[发明专利]一种利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路铜互连工艺技术领域，具体涉及一种利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法。

背景技术

在现代集成电路的铜互连技术中，有效的阻挡层必须既能阻止铜扩散进入介质层，又能改善阻挡层与介质层之间的粘附性。众所周知，在0.13微米的技术节点中，钽/氮化钽（Ta/TaN）双层阻挡层已经被成功应用于工业铜互连技术中。然而，随着集成电路最小特征尺寸逐渐缩小到45纳米，Ta/TaN双层阻挡层却面临了很多的问题，比如阻挡层和铜种籽层的等比例缩小将面临严重困难。在作为扩散阻挡层的各种材料中，钌（Ru）是最有前途的一种材料，这是因为Ru是一种惰性金属，它的电阻率比Ta或TaN低很多，而且与铜的粘附性比较好。

然而，随着集成电路技术的进一步发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小，当集成电路最小特征尺寸逐渐缩小到32纳米或以下，这种结构将面临各种挑战。随着沟槽和通孔高纵宽比的大幅度增加，由物理气相沉积(PVD)方法溅射得到的扩散阻挡层和籽晶铜层的等比例缩小面临困难，台阶覆盖性变得较差，可能会导致沟槽和通孔产生空洞。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法，以避免沟槽和通孔产生空洞，实现无籽晶铜电镀。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法，具体步骤为：

将需要生长钌薄膜的基底放入反应腔中；

将反应腔加热至250℃~270℃；

利用等离子体增强原子层淀积工艺，通过控制反应周期数得到预设厚度的钌薄膜，其中，利用等离子体增强原子层淀积工艺制备钌薄膜的单个反应周期包括：

以双(乙基环戊二烯基)钌(II)为前驱体，对双(乙基环戊二烯基)钌(II)进行加热，并将加热得到的挥发气体通入反应腔中；

排空反应腔；

用氧气等离子体对基底进行曝光；

排空反应腔。

进一步地，如上所述的利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法，对双(乙基环戊二烯基)钌(II)进行加热的温度范围为100℃~120℃，所述的将加热得到的挥发气体通入反应腔的时间为1秒~10秒。

如上所述的利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法，所述的氧气等离子体的功率为80瓦~120瓦，曝光时间为1秒~10秒。

本发明利用等离子体增强原子层淀积工艺，以双(乙基环戊二烯基)钌(II)为前驱体，通过调节氧气等离子体的曝光时间来得到纯钌金属。等离子体增强原子层淀积工艺可以在纳米级精确地控制钌薄膜的生长厚度，而钌薄膜具有与铜良好的黏附性和电镀时不溶于铜的优良特性，能够避免沟槽和通孔产生空洞，实现无籽晶铜电镀。

附图说明

图1至图5为本发明所提出的利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法的一个实施例的工艺流程图。

具体实施方式

本发明所提出的利用等离子体增强原子层淀积工艺制备超薄钌薄膜的方法，包括：将需要生长钌薄膜的基底放入反应腔中，并将反应腔加热至150℃~300℃，优选的将反应腔加热至250℃~270℃；然后利用等离子体增强原子层淀积工艺，通过控制反应周期数得到预设厚度的钌薄膜，其中，利用等离子体增强原子层淀积工艺制备钌薄膜的单个反应周期包括：

以双(乙基环戊二烯基)钌(II)（即Ru(EtCp)₂）为前驱体，将Ru(EtCp)₂加热至100℃~120℃，优选地将Ru(EtCp)₂加热至115℃，并将加热Ru(EtCp)₂得到的挥发气体通入反应腔中，通入时间为1秒~10秒，优选的通入时间为5秒；

之后排空反应腔；

用功率为80瓦~120瓦的氧气等离子体对基底进行曝光，曝光时间为1秒~10秒，优选的氧气等离子体的功率为100瓦；

之后排空反应腔。

下表1和下表2展示了在反应腔加热温度为250℃~270℃左右，将Ru(EtCp)₂加热至115℃得到的挥发气体通入反应腔中且通入时间为5秒，氧气等离子体的功率为100瓦的条件下，在不同的反应周期数和不同的氧气等离子体曝光时间时，钌薄膜的生长情况。