专利名称：铜膜沉积方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种铜膜沉积的方法，特别是关于利用循环沉积技术的铜膜沉积方法。
背景技术：
次四分之一微米多层金属化法是大型积体或超大规模集成电路半导体组件的多种关键技术之一。此技术的主要核心「多重内联线」必须填满接触窗、中介窗、线路及具有高深宽比(aspect ratio)开口的其它特征。可靠地形成这些特征对于大型或超大规模集成电路的成功及持续致力于增加每个基材与晶粒上的电路密度及品质来说非常重要。
当电路密度提高时，那些彼此之间具有介电质的接触窗、介层孔、线路及其它特征的宽度可能缩小至小于约250nm(纳米)，但由于介电层的厚度大致保持固定，因而增加组件的深宽比(例如高度除以宽度)。许多传统沉积制程对于填满深宽比超过4∶1的结构会有困难，特别是深宽比超过10∶1的时候。因此目前致力形成无空隙、纳米级且特征达到8∶1或更高深宽比的结构。
此外，当特征宽度降低时，组件电流通常会维持固定或提高，而使得该组件的电流密度上升。铝因其电阻低、对多数介电材质具有良好附着力、容易图案化及能保持其原来型态等特性，使得元素铝及铝合金一度被用来形成半导体组件内的中介窗与线路。然而，铝相对于其种导电金属(如铜，Cu)来说具有较高的电阻，并且会因导体中产生空隙而发生电迁移至漏电的问题。
相较于铝，铜及铜合金具有更低的电阻，且铜具有明显较高的电迁移抗性。这些特性对于提供多重积体线路的较高电流密度以及增加组件速度来说很重要。同意是良好的热导体。因此铜渐渐成为用来填满半导体基材中的次四分之一微米与高深宽比的内联线特征的选用金属。
姑且不论在半导体组件制程中使用铜的好处，在深宽比大于8∶1的特征中沉积铜的方法有限。图1A至1B显示在基材1上，一个高深宽比的特征6中的材料层可能沉积顺序。高深宽比的特征6可能是任何开口，例如形成于邻接的两个介电层2之间，如接触窗、中介窗或沟渠。如图1A所示，利用传统沉积技术如化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)或电镀法来形成的铜层11在特征6的边缘6T的沉积速度较其底部6B或侧壁6S的沉积速度快，而产生了悬凸。悬凸或材料过度沉积有时会形成类似皇冠般的形状。过多的材料会持续堆积在特征6的上方边缘6T，直到开口被沉积的铜层11封闭为止，而产生内部的空隙4。此外，如图1B所示，当沉积在特征6的开口两侧壁6S的铜层11闭合时会产生接缝8。不论出现空隙或接缝都会造成不可靠的集成电路性能。
因此，目前需要一种能提供无空隙与无接缝填补高宽高比结构的铜沉积方法。
发明内容
本发明揭露一种在基材上形成铜膜的方法。利用循环沉积技术在基材上交替吸附一种含铜前驱物与还原气体来形成铜膜。此铜膜形成方法适用于集成电路制程。在集成电路制程中，铜膜可以作为内联线金属层。对于内联线金属化制程中，较佳的制程步骤包括提供一个在表面上的一或一层以上介电层中具有内联线图案的基材。该内联线图案具有一层阻障层顺势地沉积在内联线图案上方。利用循环沉积技术在基材上交替吸附一种含铜前驱物与还原气体使铜金属层填满内联线图案。
为了更详细的了解及完成本发明的上述特征，以上关于本发明内容详细叙述及简短总结可配合附图做参考。
需注意附图仅表示本发明的较佳实施例，然其并非用以限定本发明，本发明可作各种更动与润饰而得到其它等效较佳实施例。
图1A-1B为利用传统习知沉积制程来填满高深宽比特征的可能沉积结果的剖面图。
图2表示一个可用于本发明较佳实施例的制程室的概略剖面图。
图3表示一个根据文中所叙述的一个较佳实施例利用循环沉积技术来形成铜膜的制程流程。
图4表示一个根据文中所叙述的另一较佳实施例利用循环沉积技术来形成铜膜的制程流程。
图5A-5B为一内联线制程不同阶段的集成电路概略剖面图。
附图标记说明1 基材2 介电层4 空隙6 特征6B 底部6S 侧壁6T 边缘8 接缝11 铜层200制程室210基材212基材支撑装置214位移装置230气体输送系统232反应器盖子 234延伸信道236A 气体入口 236B 气体入口238气体来源239气体来源240气体来源242A 电子式控制阀242B 电子式控制阀 252A 电子式控制阀252B 电子式控制阀 260底面278真空帮浦279泵送信道280微处理器控制器 288未标示300循环沉积制程302步骤304步骤306步骤308步骤310步骤312步骤400铜膜沉积制程402步骤404步骤406步骤408步骤410步骤412步骤414步骤500基材502绝缘层 504铜接触窗504H 开口 506阻障层508铜内联线实施方式图2表示一个用来执行本发明较佳实施例的制程室200的概略剖面图。制程室200包含一个基材支撑装置212，作为在制程室200中支撑基材210之用。可利用位移装置214使基材支撑装置212在制程室200内沿垂直方向上下移动。基材支撑装置212亦可包含一个真空夹盘(未显示)、一个静电夹盘(未显示)或一个夹环(未显示)，用来在沉积步骤中使基材210固定在基材支撑装置上。
根据特定的沉积制程可使基材210在进行沉积制程之前加温至指定温度。例如可利用内建的加热组件(未显示)来加热基材支撑装置212。亦可使用直流电源供应器(未显示)来提供加热组件以电流，使装置212因电阻而发热。便可借着基材支撑装置212来加热基材210。或可利用辐射加热装置，如灯管(未显示)来加热该基材支撑装置。
真空泵278与泵送信道279连通，用来抽空制程室200，以及维持制程室200内部的压力。气体输送系统230安置在制程室200的上方部分。该气体输送系统230将制程气体提供至制程室200中。
气体输送系统230可能包含一个反应器盖子232。该反应器盖子232包含一个从反应器盖子232中心部位延伸出来的延伸信道。如此一来底面260会从延伸信道234延伸至反应器盖子232的边缘部位。反应器盖子232的底面260的大小与形状以约能覆盖住在基材支撑装置212上的基材210为准。延伸信道234亦包含气体入口236A与236B，可透过气体入口236A与236B来提供气体。
