发明名称 用于铜薄膜沉积之钌层形成方法
摘要 本案揭示一种用于高深宽比内连线部件之钌层形成方法。钌层使用一循环沉积制程加以形成。该循环沉积制程包含交替吸附一含钌前驱物及一还原气体在一基材结构上。所吸附之含钌前驱物与所吸附还原气体反应,以在基材上形成钌层。于一实施例中,提供一种在积体电路制造用之基材上形成钌层的方法,其包含将基材置放在一处理腔室内;藉由将基材曝露至双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,化学吸附一含钌层至基材上;冲洗处理腔室;将该含钌层曝露至一试剂;及将该反应试剂与该含钌层反应以在基材上形成钌层。
申请公布号 TWI376014 申请公布日期 2012.11.01
申请号 TW093123386 申请日期 2004.08.04
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 张镁;甘古利沙谢德;梅堤尼玛雅
分类号 H01L21/768 主分类号 H01L21/768
代理机构 代理人 蔡坤财 台北市中山区松江路148号11楼;李世章 台北市中山区松江路148号11楼
主权项 一种在一基材上形成一膜的方法,包含以下步骤:将该基材置放在一处理腔室内,其中该处理腔室包含一配气设备,该配气设备具有一扩张通道,设置该扩张通道以使该基材曝露至一处理气体,该处理气体包含一含钌化合物或一还原气体;由该扩张通道输送该处理气体;及在一原子层沉积制程中,将该基材依序曝露至该含钌化合物及该还原气体,以在该基材之至少一部份上形成一钌层。如申请专利范围第1项所述之方法,其中以一冲洗气体冲洗该处理腔室并进行该原子层沉积制程之一沉积循环,该沉积循环包含依序输送该含钌化合物、该冲洗气体、该还原气体、及该冲洗气体至该处理腔室。如申请专利范围第2项所述之方法,其中该含钌化合物系选自由以下化合物所组成之群组中,包括:三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌,双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,二羰基戊二烯基钌,乙醯丙酮酸钌,(2,4-二甲基戊二烯基)钌(环戊二烯基),双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌(1,5-环辛二烯),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(异丙基环戊二烯基),双(N,N-二甲基1,3-四甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(N,N-二甲基1,3-二甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(烯丙基)钌(1,5-环辛二烯),(η6-C6H6)钌(1,3-环己二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙氧基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙基胺基酸)钌(1,5-环辛二烯)及其衍生物与其混合物。如申请专利范围第3项所述之方法,其中该还原气体包含一或多数气体,其系选自氢、氨、矽烷、二矽烷、二甲基矽烷、甲基矽烷、乙基矽烷、氯矽烷、二氯矽烷、六氯二矽烷、硼烷、二硼烷、三硼烷、四硼烷、五硼烷、三乙基硼烷、及其组合物所构成之群组中。如申请专利范围第4项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约200℃至约400℃之一温度范围间实施。如申请专利范围第4项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约0.1托耳至约80托耳之一压力间实施。如申请专利范围第2项所述之方法,其中该冲洗气体系由氦、氩、氢、氮、及其组合物所构成之群组中选出。如申请专利范围第6项所述之方法,其中该含钌化合物系以脉冲方式被脉冲入该处理腔室中约0.05秒至约1.5秒之久。如申请专利范围第8项所述之方法,其中该还原气体系以脉冲方式进入该处理腔室约0.1秒至约2秒之久。如申请专利范围第7项所述之方法,其中该冲洗气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.07秒至约1秒之久。如申请专利范围第4项所述之方法,其中该钌层具有约10埃至约100埃之厚度。如申请专利范围第1项所述之方法,其中该处理气体系以相对于该基材之一平面成垂直之方式输送。一种用于在积体电路制程之在一基材上形成一钌层的方法,包含以下步骤:将该基材置放在一处理腔室内,其中该处理腔室系与一配气系统流体相通,该配气系统具有一中央扩张通道;由该配气系统输送一含钌化合物至该处理腔室,其中该含钌化合物系由该中央扩张通道以相对于该基材之一平面成垂直之一气流的方式输送;化学吸附一含钌层至该基材上;由该配气系统输送一还原气体至该处理腔室;及将该还原气体与该含钌层反应,以在该基材上形成该钌层。如申请专利范围第13项所述之方法,其中在该还原气体输送前及输送后系以一冲洗气体冲洗该处理腔室。如申请专利范围第14项所述之方法,其中该含钌化合物系选自由下列化合物组成之群组中,包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌,双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,二羰基戊二烯基钌,乙醯丙酮酸钌,(2,4-二甲基戊二烯基)钌(环戊二烯基),双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌(1,5-环辛二烯),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(异丙基环戊二烯基),双(N,N-二甲基1,3-四甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(N,N-二甲基1,3-二甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(烯丙基)钌(1,5-环辛二烯),(η6-C6H6)钌(1,3-环己二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙氧基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙基胺基酸)钌(1,5-环辛二烯),及其衍生物与其混合物。