[发明专利]含有钌的衬垫/阻隔物的湿法活化

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体制造领域，更具体地涉及含有钌的衬垫/阻隔物的湿法活化。

背景技术

在诸如集成电路和存储单元等半导体器件的制造中，要执行一系列制造操作，以定义在半导体晶片（“晶片”）上的特征。晶片（或衬底）包括在硅衬底上定义的多级结构形式的集成电路器件。在衬底级，形成带有扩散区的晶体管器件。在随后的级，将互连金属线图形化并电连接到晶体管器件，以定义所要的集成电路器件。此外，图形化的导电层通过介电材料与其它导电层绝缘。

目前，钌（Ru）作为在半导体微细铜配线的基底和作为在动态随机存取存储器（DRAM）的电容器电极中使用的材料而受到关注。在逐步小型化的半导体市场已经实现了亚30纳米的电路线宽，并且希望将会实现亚20纳米的下一代半导体的大规模生产并最终实现亚10纳米的半导体的大规模生产。

利用亚10纳米工艺实现微细布线的一个方面是镀铜嵌入的改善。改善镀铜嵌入的一种方法使得沉积作为镀铜的基底的钌薄层成为必要。钌由于其低电阻以及与铜的极好的兼容性而适于作为铜的基底。也可以采用利用各种钌前体的诸如化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法（ALD）和无电沉积法等各种沉积技术来沉积钌。然而，在大批量进行钌沉积方面，挑战依然存在。

这就是本发明的实施方式出现的背景。

发明内容

概略地说，本发明通过提供一种用于在金属沉积之前对含有钌的衬垫/阻隔物进行预处理的方法来满足这些需求。本发明的几个创造性的实施方式说明如下。

在一实施方式中，提供了一种用于制备用于金属沉积的钌表面的湿法预处理方法。该方法以接收具有pH大于约12的硼氢化物溶液并接收去离子（DI）水作为开始。将硼氢化物溶液与去离子水混合，以形成预处理溶液。将预处理溶液施加到钌表面上。

在一实施方式中，在施加预处理溶液之后，用去离子水冲洗钌表面。

在一实施方式中，硼氢化物溶液包括选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、三甲基氢氧化铵和三乙基氢氧化铵组成的组中的碱。

在一实施方式中，硼氢化物溶液具有大约等于碱的浓度的硼氢化物浓度。

在一实施方式中，硼氢化物溶液具有介于大约0.5摩尔（M）至2.5摩尔（M）之间的硼氢化物的浓度。

在一实施方式中，预处理溶液具有介于约50毫摩尔（mM）至约2500毫摩尔（mM）之间的硼氢化物浓度。

在一实施方式中，去离子水是具有小于约5ppb的氧浓度的脱气去离子水。

在一实施方式中，使用该方法来执行集成电路制备中的至少一个操作。

在另一实施方式中，提供了一种用于制备用于金属沉积的钌表面的湿法预处理方法。该方法包括：将去离子水的流施加到钌表面上。将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中，硼氢化物溶液在混合之前具有大于约12的pH值。在预定的时间段之后，停止将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中。

在一实施方式中，将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中定义预处理操作，停止将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中定义冲洗操作的起始。

在一实施方式中，硼氢化物溶液包括选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、三甲基氢氧化铵、三乙基氢氧化铵组成的组中的碱。

在一实施方式中，硼氢化物溶液具有大约等于碱的浓度的硼氢化物浓度。

在一实施方式中，硼氢化物溶液具有介于约0.5M至2.5M之间的硼氢化物浓度。

在一实施方式中，将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中定义具有介于约50mM至约2500mM之间的硼氢化物浓度的预处理溶液。

在一实施方式中，去离子水是具有小于约5ppb的氧浓度的脱气去离子水。

在一实施方式中，在停止将硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中之后，将无电镀铜沉积溶液混合进入去离子水的流中。

在一实施方式中，使用该方法来执行集成电路制备中的至少一个操作。

在另一实施方式中，提供了一种制备晶片的钌表面的系统。该系统包括配置为支撑晶片的反应室。提供去离子水源。提供用于将去离子水的流从去离子水的源输送到反应室中以应用到晶片的钌表面上的导管。硼氢化物溶液的源包含具有pH值大于12的硼氢化物溶液。提供了混合器以将从硼氢化物溶液的源来的硼氢化物溶液混合进入去离子水的流中。

在一实施方式中，硼氢化物溶液具有介于约0.5M至2.5M之间的硼氢化物浓度。