專利名稱：具有改良阻擋層接著力的互連結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種在半導(dǎo)體裝置中的銅及/或銅合金金屬化(metallization)以及一種制造具可靠、低阻抗的銅或銅合金互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的方法，本發(fā)明尤適用于制造具有亞微米設(shè)計(jì)特征及高導(dǎo)電互連結(jié)構(gòu)的高速集成電路。
背景技術(shù)：
對(duì)高密度及效能的與日俱增的需求對(duì)半導(dǎo)體制造技術(shù)提出嚴(yán)苛的要求，尤其是提供具備高電子遷移阻抗的可信賴的低電阻電容(resistance x capacitance，R×C)的互連結(jié)構(gòu)圖案的互連技術(shù)，其中，亞微米通孔(via)、觸點(diǎn)及溝道均具有高縱橫比(aspect ratio)。當(dāng)前的半導(dǎo)體裝置包括通常摻雜單晶硅的半導(dǎo)體基板以及多個(gè)連續(xù)形成的內(nèi)介電層與導(dǎo)電圖案，集成電路則由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)電圖案及互連線路所形成，該導(dǎo)電圖案包括由線際間距(interwiring spacing)所分開的導(dǎo)電線路，該互連線路可為諸如總線、位線、字符線以及邏輯互連線路(logic interconnect line)。通常，當(dāng)填在接觸孔的導(dǎo)電栓塞與在半導(dǎo)體基板上的有源區(qū)(諸如源極/漏極區(qū))建立電連接時(shí)，在例如上層及下層等不同膜層上的導(dǎo)電圖案由填在通孔的導(dǎo)電栓塞而電連接。導(dǎo)電線路則形成于溝道中，這些溝道通常相對(duì)于半導(dǎo)體基板而大致呈水平延伸，而當(dāng)裝置幾何線路的縮小為亞微米級(jí)時(shí)，包括五層或更多層金屬化處理的半導(dǎo)體″芯片″將變得更為普遍。
填在導(dǎo)通孔的導(dǎo)電栓塞通常由在導(dǎo)電層上沉積內(nèi)介電層所形成，該導(dǎo)電層包括至少一個(gè)導(dǎo)電圖案，通過(guò)現(xiàn)有的光刻及蝕刻技術(shù)透過(guò)內(nèi)介電層而形成開口，并將諸如鎢(W)的導(dǎo)電材料填在該開口中。當(dāng)在內(nèi)介電層表面上的導(dǎo)電材料過(guò)量時(shí)，通常以化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)將過(guò)量的導(dǎo)電材料移除。有一種熟知的方法為鑲嵌法(damascene)，其基本上有關(guān)于在內(nèi)介電層中形成開口以及以金屬填補(bǔ)該開口；雙鑲嵌(dual damascene)技術(shù)則有關(guān)于形成包括連通上層溝道部份的下層觸點(diǎn)或通孔部份的開口，該開口由導(dǎo)電材料(通常為金屬)填補(bǔ)，以同時(shí)形成電接觸導(dǎo)電線路的導(dǎo)電栓塞。
高效能微處理器的應(yīng)用需要快速的半導(dǎo)體電路系統(tǒng)，而半導(dǎo)體電路系統(tǒng)的控制速度則隨互連線路圖案的電阻及電容而有相反的變化。當(dāng)集成電路變得越來(lái)越復(fù)雜且特征尺寸及間距變得更小時(shí)，集成電路的速度變得較不依賴其本身的晶體管，而較依賴互連線路圖案。由于微型化需要具有小接點(diǎn)及小橫斷面的長(zhǎng)互連結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬互連結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度增加且這些互連結(jié)構(gòu)之間的橫斷面面積及距離縮小時(shí)，因互連結(jié)構(gòu)線增加而造成電阻電容延遲(R×C delay)。若所安排的互連結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)超過(guò)相當(dāng)多的距離(例如在亞微米技術(shù)中有超過(guò)數(shù)百微米或更多的距離)時(shí)，該互連結(jié)構(gòu)電容將因此而限制電路節(jié)點(diǎn)電容負(fù)載以及電路速度；若設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)縮短為約0.12微米或更短，則因?yàn)榧呻娐匪俣妊舆t所造成的廢品率而將明顯地降低產(chǎn)品生產(chǎn)量并且增加制造成本。此外，當(dāng)線路寬度減小導(dǎo)電率，電子遷移的阻抗將愈趨重要。