气体入口236A与236B结合了电子式控制阀242A、242B、252A与252B。电子式控制阀242A与242B可能分别与制程气体来源238及239耦合，同时电子式控制阀252A与252B则可能与气体来源240耦合。此处，电子式控制阀242A、242B、252A、252B指任一种能够以短于1-2秒的开阀与闭阀循环，甚至更短如约0.1秒的开闭阀循环来将气流快速且精确地提供至制程室200中的控制阀。可借着微处理器控制器280来达成适当控制与调节气流的目的。
微处理器控制器280可能是任一种能应用在工业仪器装配中用来控制各种反应器与次处理器的通用计算机处理器(CPU)。并且该计算机可以使用任何适当的内存，例如随机存取内存、只读式内存、软盘机、硬盘机或其它近端或远程数字储存装置。各种支持电子组件可与中央处理器耦合，可以传统方法来支持中央处理器。需要的软件程序则可储存于内存中，或利用一个远程的第二中央处理器来执行这些软件。
执行软件程序可使一般计算机成为控制反应器运作的特定制程计算机，使得反应器制程得以执行。例如，软件程序可用来精准地控制电子式控制阀的激活，来执行根据本发明较佳实施例的制程步骤。或者，这些软件程序可在如特殊应用集成电路或其它硬设备等硬件中执行，或是结合其它软件或硬件来使用。
形成铜膜本发明揭露一种在基材上形成铜膜的方法。利用循环沉积技术来形成铜膜。
图3显示一个根据本发明的循环沉积制程300的较佳实施例，其详述利用一恒定载体气流来形成铜膜的各步骤。这些步骤可在类似于图2所示的制程室中执行。
参考步骤302，在制程室中放入基材。该基材可为一个在基材上方一或一个以上的介电层中定义有内联线图案的硅基材。该制程室的条件，如温度与压力等可加以调整，来加强基材表面对制程气体的吸附能力。通常，对铜膜沉积来说，制程室需将温度维持在约180℃以下，且压力约介于1torr至10torr之间。
在一个需要使用恒定载体气流的较佳实施例中，会如步骤304所示，将载体气流导入制程室中。载体气体可选择那些同时可作为清洗气流的气体，用来移除制程室内的挥发性反应物及/或副产物。载体气体可如氦气(He)或氩气(Ar)，或混和两者，也可使用其它气体。
参考步骤306，当载体气体通入制程室中以后，在载体气流中加入含铜前驱物的脉冲。此处，脉冲指添入载体气流中的物质剂量。并使此含铜前驱物的脉冲持续一段既定时间。
含铜前驱物脉冲的时程视多种因素而有所不同，例如制程室的体积容量、与制程室耦合的真空系统以及所选用的反应物的挥发性与反应活性。举例来说，(1)大体积的制程室可能需要较长的时程使制程室的条件稳定，所以需要较长的脉冲时间；(2)制程气体的流速较低时，亦可能需要较长的时间来稳定反应器条件，故也需要较长的脉冲时间；以及(3)较低的反应器压力代表制程气体很快地自反应器内被抽出，因此也需要较长的脉冲时间。通常，会选择较有利的制程条件使得一次的含铜前驱物脉冲便能提供足够的前驱物剂量，让基材能够吸附至少单层的含铜前驱物。随后，利用恒定载体气流配合真空系统来移除残留在反应器中的过量含铜前驱物。
步骤308中，借着恒定载体气流来移除制程室内过剩的含铜前驱物后，在载体气流中加入还原气体的脉冲。还原气体的脉冲亦持续一段既定时间，并且此既定时间可参考上述含铜前驱物的方法来做调整。通常，还原气体脉冲的时间需足够长，以使含铜前驱物上方吸附至少一层的还原气体。随后，可用恒定载体气流配合真空系统来移除残留在反应器中的过量还原气体。
步骤304至308叙述铜膜沉积制程中的一个沉积循环的较佳实施例。针对此较佳实施例，会将载体气体以恒定流速导入制程室中，并且分别以脉冲周期及非脉冲周期来调控该载体气流，其中脉冲周期指以交互穿插的方式在载体气流中分别暴露于含铜前驱物与还原气体，同时这些非脉冲周期则仅包括载体气流。每个含铜前驱物及还原气体脉冲的时程可能具有相同的持续时间。即是，含铜前驱物脉冲的时程可能与还原气体脉冲的时程相同。在此较佳实施例中，含铜前驱物脉冲的时程(T1)与还原气体脉冲的时程(T2)相等。
或者，含铜前驱物及还原气体脉冲的时程亦可能具有不同的持续时间。即是，含铜前驱物脉冲的时程可能较还原气体脉冲的时程长或短。在此较佳实施例中，含铜前驱物脉冲的时程(T1)与还原气体脉冲的时程(T2)不相等。
此外，介于每个含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期则可能具有相同的持续时间。即是，介于每个含铜前驱物脉冲与每个还原气体脉冲间的非脉冲周期的持续时间是相等的。在此较佳实施例中，介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲时间(T3)相等于介于还原气体脉冲与含铜前驱物脉冲之间的非脉冲时间(T4)。在非脉冲周期内，仅对制程室提供恒定载体气流。
或者，介于每个含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期可能具有不同的持续时间。即是，介于每个含铜前驱物脉冲与每个还原气体脉冲间的非脉冲周期的持续时间可能长于或短于介在每个还原气体脉冲与每个含铜前驱物脉冲间的非脉冲周期的持续时间。在此较佳实施例中，介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲时间(T3)不同于介于还原气体脉冲与含铜前驱物脉冲之间的非脉冲时间(T4)。在非脉冲周期内，仅对制程室提供恒定载体气流。
此外，每个含铜前驱物脉冲的时程、每个还原气体脉冲的时程及每个介于上述种脉冲之间的非脉冲时程、可能居具有相同的持续时间。在此较佳实施例中，对于每个沉积循环来说，该含铜前驱物脉冲的时程(T1)、该还原气体的时程(T2)、介于该含铜前驱物脉冲与该还原气体前驱物脉冲之间的时程(T3)、以及介于该还原气体前驱物脉冲与该含铜前驱物脉冲之间的时程(T4)分别具有相同数值。举例来说，第一沉积循环中(C1)中的含铜前驱物脉冲的时程，会与后续每个沉积循环(C2…Cn)中的含铜前驱物脉冲的时程具有相同的持续时间。同样地，第一沉积循环中(C1)中的还原气体脉冲以及介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期的时程，亦会分别与后续每个沉积循环(C2…Cn)中的还原气体脉冲时程及介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期具有相同的持续时间。
