專利名稱：用于形成釕金屬覆蓋層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理和半導(dǎo)體器件，并更具體而言涉及用于制造半導(dǎo)體器件的選擇性沉積釕(Ru)金屬膜的方法。
背景技術(shù)：
集成電路包含各種半導(dǎo)體器件和多個(gè)導(dǎo)體金屬通路，所述多個(gè)導(dǎo)體金屬通路為半導(dǎo)體器件提供電功率，并使得這些半導(dǎo)體器件能夠共享和交換信息。在集成電路內(nèi)，使用將金屬層彼此隔離的金屬間電介質(zhì)層或?qū)娱g電介質(zhì)層，使金屬層一層一層堆疊起來。通常，每個(gè)金屬層必須形成與至少一個(gè)附加金屬層接觸的電接觸。通過在將金屬層分隔的層間電介質(zhì)中蝕刻出孔(即，過孔)、并用金屬填充所產(chǎn)生的過孔以產(chǎn)生互連，來實(shí)現(xiàn)上述電接觸。 “過孔”通常指形成于電介質(zhì)層內(nèi)的任何凹入特征(例如，孔、刻線或其他類似特征)，所述凹入特征在用金屬填充時(shí)提供了穿過電介質(zhì)層到電介質(zhì)層下方的導(dǎo)電層的電連接。類似的，連接兩個(gè)或多個(gè)過孔的凹入特征通常稱作溝槽。在用于制造集成電路的多層金屬化方案中使用銅(Cu)金屬產(chǎn)生了多個(gè)需要解決的問題。例如，Cu原子在電介質(zhì)材料和Si中的高遷移率會(huì)造成Cu原子遷移進(jìn)入這些材料中，從而形成會(huì)毀壞集成電路的電氣缺陷。因此，Cu金屬層、Cu填充溝槽和Cu填充過孔通常用阻擋層封裝，以防止Cu原子擴(kuò)散進(jìn)入電介質(zhì)材料中。阻擋層通常在Cu沉積之前沉積在溝槽和過孔側(cè)壁和底部上，阻擋層可以優(yōu)選地包括如下所述的材料其在Cu中無反應(yīng)性和不混溶，并提供與電介質(zhì)材料的良好粘附并且可以提供低電阻率。對(duì)于每個(gè)相繼的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，集成電路的互連中的電路密度顯著增加。因?yàn)殡娺w移 (EM)和應(yīng)力遷移(SM)壽命與電路密度成反比，所以EM和SM很快成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。Cu雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)中的EM壽命較大程度地取決于塊體Cu金屬和周圍材料(例如，覆蓋層)的界面處的Cu原子輸運(yùn)，所述Cu原子輸運(yùn)與這些界面處的粘附直接相關(guān)。已經(jīng)廣泛的研究了提供更好的粘附和更長(zhǎng)的EM壽命的新的覆蓋層材料。例如，已經(jīng)使用無電鍍技術(shù)將鈷-鎢-磷 (CoffP)層選擇性地沉積在塊體Cu金屬上。CoWP和塊體Cu金屬的界面具有產(chǎn)生更長(zhǎng)EM壽命的優(yōu)良的粘附強(qiáng)度。但是，維持塊體Cu金屬(特別是緊密間距Cu布線)上可接受的沉積選擇性并且維持良好的膜均勻性已經(jīng)影響了對(duì)該復(fù)雜工藝的接受。此外，使用酸性溶液的濕法工藝步驟會(huì)對(duì)使用CoWP不利。因此，需要用于沉積金屬覆蓋層的新方法，所述金屬覆蓋層能提供與Cu的良好粘附并提供塊體Cu金屬的改善的EM和SM特性。具體來說，這些方法應(yīng)當(dāng)提供與電介質(zhì)表面相比在金屬表面上金屬沉積的良好選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于將Ru沉積結(jié)合于半導(dǎo)體器件制造中以改善Cu金屬化中的電遷移和應(yīng)力遷移的方法。應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例，在使Ru覆蓋層以在相對(duì)于形成在電介質(zhì)區(qū)域上具有選擇性地形成于Cu通路上之前，處理包括Cu通路和電介質(zhì)區(qū)域的平坦化襯底。該處理可以從平坦化襯底去除殘余物和氧化銅。在一個(gè)示例中，殘余物可以包括化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝中所使用的有機(jī)材料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法包括在等離子體處理室中提供圖案化襯底，其中，圖案化襯底包括形成于低k電介質(zhì)材料中的凹入特征和位于凹入特征上的底部處的第一金屬化層。該方法還包括用由包括NH3的第一處理氣體在等離子體處理室中所形成的 NHx (x 自由基和H自由基處理圖案化襯底；在第一金屬化層上形成第一釕(Ru)金屬覆蓋層；在凹入特征中、包括在低k電介質(zhì)材料上和在第一 Ru金屬覆蓋層上沉積阻擋層；和用銅(Cu)金屬填充凹入特征。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法還包括在填充之后，形成具有Cu通路和低k 電介質(zhì)區(qū)域的大致平坦表面；用由包括NH3的第二處理氣體在等離子體處理室中所形成的 NHx (x C3)自由基和H自由基處理Cu通路和低k電介質(zhì)區(qū)域；和在處理過的Cu通路上形
成第二 Ru金屬覆蓋層。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該方法包括等離子體處理室中的襯底支架上提供圖案化襯底，其中，圖案化襯底具有大致平坦表面，所述大致平坦表面具有銅(Cu)通路和低k 電介質(zhì)區(qū)域；用由包括NH3的處理氣體在等離子體處理室中所形成的NHx (χ < 3)自由基和 H自由基處理銅(Cu)通路和低k電介質(zhì)區(qū)域；和在處理過的Cu通路上形成釕(Ru)金屬覆
蓋層ο


參考下面的詳細(xì)說明，特別是當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，對(duì)本發(fā)明和其伴隨的許多優(yōu)點(diǎn)的更全面理解將變得容易，其中圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在使用不同的處理?xiàng)l件處理之后的低k材料表面的C/Si、N/Si、和Ο/Si比率；圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的Ru金屬在處理過的低k材料上相對(duì)于在Cu 金屬上的沉積選擇性；圖2A和2B示出了含疏水性表面和親水性表面的SiCOH低k材料的示意性截面示圖；圖3A-3E示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使Ru金屬覆蓋層結(jié)合于雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)中的示意性截面示圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于處理襯底的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖5根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于沉積Ru金屬膜的熱化學(xué)氣相沉積(TCVD)系統(tǒng)的示意圖；并且圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于沉積Ru金屬膜的另一 TCVD系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于使Ru金屬覆蓋層結(jié)合于半導(dǎo)體器件的Cu金屬化中以改善器件中的電遷移(EM)和應(yīng)力遷移(SM)的方法。該方法提供了 Ru金屬覆蓋層沉積在金屬表面(例如，Cu通路)上相對(duì)于沉積在Cu通路之間的電介質(zhì)表面上的選擇性的提高。 選擇性的Ru金屬沉積帶來了在Cu路徑之間的電介質(zhì)區(qū)域上Ru金屬雜質(zhì)的量減少，以及線間擊穿與漏電性能的裕度提高。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以在沒有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下，或者使用其他替代和/或附加的方法、材料或組件，來實(shí)施各種實(shí)施例。在其他示例中，沒有詳細(xì)示出或描述已知的結(jié)構(gòu)、材料、或操作，以避免影響對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的各方面的理解。 類似的，為了進(jìn)行說明，給出了具體數(shù)字、材料、和構(gòu)造，以有助于透徹理解本發(fā)明。此外，應(yīng)當(dāng)理解，圖中所示的各種實(shí)施例是示例性的表示，并不一定按比例繪制。整個(gè)說明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合實(shí)施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性被包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，但并不表示這些具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性出現(xiàn)在每個(gè)實(shí)施例中。因此，整個(gè)說明書的各處出現(xiàn)用語“在一個(gè)實(shí)施例中” 或“在實(shí)施例中”并不一定指本發(fā)明的同一個(gè)實(shí)施例。將低k SiCOH材料結(jié)合于半導(dǎo)體制造中出現(xiàn)了很多問題。例如，這些材料很脆 (即，具有低粘附強(qiáng)度、低斷裂伸長(zhǎng)率、和低斷裂韌性)，液態(tài)水和水蒸氣進(jìn)一步減小材料的粘附強(qiáng)度，當(dāng)碳(C)鍵合成Si-CH3基團(tuán)時(shí)，低k SiCOH材料容易與光阻劑剝離等離子體和其他結(jié)合工藝發(fā)生反應(yīng)，從而毀壞這些材料。為了提高在Cu通路上相對(duì)于在電介質(zhì)區(qū)域上沉積Ru金屬覆蓋層的選擇性，本發(fā)明人研究了在Ru金屬沉積之前對(duì)包含Cu金屬的襯底和包含低k電介質(zhì)材料的襯底的不同表面處理的效果。低k電介質(zhì)材料是具有小于S^2 (k 3.9)的介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料。圖IA示出了來自驗(yàn)收態(tài)低k材料表面和使用不同處理(工藝)條件處理之后的低k材料表面的X射線光電光譜分析(XPS)測(cè)量得到的碳(C)/Si、氮(N)/Si、和氧(0)/ Si比率。所研究的低k材料是可從位于加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購(gòu)得的BLACK DIAMOND II (BD II)SiC0H材料。BD II具有沉積在300mm Si晶片上的150nm的厚度。