[發(fā)明專利]具有包覆層的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580046544.0
• 申請日: 2005-12-02
• 公開（公告）號: CN101099235A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L·A·克萊文格;T·J·達爾頓;L·C·蘇;C·J·拉登斯;T·E·斯坦德爾特;K·K·H·黃;楊智超
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: H01L21/4763
• 分類號: H01L21/4763
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 于靜;劉瑞東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路中如過孔和溝槽金屬化的互連結(jié)構(gòu)。更具體地說，本發(fā)明涉及具有包覆層的過孔和溝槽金屬化結(jié)構(gòu)，以及該結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

當(dāng)集成電路復(fù)雜化時，集成工藝需要幾種工藝。同樣，電子器件的持續(xù)小型化要求互連位于器件中的多級中。對于銅，由于在每一級中蝕刻停止和擴散阻擋結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求，幾層金屬化的要求也日益復(fù)雜。

在鑲嵌工藝中，在介質(zhì)膜中形成的溝槽或過孔中，形成互連結(jié)構(gòu)或布線圖形。使用公知技術(shù)，使用光致抗蝕劑材料限定布線圖形。構(gòu)圖后的光致抗蝕劑材料用作掩模，通過它用如等離子體蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻的減去蝕刻工藝除去介質(zhì)材料圖形。使用蝕刻開口在介質(zhì)層中限定布線圖形。這些布線圖形可以從介質(zhì)層的一個表面延伸到介質(zhì)層的另一個表面。可選地，可以限制布線圖形為單層，即沒有延伸到介質(zhì)層的相對表面。

然后使用如電鍍，無電鍍，化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積或其組合的填充技術(shù)用金屬填充布線圖形。優(yōu)選使用阻擋層以將導(dǎo)電材料層向介質(zhì)中的原子擴散最小化。

在單鑲嵌工藝中，在介質(zhì)層中提供過孔開口并且用導(dǎo)電金屬填充，這經(jīng)常被稱為金屬化，以在布線級的層之間提供電接觸。在雙鑲嵌工藝中，在用導(dǎo)電材料填充前，在介質(zhì)層中提供過孔開口和布線圖形開口。通過消除一些內(nèi)部界面，雙鑲嵌工藝可以簡化制造工藝。在電子部件的每層中連續(xù)進行雙鑲嵌工藝接著金屬化直到電子器件完成。

在介質(zhì)材料和導(dǎo)電材料間經(jīng)常需要阻擋層以防止導(dǎo)電材料原子擴散進入并且同時穿過介質(zhì)材料而進入其它有源電路器件結(jié)構(gòu)中。器件中導(dǎo)電材料的擴散可以引起穿過介質(zhì)材料的級間或級內(nèi)短路。還會導(dǎo)致結(jié)泄漏以及在襯底中形成的晶體管的閾值電壓(V_t)水平的偏移。在一些情況下，會破壞器件功能。

當(dāng)高擴散元素用作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電材料時，要特別注意擴散問題。例如，銅原子在多數(shù)介質(zhì)材料中經(jīng)常表現(xiàn)出相對高的擴散遷移率。然而，除了此問題以外，因為其優(yōu)秀的導(dǎo)電率，銅是用于互連的較好材料。

圖1A和1B是現(xiàn)有技術(shù)用于提供銅互連的工藝步驟的代表性截面圖。參考圖1A，示出了雙鑲嵌銅互連，其包括溝槽16和過孔17，嵌入介質(zhì)10中的銅線12，覆蓋層14(例如，氮化硅，碳化硅或氧化硅)以及層間介質(zhì)15。如所示，在層間介質(zhì)15和覆蓋層14中蝕刻過孔17以暴露銅線12。優(yōu)選，使用PVD工藝在構(gòu)圖層間介質(zhì)上沉積阻擋層(例如，鉭，氮化鉭)。然后在阻擋層上沉積銅籽晶層，接著進行鍍銅工藝以用銅18填充溝槽16和過孔17，如圖1B所示。

每個都具有其嵌入的互連結(jié)構(gòu)的一個構(gòu)圖夾層在另一個夾層上的未對準(zhǔn)，經(jīng)常導(dǎo)致過孔沒有完全接合在下面的導(dǎo)線上或者導(dǎo)線沒有完全接合在下面的過孔上。沒有接合的過孔和線可以明顯減小到下面的金屬化的電連接并且導(dǎo)致低工藝產(chǎn)量或場失效。作為結(jié)果，用具體的對準(zhǔn)容差值設(shè)計電子電路。例如，在65nm節(jié)點技術(shù)中，過孔直徑約100nm并且覆蓋層預(yù)計約40nm。因此，有對提供具有放寬的制造容差值的互連結(jié)構(gòu)的興趣，特別是對于高密度布線設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在制造互連結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：在介質(zhì)材料中提供互連結(jié)構(gòu)，凹進介質(zhì)材料，以使互連結(jié)構(gòu)的一部分在介質(zhì)的上表面上延伸；以及在互連結(jié)構(gòu)的延伸部分上沉積包覆層(encasing?cap)。

本發(fā)明還旨在互連結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括：位于介質(zhì)材料中的金屬導(dǎo)體，所述金屬導(dǎo)體的一部分在所述介質(zhì)材料的表面上延伸。用覆層包覆金屬導(dǎo)體的延伸部分。

附圖說明

當(dāng)與附圖一起參考本發(fā)明的詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1A和1B是現(xiàn)有技術(shù)用于提供銅互連的工藝步驟的代表性截面圖；

圖2A到2F是本發(fā)明的一個實施例的工藝步驟的代表性截面圖；并且

圖3A和3B是描述本發(fā)明的一個優(yōu)點的頂視圖。

具體實施方式

本發(fā)明旨在制造互連結(jié)構(gòu)的方法。此方法包括：在介質(zhì)材料中提供互連結(jié)構(gòu)，凹進介質(zhì)材料，以使互連結(jié)構(gòu)的一部分在介質(zhì)的上表面上延伸；以及在互連結(jié)構(gòu)的延伸部分上沉積包覆層。該方法還包括在包覆層上沉積第二介質(zhì)材料。術(shù)語“介質(zhì)材料”指第一沉積介質(zhì)層或?qū)娱g介質(zhì)。