[發(fā)明專利]銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510016296.0
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN105280613B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余振華;眭曉林;李香寰;葉菁馥
• 申請（專利權(quán)）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,李偉

優(yōu)先權(quán)聲明

本申請是要求2012年4月13日提交的美國臨時申請第61/624,154號的優(yōu)先權(quán)的2012年8月15日提交的美國申請第13/586,676號的部分繼續(xù)申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及半導(dǎo)體器件的制造，更具體地，涉及銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

由于銅能夠提供的快速度，在半導(dǎo)體器件中將銅用作導(dǎo)電互連材料是有利的。通過使用鑲嵌處理技術(shù)形成銅互連結(jié)構(gòu)，其中，在介電層中形成開口，在開口內(nèi)沉積銅，然后拋光/平坦化工藝用于去除介電層上方的銅，從而留下嵌入在開口內(nèi)的銅。然而，銅擴散穿過介電材料，所以銅互連結(jié)構(gòu)必須由擴散阻擋層封裝。否則介電層中的擴散的銅金屬可能導(dǎo)致互連結(jié)構(gòu)之間的電流泄漏。擴散阻擋層通常包括耐熱材料。用于阻擋層的典型的耐熱材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)。

研究已經(jīng)推斷出，隨著集成電路(IC)的關(guān)鍵尺寸不斷縮小，在銅和擴散阻擋層之間的連接處會出現(xiàn)縫隙或裂縫。這些縫隙或裂縫導(dǎo)致稱為“電遷移”(EM)和“應(yīng)力遷移”的現(xiàn)象，電遷移和應(yīng)力遷移降低銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明一方面提供了一種半導(dǎo)體器件中的銅互連結(jié)構(gòu)，包括：介電層，具有側(cè)壁和表面，側(cè)壁和表面限定介電層中的開口；阻擋層，沉積在介電層的限定開口的側(cè)壁和表面上；阻擋/種子混合層，沉積在阻擋層上；粘合層，沉積在阻擋/種子混合層上；以及種子層，沉積在粘合層上。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括一種或多種阻擋材料和一種或多種種子材料，其中，一種或多種阻擋材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、鈷(Co)、鈷鎢(CoW)、MnO_x、MnN_x、MnC_x、MnSi_xO_y、其他錳基材料或釕(Ru)的一種或多種，一種或多種種子材料包括銅或銅合金的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括交互的阻擋材料和種子材料。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括阻擋材料和種子材料的混合物。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋材料和種子材料的混合物包括基底阻擋材料，基底阻擋材料具有沉積在基底阻擋材料中的種子材料。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋材料和種子材料的混合物包括基底種子材料，基底種子材料具有沉積在基底晶種材料中的阻擋材料。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋層包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、鈷(Co)、鈷鎢(CoW)、MnO_x、MnN_x、MnC_x、MnSi_xO_y、其他錳基材料或釕(Ru)的一種或多種阻擋材料。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括一種或多種增強阻擋材料，阻擋/種子混合層的阻擋材料通過等離子體增強沉積工藝來增強。

根據(jù)本發(fā)明，種子層包括銅或銅合金。

根據(jù)本發(fā)明，還包括在開口中沉積的導(dǎo)電插塞。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種在半導(dǎo)體器件中形成銅互連結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：在半導(dǎo)體器件的介電層中形成開口，開口由介電層的側(cè)壁和表面限定；在介電層的側(cè)壁和表面上沉積阻擋層；在阻擋層上沉積阻擋/種子混合層；在阻擋/種子混合層上沉積粘合層；以及在粘合層上沉積種子層。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括一種或多種阻擋材料和一種或多種種子材料，其中，一種或多種阻擋材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、鈷(Co)、鈷鎢(CoW)、MnO_x、MnN_x、MnC_x、MnSi_xO_y、其他錳基材料或釕(Ru)的一種或多種，一種或多種種子材料包括銅或銅合金的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括交互的阻擋材料和種子材料，通過交互的阻擋材料和種子材料沉積工藝來沉積阻擋/種子混合層。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋/種子混合層包括阻擋材料和種子材料的混合物。

根據(jù)本發(fā)明，阻擋材料和種子材料的混合物包括基底阻擋材料，基底阻擋材料具有通過沉積工藝沉積在基底阻擋材料中的種子材料。