將 Si晶片引入真空處理工具中，一旦進(jìn)入真空處理工具中，Si晶片首先在IOTorr的氬(Ar) 氣環(huán)境中在350°C的襯底(晶片)溫度下脫氣持續(xù)80秒。執(zhí)行脫氣以從SiCOH材料的表面去除污染物，例如，水和任何其他殘留氣體。在脫氣之后，一些Si晶片使用不同的處理?xiàng)l件進(jìn)一步處理。同時(shí)參考表1，不同的處理?xiàng)l件包括在260°C的襯底溫度下60秒的處理氣體暴露。處理?xiàng)l件包括處理?xiàng)l件#3) 在1. 5Torr的氣壓下的熱(無等離子體)處理情況下的吐氣體；處理?xiàng)l件#4)使用3Torr 的氣壓和中等射頻(RF)功率(700W)所等離子體激發(fā)的吐氣體；處理?xiàng)l件#5)使用3Τοπ· 的氣壓和高RF功率(1000W)所等離子體激發(fā)的吐氣體；處理?xiàng)l件#6) ITorr的氣壓和熱(無等離子體)處理情況下的NH3氣體；處理?xiàng)l件#7)使用ITorr的氣壓和50W的低RF功率所等離子體激發(fā)的NH3氣體；處理?xiàng)l件#8)使用3Τοπ·的氣壓和50W的低RF功率所等離子體激發(fā)的NH3 ；和處理?xiàng)l件#9)使用3Torr的氣壓和50W的低RF功率所等離子體激發(fā)的 N2/H2氣體混合物(500sccm的N2+2000sccm的H2)。在包括開槽平面天線(SPA)的等離子體處理室中執(zhí)行使用處理?xiàng)l件#3)-#6)的處理。題為“Plasma processing apparatus for etching,ashing,and film-formation” 的美國(guó)專利 No. 5，024, 716 中描述了包括 SPA 的等離子體處理室；該專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。在圖4中示意性描述的等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行使用處理?xiàng)l件#7)-#9)的處理。表 1
處理?xiàng)l件序號(hào)脫氣處理?xiàng)l件溫度 (0C)時(shí)間 (秒)氣體溫度 (0C)壓力 (Torr)RF功率(W)時(shí)間 (秒)1基準(zhǔn)———2只脫氣35080~—~~3熱H235080H22601.5604H2等離子體，中等RF35080H22603700605H2等離子體，高RF35080H226031000606熱NH335080NH32601~607NH3等離子體35080NH3260150608N3等離子體，高壓力35080NH3260350609氏飯2等離子體35080N2/H226015060在表1中所述的處理之后，從真空處理工具中取出Si晶片，通過XPS在空氣中測(cè)量C/Si、N/Si和Ο/Si比率。在表1和圖IA中，基準(zhǔn)樣本指的是在XPS分析之前沒有脫氣或進(jìn)一步處理的驗(yàn)收態(tài)SiCOH材料。圖IA示出，相對(duì)于處理?xiàng)l件#1) SiCOH基準(zhǔn)(無處理)、 處理?xiàng)l件把)只脫氣、使用處理?xiàng)l件把)和#6)的無等離子體處理、和使用處理?xiàng)l件#8)的處理(所述處理?xiàng)l件#8)使用在高氣壓下等離子體激發(fā)以形成NHx (χ 自由基和H自由基的NH3氣)，使用處理?xiàng)l件#4)、#5)、#7)和#9)的等離子體處理產(chǎn)生了低C/Si比率和高Ο/Si比率。圖2A和2B分別示出含疏水性表面和親水性表面的SiCOH低k材料的示意性截面示圖。圖2A示意性的示出了含疏水性表面214的SiCOH低k材料204。表面214幾乎不含有金屬前驅(qū)體吸附位，因此將表面214暴露于金屬前驅(qū)體產(chǎn)生長(zhǎng)潛伏期(incubation time)并導(dǎo)致在疏水性表面214上延遲的金屬沉積。圖2B示意性地示出了含親水性表面214，的SiCOH低k材料204，。親水性表面 214’包含多個(gè)金屬前驅(qū)體吸收位230，通過從圖2A中的表面214去除CHx基團(tuán)形成所述金屬前驅(qū)體吸收位230。與圖2A中的疏水性表面214相比，吸收位230的存在被認(rèn)為顯著減小金屬沉積的潛伏期。再參考圖認(rèn)，確信對(duì)于使用處理?xiàng)l件#4)、#5)、#7)、和#9)的等離子體處理所觀察到的低C/Si比率是由于通過等離子體處理從疏水性表面214去除了 CHx，從而形成親水性表面214’。但是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用處理?xiàng)l件#8)的等離子體處理并不明顯改變C/Si比率。這個(gè)結(jié)果被認(rèn)為是由于與在使用處理?xiàng)l件#4)、#5)、#7)、和#9)的等離子體處理中將SiCOH低k材料暴露于H離子和NHx (x ( 3)離子相比，在使用處理?xiàng)l件#8)的等離子體中將SiCOH低k材料暴露于NHx (χ彡3)自由基和H自由基。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，疏水性表面214對(duì)于Ru金屬覆蓋層沉積是優(yōu)選的，因?yàn)槠淠軌驅(qū)崿F(xiàn)并增強(qiáng)在Cu金屬和對(duì)于Ru金屬沉積具有短潛伏期的其他金屬上的選擇性的Ru金屬覆蓋層沉積。圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的Ru金屬沉積在處理過的低k材料上相對(duì)于在 Cu金屬上的選擇性。在上面參考圖IA描述了不同的處理?xiàng)l件。在每個(gè)處理過程之后，原位沉積Ru金屬膜，而不將處理過的低k材料暴露于空氣。為了比較，Ru金屬膜還沉積在通過離子化物理氣相沉積(IPVD)形成于300mm的Si晶片上的Cu金屬膜上。所有的Ru金屬膜都是使用包含Ru3O (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO載氣的處理氣體在熱CVD處理(無等離子體) 中沉積的。在190°C的襯底溫度下將Si晶片暴露于處理氣體持續(xù)60秒，以在Cu金屬膜上形成具有4-5nm的厚度的Ru金屬膜，而只有微量的Ru金屬形成于低k材料表面上。Cu金屬膜上的Ru金屬膜厚度可與半導(dǎo)體器件中的Cu通路和金屬化層上的Ru金屬覆蓋層中可以使用的厚度相當(dāng)。在圖IB中，根據(jù)等式(1)計(jì)算Ru金屬CVD選擇性(Sku)Sku= (Rucu-Ru 低 k)/Rucu(1)其中，Ruai表示Cu金屬膜上沉積的Ru金屬的量，Rutek表示低k材料上所沉積的 Ru金屬的量。根據(jù)等式(1)，等于1的選擇性表示相對(duì)于在低k材料上，Ru金屬理想的選擇性沉積在Cu金屬膜上，等于0的選擇性表示Ru金屬在Cu金屬上和在低k材料上無選擇性的沉積。通過X射線熒光光譜分析(XRF)異位測(cè)量RUa^PRUiSk。美國(guó)專利7，270，848 和美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/853，393(代理案號(hào)No. TTCA-227)和No. 12/018，074(代理案號(hào) No. TTCA-256)中描述了使用Ru3O(CO)12和CO載氣的Ru金屬沉積處理的示例。上述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。再參考表1，圖IB示出了對(duì)于只脫氣的低k材料、在H2氣中熱處理(無等離子體) 的或在高氣壓下在NH3中等離子體處理的低k材料，Ru金屬沉積選擇性最高。相比之下，對(duì)于使用處理?xiàng)l件#4)、#5)、#7)、和#9)所等離子體處理的低k材料，Ru金屬沉積選擇性顯著減小。總之，圖IA和IB中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出高C/Si比率與高Ru金屬沉積選擇性相關(guān)。盡管只脫氣的低k材料顯示出良好的Ru金屬沉積選擇性，但是僅脫氣對(duì)于去除Cu通路上所形成的氧化Cu沒有效果。但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在高氣壓下用NH3U S3)自由基和H自由基加工(處理)圖案化襯底的方法從Cu通路去除了氧化Cu，并提供極好的在 Cu通路上的Ru金屬沉積選擇性。本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于在包含低k材料的圖案化襯底上的處理過的金屬表面(例如，Cu金屬)上高度選擇性地沉積Ru金屬膜的方法。圖案化襯底可以包括在低k電介質(zhì)材料中的高深寬比凹入特征，所述高深寬比凹入特征至少用Cu金屬基本填充，從而在凹入特征中形成Cu通路。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，凹入特征可以包括雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)， 所述雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)包含形成于圖案化襯底中的溝槽和過孔。過孔可以具有大于或等于約2 1的深寬比(深度/寬度)，例如，3 1、4 1、5 1、6 1、12 1、15 1、或更高。過孔可以具有約200nm或更小的寬度，例如，150nm、lOOnm、65nm、45nm、32nm、20nm或更小。但是，由于可以使用其他深寬比或過孔寬度，所以本發(fā)明的實(shí)施例不限于這些深寬比或過孔寬度。圖3A-3E示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使Ru金屬膜結(jié)合于雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)中的示意性截面示圖。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300的圖案化襯底的示意性截面示圖?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)光刻和蝕刻方法形成雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例還可以應(yīng)用于更簡(jiǎn)單或更復(fù)雜的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)和低k材料中所形成的其他類型的凹入特征。在圖3A中，雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300包括在電介質(zhì)層304中所蝕刻的凹入特征350，所述凹入特征350包括溝槽352和過孔354。此外，雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300在過孔304的底部處包括金屬化層302(例如，Cu金屬或鎢(W)金屬)。例如，電介質(zhì)層304可以包括低k電介質(zhì)材料，例如，氟硅玻璃(FSG)、摻碳氧化物、聚合物、含SiCOH低k材料、非多孔低k材料、多孔低k材料、CVD低k材料、旋涂電介質(zhì)(SOD)低k材料、或任何其他適合的電介質(zhì)材料。