[發(fā)明專利]鍍銅的高縱橫比過孔及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910150840.5
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101615591A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·R·麥克菲力;楊智超
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/3205;H01L23/528;H01L23/532
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 于 靜;楊曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及改善的高縱橫比過孔及其形成技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著多層布線陣列特征的尺寸持續(xù)縮小，過孔的制造正變得更加困難。也就是說，常規(guī)的過孔制造工藝無法跟上當(dāng)前希望級別的特征尺寸。例如，圖1A-1C示出了在涉及較小特征尺寸(例如45納米(nm)節(jié)點或更小技術(shù))時，與常規(guī)的過孔制造工藝相關(guān)聯(lián)的常見問題。如圖1A所示，在基板100上沉積介質(zhì)層120，并在介質(zhì)層120中蝕刻過孔101。如圖1B所示，在過孔101/介質(zhì)120的表面加襯擴散阻擋層130。擴散阻擋層可以是氮化鉭(TaN)或者任何其他適合的擴散層材料。使用電鍍，用銅(Cu)填充過孔101。然而，為了進行電鍍，首先需要沉積籽晶層，隨后在其上鍍敷Cu。也就是說，如圖1C所示，通過在擴散阻擋層130上濺射沉積Cu來形成籽晶層140。

該方法的問題在于，在過孔寬度縮小到約80nm以下并且縱橫(深度/寬度)比大于約5∶1時，結(jié)構(gòu)的電鍍開始出現(xiàn)問題。如圖1C所示，在籽晶層140中存在Cu厚度的顯著不均勻。該不均勻起因于濺射沉積工藝的與如下事實相關(guān)的方向特性，該事實為在過孔底部/側(cè)壁需要具有充足厚度的Cu層以便Cu層是連續(xù)的從而確保沒有無法鍍敷的點。結(jié)果，在過孔的水平表面上沉積過量的Cu。該過量的Cu最終變得懸掛于過孔開口之上。結(jié)果，在試圖電鍍時，該懸掛物使過孔開口閉塞并導(dǎo)致過孔開口閉合，在過孔中留下未填充的空隙，這會引起嚴(yán)重故障。

為了試圖防止上述懸掛物閉塞問題，已經(jīng)提出了一種可選方法，其中，取代在擴散阻擋層上濺射沉積Cu籽晶層，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)，即在存在過量CO的情況下通過羰合釕(Ru₃(CO)₁₂)前體，在擴散阻擋層上沉積釕(Ru)籽晶層。以該方式形成的Ru籽晶層可以被保形沉積，從而不會產(chǎn)生厚懸掛層，這顯著降低了在隨后的Cu電鍍過程中的空隙形成的問題。

然而，使用Ru籽晶層具有明顯的缺點，這是因為與Cu相比Ru具有相對高的電阻率并且Ru具有化學(xué)惰性。例如，電鍍之后，通常使用化學(xué)機械拋光(CMP)將過孔金屬平面化到介質(zhì)表面。實際上，使用標(biāo)準(zhǔn)的Cu拋光漿料，可以拋光掉的Ru的量的上限大約為5nm。然而，Ru的體電阻率比Cu的電阻率高出4倍多。如果只沉積5nm的Ru，所得結(jié)構(gòu)的電阻率使電鍍非常困難，經(jīng)過晶片的電壓降在Cu沉積中產(chǎn)生不可接受的不均勻。可以通過沉積較厚的Ru層來增加基板的導(dǎo)電率，來減輕該問題，但是隨后的CMP工藝將無法進行。不管如何選擇都存在問題，如果Ru足夠厚以使鍍敷容易，則隨后的CMP將無法使用標(biāo)準(zhǔn)的Cu拋光漿料進行。如果Ru層被減薄到可以進行CMP的厚度，則基板的電阻率太大而無法使用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)進行均勻的鍍敷。此外，即使開發(fā)一種拋光較厚Ru層的方法，其也不是希望的解決方案。為了便于電鍍工藝而添加的附加Ru會在CMP后保留在過孔中，這將降低在過孔中可獲得的Cu的量，過孔的電阻將顯著增加，從而降低性能。

因此，需要改善的過孔制造工藝，其可以適應(yīng)大多數(shù)當(dāng)前的縮放技術(shù)需求并可以一致地制造功能恰當(dāng)、切實可行的過孔。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了改善的高縱橫比過孔及其形成技術(shù)。在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種制造鍍銅的高縱橫比過孔的方法。該方法包括以下步驟。在介質(zhì)層中蝕刻高縱橫比過孔。在高縱橫比過孔中并在介質(zhì)層的一個或多個表面之上沉積擴散阻擋層。在擴散阻擋層之上沉積銅層。在銅層之上沉積釕層。使用在釕層上鍍敷的銅填充高縱橫比過孔。

在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種在介質(zhì)層中形成的鍍銅的高縱橫比過孔。該鍍銅的高縱橫比過孔包括：高縱橫比過孔；擴散阻擋層，其加襯于高縱橫比過孔和介質(zhì)層的一個或多個表面上；銅層，其在擴散阻擋層之上；釕層，其在銅層之上；和銅，其被鍍敷在釕層上，填充高縱橫比過孔，以形成鍍銅的高縱橫比過孔。

通過參考下面的詳細(xì)描述和附圖將獲得對本發(fā)明的更加完整的理解以及本發(fā)明的進一步的特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖1A-1C是說明常規(guī)過孔制造工藝的截面圖；以及

圖2A-2D是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性過孔制造工藝的截面圖。

具體實施方式