或者，在铜膜的一或一个以上的沉积循环内，含铜前驱物脉冲、还原气体脉冲以及介于上述两种脉冲之间的非脉冲周期中，至少有一种脉冲时程具有不同的持续时间。对此较佳实施例的循环沉积制程中的一或一个以上沉积循环来说，在含铜前驱物脉冲、还原气体脉冲、介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲、以及介于还原气体脉冲与含铜前驱物脉冲之间的非脉冲周期之间，至少有一或一种以上的脉冲周期具有不同的数值。例如，第一沉积循环(C1)的含铜前驱物脉冲的时程(T1)，便可能长于或短于后续沉积循环(C2…Cn)中的含铜前驱物脉冲的时程(T1)。同样地，第一沉积循环中(C1)中的还原气体脉冲时程及介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期的时程，亦会分别与后续每个沉积循环(C2…Cn)中相对应的还原气体脉冲时程及介于含铜前驱物脉冲与还原气体脉冲之间的非脉冲周期具有相同或不同的持续时间。
参考步骤310，完成每个沉积循环(步骤204至308)后，将会在基材上产生具有一铜膜厚度。视特定组件需求，可能需接续执行沉积循环以达到指定的铜膜厚度。因此，可反复执行步骤304至308直到达到想要的铜膜厚度为止。随后，当达到指定的铜膜厚度时，可根据步骤212指示停止执行制程。参考图4，其叙述一个变化的制程步骤顺序，该铜膜沉积循环具有数个分隔开来的含铜前驱物脉冲、还原气体脉冲及清洗气流脉冲。在此较佳实施例中，铜膜沉积制程400包括下列步骤提供一制程反应室一基材并调整该制程室条件(步骤402)，提供该制程室一道第一清洗气流脉冲(步骤404)，提供该制程室一含铜前驱物脉冲(步骤406)，提供该制程室一道第二清洗气流脉冲(步骤408)，提供该制程室一清洗气流脉冲(步骤410)，以及重复步骤404至410，或是根据步骤412来判断铜膜是否达到想要的厚度，以决定是否停止该沉积制程(步骤414)。
如同上述根据图3所叙述内容，每个含铜前驱物脉冲的时程、每个还原气体脉冲的时程、及每个清洗气流的时程可相同或不同。或者，在铜膜沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，一或一个以上的含铜前驱物脉冲、还原气体脉冲、及清洗气流的相对应时程可以具有不同的持续时间。
在图3至图4中，铜膜沉积循环先提供一个含铜前驱物脉冲，随后接着执行一个还原气体脉冲。或者铜膜沉积循环可先执行一个还原气体脉冲后再执行一个含铜前驱物脉冲。
含铜前驱物包括有机金属铜化合物，例如铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物，其包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2，或其它含铜化合物。适合的还原气体可包括如硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷，或其它气体。
一个沉积铜膜的范例制程依序包括提供铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))的脉冲及乙硼烷的脉冲。可利用适当的流量控制阀，如电子式控制阀以约介于0.01sccm(标准立方公分/分钟)至5sccm的流速来供应铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))，若流速范围介于约0.1sccm至1sccm更佳，并让此铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷的脉冲持续5秒钟或更短时间，以约1秒或更短为佳。同样利用适当的流量控制阀，如电子式流量控制阀以约介于1sccm至80sccm的流速来供应乙硼烷，若流速范围介于约10sccm至50sccm更佳，并让乙硼烷的脉冲持续10秒或更短的时间，以约2秒或更短为佳。基材维持低于180℃的温度，最好约保持在120℃。而反应器压力范围约介于0.1torr至10torr之间，更佳为保持在约1torr的压力。
另一个沉积铜膜的范例制程依序包括提供铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))的脉冲及硅烷的脉冲。可利用适当的流量控制阀，如电子式控制阀以约介于0.1sccm至5sccm的流速来供应铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))，若流速范围介于约0.1sccm至1sccm更佳，并让此铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷的脉冲持续5秒钟或更短时间，以约1秒或更短为佳。利用适当的流量控制阀，如电子式流量控制阀以约介于1sccm至100sccm的流速来供应硅烷，若流速范围介于约10sccm至50sccm更佳，并让乙硼烷之脉冲持续10秒或更短的时间，以约2秒或更短为佳。基材维持低于180℃的温度，最好约保持在120℃。而反应器压力范围约介于0.1torr至10torr之间，更佳为保持在约1torr的压力。
形成铜内联线图5A至图5B表示根据本发明铜膜形成方法的铜内联线制造步骤其中一个阶段的剖面图。图5示范一个基材500，其上方具有金属接触窗504及介电层502。基材500可包括半导体基材，如硅、锗或砷化镓。介电层502可包括绝缘材料，如氧化硅或氮化硅，或其它绝缘材料。金属接触窗504可包括如铜接触窗或他种接触窗。可利用传统微影蚀刻技术在介电层502中产生开口504H。