除了 BD II之外，可購(gòu)得其他含碳材料，包括可從Dow Chemical得到的Silk 和Cyclotene (苯并環(huán)丁烯)。盡管沒有示出，但是互連結(jié)構(gòu)300可以包括附加層，例如，溝槽蝕刻終止層、 位于電介質(zhì)層301和304之間的過孔蝕刻終止層、和使金屬化層302與電介質(zhì)層301分開的阻擋層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用由包括NH3的處理氣體在等離子體處理室中所形成的NHx (χ S3)自由基和H自由基來處理圖3A中示出的圖案化襯底。所述處理可以包括將圖案化襯底加熱到500°C以下(例如在150°C和400°C之間)的襯底溫度，還可以包括稀有氣體，例如氬(Ar)。在一個(gè)示例中，可以使用純NH3。在一個(gè)示例中，可以使用10 1 的NH3/Ar。在一個(gè)示例中，等離子體處理室中的處理氣體的氣壓大于1 Torr，例如，2I~0rr、 3Torr、或大于3Torr。在一個(gè)示例中，通過將小于100W的RF功率施加到襯底支架來在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，所述襯底支架構(gòu)造成支承襯底(晶片)。例如，RF功率可以包括90、80、70、60、50、或者甚至小于50瓦(W)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在處理過程中，選擇等離子體條件，使得抑制將襯底暴露于等離子體中所形成的離子?？梢允褂玫偷入x子體功率和高處理氣體氣壓，實(shí)現(xiàn)將襯底暴露于NHx(X^B)自由基和H自由基，但是抑制將襯底暴露于等離子體中所形成的離子。在處理之后，如圖;3B所示，可以在金屬化層302上形成第一 Ru金屬覆蓋層312。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一 Ru金屬覆蓋層312可以選擇性的沉積在金屬化層302上。 例如，可以在將圖案化襯底加熱到100°C到300°C之間的襯底溫度時(shí)沉積第一 Ru金屬覆蓋層312?？梢允褂冒琑u3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體在TCVD處理中沉積第一 Ru金屬覆蓋層312。在一個(gè)示例中，第一 Ru金屬覆蓋層312的平均厚度可以在2埃(1埃 =I(TiciHi)和 100 埃之間，例如，約 2、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、或 100 埃。但是， 本發(fā)明的實(shí)施例不限于這些厚度，可以形成并利用更厚的第一 Ru金屬覆蓋層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在金屬化層302上第一 Ru金屬覆蓋層312的表面覆蓋不完全，具有暴露出金屬化層 302的間隙。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以在同一處理室中執(zhí)行處理和第一 Ru金屬膜的沉積。可選的，可以在不同的處理室中執(zhí)行處理和Ru金屬膜沉積。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以從圖:3B中所示的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300省略第一 Ru金屬覆蓋層312。圖3C示意性的示出了阻擋層318形成于凹入特征350中，平坦化Cu通路322形成于凹入特征350中的阻擋層318上。通過用塊體Cu金屬填充凹入部分350并使用平坦化工藝(例如，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝)去除過量的Cu金屬，可以形成平坦化Cu通路 322。如圖3C示意性所示，平坦化處理還從低k電介質(zhì)區(qū)域314去除阻擋層318。塊體Cu 金屬沉積工藝是電路制造領(lǐng)域的普通技術(shù)人員眾所周知的，例如，可以包括電化學(xué)鍍工藝或無電鍍工藝。此外，CMP工藝是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員眾所周知的。盡管圖3C中只示出了單一 Cu通路322，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體器件包括多個(gè)Cu通路322。例如，阻擋層318可以包括含鉭(Ta)材料(例如，Ta、TaC, TaN、或I1aCru或其組合)、含鈦(Ti)材料(例如，Ti、TiN、或其組合)、或含鎢(W)材料(例如，W、WN、或其組合)。在一個(gè)示例中，阻擋層318可以包括使用交替暴露于叔戊基亞胺-三(二甲基氨基) 鉭(Ta(NC(CH3)2C2H5) (N(CH3)2)3)和H2來在等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)系統(tǒng)中沉積的TaCN。在另一示例中，阻擋層318可以包括形成于含Ta層上或含Ti層上的Ru金屬層， 例如，Ru/TaN、Ru/TaCN、Ru/TiN、或Ru/TiCN。在另一示例中，阻擋層318可以包括Ru和含 Ta材料的混合物或者Ru和含Ti材料的混合物，例如，RuTaN, RuTaCN, RuTiN、或RuTiCN。繼續(xù)參考圖3C，低k電介質(zhì)區(qū)域314包括殘余物317和形成于Cu通路322上的氧化銅層315。殘余物317和氧化銅層315可以是通過CMP工藝形成的。殘余物317可以包括作為CMP工藝中通常使用的化學(xué)劑的苯并三嗪(BTA)。根據(jù)另一實(shí)施例，在圖3C中的結(jié)構(gòu)中可以不具有殘余物317、不具有氧化銅層315、或不具有殘余物317與氧化銅層315兩者ο根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成圖3C中的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)300之后，用由包含 NH3的處理氣體在等離子體中所產(chǎn)生的NHx(X^B)自由基和H自由基，處理平坦化塊體Cu 通路322和低k電介質(zhì)區(qū)域314。圖3D中示出了產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。所述處理可以包括將圖案化襯底加熱到500°C以下(例如，在150°C和400°C之間)的襯底溫度，還可以包括稀有氣體， 例如氬(Ar)。在一個(gè)示例中，可以使用純NH3。在一個(gè)示例中，可以使用10 1的NH3/Ar混合物。在一個(gè)示例中，等離子體處理室中的處理氣體的氣壓大于lTorr，例如，Zhrrdl^rr、 或大于3Torr。在另一示例中，通過將小于100W的RF功率施加到襯底支架，來在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，所述襯底支架構(gòu)造成支承襯底(晶片)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在處理過程中，選擇等離子體條件，從而抑制將襯底暴露于等離子體中所形成的離子。使用低等離子體功率和高處理氣體氣壓，實(shí)現(xiàn)將襯底暴露于NHx (χ S3)自由基和H自由基，但是避免將襯底暴露于等離子體中所形成的離子。在處理之后，如圖3E所示，第二 Ru金屬覆蓋層3M被選擇性地沉積在處理過的平坦化Cu通路322上。例如，可以在將圖案化襯底加熱到100°C與300°C之間的襯底溫度的情況下，沉積第二 Ru金屬覆蓋層324?？梢允褂冒琑u3(CO)12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體在TCVD處理中沉積第二 Ru金屬覆蓋層324。在一個(gè)示例中，第二 Ru金屬覆蓋層 324的平均厚度可以在2埃(1埃=I(Ticim)和100埃之間，例如，約2、5、10、15、20、30、40、 50、60、70、80、90、或100埃。但是，本發(fā)明的實(shí)施例不限于這些厚度，可以形成并利用更厚的第二 Ru金屬覆蓋層324。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在Cu通路322上第二 Ru金屬覆蓋層324的表面覆蓋可以不完全，具有暴露出平坦化Cu通路322的間隙。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以在同一處理室中執(zhí)行處理和Ru金屬膜沉積?？蛇x的，可以在不同的處理室中執(zhí)行處理和Ru金屬膜沉積。
在第二 Ru金屬覆蓋層選擇性地沉積在Cu通路322上之后，進(jìn)一步處理圖3E中所示的部分地制造的半導(dǎo)體器件。圖3F示出了沉積在第二 Ru金屬覆蓋層3M上和低k電介質(zhì)區(qū)域314上的共形覆蓋層326。例如，覆蓋層3 可以包括氮化硅或碳氮化硅。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在沉積覆蓋層3 之前，可以在存在H2、&、或NH3、或其組合的情況下，在將圖案化襯底加熱到150°C和400°之間的襯底溫度時(shí)，以等離子體處理或非等離子體處理來處理第二 Ru金屬覆蓋層3 和低k電介質(zhì)區(qū)域314。在一個(gè)示例中，可以用如上所述的NHx (x^ 3)自由基和H自由基處理第二 Ru金屬覆蓋層3M和低k電介質(zhì)區(qū)域314。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于處理襯底的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖。 等離子體處理系統(tǒng)400包括處理室410，所述處理室410具有構(gòu)造成支承襯底425的襯底支架420。處理室410還包括上部組件430，所述上部組件430連接到處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)440 和吹掃氣體供應(yīng)系統(tǒng)442。此外，等離子體處理系統(tǒng)400包括襯底溫度控制系統(tǒng)460，所述襯底溫度控制系統(tǒng)460連接到襯底支架420，并被構(gòu)造成升降控制襯底425的溫度。繼續(xù)參考圖4，等離子體處理系統(tǒng)400可以被構(gòu)造成處理200mm的襯底、300mm的襯底、或更大尺寸的襯底。事實(shí)上，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到的，可以考慮將沉積系統(tǒng)構(gòu)造成處理襯底、晶片或LCD，而無論其尺寸多少。因此，雖然將結(jié)合對(duì)半導(dǎo)體襯底的處理來描述的本發(fā)明的多個(gè)方面，但是本發(fā)明并不僅限于此。處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)440被構(gòu)造成用于將處理氣體引導(dǎo)到處理室410。