銅及銅合金作為在互連結(jié)構(gòu)金屬化處理中代替鋁的候選者而得到相當(dāng)多的關(guān)注，因?yàn)殂~相當(dāng)廉價(jià)、易于加工且比鋁具有更低的電阻。另外，銅相對(duì)于鎢具有更好的電性特性，使得銅變成一種可用作導(dǎo)電栓塞及導(dǎo)電線的理想金屬。
形成銅栓塞及銅線的方法包括應(yīng)用化學(xué)機(jī)械拋光法的鑲嵌結(jié)構(gòu)的使用。然而，由于銅會(huì)透過(guò)諸如二氧化硅的內(nèi)介電層材料而擴(kuò)散，因此必須通過(guò)擴(kuò)散阻擋層(barrier layer)將銅互連結(jié)構(gòu)密封，典型的擴(kuò)散勢(shì)壘金屬包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)、鎢化鈦(TiW)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、Ti-TiN、氮化硅鈦(TiSiN)、氮化硅鎢(WSiN)、氮化硅鉭(TaSiN)及氮化硅(SiN)等以將銅密封，用于將銅封住的這些勢(shì)壘材料并不限于在銅與內(nèi)介電層之間的交界面，而同樣包括和其它金屬的交界面。
在執(zhí)行銅金屬化中，將產(chǎn)生多個(gè)可靠度、電子遷移及電阻問(wèn)題(resistance issue)，尤其是在介電層中形成開口的鑲嵌技術(shù)，而介電層尤指具有較低介電常數(shù)(例如低于介電常數(shù)3.9)的介電層，在銅金屬化處理中選擇使用鉭或氮化鉭作為阻擋層已在某種程度上造成可靠度問(wèn)題。已發(fā)現(xiàn)鉭對(duì)不同的內(nèi)介電層材料缺乏接著力，尤其是具有較低介電常數(shù)的內(nèi)介電層材料，諸如介電常數(shù)(k)低于3.9的衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽(F-TEOS)的含氟氧化物。缺乏足夠接著力的阻擋層對(duì)介電層而言將導(dǎo)致帶有可靠度問(wèn)題的脫層現(xiàn)象(delamination)，已發(fā)現(xiàn)氮化鉭對(duì)填在鑲嵌開口的銅與銅合金缺乏接著力。此外，鉭及氮化鉭通常通過(guò)物理氣相沉積(physical vapordepostion，PVD)所沉積，例如離子化(I)物理氣相沉積(IPVD)，Ta所產(chǎn)生的膜層通常為β相鉭(β-Ta)，β相鉭顯示出例如約200至約250微米歐姆-公分(mohm-cm)的相當(dāng)高的電阻率，而氮化鉭則通常以含量30％至55％的氮(N2)而沉積，并顯示超過(guò)200微米歐姆-公分的電阻率。
當(dāng)?shù)g及β相鉭的高電阻率明顯不利地影響電路速度的同時(shí)，阻擋層接著力問(wèn)題也對(duì)電子遷移阻抗及裝置可靠度產(chǎn)生不利的影響。于是，對(duì)于可靠度、低阻抗互連結(jié)構(gòu)、尤其是由低介電常數(shù)材料所構(gòu)成的銅及銅合金互連結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)方法存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供一種具有可靠度、低電阻互連結(jié)構(gòu)(諸如銅或銅合金互連結(jié)構(gòu))及表現(xiàn)改進(jìn)的電子遷移阻抗的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于提供一種制造具有可靠度、低電阻互連結(jié)構(gòu)(諸如銅或銅合金互連結(jié)構(gòu))及改進(jìn)的電子遷移阻抗的半導(dǎo)體裝置的方法。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與特征將由以下的說(shuō)明而建立，并在某種程度使熟知該項(xiàng)技術(shù)者在檢視后以下說(shuō)明變得更為清楚或可由此學(xué)習(xí)實(shí)施本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將具體地由所附的權(quán)利要求中所指出者而實(shí)現(xiàn)與獲得。