[發明專利]具有超薄金屬硫族元素阻擋材料的集成電路互連結構

在審

• 申請號: 202111150122.5
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN114446932A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: C·內勒;C·杰澤斯基
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768;H01L21/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文

集成電路互連結構包括具有阻擋材料的互連金屬化特征，該阻擋材料包括金屬和硫族元素。硫族元素的引入可以在給定的阻擋材料層厚度下隨著阻擋層厚度的增大而改善擴散阻擋特性?？梢砸宰钚『穸瘸练e阻擋材料，諸如TaN，并且在一種或多種填充材料沉積在阻擋材料之上之前或之后以硫族元素對阻擋材料進行摻雜。在熱處理期間，移動的硫族元素雜質可在阻擋材料內的區域內聚集至足夠高的濃度以使阻擋材料的至少一部分轉換為金屬硫族化物層。金屬硫族化物層可以比阻擋層的其余部分具有更大的結晶度。

背景技術

電子設備應用中對更高性能集成電路(IC)的需求推動了越來越密集的晶體管架構。隨著互連結構的密度與晶體管密度保持同步，互連寄生現象成為更大的挑戰。例如，與IC的互連相關聯的電阻-電容(RC)延遲隨著互連的密度的增大而增大。

圖1A示出了包括第一互連層級內的金屬線101的常規互連結構。金屬線101的橫向寬度具有某橫向臨界尺寸CD1。電介質材料102在金屬線101之上，并且在z維度上穿過電介質材料102相減圖案化出“過孔”103以暴露金屬線101的一部分。過孔103具有與電介質材料102的厚度相關聯的深度DV。過孔103的直徑具有某橫向臨界尺寸CD2。通常，使CD2比CD1小足以確保過孔103將落在金屬線101上的量。深度DV與CD2的比率稱為過孔103的縱橫比。隨著金屬線密度隨晶體管密度的增大而增大，金屬線寬度CD1按比例縮小，并且所以CD2必須也按比例縮小并且過孔103的縱橫比增大。

如圖1B中進一步所示，過孔103和溝槽106填充有一種或多種金屬以形成金屬線108，金屬線108在xy維度上延伸以與過孔103中的導電材料相交，使得兩個互連層級電連接。在該示例中，阻擋材料105位于溝槽106和過孔103的表面上。阻擋材料105可以阻止填充材料107擴散/遷移出互連結構，因為填充材料107的任何損失對集成電路通常是災難性的。在某最小閾值層厚度下，阻擋材料105失去充分阻止填充材料107的擴散/遷移的能力。取決于阻擋材料，該閾值阻擋層厚度可以在例如2-5nm的范圍中。

阻擋材料105通常具有比填充材料107顯著高的電阻。隨著結構尺寸的縮放，阻擋材料105有可能成為互連結構的更大部分，導致更高的互連電阻。因此，超薄阻擋材料厚度將提供IC性能優勢。

附圖說明

在附圖中通過示例而非限制的方式示出了本文描述的材料。為了說明的簡單和清楚起見，圖中所示的元件不一定按比例繪制。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可能相對于其他元件被夸大。此外，在認為合適的情況下，在圖中重復了參考標記以指示對應或類似的元件。圖中：

圖1A和1B示出了根據慣例的IC互連結構的等距截面圖；

圖2A是根據一些實施例的制造具有超薄金屬-硫族元素阻擋材料的集成電路互連結構的一個層級的方法的流程圖；

圖2B是根據一些替代實施例的制造具有超薄金屬-硫族元素阻擋材料的集成電路互連結構的一個層級的方法的流程圖；

圖3A、4A、5A和6A示出了根據一些雙鑲嵌實施例的隨著圖2A中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的平面圖；

圖3B、4B、5B和6B示出了根據一些雙鑲嵌實施例的隨著圖2A中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的截面圖；

圖7A、8A、9A和10A示出了根據一些單鑲嵌實施例的隨著圖2B中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的平面圖；

圖7B、8B、9B和10B示出了根據一些單鑲嵌實施例的隨著圖2B中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的截面圖；

圖11A和12A示出了根據一些替代單鑲嵌實施例的隨著圖2A中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的平面圖；

圖11B和12B示出了根據一些替代單鑲嵌實施例的隨著圖2A中示出的方法的實施而演進的IC互連結構的一部分的截面圖；