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，處理氣體可以包括NH3、或者NH3和稀有氣體。此外，吹掃氣體供應(yīng)系統(tǒng)442可以被構(gòu)造成將吹掃氣體引導(dǎo)到處理室410。繼續(xù)參考圖4，等離子體處理系統(tǒng)400包括等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)451，所述等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)451被構(gòu)造成在將處理氣體引導(dǎo)到處理室410的過程的一部分過程中產(chǎn)生等離子體。等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)451可以包括第一功率源450，所述第一功率源450連接到處理室 410，并構(gòu)造成將功率耦合到處理室410。第一功率源450可以是可變功率源，可以包括射頻(RF)發(fā)生器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，還可以包括電極，RF功率通過所述電極耦合到處理室410 中的等離子體。電極可以形成于上部組件430中，并且電極可以構(gòu)造成與襯底支架420相對(duì)。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)造成，通過使匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗與處理室(包括電極和等離子體)的輸入阻抗相匹配，來優(yōu)化將來自RF發(fā)生器的RF功率傳輸?shù)降入x子體。例如，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用于通過減小反射功率，來改進(jìn)將RF功率傳輸?shù)教幚硎?10中的等離子體。匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?例如，L型、π型、T型等)和自動(dòng)控制方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的?？蛇x的，第一功率源450可以包括RF發(fā)生器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，還可以包括天線 (例如電感線圈)，RF功率通過所述天線耦合到處理室410中的等離子體。例如，天線可以包括例如電感耦合等離子體源或螺旋波源中的螺旋或螺線線圈，或者例如，天線可以包括像在變換耦合等離子體源中那樣的扁平線圈?？蛇x的，第一功率源450可以包括微波頻率發(fā)生器，還可以包括微波天線和微波窗，由此微波功率耦合到處理室410中的等離子體。使用電子回旋共振(ECR)技術(shù)可以完成微波功率的耦合，或者可以使用表面波等離子體技術(shù)來利用微波功率的耦合，例如開槽平面天線(SPA),如題為"Plasma processing apparatus for etching, ashing, and film-formation”的美國(guó)專利No. 5，024，716中所描述的；所述專利的內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，等離子體處理系統(tǒng)400包括襯底偏壓產(chǎn)生系統(tǒng)453，所述襯底偏壓產(chǎn)生系統(tǒng)453被構(gòu)造成，在至少部分的將處理氣體引導(dǎo)到處理室410的過程中， 通過對(duì)襯底支架420加偏壓來產(chǎn)生或輔助產(chǎn)生等離子體446。襯底偏壓產(chǎn)生系統(tǒng)453可以包括襯底功率源452，所述襯底功率源452連接到處理室410，并被構(gòu)造成將功率耦合到襯底425。襯底功率源452可以包括RF發(fā)生器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，還可以包括電極，RF功率通過所述電極耦合到襯底425。電極可以形成于襯底支架420中。例如，可以通過將來自RF 發(fā)生器(未示出)的RF功率經(jīng)過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)傳輸?shù)揭r底支架420，來以RF電壓對(duì)襯底支架420施加電偏壓。RF偏壓的通常頻率可以在從約0. IMHz到約IOOMHz的范圍內(nèi)變化，可以是13. 56MHz。用于等離子體處理的RF偏壓系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。 可選的，在多個(gè)頻率下將RF功率施加到襯底支架電極。盡管等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)451和襯底偏壓產(chǎn)生系統(tǒng)453在圖4中示出為獨(dú)立的實(shí)體，但是其實(shí)際上可以包括連接到襯底支架420的一個(gè)或多個(gè)功率源。繼續(xù)參考圖4，等離子體處理室400包括襯底溫度控制系統(tǒng)460，所述襯底溫度控制系統(tǒng)460連接到襯底支架420，并升降控制襯底425的溫度。襯底溫度控制系統(tǒng)460包括溫度控制元件，例如包括再循環(huán)冷卻液流的冷卻系統(tǒng)，所述再循環(huán)冷卻液流從襯底支架420 接收熱量并將熱量傳輸?shù)綗峤粨Q系統(tǒng)(未示出)，或者在加熱時(shí)，傳輸來自熱交換系統(tǒng)的熱量。此外，溫度控制元件可以包括加熱/冷卻元件，例如，電阻加熱元件、或熱電加熱器/冷卻器，所述加熱/冷卻元件可以被包含在襯底支架420中、被包含在處理室410的室壁中、 以及等離子體處理系統(tǒng)400內(nèi)的任何其他組件中。為了改進(jìn)襯底425和襯底支架420之間的熱傳輸，襯底支架420可以包括機(jī)械夾緊系統(tǒng)或電夾緊系統(tǒng)(例如靜電夾緊系統(tǒng))，以將襯底425固定到襯底支架420的上表面。 此外，襯底支架420還可以包括襯底背側(cè)氣體輸送系統(tǒng)，所述襯底背側(cè)氣體輸送系統(tǒng)被構(gòu)造成將氣體引導(dǎo)到襯底425的背側(cè)，以提高襯底425和襯底支架420之間的氣隙熱導(dǎo)率。當(dāng)需要在提高或降低的溫度下對(duì)襯底溫度控制時(shí)，可以利用上述系統(tǒng)。例如，襯底背側(cè)氣體系統(tǒng)可以包括兩區(qū)氣體分布系統(tǒng)，其中，在襯底425的中心和邊緣之間可以獨(dú)立地改變氦氣間隙壓力。此外，處理室410還可以通過導(dǎo)管438連接到壓力控制系統(tǒng)432，所述壓力控制系統(tǒng)432包括真空泵系統(tǒng)434和閥436，其中壓力控制系統(tǒng)432構(gòu)造成可控制地將處理室410 排空到適合于處理襯底425的壓力。真空泵系統(tǒng)434可以包括能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)約5000升每秒(和更大)的泵送速度的渦輪分子泵(TMP)或低溫泵，閥436可以包括用于調(diào)節(jié)室壓力的閘閥。此外，用于監(jiān)視室壓力的設(shè)備(未示出)可以連接到處理室410。例如，壓力測(cè)量系統(tǒng)可以是絕對(duì)容量壓力計(jì)。繼續(xù)參考圖4，控制器470可以包括微處理器、存儲(chǔ)器、和數(shù)字輸入/輸出端口，所述數(shù)字輸入/輸出端口能夠產(chǎn)生足以通信和激活對(duì)處理系統(tǒng)400的輸入以及監(jiān)視來自等離子體處理系統(tǒng)400的輸出的控制電壓。此外，控制器470可以與處理室410、襯底支架420、 上部組件430、處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)440、吹掃氣體供應(yīng)系統(tǒng)442、第一功率源450、襯底功率源 452、襯底溫度控制系統(tǒng)460、和壓力控制系統(tǒng)432連接并交換信息。例如，可以利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序，根據(jù)處理流程來激活等離子體處理系統(tǒng)的上述組件的輸入，以執(zhí)行處理過程。
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但是，控制器470可以實(shí)現(xiàn)為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)于執(zhí)行存儲(chǔ)器中所包括的一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成的序列的處理器，執(zhí)行本發(fā)明的基于微處理器的處理步驟中的一部分或全部。上述指令可以從另一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，硬盤或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器)讀入控制器存儲(chǔ)器中。多處理配置中的一個(gè)或多個(gè)處理器可以用作控制器微處理器，以執(zhí)行主存儲(chǔ)器中所包括的指令的序列。在可選實(shí)施例中，硬連線電路可以用于代替軟件指令，或與軟件指令一起使用。因此，實(shí)施例不限于硬件電路和軟件的任意具體組合?？刂破?70包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器(例如，控制器存儲(chǔ)器)，用于保存根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所編程的指令，和用于容納執(zhí)行本發(fā)明所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄、或其他數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例是光盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光盤、PR0M(EPR0M、 EEPR0M、閃存EPR0M)、DRAM、SRAM、SDRAM、或任何其他磁性介質(zhì)、光盤(例如，CD-ROM)、或任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、或具有孔的圖案的其他物理介質(zhì)、載波(下面描述)、或計(jì)算機(jī)可讀的任何其他介質(zhì)。本發(fā)明包括存儲(chǔ)在任何一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的組合上的軟件， 所述軟件用于控制控制器470、用于驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，和/或用于使得控制器能夠與人類用戶交互。