[发明专利]通过减少和去除金属氧化物形成接触和互连的系统和方法

说明书

本发明涉及通过减少和去除金属氧化物形成接触和互连的系统和方法。一种在阻挡层上沉积金属层的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。衬底已暴露于空气和/或氧化化学品中的至少一种，并且包含阻挡层和一个或多个下伏层，其中所述阻挡层包含选自由氮化钽、氮化钛、钽和钛组成的群组中的材料。所述方法包括：b)将选自由肼、包含氟物质的气体、包含氯物质的气体、肼的衍生物、氨、一氧化碳、包含脒基的气体和/或包含金属有机配体的气体组成的群组中的气体提供至所述处理室持续预定时间段以从所述阻挡层去除氧化。所述方法包括：c)在b)之后在所述阻挡层上沉积金属层。所述金属层包含选自由钴、铜、钨、钌、铑、钼和镍组成的群组中的金属。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月21日提交的美国临时申请No.62/411,078的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及衬底处理方法，更具体地涉及用于从阻挡层减少和去除氧化物的系统和方法。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可以用于在诸如半导体晶片之类的衬底上沉积、蚀刻或处理膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置和衬底支撑件。在处理期间，衬底被布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中以处理所述膜。也可以使用衬底加热和/或射频(RF)等离子体来激活化学反应。

衬底可以由两个或更多个半导体工具处理，并且可以在处理步骤之间暴露于空气中。替代地，在单一工具中的处理期间，衬底可以暴露于氧化性气体(如分子氧(O₂))或水(H₂O)中。

钴(Co)将可能用于具有小于10nm特征尺寸的工艺。例如，Co可以用于逻辑互连(例如，中间线(MOL)或后端线(BEOL))、金属栅极和/或源极/漏极接触。在这些应用中使用Co作为金属层存在许多工艺问题。除Co之外，如钨(W)、镍(Ni)、铑(Rh)和钌(Ru)等其他金属也可用于金属栅极和/或源极/漏极接触。铜(Cu)、W、Ni、Rh和Ru可以用于逻辑互连(例如，中间线(MOL)或后端线(BEOL))。

在金属层和下层之间沉积阻挡层以防止扩散。阻挡层包括钛/氮化钛(Ti/TiN)、氮化钽/钽(TaN/Ta)，TiN或TaN在暴露于空气或氧化化学品之后会被氧化。Co或其他金属可能不能很好地粘附到氧化的阻挡层上。结果，在金属化步骤之前需要清洁阻挡层的表面，以减少与粘附相关的缺陷和其它集成问题。

对于电阻率降低和晶粒生长，Co和金属层通常在沉积后退火至约400℃。Co在退火过程中经历相变，其导致膜内的大的应力滞后的形成。如果Co膜的粘附不充分，则应力滞后可能导致膜分层。其他金属也经历可能导致粘附问题的应力滞后和一些相变。

发明内容

一种在阻挡层上沉积金属层的方法包括：a)将衬底布置在处理室中。所述衬底已暴露于空气和/或氧化化学品中的至少一种，并且包含阻挡层和一个或多个下伏层，其中所述阻挡层包含选自由氮化钽、氮化钛、钽和钛组成的群组中的材料。所述方法包括：b)将选自由肼、包含氟物质的气体、包含氯物质的气体、肼的衍生物、氨、一氧化碳、包含脒基(amidinates)的气体和/或包含金属有机配体的气体组成的群组中的气体提供至所述处理室持续预定时间段以从所述阻挡层去除氧化。所述方法还包括：c)在b)之后在所述阻挡层上沉积金属层。所述金属层包含选自由钴、铜、钨、钌、铑、钼和镍组成的群组中的金属。