[发明专利]用于改善选择性沉积工艺中的选择性的预处理方法

说明书

一种用于改善选择性沉积工艺中的金属的选择性的方法。用于金属的预处理工艺修饰金属表面，并且包括首先从金属去除有机污染物而还原金属，随后氧化金属以使金属氧化物的单层在表面上生长。该金属修饰使得抑制剂分子能吸附至金属氧化物的单层上，从而改善选择性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月6日申请的美国专利申请No.16/056,260的优先权，其通过引用合并于此以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于半导体处理的方法。更具体而言，本发明涉及用于改善选择性沉积工艺中的选择性的方法。

背景技术

半导体装置的制造通常需要互连结构，互连结构包含用于在半导体芯片中连接装置的金属导线。导线包含在延伸跨越芯片的介电层中形成的金属线以及连接芯片的不同层的所述线的通孔。在许多应用中，在衬底上进行选择性沉积以形成通孔。金属线和通孔通常由铝或铜所形成且通过介电材料绝缘。

在半导体制造中，期望通孔能与其所连接的两层完全对准。当往下钻孔以形成通往下方金属线的通孔时，如果有任何的错位，通孔可能错过期望的金属线而接触另一金属线，从而造成短路。

在形成完全对准的通孔的工艺中，通常在沉积金属线(即铜)之后，选择性地将铝的氧化物(Al₂O₃)沉积在介电表面上作为蚀刻停止层。已知Al₂O₃只会沉积在介电表面(如硅氧化物)上，而不会沉积在已被暴露于抑制剂分子的原生铜表面上。然而利用该选择性沉积工艺形成通孔需要原生铜表面，如利用物理气相沉积(PVD)所沉积的表面，其需要高操作温度且也难以沉积在复杂的几何结构上。修饰铜表面以改善选择性的现有技术使用两步骤工艺：(1)将原生铜表面暴露于抑制剂；以及(2)利用热原子层沉积(ALD)来沉积Al₂O₃。该工艺仅适用于通过PVD所沉积的铜而不适用于电填充(EF)所沉积的铜或EF后进行化学机械研磨(CMP)沉积的铜。

然而在形成完全对准的通孔的工艺中，铜通常利用EF工艺沉积，然后进行化学机械研磨而形成通孔。通过EF/CMP工艺所沉积的这种铜无法吸附抑制剂分子，因此，随后用于沉积蚀刻停止层的ALD Al₂O₃工艺并非选择性的。因此，期望改善在用于形成完全对准的通孔的工艺中通过EF/CMP所沉积的铜上进行的沉积工艺的选择性。

发明内容

根据一实施方案，提供了一种用于改善金属的选择性的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底具有在介电层中形成的金属线。通过从所述金属去除有机污染物而使所述金属从金属氧化物还原为金属。在还原所述金属之后，接着氧化所述金属并使金属氧化物的单层在所述金属的表面上生长。

根据另一实施方案，提供了一种用于改善通过电填充工艺沉积的铜的选择性的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底具有在介电层中形成的铜线。通过从所述铜去除有机污染物而将所述铜从铜氧化物还原为铜。在还原所述铜之后，氧化所述铜并使铜氧化物的单层在所述铜的表面上生长。在使所述单层生长之后，沉积仅对所述铜有选择性的抑制剂分子，并且使所述抑制剂分子吸附至所述铜氧化物的单层上。

根据又一实施方案，提供了一种用于改善选择性沉积蚀刻停止层的方法。在半导体处理室中提供衬底。所述衬底在其表面上具有介电层。通过电填充工艺将铜沉积至所述衬底的所述表面上。化学机械研磨所述铜。然后使氨与氮的等离子体混合物流入所述处理室中，以通过从所述铜去除有机污染物而将所述铜从铜氧化物还原为铜。在还原所述铜之后，使氧等离子体或氧流至所述室中，以氧化所述铜并使铜氧化物的单层在所述铜的表面上生长。在使所述单层生长之后，沉积仅对所述铜有选择性的硫醇分子，并使所述硫醇分子吸附至所述铜氧化物的单层上。选择性地将蚀刻停止层沉积至所述介电层上方。

附图说明

本公开内容在附图的图中通过示例的方式说明而非通过限制的方式说明，在附图中类似的附图标记代表类似的元件，其中：