[發(fā)明專(zhuān)利]擴(kuò)散阻擋及其形成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010196073.4
• 申請(qǐng)日: 2010-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101908501A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 帕特里克·W·德黑文;丹尼爾·C·埃德?tīng)査固?/a>;菲利普·L·弗萊茨;野上毅;斯蒂芬·M·羅斯納格爾;楊智超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邱軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體裝置制造技術(shù)，更具體地，涉及具有非晶鉭銥擴(kuò)散阻擋的銅互連結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著集成電路裝置尺寸持續(xù)減小以便實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率，更低的功耗，和整體更高的生產(chǎn)率，通過(guò)所謂雙金屬鑲嵌工藝形成的銅互連結(jié)構(gòu)對(duì)于制造和性能兩者都面臨日益增加的困難。具體地，由于互連特征尺寸(例如，銅線(xiàn)的寬度和通孔的尺寸)變得越來(lái)越小，通過(guò)電鍍用銅填充被蝕刻的溝槽/通孔變得更為困難。銅的電鍍發(fā)生于銅仔晶層上，它繼而通過(guò)物理氣相沉積(PVD)形成于襯墊材料的頂上。

但是，因?yàn)殂~仔晶層的有限的共形度，仔晶層可以在其中具有一或者更多的不連續(xù)。在銅仔晶不連續(xù)的位置，其下的作為銅擴(kuò)散阻擋工作的襯墊的表面(它通常是鉭(Ta)或者氮化鉭(TaN))在PVD工藝之后變得暴露于空氣并且被氧化。結(jié)果，銅的電鍍不發(fā)生于被氧化的襯墊表面的頂上，因?yàn)閷?duì)于銅離子的電子的供給(它對(duì)于銅的電鍍是必需的反應(yīng))在被氧化的襯墊表面被抑制。結(jié)果，仔晶層的不連續(xù)部具有銅的界面，其中原子鍵這樣弱使得所述不連續(xù)在退火工藝期間作為空泡成核位置。退火工藝?yán)^而被用于生長(zhǎng)大銅顆粒，以提高互連系統(tǒng)的可靠性。隨后，空泡成核位置在退火工藝期間或者在后續(xù)的形成其他的金屬層從而完成芯片制造的加熱工藝期間引起空泡形成。還可能的是，空泡成核可以由于電遷移或者其它應(yīng)力引起的遷移現(xiàn)象的不利地影響芯片操作。總之，這樣的空泡成核導(dǎo)致低產(chǎn)率或者低的產(chǎn)品可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

在典型實(shí)施例中，用于半導(dǎo)體裝置制造中的擴(kuò)散阻擋的形成方法包括，通過(guò)物理氣相沉積(PVD)工藝在構(gòu)圖的層間電介質(zhì)(ILD)層的上方沉積銥摻雜的鉭基阻擋層，其中阻擋層以至少60％的原子重量的銥濃度沉積，使得阻擋層具有所得的非晶結(jié)構(gòu)。

在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的擴(kuò)散阻擋結(jié)構(gòu)包括形成于構(gòu)圖的層間電介質(zhì)(ILD)層上方的銥摻雜的鉭基阻擋層；其中阻擋層以至少60％的原子重量的銥濃度形成，使得阻擋層具有所得的非晶結(jié)構(gòu)。

在又一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的方法包括在層間電介質(zhì)(ILD)層中形成一或者更多的雙金屬鑲嵌溝槽和通孔結(jié)構(gòu)圖案，所述層間電介質(zhì)層形成于下導(dǎo)體層上方；通過(guò)物理氣相沉積(PVD)工藝在構(gòu)圖的ILD層和下導(dǎo)體層的被暴露的部分上方沉積犧牲層；犧牲層包括第一銥摻雜的鉭基層；選擇性地去除犧牲層的水平表面并且在下導(dǎo)體層中形成凹坑(divot)；并且，通過(guò)PVD在ILD層、保留的犧牲層的垂直部分、以及對(duì)應(yīng)于凹坑的下導(dǎo)體層的被暴露的部分上方沉積阻擋層，阻擋層包括第二銥摻雜的鉭基層；其中犧牲層和阻擋層兩者都以至少60％的原子重量的銥濃度沉積以便具有所得的非晶結(jié)構(gòu)。

在又一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的方法包括在層間電介質(zhì)(ILD)層中形成通孔圖案，層間電介質(zhì)層形成于下導(dǎo)體層上方；通過(guò)物理氣相沉積(PVD)工藝在構(gòu)圖的ILD層和下導(dǎo)體層的被暴露的部分上方沉積犧牲層，犧牲層包括第一銥摻雜的鉭基層；選擇性地去除犧牲層的水平表面并且在下導(dǎo)體層中形成凹坑；在ILD層中構(gòu)圖一或者更多的溝槽；通過(guò)PVD，在ILD層、保留的犧牲層的垂直部分、和對(duì)應(yīng)于凹坑的下導(dǎo)體層的被暴露的部分上方沉積阻擋層，阻擋層包括第二銥摻雜的鉭基層；其中犧牲層和阻擋層兩者都以至少60％的原子重量的銥濃度沉積以便具有所得的非晶結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

參考示例的附圖，其中相似的元件在幾個(gè)圖中被相似地編號(hào)：

圖1(a)至1(e)是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在半導(dǎo)體裝置的制造中使用的形成擴(kuò)散阻擋的方法的系列截面圖；

圖2(a)是示例的非晶，Ir摻雜的Ta膜的電子透射顯微照片(TEM)圖像；

圖2(b)是圖2(a)的Ir摻雜的Ta膜的電子衍射圖案圖像；

圖3(a)是Ru摻雜的TaN膜的TEM圖像；

圖3(b)是圖3(a)的Ru摻雜的Ta膜的電子衍射圖案圖像；

圖4(a)至4(e)示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的典型工藝流程步驟的順序，引入了非晶Ir摻雜的襯墊技術(shù)，并將犧牲襯墊步驟與通孔切割相關(guān)；以及

圖5(a)至5(f)示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的的典型工藝流程步驟的順序，引入了非晶Ir摻雜的襯墊技術(shù)，以及筆直(Spang)通孔形成。

具體實(shí)施方式