上述軟件可以包括但不限于設(shè)備驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具、和應(yīng)用軟件。上述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還包括本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于執(zhí)行在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)所執(zhí)行的全部或一部分(如果分布處理)的處理。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)編碼設(shè)備可以是任何可解釋或可執(zhí)行的編碼機(jī)制，包括但不限于腳本、可解釋程序、動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)、Java類、和完全可執(zhí)行程序。此外，為了更好的性能、 可靠性和/或成本，本發(fā)明的一部分的處理可以分布處理。在此所使用的術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”表示參與為執(zhí)行而向控制器470的處理器提供指令的任何介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以采取很多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)、和傳輸介質(zhì)。例如，非易失性介質(zhì)包括光盤、磁盤、和磁光盤，例如硬盤或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如主存儲(chǔ)器。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的各種形式可以參與為執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的處理器的一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成的序列。 例如，指令可以最初記錄在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤上。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以將用于實(shí)現(xiàn)全部或一部分的本發(fā)明的指令遠(yuǎn)程載入動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中，并通過網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送到控制器470?？刂破?70可以相對(duì)于等離子體處理系統(tǒng)400位于本地，或者其可以相對(duì)于等離子體處理系統(tǒng)400處于遠(yuǎn)程。例如，控制器470可以使用直接連接、局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和無線連接中的至少一種與等離子體處理系統(tǒng)400交換數(shù)據(jù)?？刂破?70可以連接到例如客戶站點(diǎn)(即，器件制造商等)處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或者其可以連接到例如供應(yīng)商站點(diǎn)(即，裝備制造商) 處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。此外，例如，控制器470可以連接到互聯(lián)網(wǎng)。此外，例如，另一計(jì)算機(jī)(即，控制器、服務(wù)器等)可以通過直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)中的至少一種訪問控制器470以交換數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣可以理解，控制器470可以通過無線連接與等離子體處理系統(tǒng) 400交換數(shù)據(jù)。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于由Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體沉積Ru 金屬膜的熱化學(xué)氣相沉積(TCVD)系統(tǒng)1的示意圖。沉積系統(tǒng)1包括處理室10，所述處理室 10具有構(gòu)造成支承圖案化襯底25的襯底支架20，Ru金屬膜形成于所述圖案化襯底25上。處理室10通過氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40連接到金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50。處理室10還通過導(dǎo)管36連接到真空泵系統(tǒng)38，其中，真空泵系統(tǒng)38構(gòu)造成將處理室10、氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40和金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50排空到適合于在圖案化襯底25 上形成Ru金屬膜、和適合于在金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50中蒸發(fā)Ru3 (CO)12前驅(qū)體52的壓力。繼續(xù)參考圖5，金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50構(gòu)造成存儲(chǔ)Ru3(CO)12前驅(qū)體52、將 Ru3(CO)12前驅(qū)體52加熱到足以蒸發(fā)Ru3(CO)12前驅(qū)體52的溫度、并將Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣引導(dǎo)到氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40。在金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50中在所選擇的加熱條件下， Ru3 (CO) 12前驅(qū)體52是固體。為了實(shí)現(xiàn)用于使固體Ru3 (CO) 12前驅(qū)體52升華的期望溫度，金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50連接到蒸發(fā)溫度控制系統(tǒng)M，所述蒸發(fā)溫度控制系統(tǒng)M被構(gòu)造成控制蒸發(fā)溫度。例如，可以將Ru3(CO)12前驅(qū)體52的溫度提升到約40°C到約150°C之間?？蛇x的， 蒸發(fā)溫度可以維持在約60°C到約90°C。當(dāng)加熱Ru3 (CO) 12前驅(qū)體52以引起升華時(shí)，含CO氣體越過或經(jīng)過Ru3 (CO) 12前驅(qū)體52，以在Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣形成時(shí)將其捕獲。含CO氣體包括CO和可選擇的惰性載氣，例如隊(duì)、或稀有氣體(即，He、Ne、Ar、Kr、或Xe)、或其組合。 在存在CO氣體的情況下蒸發(fā)Ru3 (CO) 12前驅(qū)體可以減小如下問題將Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣輸送到圖案化襯底受到限制。已經(jīng)表明，在Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣形成時(shí)將CO氣體加入到 Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣使得能夠提高蒸發(fā)溫度。提高的溫度增大了 Ru3(CO)12前驅(qū)體的蒸氣壓，促進(jìn)了將Ru3(CO)12前驅(qū)體輸送到處理室，并因此增大Ru金屬膜在圖案化襯底25上的沉積率。美國(guó)專利7，270，848中描述了，使用CO氣體來減少在將Ru3(CO) 12前驅(qū)體輸送到處理室10之前在氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40中Ru3(CO)12前驅(qū)體的過早分解，已經(jīng)表明會(huì)促進(jìn)將Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣有效傳輸?shù)教幚硎襾沓练eRu金屬膜，該專利的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。在一個(gè)示例中，金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50可以是構(gòu)造為有效蒸發(fā)和傳輸Ru3(CO)12 蒸氣的多盤蒸發(fā)系統(tǒng)。2004年11月四日遞交的題為“Multi-Tray Film Precursor Evaporation System and Thin Film Deposition System Incorporating Same，，白勺美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/998, 420中描述了示例性的多盤蒸發(fā)系統(tǒng)。例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)60連接到金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50，例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)60構(gòu)造成將C0、載氣、或其混合物，通過供給管線61供應(yīng)到Ru3(CO)12前驅(qū)體52下方，或者通過供給管線62供應(yīng)到Ru3(CO)12前驅(qū)體52上方。此外，氣體供應(yīng)系統(tǒng)60在金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50的下游連接到前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40，以在Ru3 (CO) 12前驅(qū)體52的蒸氣進(jìn)入氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40時(shí)或之后，將氣體通過供給管線63供應(yīng)到Ru3(CO)12前驅(qū)體52的蒸氣。此外， 在將圖案化襯底25暴露于Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體之前，可以利用供給管線63，來用包含CO氣體的預(yù)處理氣體預(yù)處理圖案化襯底25，以使圖案化襯底25的暴露表面充滿吸附的⑶。