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)制造半導(dǎo)體裝置的方法可在某種程度上實(shí)現(xiàn)前述及其它優(yōu)點(diǎn)，該方法包括在介電層中形成開口；在氨(NH3)及氮(N2)中對(duì)該介電層的暴露表面進(jìn)行激光熱退火；形成包括沿該開口排列的鉭(Ta)的合成阻擋層。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括在介電層中的開口；形成在沿該開口排列的介電層表面上的合成阻擋層；其中該介電層的表面包括增氮(N2)表面區(qū)域，且該合成阻擋層包括氮化鉭的起始分級(jí)層，其在遠(yuǎn)離增氮表面區(qū)域的方向上氮含量漸減，以及在該分級(jí)的氮化鉭層上的α相鉭層。
實(shí)施例包括在介電層中形成雙鑲嵌開口，該介電層中具有低于約3.9的介電常數(shù)(k)，諸如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅，并在該含氟二氧化硅層的暴露表面上照射脈沖激光束，該含氟二氧化硅層處于流動(dòng)率約200至2000sccm的氨以及流動(dòng)率約200至2000sccm的氮中約10至100納秒的短暫時(shí)間，借此將暴露表面的溫度提高至約370℃至約430℃，使得激光熱退火的暴露表面含氟變少而含氮增加。接著以離子化物理氣相沉積(IPVD)沉積鉭，使得所沉積的鉭在增氮表面區(qū)域中與氮起反應(yīng)，以在其上形成氮化鉭的分級(jí)層。在持續(xù)沉積之下，α相鉭層形成于分級(jí)的氮化鉭層上。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括單重或雙鑲嵌技術(shù)，該單或雙鑲嵌技術(shù)包括在介電層或晶圓上的膜層中形成開口、在氨(NH3)及氮(N2)中對(duì)該介電層的暴露表面或介電層進(jìn)行激光熱退火、沉積鉭(Ta)以形成分級(jí)的氮化鉭/α相鉭層的合成擴(kuò)散阻擋層、在該介電層上排列該開口、沉積種子層、在填補(bǔ)該開口的種子層及介電層之上沉積該銅或銅合金層、以化學(xué)機(jī)械拋光法移除任何超出該開口的銅或銅合金層部份、留下暴露表面并在處理表面上沉積氮化硅或碳化硅基(siliconcarbide capping)或阻擋層。
從下列詳細(xì)說(shuō)明將使本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)變得更為清楚，其中，本發(fā)明所述的實(shí)施例僅為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所作的最佳實(shí)施例的說(shuō)明，應(yīng)了解的是，本發(fā)明可有其它不同的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明之下，于許多顯而易見(jiàn)的方面可修改其幾個(gè)細(xì)節(jié)。因此，圖式及說(shuō)明僅為了描述其本質(zhì)而非用以限定者。


圖1及圖2概略描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的連續(xù)階段。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明由形成諸如銅或銅合金互連結(jié)構(gòu)的金屬化互連結(jié)構(gòu)，尤其是在介電層中具有諸如含氟介電材料(例如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)的介電常數(shù)小于約3.9的鑲嵌結(jié)構(gòu)，以應(yīng)付并解決不同的問(wèn)題。由于組件符號(hào)Cu在本申請(qǐng)案中處處可見(jiàn)，組件符號(hào)Cu意指包含與銅基合金相同的高純度元素銅，諸如含少量鉭、銦、錫、鋅、錳、鎂、鉻、鈦、鍺、鍶、鉑、鋁或鋯的銅合金。
