[发明专利]在互连金属化中沉积钌层

说明书

提供了用于钌(Ru)特征填充的沉积工艺。在一些实施方案中，所述工艺包括在还原条件下沉积薄的、保护性Ru膜，然后在氧化条件下进行Ru填充步骤。在无氧条件下或通过除氧操作形成的保护性Ru膜的存在可以使Ru填充而不会氧化下面粘附层或金属特征。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月4日提交的名称为“DEPOSITING RUTHENIUM LAYERS ININTERCONNECT METALLIZATION”的美国专利申请No.15/996,925和2017年6月6日提交的名称为“METHOD OF DEPOSITING RUTHENIUM LAYERS IN INTERCONNECT METALLIZATION”的美国临时专利申请No.62/515,894的优先权，两者通过以引用的方式全部并入本文并用于所有目的。

技术领域

这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。目前所命名的发明人的工作，在该背景技术部分以及本说明书的在申请时不会以其他方式被认为是现有技术的方面中描述的程度上，既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。

在半导体制造中，可以用导电材料填充特征。例如，铜用于后端线路(BEOL)互连。然而，铜互连对于低于10nm的技术节点的制造具有挑战性。铜互连的沉积通常涉及首先沉积阻挡层以防止来自铜互连和衬底层的元素相互扩散。然而，当厚度缩小到2.5nm以下时保持完整性的阻挡材料尚未被确定。随着线宽达到10nm(处于5nm技术节点)，阻挡层将消耗5nm的线宽和超过50％的线截面，从而对于每个超越10nm的技术节点，电阻呈指数规律增大。另外，铜具有约39nm的电子平均自由程。结果，在小的关键尺寸特征中，电子碰撞侧壁导致较少的弹性碰撞。

发明内容

本公开的一方面涉及一种方法，其包括：接收包含特征的衬底；执行多个原子层沉积(ALD)循环以在所述特征中沉积钌(Ru)衬里层，其中所述ALD循环中的每一个包括还原剂配料；以及在沉积所述Ru衬里层之后，通过使第一钌前体与氧化剂反应，至少部分地用钌填充所述特征。

在一些实施方案中，所述多个ALD循环中的每一个包括使第二钌前体与所述还原剂反应，所述第二钌前体不同于所述第一钌前体。

在一些实施方案中，所述多个ALD循环中的每一个包括使所述第一钌前体与所述还原剂反应。在一些这样的实施方案中，第一钌前体在非零氧化态下具有Ru中心。

根据多种实施方案，所述ALD循环可以是热ALD循环或等离子体增强的ALD(PEALD)循环。在一些实施方案中，所述还原剂是H₂或NH₃或由H₂或NH₃产生的等离子体物质。

在一些实施方案中，所述氧化剂是O₂、O₃或H₂O。在一些实施方案中，所述多个ALD循环中的每一个包括使所述第一钌前体与氧化剂反应,使得相同的Ru前体用于沉积Ru衬里层并且用于随后的填充操作中。

在一些实施方案中，所述还原剂的所述配料使并入所述Ru衬里层或下面金属层中的氧去除。

在一些实施方案中，所述特征被Ru完全填充。在一些实施方案中，所述特征完全由选自Cu、W、Co、Mo、Ni和Al的金属填充。

在一些实施方案中，所述多个ALD循环中的每一个包括钌前体配料以及随后的氧化剂配料。在一些这样的实施方案中，所述钌前体配料和氧化剂配料是非等离子体配料。所述多个ALD循环还可在所述氧化剂配料之后包括还原性等离子体配料。在一些这样的实施方案中，在氧化剂配料和所述还原性等离子体配料之间没有清扫。在一些实施方案中，所述氧化剂配料是氧化剂和还原剂的混合物。

在一些实施方案中，所述Ru衬里层的厚度为2nm或更小。