[發(fā)明專利]基于鈷的互連及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380062154.7
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104813446A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C·J·杰澤斯基;J·S·克拉克;T·K·因杜庫里;F·格瑟特萊恩;D·J·謝拉斯
• 申請（專利權(quán)）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 林金朝;王英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例總體上涉及金屬互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及基于鈷的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

集成電路(IC)器件通常包括形成在半導體襯底內(nèi)或上的電路元件，例如晶體管、電容器和電阻器。互連結(jié)構(gòu)用于將分立的電路元件電耦合或連接成功能電路。典型的金屬互連可以包括線路部分和通孔部分。

當前，互連結(jié)構(gòu)是由銅制造的，并且可以包括阻擋層，例如鈦或鉭或諸如氮化鉭或氮化鈦之類的氮化物材料、或它們的組合(例如，氮化鉭/鉭(TNT))。利用銅互連結(jié)構(gòu)的問題在于它們對可能導致空位形成和故障的電遷移高度敏感。

鎢金屬化部已經(jīng)成功用于制造前端接觸部，并且因此已被建議用于后端金屬化部，用于進行互連的制造。利用鎢金屬化部的可取優(yōu)點是其對有害的電遷移效應高度耐受。然而，利用鎢金屬化部的缺點是其電阻率高于銅。更具體地，鎢線路電阻比銅互連高4到6倍，并且通孔電阻可能高出多達20％。這些高電阻嚴重降低了集成電路的性能并且因此是不期望的。

附圖說明

圖1A-1E是根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有晶種層的鈷互連的方法的截面?zhèn)纫晥D圖示。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有由具有晶種層的鈷互連形成的多個金屬化層的集成電路的截面?zhèn)纫晥D圖示。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有晶種層的鈷互連的方法的流程圖。

圖4A-4F是根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有鈷插塞的鈷互連的方法的截面?zhèn)纫晥D圖示。

圖5A-5F是根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有鈷插塞和晶種層的鈷互連的方法的截面?zhèn)纫晥D圖示。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有鈷插塞的鈷互連的方法的流程圖。

圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括基于鈷的金屬柵極電極的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOS-FET)。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的計算設(shè)備。

具體實施方式

本發(fā)明的實施例涉及鈷互連和制造鈷互連的方法。應當注意，在各種實施例中，參考附圖做出了描述。然而，可以在沒有這些具體細節(jié)中的一個或多個的情況下或者在不與其它已知方法和構(gòu)造組合的情況下實踐特定實施例。在以下描述中，闡述了許多細節(jié)，例如具體構(gòu)造、尺寸和工藝等，以提供對本發(fā)明的實施例的深入理解。在一些實例中，并未以具體細節(jié)的形式描述公知的半導體工藝和制造技術(shù)，以避免使本發(fā)明難以理解。在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”等的引用表示結(jié)合實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書中的各處出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“實施例”等不一定指代本發(fā)明的同一個實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或特性可以采用任何適合的方式組合到一個或多個實施例中。

本文中使用的術(shù)語“在……之上”、“到……”、“在……之間”和“在……上”可以指代一個層相對于其它層的相對位置。一個層在另一層“之上”或“上”或者接合“到”另一層可以與另一層直接接觸或者可以具有一個或多個中間層。層“之間的”一個層可以與層直接接觸或者可以具有一個或多個中間層。

本發(fā)明的一個實施例是鈷互連，其包括鈷晶種層和鈷填充材料。晶種層由與形成鈷填充材料所使用的不同的成分和/或不同的工藝形成。另一個實施例是鈷互連，其包括鈷插塞層和鈷填充材料。插塞層由與形成鈷填充材料所使用的不同的成分和/或不同的工藝形成。這種鈷互連是有利的，因為它們具有低電阻(例如，低于鎢)并且對電遷移高度耐受(例如，比銅更耐受電遷移)，使得能夠制造高性能互連結(jié)構(gòu)。另一個優(yōu)點是鈷互連不需要阻擋層，阻擋層在其它情況下用于防止銅遷移。由于常規(guī)互連處理中的尺寸縮放，這種阻擋層的高電阻可能在較大程度上影響常規(guī)銅互連的性能。

在第一方面中，共形的基于鈷的晶種層形成在電介質(zhì)層中的開口中。然后基于鈷的填充材料沉積或生長在基于鈷的晶種層上，以形成鈷互連。