如申请专利范围第15项所述之方法,其中该还原气体包含一或多数气体,其系选自由:氢、氨、矽烷、二矽烷、二甲基矽烷、甲基矽烷、乙基矽烷、氯矽烷、二氯矽烷、六氯二矽烷、硼烷、二硼烷、三硼烷、四硼烷、五硼烷、三乙基硼烷、及其组合物所构成之群组。如申请专利范围第16项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约200℃至约400℃之一温度间实施。如申请专利范围第16项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约0.1托耳至约80托耳之一压力间实施。如申请专利范围第14项所述之方法,其中该冲洗气体系由氦、氩、氢、氮、及其组合物所构成之群组中选出。如申请专利范围第18项所述之方法,其中该含钌化合物系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.05秒至约1.5秒之久。如申请专利范围第20项所述之方法,其中该还原气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.1秒至约2秒之久。如申请专利范围第19项所述之方法,其中该冲洗气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.07秒至约1秒之久。如申请专利范围第16项所述之方法,其中该钌层具有约10埃至约100埃之厚度。一种于一处理腔室内之一基材上形成包含钌之一层的方法,包含以下步骤:a)将该基材表面曝露至一含钌化合物以在该基材表面上形成一含钌层,该含钌化合物系由具有一中央扩张通道之一配气系统输送;b)以一冲洗气体,冲洗该处理腔室;c)由该中央扩张通道输送一还原气体,使该还原气体与该含钌层反应;及d)以该冲洗气体冲洗该处理腔室。如申请专利范围第24项所述之方法,其中该层系藉由包含重覆步骤a)至d)的ALD制程循环加以形成。如申请专利范围第25项所述之方法,其中该含钌化合物系选自由以下化合物组成之群组中,包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌,双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,二羰基戊二烯基钌,乙醯丙酮酸钌,(2,4-二甲基戊二烯基)钌(环戊二烯基),双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌(1,5-环辛二烯),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(异丙基环戊二烯基),双(N,N-二甲基1,3-四甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(N,N-二甲基1,3-二甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(烯丙基)钌(1,5-环辛二烯),(η6-C6H6)钌(1,3-环己二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙氧基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙基胺基酸)钌(1,5-环辛二烯),及其衍生物与其混合物。如申请专利范围第26项所述之方法,其中该还原气体包含一或多数气体,其系选自由:氢、氨、矽烷、二矽烷、二甲基矽烷、甲基矽烷、乙基矽烷、氯矽烷、二氯矽烷、六氯二矽烷、硼烷、二硼烷、三硼烷、四硼烷、五硼烷、三乙基硼烷、及其组合物所构成之群组。如申请专利范围第27项所述之方法,其中形成该层的步骤系于约200℃至约400℃之一温度间实施。如申请专利范围第27项所述之方法,其中形成该层的步骤系于约0.1托耳至约80托耳之一压力间实施。如申请专利范围第25项所述之方法,其中该冲洗气体系由氦、氩、氢、氮、及其组合物所构成之群组中选出。如申请专利范围第29项所述之方法,其中该含钌化合物系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.05秒至约1.5秒之久。如申请专利范围第31项所述之方法,其中该还原气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.1秒至约2秒之久。如申请专利范围第30项所述之方法,其中该冲洗气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.07秒至约1秒之久。如申请专利范围第27项所述之方法,其中重覆步骤a)至d)以形成厚度约10埃至约100埃之该含钌层。如申请专利范围第24项所述之方法,其中该含钌化合物系以相对于该基材之一平面成垂直之方式输送。一种在一基材上形成一钌层的方法,包含:将该基材置放在一处理腔室内,其中该处理腔室包含:一基材支撑件,具有该基材;一腔室盖,在该腔室盖之中心部份具有一中央扩张通道,该腔室盖并包含一底面,该底面由该中央扩张通道延伸至该腔室盖的一周边部份,该底面之形状大小系可实质覆盖该基材;一或多数阀,连接至该中央扩张通道;一或多数气体源,连接至每一阀;及一反应区,定义于该腔室盖及该基材之间,该反应区包含一小容积;及藉由依序化学吸附单层之一含钌化合物及一还原气体,而在该基材之至少一部份上形成该钌层。