以及嵌入在电介质层303中的导电层305。所述导电层305的上表面露出。优选地，所述导电层与305所述电介质层303的上表面基本齐平。导电层305可以包括导电插塞(plug)、导电布线(例如，金属布线)、或其它形式的导电层，等等。
接着，参照图9，在步骤s903，在所述衬底上形成层间电介质层，所述层间电介质层具有开口，所述开口使所述导电层的至少一部分暴露。如图4所示，在衬底301上形成层间电介质层。在一个更具体的示例中，层间电介质层包括第一电介质层401和第二电介质层403。第一电介质层401可以由例如掺杂n的碳化硅(n-dopedsiliconcarbide，ndc)形成，而第二电介质层403可以由低k含硅有机材料形成，例如由sicoh(其也被称为黑金刚石)材料形成。应理解，本发明并不限于此。所述层间电介质层具有开口405，开口405使所述导电层305的至少一部分暴露。
接着，参照图9，在步骤s905，对开口405和导电层305的暴露的部分进行热丝辅助的等离子辅助预清洗(hw-apc)，例如，利用根据前面所述的实施例的制造设备或工艺来进行所述预清洗。例如，如前所述的，用于hw-apc工艺的工艺气体包括氢气，或者包括氮气和氢气，热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度，所述工艺气体在被所述热丝离子化后到达所述衬底，从而对衬底进行hw-apc 处理。优选地，在所述热丝辅助的等离子辅助预清洗过程中，所述衬底被设置在腔内的热板上，所述热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如，可以为250摄氏度。优选地，衬底所处的腔内的气压可以为小于1torr，例如为0.2torr。
参照图9，在步骤s907，在所述预清洗之后，通过热丝辅助的原子层沉积工艺在所述导电层的暴露的部分和所述开口的侧壁上形成导电的缓冲阻挡层。在一些实施例中，所述缓冲阻挡层可以包括：阻挡层，用于防止所述金属材料的扩散；以及缓冲层，位于所述阻挡层上，用于增加阻挡层与所述金属材料之间的接合。例如，利用根据前面所述的实施例的制造设备或工艺来进行所述hw-ald。之后，在步骤s909，在所述缓冲阻挡层上形成金属材料，以填充所述开口。作为示例，图5-8示出了上述步骤s908和s909的一种具体的实现方式。
如图5所示，在所述预清洗之后，通过热丝辅助的原子层沉积工艺在图4所示的结构上形成导电的阻挡层501。这里，阻挡层501形成在所述导电层305的暴露的部分和所述开口405的侧壁上，以及在第二电介质层403的上表面上。在一个具体实现方式中，阻挡层501可以由tan形成，其通过热丝辅助的原子层沉积工艺沉积形成。所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含金属元素(这里，ta)的前体气体(例如，pdmat)；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度；其中，所述工艺气体在被所述热丝离子化后到达所述衬底。优选地，在所述热丝辅助的等离子辅助预清洗过程中，所述衬底被设置在腔内的热板上，所述热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如，可以为250摄氏度。优选地，衬底所处的腔内的气压可以为小于1torr，例如为0.2torr。
接着，如图6所示，在阻挡层501上，通过hw-ald形成缓冲层601。在一个具体实现方式中，缓冲层601可以由co或ru形成，其可以通过如前所述的热丝辅助的原子层沉积工艺沉积形成。例如，所述热丝辅助的原子层沉积的工艺条件包括：工艺气体包括氨气以及包含金属元素(这里，co或ru)的前体气体(例如，相应地，co(c5h5)2 或ru(c5h5)2)；热丝的加热温度为900摄氏度至1700摄氏度；其中，所述工艺气体在被所述热丝离子化后到达所述衬底。优选地，在所述hw-ald过程中，所述衬底被设置在腔内的热板上，所述热板的温度可以为150摄氏度至400摄氏度，例如，可以为250摄氏度。优选地，衬底所处的腔内的气压可以为小于1torr，例如为0.2torr。
之后，如图7所示，在阻挡层601上形成金属材料701，以填充所述开口405。这里，可以如下来形成金属材料层701：在缓冲阻挡层上形成金属(例如、铜、钨、铝等)的籽晶层；以及在所述籽晶层上镀该金属材料，以填充所述开口。
之后，如图8所示，对图7所示的结构进行平坦化(例如，化学机械抛光(cmp)或回刻，以去除开口之外的不需要的缓冲导电层部分和金属材料层的部分。从而，形成填充所述开口的导电结构，其包括：在导电层305的表面和开口的侧壁上的导电缓冲层(501和601)，以及导电缓冲层上的金属材料801。
本领域技术人员将理解，实现图9的步骤s907和s909的方法并不限于本申请图5-8所示的示例。根据本申请的教导，本领域技术人员将明了多种其它的实现方式。
以上参考附图描述了本发明的实施例。然而，应当理解，这些实施例仅是示例性，而不是对本申请权利要求的限制。本发明的实施例可以自由地进行组合，而不超出本发明的范围。另外，本领域技术人员根据本发明的教导可以对本发明的实施例和细节等进行多种修改而不偏离本发明的范围。因此，所有这些修改都被包括在下面的权利要求所限定的本发明的精神和范围内。