在介电层502中的开口504H上方形成阻障层506。阻障层506可能包括一或一种以上的含耐火金属层，如钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、氮化钨、氮硅化钽及氮硅化钛，或其它材料。并且可利用适当的沉积制程来形成阻障层506。举例来说，可使用四氯化钛(TiCl4)与氨(NH3)作为反应物并利用化学气相沉积法来产生氮化钛(TiN)。钛硅氮化物(TiSiN)则可利用热分解四(二甲基胺基)钛(tetrakis(dimethylamino)titanium，TDMAT)来形成氮化钛层，随后在使氮化钛层暴露于硅烷中即可形成钛硅氮化和物。
随后，请参考图5B，开口504H会被铜金属层填满而完成铜内联线。参考图3至图4，即可根据本发明上述的循环沉积技术来形成铜金属层。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明和精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求的界定为准。
权利要求
1.一种在基材上形成铜层的方法，其至少包括(a)提供基材至制程室中；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，且其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式分别将惰性气流暴露于含铜前驱物及还原气体中。
2.如权利要求1所述的方法，其中暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、以及介于暴露于还原气体周期与含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间。
4.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于含铜前驱物周期具有相同的持续时间。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于含铜前驱物周期具有不同的持续时间。
6.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于还原气体周期具有相同的持续时间。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于还原气体周期具有不同的持续时间。
8.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中介于含暴露于铜前驱物周期与还暴露于原气体周期之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
9.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中，至少一个介于含暴露于铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
10.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中介于暴露于还原气体周期周期与暴露于含铜前驱物之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
11.如权利要求1所述的方法，其中，循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，至少一个介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
12.如权利要求1所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成的群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
13.如权利要求1所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上的气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
14.如权利要求1所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
15.一种在基材上形成铜层的方法，其至少包括(a)对制程反应室提供基材；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、以及介于该暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间。
16.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于含铜前驱物周期具有相同的持续时间。
17.如权利要求15所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于含铜前驱物周期具有不同的持续时间。
18.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于还原气体周期周期具有相同的持续时间。
19.如权利要求15所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于还原气体周期具有不同的持续时间。
20.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
21.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中，至少一个介于含暴露于铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
22.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于还原气体的周期与含铜前驱物之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
