專利名稱：導(dǎo)體－電介質(zhì)結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及導(dǎo)體-電介質(zhì)結(jié)構(gòu)及其制造方法。具體地，本公開(kāi)涉及制造BEOL(后段制程)互連結(jié)構(gòu)的方法。本公開(kāi)一般涉及減少金屬化(metallization)內(nèi)不連續(xù)，例如空隙或裂縫的產(chǎn)生的新工藝。根據(jù)本公開(kāi)，采用犧牲籽晶層以防止下面的鍍敷籽晶層被氧化。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)的制造期間，在半導(dǎo)體襯底例如硅襯底上依次沉積和構(gòu)圖各種材料的膜。對(duì)于后段制程(BEOL)處理，這些材料包括用于互連結(jié)構(gòu)的金屬化層、用于絕緣和覆蓋的介電層，以及用于防止互連氧化和擴(kuò)散的阻擋層。對(duì)互連金屬化的當(dāng)前選擇是以雙鑲嵌方法制造的銅。電介質(zhì)材料包括通過(guò)使用硅烷(SiH4)或原硅酸四乙酯(TEOS)前體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積的氧化硅，或通過(guò)用于高性能互連應(yīng)用的化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積的有機(jī)硅酸鹽玻璃或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。有機(jī)硅酸鹽玻璃可以是其致密形式或包括孔隙的形式。
阻擋層的選擇包括鉭、氮化鉭、氮化鎢、釕、銥和鈦以及這些金屬的合金。
隨著臨界尺寸(CD)的減小，對(duì)于擴(kuò)散阻擋和Cu鍍敷籽晶沉積來(lái)說(shuō)，由物理氣相沉積(PVD)技術(shù)導(dǎo)致的保形和覆蓋問(wèn)題變得更差。這反過(guò)來(lái)會(huì)在鍍敷期間導(dǎo)致填充問(wèn)題例如中心和邊緣空隙，其會(huì)引起可靠性問(wèn)題和成品率下降。關(guān)于該問(wèn)題的一種方法是減小PVD材料的總厚度，并利用用作擴(kuò)散阻擋和鍍敷籽晶的襯里(liner)材料的單層。關(guān)于上述問(wèn)題的另一方法是使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)，與常規(guī)PVD技術(shù)相比它們得到更好的階梯覆蓋和保形。
這種材料的一個(gè)實(shí)例是釕(O.Chyan et al，“Electrodeposition ofCopper Thin Film on RutheniumA Potential Diffusion Barrier forCopper Interconnects”，J.Electrochem.Soc.，150(5)，p.C347，2003)。然而，對(duì)于Ru上鍍敷Cu存在的問(wèn)題是在暴露到空氣時(shí)Ru表面被氧化的趨向，這會(huì)引起電導(dǎo)率(以及可能地附著力)降低，導(dǎo)致差的鍍敷。除了已構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)極差的填充之外，Cu與表面氧化物的不充分附著還產(chǎn)生電遷移和應(yīng)力可靠性問(wèn)題。已經(jīng)建議通過(guò)使用例如形成氣體和氫等離子體暴露以在鍍敷前減少表面氧化物的工藝，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這些技術(shù)的缺點(diǎn)包括1)在再次生長(zhǎng)表面氧化物之前必須被鍍敷的還原晶片內(nèi)存在時(shí)間窗口(等待時(shí)間)，以及2)由還原工藝所需的儀器(tooling)引起的提高了的制造成本，以及增加了的原始工藝時(shí)間。
希望有與現(xiàn)有的鍍敷工具和鍍敷工藝兼容的可以消除或至少最小化在互連內(nèi)部的鍍敷空隙的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)可以至少最小化在互連部件內(nèi)部的鍍敷空隙。
具體地，本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟提供包括其中具有已構(gòu)圖部件的介電層的結(jié)構(gòu)；在過(guò)孔中所述介電層上沉積鍍敷籽晶層；在所述過(guò)孔中所述鍍敷籽晶層上沉積犧牲籽晶層；通過(guò)轉(zhuǎn)向(reverse)鍍敷減小所述犧牲籽晶層的厚度；以及在所述已構(gòu)圖部件中所述犧牲籽晶層上鍍敷導(dǎo)電金屬。
本發(fā)明的另一方面涉及一種結(jié)構(gòu)，其包括其中具有已構(gòu)圖部件的介電層；在所述已構(gòu)圖部件中所述介電層上的鍍敷籽晶層；以及位于所述鍍敷籽晶層上所述已構(gòu)圖部件中的不連續(xù)犧牲籽晶層。
