[發明專利]使用銅金屬間化合物提高銅互連中的可靠性的技術

在審

• 申請號: 201780033175.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN109196635A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 胡朝坤;C·拉沃伊;S·羅森納格;T·M·邵
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 劉倜

1.一種在Cu線上方的電介質中形成銅(Cu)互連的方法，所述方法包括以下步驟：

在Cu線上方的電介質中形成至少一個通孔；

在所述電介質上沉積金屬層并襯墊所述通孔，使得所述金屬層與所述通孔底部的Cu線接觸，其中所述金屬層包含至少一種能與Cu反應以形成Cu金屬間化合物的金屬；

在足以在通孔底部形成Cu金屬間化合物阻隔的條件下退火所述金屬層和Cu線；和

將Cu電鍍到所述通孔中以形成所述Cu互連，其中所述Cu互連通過Cu金屬間化合物阻隔與Cu線分離。

2.如權利要求1所述的方法，其中所述金屬層包括選自由以下組成的組的金屬：鎂，鈣，鍶，鋇，鈧，釔，镥，鈰，鈦，鋯，鉿，鋅，鎘，鋁，鎵，銦，硅，鍺，錫，磷，砷，銻，硫，硒，碲，鑭，鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿及其組合物。

3.如權利要求1所述的方法，其中所述條件包括從約150℃至約400℃的溫度和其間的范圍，以及約1秒至約30分鐘的持續時間。

4.如權利要求1所述的方法，其中所述條件包括約300℃至約700℃的溫度和其間的范圍，以及約1毫秒至約30毫秒的持續時間。

5.如權利要求1所述的方法，其中所述條件包括從約700℃至約1200℃的溫度和其間的范圍，以及約10納秒至約100納秒的持續時間。

6.如權利要求1所述的方法，還包括步驟：

將電鍍到通孔和金屬層中的Cu退火以在通孔的側壁上形成Cu金屬間化合物襯墊。

7.根據權利要求6所述的方法，其中，在所述通孔的側壁上形成所述Cu金屬間化合物襯墊的退火在氮氣環境中執行。

8.如權利要求1所述的方法，還包括以下步驟：

將Cu籽晶層沉積到通孔中并襯墊所述通孔；

退火所述金屬層和Cu籽晶層，以在通孔的側壁上形成Cu金屬間化合物襯墊；和

將Cu電鍍到在Cu金屬間化合物襯墊上方的通孔中。

9.如權利要求1所述的方法，其中所述退火在氮氣環境中執行。

10.如權利要求1所述的方法，其中所述金屬層包含在溶液中可含有高于5at％氮的金屬。

11.如權利要求10所述的方法，其中所述金屬層包含選自由以下組成的組的金屬：鋯，鉿，鈦及其組合。

12.如權利要求10所述的方法，還包括步驟：

退火所述金屬層和Cu線以在通孔的底部上形成Cu金屬間化合物阻隔并在Cu金屬間化合物阻隔上形成氮化物阻隔。

13.如權利要求1所述的方法，還包括以下步驟：

在Cu互連的頂表面上沉積金屬覆蓋層，其中所述金屬覆蓋層包括至少一種能與Cu反應以形成Cu金屬間化合物的金屬；和

退火所述金屬覆蓋層和Cu互連，以在Cu互連的頂表面上形成Cu金屬間化合物覆蓋。

14.如權利要求13所述的方法，其中所述金屬覆蓋層包含選自由以下組成的組的金屬：鎂，鈣，鍶，鋇，鈧，釔，镥，鈰，鈦，鋯，鉿，鋅，鎘，鋁，鎵，銦，硅，鍺，錫，磷，砷，銻，氧，硫，硒，碲，鑭，鈰，鐠，釹，钷，釤，銪，釓，鋱，鏑，鈥，鉺，銩，鐿及其組合物。

15.如權利要求13所述的方法，其中所述金屬覆蓋層包含選自由以下組成的組的金屬：鋯，鉿，鈦及其組合。

16.如權利要求15所述的方法，還包括步驟：

退火所述金屬覆蓋層和Cu互連以在Cu互連的頂表面上形成Cu金屬間化合物覆蓋和在Cu金屬間化合物覆蓋上形成氮化物覆蓋。