當(dāng)向下制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為諸如約0.12微米或以下的深亞微米范圍中時(shí)，電子遷移及接觸阻抗與互連結(jié)構(gòu)(尤其是銅互連結(jié)構(gòu))相連接的問(wèn)題變得越來(lái)越明顯，可靠度及電子遷移問(wèn)題將在某種程度上造成β相鉭對(duì)不同的低介電常數(shù)材料的較差接著力以及氮化鉭對(duì)銅與銅合金的較差接著力，氮化鉭及β相鉭顯示出高電阻率，因此對(duì)電路速度有不利的影響。
本發(fā)明由在沉積阻擋層之前于氨及氮中對(duì)該介電層的暴露表面上照射脈沖激光束以執(zhí)行激光熱退火，而應(yīng)付并解決不同的問(wèn)題。在氨及氮中的激光熱退火修正該介電層的表面，使得增氮表面區(qū)域得以形成。接下來(lái)，在沉積鉭期間，一開始于氮化鉭層形成具有分級(jí)的氮濃度，使得氮在遠(yuǎn)離增氮表面區(qū)域的方向中的含量漸減。繼續(xù)沉積氮，則結(jié)果將在該分級(jí)的氮化鉭層上形成薄α相鉭層。所得到的包括與介電材料接觸的分級(jí)的氮化鉭層以及與銅金屬化接觸的α相鉭層等的合成阻擋層，將解決由α相鉭對(duì)介電材料的較差接著力以及氮化鉭對(duì)銅與銅金屬化的較差接著力所產(chǎn)生的接著力問(wèn)題。在氮化鉭層上沉積鉭將有助于產(chǎn)生α相鉭，因?yàn)樵摲旨?jí)的氮化鉭層可作為長(zhǎng)出α相鉭的樣板(template)，相對(duì)于β相鉭所形成的電阻率約200至250微米歐姆-公分α相鉭提供較低而約40至50微米歐姆-公分的電阻率，此尤顯示出由例如離子化濺鍍沉積(ionized sputter deposition，ISD)的離子化物理氣相沉積來(lái)沉積鉭所特有的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)通常沉積約200埃至300埃的厚度的α相鉭層時(shí)，氮化鉭的起始層通常具有約20埃至50埃的厚度。該分級(jí)的氮化鉭層通常含有其值約為10％至40％的氮量，接近該介電層的增氮表面區(qū)域至接近于零的α相鉭層。
應(yīng)了解的是，適當(dāng)?shù)你g沉積條件視特定情況而言，因此可使之最佳化。根據(jù)特定的沉積系統(tǒng)或技術(shù)，例如已發(fā)現(xiàn)應(yīng)用流動(dòng)率約40至約60sccm(例如45至約60sccm)、直流電電力約1000至約40000瓦、射頻功率約1000至約3000瓦以及壓力約1mTorr至約45mTorr的氬(Ar)是適當(dāng)?shù)摹?br> 本發(fā)明的實(shí)施例包括利用諸如摻氟介電層(例如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)的摻鹵素介電層。在進(jìn)行這些實(shí)施例中，該介電層暴露表面的激光熱退火不只產(chǎn)生增氮表面區(qū)域，并將減少氟，所得的表面區(qū)域通常具有約10埃至約20埃的厚度，并含有比該剩余介電層更少量的氟。相信在激光熱退火期間，氨釋出在該介電層的表面部份與氟起反應(yīng)的氫，其中該介電層的表面部份在腔室之外完成氫氟酸(hydrofluoric acid，HF)的形成，借此減少氟的表面區(qū)域。而此表面區(qū)域的氮接著將由于在激光熱退火期間所留存的氮的增加而增加。
激光熱退火的使用有助于該介電層暴露表面的目標(biāo)定位，以在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)不須加熱晶圓的不同區(qū)域即可形成該增氮表面區(qū)域，借此可避免許多不利的結(jié)果，諸如難解決的摻雜擴(kuò)散問(wèn)題。在進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施例中，可應(yīng)用各種現(xiàn)有的激光系統(tǒng)，諸如受激準(zhǔn)分子激光器(excimer laser)或Nd-YAG脈沖激光器(Pulse Laser)，而市面上可買到具光罩或不具光罩的激光退火用的激光工具，諸如VerdantTechnologies的在暴露波長(zhǎng)308nm下操作的激光退火工具?？捎玫募す庠纯蓮募s10至約2000mj/cm2/pulse的能量下操作，適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件可視特定情況而決定。舉例來(lái)說(shuō)，已發(fā)現(xiàn)在約0.09至0.11joules/cm2的輻射通量(radiant fluence)下通過(guò)照射脈沖激光束可以激光熱退火來(lái)適當(dāng)?shù)乜刂圃摻殡妼拥谋┞侗砻?，借此將處于流?dòng)率約200至2000sccm的氮以及流動(dòng)率約200至2000sccm的氨中的該介電層的暴露表面加熱至約370℃至約430℃的溫度。