通過(guò)下面詳細(xì)的說(shuō)明，本公開(kāi)的其它目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)，在下面詳細(xì)的說(shuō)明中，通過(guò)對(duì)最佳實(shí)施方式的示例，僅僅示出和描述了優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本公開(kāi)能夠采用其它和不同的實(shí)施例，且其多個(gè)細(xì)節(jié)能夠在各方面進(jìn)行修改，而不脫離本公開(kāi)。因此，本說(shuō)明書(shū)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的。


相信本公開(kāi)的特征是新穎的，且本公開(kāi)的基本特征將在所附權(quán)利要求中具體提出。附圖僅僅用于說(shuō)明的目的。然而，就其組織和操作方法而言，本公開(kāi)本身可以參考結(jié)合附圖的進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明來(lái)得到更好的理解，在這些附圖中圖1-5、7和8是本公開(kāi)的制造工藝的各階段的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
圖6是示例了對(duì)電阻率的原位監(jiān)測(cè)的曲線圖。
圖9是示例了由在未來(lái)節(jié)點(diǎn)中減小的CD引起的空隙的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于理解本公開(kāi)，參考附圖。
考慮到在現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題和不足，本公開(kāi)提供了一種可以減少金屬化內(nèi)的不連續(xù)例如空隙或裂縫的產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。
圖1示例了一種結(jié)構(gòu)，其包括層間電介質(zhì)16、位于在電介質(zhì)16中的槽中的阻擋層18，以及位于阻擋層18上方的導(dǎo)電層17。標(biāo)號(hào)10和20表示分別位于層間電介質(zhì)材料14中的單鑲嵌蝕刻斷面和雙鑲嵌蝕刻斷面。標(biāo)號(hào)11表示在單鑲嵌蝕刻斷面10中的溝槽。標(biāo)號(hào)12表示在雙鑲嵌蝕刻斷面20中的溝槽，而標(biāo)號(hào)13表示過(guò)孔。帽層15存在于層間電介質(zhì)16上、在阻擋層18和部分導(dǎo)電層17上方。
典型的絕緣或電介質(zhì)材料14和16包括二氧化硅(SiO2)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼摻雜的PSG(BDPSG)或原硅酸四乙酯(TEOS)，更典型地為其介電常數(shù)小于3.9的低k電介質(zhì)例如SILK(從Dow Chemical可得)、SiCH(商品名為BLOK從AMAT可得)、SiCOH(商品名為Coral從Novellus可得、商品名為Black Diamond從AMAT可得、以及商品名為Auora從ASM可得)，SiCHN(商品名為N Blok從IBM可得)、CVD碳摻雜的氧化物、多孔CVD碳摻雜的氧化物、多孔和非多孔有機(jī)硅酸鹽、多孔和非多孔有機(jī)旋涂聚合物。
典型的帽層的實(shí)例是SiCOH、Blok、SiO2、NBlok、Si3N4和旋涂倍半硅氧烷(silsesquioxanes)。帽層約為10nm至60nm。帽層15的功能是用于防止互連材料17擴(kuò)散到介電層14中。
一些阻擋層18的實(shí)例是鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、釕、錸、鈷、鉬、鉻、銥、鉑、硅、碳、鋯、鈮、銠、鈀；它們的混合物和它們的合金。以上金屬的合金可以包括各種合金材料例如但不局限于O、S、N、B和P。并且，阻擋層18可以包括多個(gè)相同和/或不同組分的層。
更典型的阻擋層是鎢、鈦、鉭、它們的氮化物、Ru和它們的合金。阻擋層18典型地通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)或?yàn)R射例如物理氣相沉積(PVD)或離子化的物理氣相沉積(IPVD)沉積而成。
阻擋層典型地具有約8nm到80nm的厚度。
導(dǎo)電材料典型地是Cu、Cu合金、Al、Al合金、Ag、Ag合金、Au、Au合金、W或W合金，更典型地是含Cu的導(dǎo)電材料(例如Cu和Cu合金)。典型地，在美國(guó)專利公開(kāi)2004/178078 A1中公開(kāi)了用于Cu和Cu合金的鍍敷槽，這里引入其內(nèi)容作為參考。
參考圖2，其中在層間電介質(zhì)(ILD)14和導(dǎo)電層17的暴露部分上方的結(jié)構(gòu)上沉積擴(kuò)散阻擋層和鍍敷籽晶層21。擴(kuò)散阻擋和鍍敷籽晶層21典型地包括釕和/或銥。并且，層21可以包括多個(gè)層例如Ru和Ta和/或TaN；Ir和Ta和/或TaN；Ru和TiSiN；以及Ir和TiSiN。
典型地通過(guò)用于Ru、Ir和TaN的CVD或ALD沉積層21。雖然PVD沉積技術(shù)也可用于Ru、Ir和TaN的沉積。
層21典型地具有約2nm到80nm，更典型地約4nm到20nm的厚度。
在鍍敷籽晶層21上方沉積如圖3中示出的相對(duì)厚的犧牲籽晶層31。犧牲籽晶層31典型地為Cu或Cu合金，并典型地通過(guò)PVD沉積。
