[发明专利]使用钌前驱物的等离子体增强原子层沉积(PEALD)方法

说明书

等离子体增强原子层沉积PEALD方法，其使用具有式R^AR^BRu(0)的钌前驱物以及以大于200W施加的还原等离子体，其中R^A为含芳基配位体，且R^B为含二烯基配位体。在PEALD中使用所述R^AR^BRu(0)钌前驱物并采用诸如氨气等离子体的+200W还原等离子体可提供极好的Ru的沉积速率，具有较低碳及较小电阻率，且提供极致密的Ru膜。所述方法可用以在集成电路及其它微电子装置上形成具有高保形性的良好成形的Ru膜。

技术领域

本发明涉及使用含钌前驱物及还原等离子体的等离子体增强原子层沉积方法，以及由其制作的微电子制品。

背景技术

钌(Ru)已用作在各种微电子制品的制作中的材料，诸如在工业半导体制造中的材料。钌可向这些类型的制品提供各种所要特性，诸如高热稳定性/熔点、低电阻率、可蚀刻性、抗氧化性及铜晶种增强。Ru视为用于互补金属氧化物半导体(CMOS)以及用于随机存取存储器应用的电容器的可能的栅极电极材料，所述随机存取存储器应用诸如铁电RAM(FRAM)及动态随机存取存储器(DRAM)应用。

在适用于其功能的形成微电子制品期间，已使用各种沉积技术来沉积材料，诸如Ru。这些沉积方法通常用以在微电子衬底的部分上形成材料的薄膜。示范性技术包含化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、蒸发沉积及分子束外延法(MBE)。

在典型CVD方法中，诸如钌的金属以挥发性金属前驱物的形式经错合，所述挥发性金属前驱物在衬底表面上反应或分解以形成金属的沉积物，且一般使得形成挥发性副产物，使用气流从沉积腔室移除所述挥发性副产物。

在ALD(更特殊类型的CVD)中，钌薄膜通过利用如通过在单独间歇性步骤中供应反应物材料促进的化学交换来使反应物分解而形成。通过使用此技术，相较于通过CVD方法，ALD可提供更好的步阶覆盖方法。此外，ALD可在比CVD更低的温度下实施，其又可提供处理益处以及薄膜形成的优点。

等离子体增强原子层沉积(PEALD)利用向衬底表面提供呈自由基(等离子体)形式的反应物以促进层生长的步骤。一般来说，PEALD系统包含具有RF电源供应器的等离子体源及任选的气流调节器。PEALD反应还可以不同于CVD反应器的方式来配置以确保将衬底均匀暴露于自由基助熔剂。然而，PEALD方法经由使用较低温度沉积、沉积材料的更完全的反应及(前驱物)配位体移除以及减少的凝核及吹扫次数而可为有益的。

由前驱物及诸如CVD、ALD及PEALD的沉积方法形成的Ru薄膜为作为铜扩散势垒(TiN/TaN)层、扩散势垒层及Cu电化学镀敷(ECP)的晶种层所需要的。然而，使用Ru前驱物及CVD、ALD及PEALD沉积在衬底上沉积Ru可为技术上具挑战性的方法，且还导致非所要结果。包含使用羰基、二酮及其它有机金属化学物质的那些前驱物的钌前驱物可能需要用于将Ru成功沉积于目标衬底上的氧化化合物。举例来说，尤其当氧化化合物改变特性或损害衬底的其它材料的其它材料时，使用氧化化合物可能适得其反。氧化剂的存在可能导致下伏氮化物膜的氧化损害，从而使其作为较小导电界面。

不管CVD、ALD及PEALD方法的许多优良方面，一般来说，先前技术在将钌沉积于诸如铜层的某些底层上尚未成功。因此，所属领域中需要将钌沉积于薄金属层上以达成钌的益处而无上文所描述的不利影响。

发明内容

本发明涉及用于在等离子体增强原子层沉积(PEALD)方法中将钌沉积于衬底材料上的方法及组合物。本发明的PEALD方法在高功率条件下使用某些钌前驱物化学物质结合还原气体来提供选择性及高质量钌沉积以及所要处理条件。另外，本发明的PEALD方法同时最小化或消除将以其它方式通过非所要氧化出现的对衬底材料的损害。本发明的方法及组合物可用于如集成电路(IC)的微电子制品的制作中(诸如在工业半导体制造中)，以在低k介电材料与导电互连材料之间提供势垒材料或衬垫。