[发明专利]用于还原金属晶种层上的金属氧化物的方法及装置

说明书

本发明公开用于还原金属晶种层上的金属氧化物的方法及装置，具体公开用于还原金属氧化物表面以改性金属表面的方法及设备。通过使金属氧化物表面暴露于远程等离子体，衬底上的金属氧化物表面可以被还原成纯金属和回流的金属。远程等离子体设备在单独独立的设备中不仅可以处理金属氧化物表面，而且可以冷却、装载/卸载并移动衬底。远程等离子体设备包括处理室和控制器，所述控制器被配置为：在处理室中提供具有金属晶种层的衬底：形成还原性气体物质的远程等离子体，其中远程等离子体包括来自还原性气体物质的自由基、离子和/或紫外线(UV)辐射；并且使衬底的金属晶种层暴露于远程等离子体以使金属晶种层的氧化物还原成金属并且使金属回流。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月21日提交的、题为“用于还原金属晶种层上的金属氧化物的远程等离子体处理方法及装置”的美国专利申请No.14/086,770的优先权益，该专利申请是2013年9月6日提交的、题为“用于还原金属晶种层上的金属氧化物的远程等离子体处理方法及装置”的美国专利申请No.14/020,339的部分继续申请，并且是2013年3月6日提交的、题为“使用气体还原环境来还原金属氧化物表面成改性金属表面的方法”的美国专利申请No.13/787,499的部分继续申请，所有这些申请为了所有的目的并且通过引用的方式并入本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及还原金属晶种层上的金属氧化物表面。本发明的某些方面属于使用远程等离子体设备来还原金属晶种层上的金属氧化物表面。

背景技术

在集成电路（ICs）中形成金属丝互连线可以通过使用嵌入式或双嵌入式工艺来实现。通常，在位于衬底上的电介质材料（例如，二氧化硅）中蚀刻沟槽或孔。这些孔或沟槽可以镶有一个或多个粘附和/或扩散阻挡层。然后，可以在孔或沟槽中沉积薄金属层，该薄金属层可以充当电镀材料的晶种层。此后，孔或沟槽可以充满电镀金属。

通常，晶种金属是铜。然而，也可以使用其他金属，例如，钌、钯、铱、铑、锇、钴、镍、金、银和铝，或这些金属的合金。

为了实现高性能的集成电路，集成电路的许多特征是使用更小特征尺寸和更高密度的元件制造的。在一些嵌入式处理中，例如，2X-nm节点特征上的铜晶种层可以薄至或薄于在一些实施方式中，可以应用1X-nm节点特征上的金属晶种层，这些金属晶种层可以包括或不包括铜。在生产金属晶种层以及基本上不含孔洞或缺陷的金属互连线过程中出现了更小特征尺寸的技术挑战。

发明内容

本发明属于一种制备具有金属晶种层的衬底的方法。所述方法包括在处理室中提供衬底，在所述衬底的电镀表面上具有所述金属晶种层，其中所述金属晶种层的一部分已经转化成所述金属的氧化物。所述方法进一步包括在所述远程等离子体源中形成还原性气体物质的远程等离子体，其中所述远程等离子体包括来自所述还原性气体物质的自由基、离子以及紫外线（UV）辐射中的一种或多种。所述方法进一步包括使所述衬底的所述金属晶种层暴露于所述远程等离子体，其中暴露于所述远程等离子体使所述金属的所述氧化物还原成与所述金属晶种层结合在一起的薄膜形式的所述金属。

在一些实施例中，所述金属晶种层包括铜、钴、钌、钯、铑、铱、锇、镍、金、银、铝和钨的至少一种。在一些实施例中，衬底维持在使金属晶种层在暴露于远程等离子体期间产生附聚的温度以下的温度。在一些实施例中，所述还原性气体物质包括氢气、氨气、一氧化碳、乙硼烷、亚硫酸盐化合物、碳和/或烃类、亚磷酸盐和联氨的至少一种。在一些实施例中，所述方法进一步包括：将衬底转移到包含电镀溶液的电镀槽中，并且使用电镀溶液在金属晶种层上电镀金属。