盡管沒有示出，但是氣體供應(yīng)系統(tǒng)60可以包括載氣源、CO氣體源、一個(gè)或多個(gè)控制閥、一個(gè)或多個(gè)過濾器、和質(zhì)量流量控制器。例如，含CO氣體的流率可以在約0. 1標(biāo)況立方厘米每分鐘(Sccm)和約IOOOsccm之間。可選的，含CO氣體的流率可以在約IOsccm和約500sccm之間。可選的，含CO氣體的流率可以在約50sccm和約200scmm之間。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，含CO氣體的流率可以在從約0. Isccm到約lOOOsccm的范圍內(nèi)變化?？蛇x的，含CO氣體的流率可以在約Isccm和約500sccm之間。在金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)50的下游，包含Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體流過氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40，直到處理氣體通過連接到處理室10的蒸氣分配系統(tǒng)30進(jìn)入處理室10。氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40可以連接到蒸氣管線溫度控制系統(tǒng)42，以控制蒸氣管線溫度，并防止Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣分解，以及防止Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣冷凝。例如，氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)可以保持在50°C和100°C之間的溫度。繼續(xù)參考圖5，蒸氣分配系統(tǒng)30形成處理室10的一部分并連接到處理室，蒸氣分配系統(tǒng)30包括蒸氣分配充氣室32，蒸氣在通過蒸氣分配板34并進(jìn)入圖案化襯底25上方的處理區(qū)域33之前分散在所述蒸氣分配充氣室32中。此外，蒸氣分配板34可以連接到分配板溫度控制系統(tǒng)35，所述分配板溫度控制系統(tǒng)35構(gòu)造成控制蒸氣分配板34的溫度。一旦包含Ru3(CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體進(jìn)入處理室10的處理區(qū)域 33，則由于圖案化襯底25的提高的溫度，Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣在襯底表面處吸附時(shí)發(fā)生熱分解，而在圖案化襯底25上形成Ru金屬膜。襯底支架20構(gòu)造成依靠將襯底支架20連接到襯底溫度控制系統(tǒng)22來提升圖案化襯底25的溫度。例如，襯底溫度控制系統(tǒng)22可以構(gòu)造成將圖案化襯底25的溫度提升到高達(dá)約500°C。此外，處理室10可以連接到室溫度控制系統(tǒng)12，所述室溫度控制系統(tǒng)12構(gòu)造成控制室壁的溫度。繼續(xù)參考圖5，沉積系統(tǒng)1還可以包括控制系統(tǒng)80，所述控制系統(tǒng)80構(gòu)造成操作并控制沉積系統(tǒng)1的運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)80連接到處理室10、襯底支架20、襯底溫度控制系統(tǒng)22、室溫度控制系統(tǒng)12、蒸氣分配系統(tǒng)30、氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)40、金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng) 50、和氣體供應(yīng)系統(tǒng)60。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于由Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體沉積Ru 金屬膜的另一 TCVD系統(tǒng)的示意圖。沉積系統(tǒng)100包括處理室110，所述處理室110具有構(gòu)造成支承圖案化襯底125的襯底支架120，Ru金屬膜形成于所述圖案化襯底125上。處理室 110連接到前驅(qū)體輸送系統(tǒng)105，所述前驅(qū)體輸送系統(tǒng)105具有金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)150和氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140，所述金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)150構(gòu)造成存儲(chǔ)和蒸發(fā)Ru3(CO)12前驅(qū)體152，所述氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140構(gòu)造成將Ru3(CO)12前驅(qū)體的蒸氣傳輸?shù)教幚硎?10。處理室110包括上部室部分111、下部室部分112、和排氣室113。開口 114形成于下部室部分112內(nèi)，下部室部分112在所述開口 114處與排氣室113連接。繼續(xù)參考圖6，襯底支架120提供了用以支承待處理的圖案化襯底(晶片)125的水平表面。襯底支架120可以由圓柱支承構(gòu)件122支承，所述圓柱支承構(gòu)件122從排氣室 113的下部向上延伸。此外，襯底支架122包括加熱器126，所述加熱器1 連接到襯底支架溫度控制系統(tǒng)128。例如，加熱器1 可以包括一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件?？蛇x的，例如， 加熱器126可以包括輻射加熱系統(tǒng)，例如鎢鹵素?zé)?。襯底支架溫度控制系統(tǒng)1 可以包括用于為一個(gè)或多個(gè)加熱元件提供功率的功率源、用于測(cè)量襯底溫度或襯底支架溫度或上述兩者的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器、和控制器，所述控制器構(gòu)造成執(zhí)行對(duì)圖案化襯底125或襯底支架120的溫度進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)整、或控制中的至少一種。在處理過程中，加熱的圖案化襯底125可以使Ru3 (CO) 12前驅(qū)體熱分解，并使得Ru 金屬膜能夠沉積在圖案化襯底125上。將襯底支架120加熱到適合于將期望的Ru金屬膜沉積在圖案化襯底125上的預(yù)定溫度。此外，連接到室溫度控制系統(tǒng)121的加熱器(未示
15出)可以嵌入處理室110的壁中，以將室壁加熱到預(yù)定溫度。加熱器可以將處理室100的壁的溫度維持在從約40°C到約150°C，或從約40°C到約80°C。壓力計(jì)(未示出)用于測(cè)量處理室壓力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，處理室壓力可以在約ImTorr和約500mTorr之間?？蛇x的，處理室壓力可以在約IOmTorr和IOOmTorr之間。同樣在圖6中示出，蒸氣分配系統(tǒng)130連接到處理室110的上部室部分111。蒸氣分配系統(tǒng)130包括蒸氣分配板131，所述蒸氣分配板131構(gòu)造成將來自蒸氣分配充氣室132 的前驅(qū)體蒸氣通過一個(gè)或多個(gè)孔134引導(dǎo)到圖案化襯底125上方的處理區(qū)域133。此外，在上部室部分111中設(shè)置開口 135，用于將來自氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140的包含Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體引導(dǎo)到蒸氣分配充氣室132中。此外，設(shè)置溫度控制元件136(例如，構(gòu)造成流入冷卻的或加熱的流體的同心流體通道)，用于控制蒸氣分配系統(tǒng)130的溫度，從而防止蒸氣分配系統(tǒng)130內(nèi)部的Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣分解或冷凝。例如，可以從蒸氣分配溫度控制系統(tǒng)138將流體(例如水)供應(yīng)到流體通道。蒸氣分配溫度控制系統(tǒng)138可以包括流體源、熱交換器、用于測(cè)量流體溫度或蒸氣分配板溫度或上述兩者的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器、和控制器，所述控制器構(gòu)造成將蒸氣分配板131的溫度控制在從約20°C到約150°C。對(duì)于Ru3(CO)12前驅(qū)體，蒸氣分配板131的溫度可以保持在或高于約65°C的溫度，以避免在蒸氣分配板131上前驅(qū)體冷凝。如圖6中所示，金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)150構(gòu)造成保持Ru3(CO) 12前驅(qū)體152，并通過提升Ru3 (CO)12前驅(qū)體的溫度來使Ru3 (CO)12前驅(qū)體152蒸發(fā)(或升華)。術(shù)語“汽化”、“升華”和“蒸發(fā)”在此可替換的使用，以表示總體由固體或液體前驅(qū)體形成蒸汽(氣體)，而不考慮該轉(zhuǎn)變是例如從固體到液體到氣體、從固體到氣體、或是從液體到氣體。提供前驅(qū)體加熱器154，用于加熱Ru3 (CO) 12前驅(qū)體，以使Ru3 (CO) 12前驅(qū)體保持在產(chǎn)生Ru3 (CO) 12前驅(qū)體 152的期望的蒸氣壓的溫度。前驅(qū)體加熱器1 連接到蒸發(fā)溫度控制系統(tǒng)156，所述蒸發(fā)溫度控制系統(tǒng)156構(gòu)造成控制Ru3(CO)12前驅(qū)體152的溫度。例如，前驅(qū)體加熱器IM可以構(gòu)造成將Ru3(CO)12前驅(qū)體152的溫度調(diào)整到從約40°C到約150°C，或從約60°C到約90°C。當(dāng)加熱Ru3(CO)12前驅(qū)體152以引起蒸發(fā)(或升華)時(shí)，含CO氣體越過或經(jīng)過 Ru3(CO) 12前驅(qū)體152，以在Ru3(CO) 12前驅(qū)體蒸氣形成時(shí)捕獲Ru3(CO) 12前驅(qū)體蒸氣。含CO 氣體包括CO和可選擇的惰性載氣，例如N2、或稀有氣體(即，He、Ne、Ar、Kr、Xe)。例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)160連接到金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)150，例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)160構(gòu)造成使CO氣體流動(dòng)經(jīng)過或流動(dòng)穿過Ru3(CO)12前驅(qū)體152。