如申请专利范围第36项所述之方法,其中在每一单层化学吸附后以一冲洗气体冲洗该处理腔室。如申请专利范围第37项所述之方法,其中该含钌化合物系选自由以下化合物所组成之群组中,包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌,双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,二羰基戊二烯基钌,乙醯丙酮酸钌,(2,4-二甲基戊二烯基)钌(环戊二烯基),双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌(1,5-环辛二烯),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(异丙基环戊二烯基),双(N,N-二甲基1,3-四甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(N,N-二甲基1,3-二甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(烯丙基)钌(1,5-环辛二烯),(η6-C6H6)钌(1,3-环己二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙氧基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙基胺基酸)钌(1,5-环辛二烯),及其衍生物与其混合物。如申请专利范围第38项所述之方法,其中该还原气体包含一或多数气体,其系选自由:氢、氨、矽烷、二矽烷、二甲基矽烷、甲基矽烷、乙基矽烷、氯矽烷、二氯矽烷、六氯二矽烷、硼烷、二硼烷、三硼烷、四硼烷、五硼烷、三乙基硼烷、及其组合物所构成之群组。如申请专利范围第39项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约200℃至约400℃之一温度范围间实施。如申请专利范围第39项所述之方法,其中形成该钌层的步骤系于约0.1托耳至约80托耳之一压力间实施。如申请专利范围第38项所述之方法,其中该冲洗气体系由氦、氩、氢、氮、及其组合物所构成之群组中选出。如申请专利范围第41项所述之方法,其中该含钌化合物系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.05秒至约1.5秒之久。如申请专利范围第43项所述之方法,其中该还原气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.1秒至约2秒之久。如申请专利范围第42项所述之方法,其中该冲洗气体系以脉冲方式进入该处理腔室中约0.07秒至约1秒之久。如申请专利范围第39项所述之方法,其中该钌层具有约10埃至约100埃之厚度。如申请专利范围第39项所述之方法,其中该含钌化合物以依序脉冲的方式注入处理腔室内。如申请专利范围第47项所述之方法,其中该含钌化合物系以相对于该基材之一平面成垂直之方式输送。一种用于积体电路制程之在一基材上形成一钌层的方法,包含以下步骤:将该基材置放在一处理腔室内;藉由将基材曝露至双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,以化学吸附一含钌层在该基材上,其中双(2,4-二甲基戊二烯基)钌经由具有一中央扩张通道之一配气系统输送;冲洗该处理腔室;将该含钌层曝露至一试剂;及将该试剂与该含钌层反应,藉以在基材上形成该钌层。一种用于积体电路制程之在一基材上形成一钌层的方法,包含以下步骤:将该基材置放在一处理腔室内;经由具有一中央扩张通道之一配气系统,输送一试剂及一内含双(2,4-二甲基戊二烯基)钌的处理气体的顺序脉冲;在该试剂及该处理气体的顺序脉冲间,冲洗该处理腔室;及还原该双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,以在该基材上形成该钌层。一种用于积体电路制程之在一基材上形成一钌层的方法,其至少包含以下步骤:将该基材置放在一处理腔室内;经由具有一中央扩张通道之一配气系统,输送一试剂及一包括含钌化合物之处理气体的顺序脉冲,该含钌化合物系选自由三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌,双(2,4-二甲基戊二烯基)钌,二羰基戊二烯基钌,乙醯丙酮酸钌,(2,4-二甲基戊二烯基)钌(环戊二烯基),双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钌(1,5-环辛二烯),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(甲基环戊二烯基),(1,5-环辛二烯)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(乙基环戊二烯基),(2,4-二甲基戊二烯基)钌(异丙基环戊二烯基),双(N,N-二甲基1,3-四甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),双(N,N-二甲基1,3-二甲基二醯亚胺酸)钌(1,5-环辛二烯),(η6-C6H6)钌(1,3-环己二烯),双(烯丙基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙氧基)钌(1,5-环辛二烯),双(1,1-二甲基-2-胺基乙基胺基酸)钌(1,5-环辛二烯),及其衍生物与其混合物所构成之群组中;在该试剂及该处理气体的顺序脉冲间,冲洗该处理腔室;及还原该含钌化合物,以在该基材上形成该钌层。
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