提供層31以防止或至少最小化對(duì)層21的氧化。在與鍍敷層21相同的真空下操作的平臺(tái)上沉積犧牲籽晶層31，以便在兩種膜的沉積之間沒(méi)有空氣暴露，從而在沉積的層21的表面上沒(méi)有氧。平臺(tái)包括幾個(gè)沉積室，其中室之間的晶片運(yùn)輸在真空下進(jìn)行，其間沒(méi)有空氣暴露。
犧牲籽晶層31典型地具有約3nm到約100nm，更典型地約5nm到約50nm的厚度。其需要足夠厚，以最小化不連續(xù)和/或針孔的幾率，這些不連續(xù)和針孔可使下伏層21被氧化。
在單個(gè)平臺(tái)中沉積層21和31以后，然后將晶片移動(dòng)到用于犧牲層31的厚度減薄工藝和將導(dǎo)電材料沉積為已構(gòu)圖部件的另一平臺(tái)。在厚度減薄工藝和導(dǎo)電材料沉積工藝期間，整個(gè)晶片被完全地浸入鍍敷槽中。
如圖4中所示，通過(guò)使用轉(zhuǎn)向鍍敷工藝減小犧牲籽晶31的厚度以產(chǎn)生減薄的層41。轉(zhuǎn)向鍍敷工藝包括使鍍敷槽中的電流轉(zhuǎn)向。在授予Datta并轉(zhuǎn)讓給該申請(qǐng)的受讓人國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司的美國(guó)專利5,486,282中描述了典型的轉(zhuǎn)向鍍敷工藝，這里引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。減薄包括化學(xué)蝕刻，從而在一個(gè)實(shí)例中，二價(jià)銅離子與銅反應(yīng)以形成亞銅離子。因?yàn)闋奚丫?1的厚度減薄工藝和導(dǎo)電層71的沉積工藝在同一鍍敷槽內(nèi)進(jìn)行，并且在這些工藝期間晶片被完全浸入鍍敷槽中，因此完全地防止了下伏層21暴露到空氣中。
減薄的犧牲層典型地小于層31的50％，更典型地小于層31的20％。
在更典型的工藝中，可以繼續(xù)轉(zhuǎn)向鍍敷以產(chǎn)生不連續(xù)的犧牲籽晶層51。不連續(xù)的犧牲籽晶層51典型地為1nm到約10nm厚，并覆蓋下伏層21的至少約30％。
如圖6中所示，在轉(zhuǎn)向鍍敷工藝期間可以監(jiān)測(cè)晶片的電阻率，以確定何時(shí)獲得層41的希望厚度。
然后在圖7中所示，典型地通過(guò)無(wú)電或電鍍敷覆蓋沉積導(dǎo)電互連71以填充開(kāi)口11、12和13。典型的互連材料71是Cu、Cu合金如CuAl、Al、Al合金如AlCu、Ag、Ag合金、Au、Au合金、W和W合金，其中Cu和Cu合金更典型。適當(dāng)?shù)臒o(wú)電和電鍍敷槽為已知的，不需要在此描述。(然而，如果可能，可以提供一些參考)。在授予Andricacos等的美國(guó)序列號(hào)No.09/348,632和美國(guó)專利號(hào)No.6,331,237 B1中公開(kāi)了典型的技術(shù)，這里引入其整個(gè)內(nèi)容作為參考。因?yàn)闋奚丫?1的厚度減薄工藝和導(dǎo)電層71的沉積工藝在同一鍍敷槽中進(jìn)行，并且在這些工藝期間晶片被完全浸入鍍敷槽中，因此完全防止了下伏層21暴露到空氣中。
如圖8中所示，然后例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)平坦化該結(jié)構(gòu)以除去互連材料71的多余部分。用于CMP的典型漿料包含研磨顆粒例如氧化鋁、氧化硅、氧化鈰、氧化鋯或二氧化鈦，以及氧化劑例如硝酸鐵、碘酸鉀、硝酸鈰銨、鐵氰化鉀、硝酸銀、次氯酸鈉、高氯酸鉀、高錳酸鉀或過(guò)氧化氫。
前述說(shuō)明書(shū)示例和描述了本公開(kāi)。另外，本公開(kāi)僅僅示出和描述了優(yōu)選實(shí)施例，但如上所述，應(yīng)理解，本公開(kāi)可以在各種其它組合、修改和環(huán)境中使用，且可以在這里表達(dá)的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)，進(jìn)行與以上內(nèi)容和/或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)相應(yīng)的修改和變化。這里描述的上述實(shí)施例還旨在解釋申請(qǐng)人所知的最佳模式，并使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用在這些或其它實(shí)施例中并具有具體應(yīng)用或其用途所需的各種修改的公開(kāi)。因此，本發(fā)明并不旨在將本發(fā)明限制為在此公開(kāi)的形式。并且，所附的權(quán)利要求旨在被解釋為包括可選實(shí)施例。
在該說(shuō)明書(shū)中引用的所有公開(kāi)和專利申請(qǐng)都被引入作為參考，并且為了任何和所有目的，好像每個(gè)單獨(dú)的公開(kāi)或?qū)＠暾?qǐng)都被具體地和單獨(dú)地標(biāo)明作為參考而被引入。
權(quán)利要求