盡管在圖6中沒有示出，但是氣體供應(yīng)系統(tǒng) 160也可以連接到氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140，以在Ru3(CO)12前驅(qū)體152的蒸氣進(jìn)入氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140時(shí)或之后將CO氣體供應(yīng)到Ru3(CO)12前驅(qū)體152的蒸氣，以例如在將圖案化襯底125暴露于包含Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的處理氣體之前，用包含CO氣體的預(yù)處理氣體預(yù)處理圖案化襯底125，以使圖案化襯底125的暴露表面充滿吸附的CO。氣體供應(yīng)系統(tǒng)160可以包括氣體源161，一個(gè)或多個(gè)控制閥162、一個(gè)或多個(gè)過濾器164、和質(zhì)量流量控制器165，所述氣體源161包括惰性載氣、CO氣體、或其混合物。例如， 含CO氣體的質(zhì)量流率可以在從約0. Isccm到約lOOOsccm的范圍內(nèi)。此外，設(shè)置傳感器166，用于測(cè)量來自金屬前驅(qū)體蒸發(fā)系統(tǒng)150的總氣流量。例如， 傳感器166可以包括質(zhì)量流量控制器，可以使用傳感器166和質(zhì)量流量控制器165確定輸送到處理室110的Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣的量?？蛇x地，傳感器166可以包括用以測(cè)量流到
16處理室110的氣流中Ru3(CO)12前驅(qū)體的濃度的光吸收傳感器。旁路管線167可以位于傳感器166的下游，旁路管線167可以將氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140連接到排氣管線116。提供旁路管線167用于排空氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140，和用于使將Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體向處理室110的供應(yīng)穩(wěn)定。此外，在旁路管線167上設(shè)置位于氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140的分支的下游的旁路閥168。繼續(xù)參考圖6，氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140包括分別具有第一和第二閥141和142的高流導(dǎo)蒸氣管線。此外，氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140還可以包括蒸氣管線溫度控制系統(tǒng)143， 所述蒸氣管線溫度控制系統(tǒng)143構(gòu)造成通過加熱器(未示出)加熱氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng) 140。可以控制蒸氣管線的溫度，以避免在蒸氣管線中Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣的冷凝。蒸氣管線的溫度可以從約20°C到約100°C，或從40°C到約90°C。此外，可以從氣體供應(yīng)系統(tǒng)190供應(yīng)CO氣體。例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)190連接到氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140，例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)190構(gòu)造成，例如在閥141的下游在氣相前驅(qū)體輸送系統(tǒng)140中，用包含CO氣體、或額外的CO氣體與Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣的混合物的預(yù)處理氣體預(yù)處理圖案化襯底125。氣體供應(yīng)系統(tǒng)190可以包括CO氣體源191、一個(gè)或多個(gè)控制閥192、一個(gè)或多個(gè)過濾器194、和質(zhì)量流量控制器195。例如，CO氣體的質(zhì)量流率可以在從約0. Isccm到約IOOOsccm的范圍內(nèi)變化。通過控制器196控制質(zhì)量流量控制器165和195、閥162、192、168、141和142，所述控制器196控制惰性載氣、CO氣體和Ru3(CO)12前驅(qū)體蒸氣的供應(yīng)、切斷和流動(dòng)。傳感器 166也連接到控制器196，根據(jù)傳感器166的輸出，控制器196可以通過質(zhì)量流量控制器165 控制載氣流，以獲得流到處理室110的期望的Ru3(CO)12前驅(qū)體流。如圖6所示，排氣管線116將排氣室113連接到真空泵系統(tǒng)118。使用真空泵119， 以將處理室110排空到期望的真空度，并在處理過程中從處理室110去除氣態(tài)物質(zhì)?？梢耘c真空泵119串聯(lián)地使用自動(dòng)壓力控制器(APC) 115和捕集器117。真空泵119可以包括能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)500升每秒(或更大)的泵送速度的渦輪分子泵(TMP)?？蛇x的，真空泵119 可以包括干式粗抽泵。在處理過程中，可以將處理氣體引導(dǎo)到處理室110中，可以通過APC 115調(diào)節(jié)室壓。APC 115可以包括蝶型閥或閘閥。捕集器117可以從處理室110收集未反應(yīng)的Ru3(CO) 12前驅(qū)體材料和副產(chǎn)物。再參考處理室110中的襯底支架120，如圖6所示，提供三個(gè)襯底升降銷127(只示出了兩個(gè))，用于保持、升高、和降低圖案化襯底125。襯底升降銷127連接到板123，并且可以被降低到低于襯底支架120的上表面。例如，使用氣缸的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1 提供用于升高和降低板123的裝置。圖案化襯底125可以經(jīng)由自動(dòng)傳送系統(tǒng)(未示出)通過閥200和室饋通通路202被傳送進(jìn)出處理室110，并被襯底升降銷127所接收。一旦從傳送系統(tǒng)接收到圖案化襯底125，可以降低襯底升降銷127來將圖案化襯底125降低到襯底支架120的上表 繼續(xù)參考圖6，沉積系統(tǒng)180包括微處理器、存儲(chǔ)器、和數(shù)字輸入/輸出端口，所述數(shù)字輸入/輸出端口能夠產(chǎn)生足以通信和激活沉積系統(tǒng)100的輸入以及監(jiān)視來自沉積系統(tǒng) 100的輸出的控制電壓。此外，控制器180可以與處理室110、前驅(qū)體輸送系統(tǒng)105、蒸氣分配溫度控制系統(tǒng)138、真空泵系統(tǒng)118、和襯底支架溫度控制系統(tǒng)1 連接并交換信息，所述前驅(qū)體輸送系統(tǒng)105包括控制器196、蒸氣管線溫度那個(gè)控制系統(tǒng)143、和蒸發(fā)溫度控制系統(tǒng)156。在真空泵系統(tǒng)118中，控制器180與用于控制處理室110中的壓力的APC 115連接并交換信息。可以利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序，根據(jù)所存儲(chǔ)的處理流程來控制沉積系統(tǒng) 100的上述組件?？刂破?80可以實(shí)現(xiàn)為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)于執(zhí)行存儲(chǔ)器中所包括的一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成的序列的處理器，執(zhí)行本發(fā)明的一部分或全部的基于微處理器的處理步驟。上述指令可以從另一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，硬盤或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器)讀入控制器存儲(chǔ)器中。多處理配置中的一個(gè)或多個(gè)處理器也可以用作控制器微處理器，以執(zhí)行主存儲(chǔ)器中所包括的指令的序列。在可選實(shí)施例中，硬連線電路可以用于代替軟件指令，或與軟件指令一起使用。因此，實(shí)施例不限于硬件電路和軟件的任意具體組合?？刂破?80包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器(例如，控制器存儲(chǔ)器)，用于保存根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所編程的指令，和用于容納執(zhí)行本發(fā)明所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表、記錄、或其他數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例是光盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光盤、PR0M(EPR0M、 EEPR0M、閃存EPR0M)、DRAM、SRAM、SDRAM、或任何其他磁性介質(zhì)、光盤(例如，CD-ROM)、或任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、或具有孔的圖案的其他物理介質(zhì)、載波(下面描述)、或計(jì)算機(jī)可讀的任何其他介質(zhì)。本發(fā)明包括存儲(chǔ)在任何一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的組合上的軟件， 所述軟件用于控制控制器180、用于驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，和/或用于使得控制器能夠與人類用戶交互。上述軟件可以包括但不限于設(shè)備驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具、和應(yīng)用軟件。上述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還包括本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于執(zhí)行在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)所執(zhí)行的全部或一部分(如果分布處理)的處理。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)編碼設(shè)備可以是任何可解釋或可執(zhí)行的編碼機(jī)制，包括但不限于腳本、可解釋程序、動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)、Java類、和完全可執(zhí)行程序。