23.如权利要求15所述的方法，其中，循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，至少一个介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
24.如权利要求15所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成之群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
25.如权利要求15所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上的气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
26.如权利要求15所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
27.一种在基材上形成铜层的方法，该方法至少包括(a)对制程反应室提供基材；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中，在暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间。
28.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于含铜前驱物周期具有相同的持续时间。
29.如权利要求27所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于含铜前驱物周期具有不同的持续时间。
30.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于还原气体周期周期具有相同的持续时间。
31.如权利要求27所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于还原气体周期周期具有不同的持续时间。
32.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
33.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中，至少一个介于含暴露于铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
34.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于还原气体的周期与含铜前驱物之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
35.如权利要求27所述的方法，其中，循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，至少一个介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
36.如权利要求27所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成的群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
37.如权利要求27所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上的气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
38.如权利要求27所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
39.一种在基材上形成铜层的方法，该方法至少包括(a)提供基材至制程室中；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中循环沉积制程的每个沉积循环中，暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间，以及其中暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间。
40.如权利要求39所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
41.如权利要求27所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上的气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
42.如权利要求27所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
43.一种在基材上形成铜层的方法，该方法至少包括(a)提供基材至制程室中；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间，以及其中在暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间。
44.如权利要求43所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
45.如权利要求43所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
46.如权利要求43所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
47.一种在基材上形成铜层的方法，该方法至少包括(a)提供基材至制程室；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中循环沉积制程的每个沉积循环中，在暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间，以及这(些)介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