1.一種制造導(dǎo)體-電介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟提供包括其中具有已構(gòu)圖部件的介電層的結(jié)構(gòu)；在所述已構(gòu)圖部件中所述介電層上沉積鍍敷籽晶層；在所述已構(gòu)圖部件中所述鍍敷籽晶層上沉積犧牲籽晶層；通過(guò)轉(zhuǎn)向鍍敷減小所述犧牲籽晶層的厚度；以及在所述已構(gòu)圖部件中所述犧牲籽晶層上沉積導(dǎo)電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述結(jié)構(gòu)包括單或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)或兩者。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述鍍敷籽晶層包括Ru或Ir或兩者。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述犧牲籽晶層包括Cu或Cu合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述鍍敷籽晶層包括Ru和Ta和/或TaN；Ir和Ta和/或TaN；Ru和TiSiN；以及Ir和TiSiN。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述犧牲籽晶層的厚度為約3nm到約100nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述犧牲籽晶層的厚度減小到原厚度的至少50％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中減小所述犧牲籽晶層的厚度以提供不連續(xù)的犧牲籽晶層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)電材料選自Cu、Al、Ag、Au、W以及它們的合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括Cu或Cu合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括平坦化所述導(dǎo)電材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述鍍敷籽晶層通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)技術(shù)沉積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述犧牲籽晶層通過(guò)物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)技術(shù)沉積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述犧牲籽晶層在沉積所述鍍敷籽晶層的同一平臺(tái)中沉積。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)電材料通過(guò)無(wú)電或電鍍敷沉積，并在其中所述犧牲層被減薄的同一鍍敷槽中進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述結(jié)構(gòu)還包括位于所述介電層和阻擋層上方的帽層。
17.一種結(jié)構(gòu)，包括其中具有已構(gòu)圖部件的介電層；在所述已構(gòu)圖部件中所述介電層上的鍍敷籽晶層；以及位于所述鍍敷籽晶層上所述已構(gòu)圖部件中的不連續(xù)犧牲籽晶層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的結(jié)構(gòu)，其中所述鍍敷籽晶層包括Ru或Ir或兩者。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的結(jié)構(gòu)，其中所述犧牲籽晶層包括Cu或Cu合金。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的結(jié)構(gòu)，還包括在所述犧牲籽晶層上的導(dǎo)電互連。
全文摘要
通過(guò)以下步驟制造導(dǎo)體－電介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)提供包括其中具有已構(gòu)圖部件的介電層的結(jié)構(gòu)；在所述已構(gòu)圖部件中所述介電層上沉積鍍敷籽晶層；在過(guò)孔中所述鍍敷籽晶層上沉積犧牲籽晶層；通過(guò)轉(zhuǎn)向鍍敷減小所述犧牲籽晶層的厚度；以及在所述已構(gòu)圖部件中所述犧牲籽晶層上鍍敷導(dǎo)電金屬。并且提供其中具有過(guò)孔的介電層；在已構(gòu)圖部件中所述介電層上鍍敷籽晶層；以及位于所述已構(gòu)圖部件中的不連續(xù)犧牲籽晶層。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1971876SQ200610163558
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者D·L·拉思, 楊智超, S·波諾斯, K·K·H·黃 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司