本發(fā)明的實(shí)施例包括單鑲嵌結(jié)構(gòu)及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，本發(fā)明有關(guān)于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的實(shí)施例概略描述于圖1及圖2中，其中，相同特征或組件者以相同的組件符號(hào)表示。注意圖1，在下層的金屬組件11(例如銅)形成于下內(nèi)介電層10(例如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)中，覆蓋層12(諸如氮化硅或碳化硅)形成于該下內(nèi)介電層10的上層表面及介電層13上，而諸如低k介電材料(例如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)形成于其上。中間蝕刻停止層14(諸如氮化硅或碳化硅)接著形成于該介電層13上，然后再沉積另一介電層15(諸如含低k介電材料的介電層，該低k介電材料可例如為衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)。而雙鑲嵌開口16接著形成于該介電層13及15的暴露表面17。應(yīng)了解的是，該雙鑲嵌開口可以通過(guò)先做通孔后做溝道的技術(shù)(via first-trench last technique)或先做溝道后做通孔技術(shù)(trench first-via last technique)而形成。接著對(duì)該介電層13及15的暴露表面17照射脈沖激光束以執(zhí)行激光熱退火，如箭頭18所示，借此以形成減少氟及增加氮的表面區(qū)域。
請(qǐng)看圖2，接著可通過(guò)離子化濺鍍沉積進(jìn)行鉭沉積，以隨后在表面區(qū)域19上形成分級(jí)的氮化鉭層20以及在該分級(jí)的氮化鉭層20上的α相鉭層21。然后可在沉積種子層22之后通過(guò)銅的電鍍沉積或無(wú)電鍍沉積以形成犧牲層。接下來(lái)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光并沉積諸如氮化硅或碳化硅的覆蓋層24，以完成在第2圖中所描述的互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)包括銅線23A，而該銅線23A則與電接觸下層金屬組件11的銅通孔23B相連。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行不同的鑲嵌技術(shù)中，可使用種子層通過(guò)銅的電鍍沉積或無(wú)電鍍沉積以沉積銅。典型的種子層包括含有適量(例如約0.3％至約12％)鎂、鋁、鋅、鋯、錫、鎳、鈀、銀或金的銅合金。接著進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，使得已鑲嵌的銅的上層表面與該內(nèi)介電層的上層表面大致為共平面。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該鑲嵌開口也可通過(guò)物理氣相沉積在約50℃至150℃的溫度中或通過(guò)化學(xué)氣相沉積在約200℃以下的溫度中以銅填補(bǔ)之。在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，可應(yīng)用熟知的基板及內(nèi)介電層。舉例來(lái)說(shuō)，該基板可摻雜單晶硅或砷化鎵。本發(fā)明中所應(yīng)用的內(nèi)介電層則可包括任何當(dāng)前制造半導(dǎo)體裝置的介電材料，舉例來(lái)說(shuō)，可應(yīng)用諸如二氧化硅、摻磷硅酸鹽玻璃(phosphorous-doped silicate-glass，PSG)、摻硼磷硅酸鹽玻璃(boron-and phosphorous doped silicateglass，BPSG)以及從通過(guò)等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)以沉積四乙基原硅酸鹽(Tetraethylorthosilicate，TEOS)或硅烷(Silane)而來(lái)的介電材料，形成在介電層中的開口可通過(guò)熟知的光刻或蝕刻技術(shù)產(chǎn)生。