48.如权利要求47所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
49.如权利要求47所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
50.如权利要求47所述的方法，其中制程室维持低于约180℃的温度。
51.一种在基材上形成铜层的方法，该方法至少包括(a)提供基材至制程室；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中，其中循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，在暴露于含铜前驱物周期、暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间，以及在暴露于还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期、及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间。
52.如权利要求51所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
53.如权利要求51所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
54.如权利要求51所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
55.一种形成内联线结构的方法，该方法至少包括(a)提供基材至制程室中，其中基材结构至少包括一层具有中介窗的绝缘层，中介窗定义来形成电极之用；以及(b)利用循环沉积制程在基材上形成一铜层，其中循环沉积制程至少包括复数个循环，以及其中每个循环至少包括在制程室中通入惰性气流，以及调整该惰性气流，其以交替周期的方式将惰性气流分别暴露于含铜前驱物及还原气体中。
56.如权利要求55所述的方法，其中暴露于含铜前驱物周期、含还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期以及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期分别具有相同的持续时间。
57.如权利要求55所述的方法，其中在暴露于含铜前驱物周期、含还原气体周期、介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期以及介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期中至少一个周期具有不同的持续时间。
58.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于含铜前驱物周期具有相同的持续时间。
59.如权利要求55所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于含铜前驱物周期具有不同的持续时间。
60.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的暴露于还原气体周期具有相同的持续时间。
61.如权利要求55所述的方法，其中，在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环中，至少一个暴露于还原气体周期具有不同的持续时间。
62.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于含铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
63.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中，至少一个介于含暴露于铜前驱物周期与暴露于还原气体周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
64.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的每个沉积循环中的介于暴露于还原气体的周期与含铜前驱物之间的惰性气流周期具有相同的持续时间。
65.如权利要求55所述的方法，其中，循环沉积制程的一或一个以上沉积循环中，至少一个介于暴露于还原气体周期与暴露于含铜前驱物周期之间的惰性气流周期具有不同的持续时间。
66.如权利要求55所述的方法，其中含铜前驱物至少包括一种选自于由铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物所组成群组的物质，铜+1(β-二酮酸)硅烷基烯烃错合物至少包括铜+1六氟乙酰丙酮酸三甲基乙烯基硅烷(Cu+1(hafc)(TMVS))、铜+2六氟乙酰丙酮酸(Cu+2(hafc)2)、铜+2二乙酰丙酮酸(Cu+2(acac)2)及2CuMe2NSiMe2CH2CH2SiNMe2。
67.如权利要求55所述的方法，其中暴露于还原气体周期至少包括一或一种以上气体，这些气体选自于由硅烷、乙硅烷、二甲基硅烷、甲基硅烷、乙基硅烷、硼烷、乙硼烷、丙硼烷、丁硼烷、戊硼烷、己硼烷、庚硼烷、辛硼烷、壬硼烷及十硼烷所组成的群组中。
68.如权利要求55所述的方法，其中制程室维持在低于约180℃的温度。
全文摘要
本发明叙述一种在基材上形成铜膜的方法，利用循环沉积技术在基材上交替吸附一种含铜前驱物与还原气体来形成铜膜。在循环沉积制程的一或一个以上的沉积循环周期中，一或一个以上的含铜前驱物时程、还原气体时程以及非脉冲时程可能具有不同的数值。此铜膜形成方法适用于集成电路制程。在集成电路制程中，此铜膜可作为内联线金属层。
文档编号C23C16/04GK1671883SQ03817559
公开日2005年9月21日 申请日期2003年6月2日 优先权日2002年6月4日
发明者陈玲, 约翰·A·诺曼, 张梅 申请人:应用材料股份有限公司