[發(fā)明專(zhuān)利]使用銅金屬間化合物提高銅互連中的可靠性的技術(shù)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780033175.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109196635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡朝坤;C·拉沃伊;S·羅森納格;T·M·邵
• 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: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 劉倜

提供了用于使用Cu金屬間化合物提高Cu互連的可靠性的技術(shù)。在一方面，一種在Cu線(112)上方的電介質(zhì)(114)中形成Cu互連的方法包括以下步驟：在Cu線(112)上方的電介質(zhì)(114)中形成至少一個(gè)通孔(116)；將金屬層(118)沉積到電介質(zhì)(114)上并襯墊通孔(116)，使得金屬層(118)與通孔(116)底部的Cu線(112)接觸，其中金屬層(118)包含至少一種能與Cu反應(yīng)以形成Cu金屬間化合物的金屬；在足以在通孔(116)底部形成Cu金屬間阻隔(120)的條件下，使金屬層(118)和Cu線(112)退火；將Cu(122)電鍍到通孔(116)中以形成Cu互連，其中Cu互連通過(guò)Cu金屬間阻隔層(120)與Cu線(112)分離。還提供了一種裝置結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于提高銅(Cu)互連中的可靠性的技術(shù)，更具體地，涉及使用Cu金屬間化合物以形成用于Cu互連的襯墊(liners)，電遷移(EM)阻隔(barriers)和覆蓋(caps)。

背景技術(shù)

隨著在后段(BEOL)中繼續(xù)結(jié)垢(scaling)，銅(Cu)線的電阻增加。電阻增加首先僅僅因?yàn)榫€具有較小的橫截面積。也使進(jìn)整體阻力，因?yàn)榫€中的金屬表面變得更近并且金屬中的晶粒(grain)在更窄的線中變得更小，來(lái)自晶界和表面/界面的散射的增加進(jìn)一步促進(jìn)電阻率的額外增加，因此突出了在結(jié)垢的(scaled)Cu線技術(shù)中控制界面和晶界散射的重要性。

同時(shí)，隨著結(jié)垢繼續(xù)其他問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。一個(gè)問(wèn)題是擴(kuò)散阻隔(barrier)完整性。即，當(dāng)襯墊厚度減小時(shí)，性能不足并且金屬可以擴(kuò)散到電介質(zhì)中。由于需要保持襯墊厚度，因此非常窄的線中的Cu的體積是有限的。另一個(gè)問(wèn)題是電遷移或EM電阻。即，隨著線面積減小，電流密度增加。結(jié)果，Cu原子遷移可導(dǎo)致在最小的線中的斷裂。因此，定義好的EM界面是重要的。好的有界界面也可能有助于界面散射。還需要覆蓋層來(lái)防止線的頂部表面處的EM。Cu線結(jié)垢產(chǎn)生的另一個(gè)問(wèn)題是通孔底部的粘合。在芯片加工過(guò)程中需要好的粘合以防止裂紋擴(kuò)展。通孔底部襯墊厚度的減小無(wú)助于水平之間的粘合。

所提出的解決方案包括使用包含諸如錳(Mn)，鈷(Co)和/或釕(Ru)的材料的自形成嵌入式擴(kuò)散阻隔。例如，參見(jiàn)授予Cabral Jr.等人的名稱(chēng)為“Self-Forming EmbeddedDiffusion Barriers”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)9,190,321。還參見(jiàn)McFeely等人的名稱(chēng)為“Multi-StepMethod to Selectively Deposit Ruthenium Layers of Arbitrary Thickness onCopper”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2011/0045171以及授予Gambino等人的名稱(chēng)為“ConductorStructure including Manganese Oxide Capping Layer.”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7,884,475。所有這些解決方案都包括完全可溶于Cu(例如Mn)或具有非常低的溶解度且不可能形成相(例如Co，Ru等)的元素。

因此，尤其對(duì)于結(jié)垢的應(yīng)用，需要用于Cu互連的改進(jìn)的阻隔，襯墊和覆蓋。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了用于使用Cu金屬間化合物改善銅(Cu)互連中的可靠性以形成用于Cu互連的襯墊，電遷移(EM)阻隔和覆蓋的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在Cu線上方的電介質(zhì)中形成Cu互連的方法。該方法包括以下步驟：在Cu線上方的電介質(zhì)中形成至少一個(gè)通孔；在所述電介質(zhì)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(yīng)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(guò)Cu金屬間化合物阻隔與Cu線分離。