有利的是，為了降低互連結(jié)構(gòu)電容，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中用以作為內(nèi)介電層的介電材料可包括具備低介電常數(shù)值的介電材料以及以上所提及的介電材料，″低K″材料表示具有介電常數(shù)低于約3.9(例如約3.5或更低)的成長(zhǎng)特征材料，在此所表示的介電常數(shù)值基于在理論上假設(shè)真空的介電常數(shù)值為″1″。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可應(yīng)用各種不同的低K材料，包括有機(jī)及無(wú)機(jī)材料。適合的有機(jī)材料包括聚酰亞胺(polyimide)及苯并環(huán)丁烯(BCB)，其它適合的低K材料則包括聚亞芳基醚(poly(arylene)ether)、聚亞芳基醚唑(poly(arylene)ether azoles)、聚對(duì)苯二甲基-N(parylene-N)、聚酰亞胺、聚萘-N(polynapthalene-N)、聚苯基喹喔啉、聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚乙烯及聚丙烯。其它適用于本發(fā)明的實(shí)施例的低K材料包括FOXTM(運(yùn)用低介電常數(shù)材料，HSQ-based)、XLKTM(運(yùn)用低介電常數(shù)材料，HSQ-based)、以及多孔的SLKTM、芳烴聚合物(aromatic hydrocarbon polymer)(可從英格蘭中部地區(qū)的Dow化學(xué)公司購(gòu)得)；CoralTM、摻碳二氧化硅(可從美國(guó)加州圣荷西的Novellus系統(tǒng)公司購(gòu)得)、氫氧碳化硅(silicon-carbon-oxygen-hydrogen，SiCOH)有機(jī)電介質(zhì)、黑鉆石(Black-DiamondTM)電介質(zhì)、FlareTM電介質(zhì)、有機(jī)聚合物、HOSPTM、有機(jī)聚硅氧烷混合物(hybrid siloxane-organic polymer)、以及NanoglassTM電介質(zhì)、奈米孔隙(nanoporous)二氧化硅(可從Honeywell電子材料公司購(gòu)得)及衍生自四乙基原硅酸鹽(TEOS)的摻鹵素(例如摻氟)二氧化硅與摻氟硅酸鹽玻璃(FSG)。
本發(fā)明可使具有互連結(jié)構(gòu)(尤其是銅互連結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體裝置的制造得以改善阻擋層的接著力、改進(jìn)電子遷移阻抗、增加可靠度并降低接觸電阻，通過(guò)將脈沖激光束照射在該介電層的暴露表面上使用激光熱退火，形成氟減少而氮增加的表面區(qū)域，而依序沉積的鉭將形成包括有在該介電層的暴露表面上的分級(jí)的氮化鉭層以及形成于該分級(jí)的氮化鉭層上的α相鉭層的合成阻擋層，因此可避免當(dāng)前實(shí)施方式在形成合成阻擋層時(shí)隨之而來(lái)的問(wèn)題，借此增加裝置的可靠度并改進(jìn)電子遷移阻抗。
本發(fā)明具有形成不同形態(tài)的互連結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)利用性，尤其是鑲嵌有銅的金屬化互連結(jié)構(gòu)圖案，本發(fā)明尤其適用于制造具有亞微米特征及高縱橫比開口的半導(dǎo)體裝置。
在上述說(shuō)明中，已提出諸如特定材料、結(jié)構(gòu)、化學(xué)制品、制程等為數(shù)眾多的特定細(xì)節(jié)以使本發(fā)明較易于了解，然而，本發(fā)明可在不訴諸所提出的特定細(xì)節(jié)下予以實(shí)施，為了更清晰的揭示本發(fā)明，在其它實(shí)例中的熟知制程及材料在此并未詳細(xì)說(shuō)明。