此外，為了更好的性能、 可靠性和/或成本，本發(fā)明的一部分的處理可以分布處理。在此所使用的術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”表示參與為執(zhí)行而向控制器180的處理器提供指令的任何介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以采取很多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)、和傳輸介質(zhì)。例如，非易失性介質(zhì)包括光盤、磁盤、和磁光盤，例如硬盤或可移動(dòng)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如主存儲(chǔ)器。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的各種形式可以參與為執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的處理器的一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成的序列。 例如，指令可以最初記錄在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤上。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以將用于實(shí)現(xiàn)全部或一部分的本發(fā)明的指令遠(yuǎn)程載入動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中，并通過網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送到控制器180?？刂破?80可以相對(duì)于沉積系統(tǒng)100位于本地，或者控制器180可以相對(duì)于沉積系統(tǒng)100處于遠(yuǎn)程。例如，控制器180可以使用直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和無線連接中的至少一種與沉積系統(tǒng)100交換數(shù)據(jù)?？刂破?80可以連接到例如客戶站點(diǎn)(即，器件制造商等)處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或者其可以連接到例如供應(yīng)商站點(diǎn)(即，裝備制造商)處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。此外，例如，控制器180可以連接到互聯(lián)網(wǎng)。此外，例如，另一計(jì)算機(jī)(即，控制器、服務(wù)器等) 可以通過直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)中的至少一種訪問控制器180以交換數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣可以理解，控制器180可以通過無線連接與沉積系統(tǒng)100交換數(shù)據(jù)。已經(jīng)在各種實(shí)施例中描述了用于將選擇性的Ru沉積結(jié)合于半導(dǎo)體器件制造中以
18提高Cu金屬化中的EM和SM的多個(gè)實(shí)施例。對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的上面的描述是為了說明和描述的目的而呈現(xiàn)的，并非意味著是窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限定于所公開的精確形式。本說明書和權(quán)利要求書包括僅作說明之用而不應(yīng)解釋為限制性的術(shù)語。例如，在此(包括在權(quán)利要求書中)所使用術(shù)語“在……上”并不一定表示所針對(duì)的膜直接位于圖案化襯底上和與襯底直接接觸；膜和襯底之間可以存在有第二膜或其他結(jié)構(gòu)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)上述教導(dǎo)能夠存在多種修改和變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到圖中所示的各種組件的各種等價(jià)組合和替換。因此，意在并非由詳細(xì)的說明書而是由所附的權(quán)利要求書來限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體器件的方法，其包括如下步驟在等離子體處理室中的襯底支架上設(shè)置圖案化襯底，所述圖案化襯底包括形成于低k 電介質(zhì)材料中的凹入特征和位于所述凹入特征上的底部處的第一金屬化層；用由包括NH3的第一處理氣體在所述等離子體處理室中形成的NHx (x ^ 3)自由基和H 自由基處理所述圖案化襯底；在所述第一金屬化層上形成第一釕(Ru)金屬覆蓋層；在所述凹入特征中、包括在所述低k電介質(zhì)材料上和在所述第一 Ru金屬覆蓋層上沉積阻擋層；和用銅(Cu)金屬填充所述凹入特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理所述圖案化襯底的步驟還包括以下特征在所述等離子體處理室中的用于所述第一處理氣體的大于ITorr的氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理所述圖案化襯底的步驟還包括通過將小于 IOOff的RF功率施加到所述襯底支架來由所述第一處理氣體產(chǎn)生等離子體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理所述圖案化襯底的步驟避免將所述圖案化襯底暴露于離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述形成的步驟包括第一Ru金屬覆蓋層以相對(duì)于形成在所述低k電介質(zhì)材料上具有選擇性地形成在所述第一金屬化層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一處理氣體由NH3組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述低k電介質(zhì)材料包括SiCOH材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述第一Ru金屬覆蓋層包括在熱化學(xué)氣相沉積處理中將所述圖案化襯底暴露于包括Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和CO氣體的沉積氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟在填充之后，形成具有Cu通路和低k電介質(zhì)區(qū)域的大致平坦表面； 用由包括NH3的第二處理氣體在所述等離子體處理室中形成的NHx (x ^ 3)自由基和H 自由基，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域；和在處理過的Cu通路上形成第二 Ru金屬覆蓋層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域的步驟還包括以下特征在所述等離子體處理室中的用于所述第二處理氣體的大于ITorr的氣壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域還包括通過將小于IOOW的RF功率施加到所述襯底支架來由所述第二處理氣體產(chǎn)生等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域的步驟避免將所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域暴露于離子。
13.一種用于形成半導(dǎo)體器件的方法，其包括如下步驟在等離子體處理室中的襯底支架上提供圖案化襯底，所述圖案化襯底具有大致平坦表面，所述大致平坦表面具有銅(Cu)通路和低k電介質(zhì)區(qū)域；用由包括NH3W處理氣體在所述等離子體處理室中形成的NHx (χ S3)自由基和H自由基，處理所述銅(Cu)通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域；和在處理過的Cu通路上形成釕(Ru)金屬覆蓋層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域的步驟還包括以下特征所述等離子體處理室中的用于所述處理氣體的大于ITorr的氣壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域還包括通過將小于IOOW的RF功率施加到所述襯底支架來由所述處理氣體產(chǎn)生等離子體。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，處理所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域的步驟避免將所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域暴露于離子。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述形成步驟包括，將Ru金屬覆蓋層以相對(duì)于形成在所述低k電介質(zhì)區(qū)域上具有選擇性的方式形成在所述Cu通路上。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述處理氣體由NH3組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述低k電介質(zhì)材料包括SiCOH材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述Ru金屬覆蓋層的步驟包括在熱化學(xué)氣相沉積處理中將所述Cu通路和所述低k電介質(zhì)區(qū)域暴露于包括Ru3 (CO) 12前驅(qū)體蒸氣和 CO氣體的沉積氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于將釕(Ru)金屬沉積結(jié)合于半導(dǎo)體器件制造中以改善銅(Cu)金屬中的電遷移和應(yīng)力遷移的方法。本發(fā)明的實(shí)施例包括用NHx(x≤3)自由基和H自由基處理包括金屬層和低k電介質(zhì)材料的圖案化襯底，以提高Ru金屬層在金屬層上相對(duì)于在低k電介質(zhì)材料上的選擇沉積。
文檔編號(hào)H01L21/44GK102165573SQ200980138541
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月29日
發(fā)明者弗蘭克·M·切里奧, 水野茂, 石坂忠大 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社