在本發(fā)明中僅顯示及說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例以及其多能性之一些實(shí)例，應(yīng)了解的是，本發(fā)明可應(yīng)用于其它不同的組合及環(huán)境，并且可在不超出本發(fā)明精神的范疇內(nèi)作變化或修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括在介電層(15、13)中形成開口(16)；在含氮的大氣中對(duì)該介電層(15、13)的暴露表面(17)進(jìn)行退火；以及形成包括沿該開口排列的鉭的合成阻擋層(20、21)。
2.如權(quán)力要求1所述的方法，其包括在氨及氮中進(jìn)行激光熱退火。
3.如權(quán)力要求1所述的方法，其中，該介電層(15、13)包括衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅。
4.如權(quán)力要求2所述的方法，其包括使用激光熱退火在該介電層的暴露表面上形成氟減少而氮增加的表面區(qū)域(19)。
5.如權(quán)力要求1所述的方法，其包括通過(guò)沉積鉭而形成該合成阻擋層(20、21)，該合成阻擋層包括在該增氮的表面區(qū)域(19)上的分級(jí)的氮化鉭層(20)，該含氮的分級(jí)的氮化鉭層在遠(yuǎn)離增氮表面區(qū)域的方向上的氮含量漸減；以及在該分級(jí)的氮化鉭層(20)上的α相鉭層(21)。
6.如權(quán)力要求2所述的方法，其包括使用激光熱退火在暴露表面上照射激光束(18)并以約0.09至0.11joules/cm2的輻射通量將溫度提高到約370℃至約430℃。
7.如權(quán)力要求2所述的方法，其包括通過(guò)沉積鉭而形成該合成阻擋層(20、21)，該合成阻擋層包括在該增氮的表面區(qū)域(19)上的分級(jí)的氮化鉭層(20)；該含氮的分級(jí)的氮化鉭層，在遠(yuǎn)離該增氮的表面區(qū)域(19)的方向上的氮含量漸減；以及在該分級(jí)的氮化鉭層(20)上的α相鉭層(21)。
8.一種半導(dǎo)體裝置，包括在介電層(15、13)中的開口；形成在沿該開口排列的介電層表面上的合成阻擋層(20、21)；其中該介電層的表面包括增氮的表面區(qū)域(19)；以及該合成阻擋層包括含氮的分級(jí)的氮化鉭層(20)，在遠(yuǎn)離該增氮的表面區(qū)域的方向中的氮含量漸減；以及在該分級(jí)的氮化鉭層(20)上的α相鉭層(21)。
9.如權(quán)力要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中，該介電層(15、13)包括衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅。
10.如權(quán)力要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中該開口為包括連通上層溝道部份的下層通孔的雙鑲嵌開口；以及該填充開口包括連通上層的銅或銅合金線(23A)的銅或銅合金通孔(23B)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置，包括具有改良阻擋層與介電層的接著力的互連結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體裝置是在含氨及氮的大氣中通過(guò)對(duì)介電層的暴露表面進(jìn)行激光熱退火而形成，并隨后沉積鉭以形成合成阻擋層。實(shí)施例包括形成在內(nèi)介電層(例如衍生自摻氟四乙基原硅酸鹽的含氟二氧化硅)中的雙鑲嵌開口、在氨及氮中激光熱退火該暴露的二氧化硅表面(17)、沉積鉭并接著以銅填補(bǔ)該開口。當(dāng)形成富含氮的表面區(qū)域時(shí)，在氨及氮中進(jìn)行激光熱退火以減少氟的暴露表面，已沉積的鉭與在該富含氮的表面區(qū)域中氮起反應(yīng)以形成包括分級(jí)的氮化鉭層及α相鉭層的合成阻擋層。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1599949SQ02824254
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者M·V·恩戈, D·M·霍珀 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司