具有自形成阻挡物的互连件的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及具有自形成阻挡物的互连件，具体而言，本发明提供了一种使用包含铜或铜合金的填充物填充双镶嵌结构内的通孔和沟槽的方法。提供了使用包含铜或铜合金的通孔填充物来对所述通孔进行无电沉积填充。使用包括Mn或Al的沟槽阻挡层在所述通孔填充物之上形成沟槽阻挡层。在使所述沟槽阻挡层的组分进入所述通孔填充物的温度下对所述沟槽阻挡层进行退火处理。用包含铜或铜合金的沟槽填充物填充所述沟槽。
【专利说明】具有自形成阻挡物的互连件
【技术领域】
[0001]本公开涉及在半导体晶片上形成半导体器件的方法。更具体地，本发明涉及在低k介电层形成金属互连件。
【背景技术】
[0002]在形成半导体器件的过程中，导电金属互连件被设置在低k介电层内。通常，将特征蚀刻到层，然后用例如铜之类的导体填充。用铜填充蚀刻的特征的方法在以下文献中有描述:2007年11月13日公布的Ding等人的名称为“Sputter Deposition and Etchingof Metallization Seed Layer for Overhang and Sidewall Improvement,，，的美国专利N0.7, 294, 574 ；2010 年 2 月 9 日公布的 Juliano 的名称为 “Selective Resputtering ofMetal Seed Layers, ”的美国专利 N0.7,659，197 ;2003 年 12 月 16 日公布的 Andryuschenko等人的名称为 “Electroless Copper Deposition Method for Preparing Copper SeedLayers, ”的美国专利N0.6,664，122 ;2008年11月25日公布的Varadarajan等人的名称为“Electroless Copper Fill Process, ”的美国专利 N0.7，456，102 ;2009 年 3 月 10 日公布的 Poole 等人的名称为 “Formaldehyde Free Electroless Copper Compositions, ” 的美国专利N0.7，501，014 ；以及2010年I月26日公布的Lubomirsky等人的名称为“Processfor Electroless Copper Deposition, ” 的美国专利 N0.7，651，934,这些专利出于所有目的通过引用全部并入本文。
【发明内容】
[0003]为了实现上述意图并根据本发明的目的，本发明提供了 一种使用包含铜或铜合金的填充物填充双镶嵌结构内的通孔和沟槽的方法。提供了使用包含铜或铜合金的通孔填充物来对所述通孔进行无电沉积填充。使用包括Mn或Al的沟槽阻挡层在所述通孔填充物之上形成沟槽阻挡层。在使所述沟槽阻挡层的组分进入所述通孔填充物的温度下对所述沟槽阻挡层进行退火处理。用包含铜或铜合金的沟槽填充物填充所述沟槽。
[0004]在本发明的另一实现方式中，提供了一种使用包含铜或铜合金的填充物填充双镶嵌结构内的通孔和沟槽的方法。提供了使用包含铜或铜合金的通孔填充物来对所述通孔进行无电沉积填充。使用包括Mn或Al的沟槽阻挡层在所述通孔填充物之上形成沟槽阻挡层。用包含铜或铜合金的沟槽填充物填充所述沟槽。在低于250°C的温度下对所述沟槽填充物进行退火处理。在对所述通孔填充物进行退火处理后，在高于300°C的温度下对所述沟槽阻挡层进行退火处理，使所述沟槽阻挡层的组分进入所述通孔填充物并形成通孔阻挡层。
[0005]本发明的这些和其它特征将在本发明的详细描述中结合下面的附图在下文更详细地描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]在附图中，以示例的方式而非以限制的方式说明本发明，其中类似的参考数字指代类似的元素，且其中:
[0007]图1是本发明的实施方式的流程图。
[0008]图2A-E是利用本发明的方法形成结构的示意图。
【具体实施方式】
[0009]现在将参考本发明的如附图中所示的一些实施方式对本发明进行详细描述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。但显而易见的是，对本领域技术人员而言，本发明可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。另一方面，公知的工艺步骤和/或结构不会被详细描述以避免不必要地模糊本发明。
[0010]图1是本发明的一实施方式的高级流程图。在本实施方式中，将特征提供在层中(步骤104)。在一优选实施方式中，所述特征形成通孔和沟槽。使用无电沉积(ELD)填充通孔(步骤108)。在通孔填充物之上形成沟槽阻挡层(步骤112)。对所述沟槽阻挡层进行退火处理(步骤116)。对所述沟槽阻挡层进行退火处理将导致该沟槽阻挡层中的至少一种组分迁移通过通孔填充物，以形成或改善通孔阻挡层。填充沟槽(步骤120)。对沟槽填充物进行退火处理(步骤124)。
[0011]在本发明的一优选实施方式中，将特征提供在层中(步骤104)。图2A是具有衬底204与一个或多个中间层208的叠层200的示意性剖视图。导体层212具有导体216。导体层212可以是半导体器件上的层，M-1层，使得导体216可以成为器件触点。在替代方案中，导电层212可以是半导体器件上方的许多层中的一层，如M-6层，其中导体216可以是较低层(例如M-5层)中的导体填充沟槽。层间介电层220是在导体接触层212上方。在层间介电层220内形成特征。在本实施方式中，特征是通孔224和沟槽228的双镶嵌结构特征。在本实施方式中，层间介电层220是低k介电层,具有小于4.0的k值。在本实施例中，该层是低k电介质,如黑钻石II (Black Diamond II)或极光(Aurora)。在本实施方式中，通孔具有小于32纳米的直径。优选地，通孔的高度比通孔直径的3倍大。小的通孔直径使得器件尺寸能减小。然而，通孔的长度保持为通孔直径的若干倍，以减少层间的电容。缩小的宽度和大的高度或深度增大了深宽比，从而使得利用电镀工艺来填充所述通孔更具挑战性，因为非保形的PVD阻挡层/种子层造成:电镀铜填充在通孔底部产生空隙(不完全填充)。
[0012]采用无电沉积(步骤108)填充通孔。图2B是在用通孔填充物232填充通孔224后，堆层200的示意剖面图。通孔填充物232是导电材料，诸如铜或铜合金。
[0013]形成沟槽阻挡层(步骤112)。图2C是在沟槽阻挡层236形成后堆层200的示意剖视图。优选地，阻挡层236包含Mn和Al中的至少一种。更优选地，沟槽阻挡层236包括Mn。在一优选实施方式中，阻挡层236是TaMn。TaMn阻挡层可以是TaMn合金层,或者可以是两层:第一层为Mn层，第二层为放置在该Mn层之上的Ta层。
[0014]对该阻挡层进行退火处理(步骤116)。图2D是在对阻挡层236进行退火处理之后堆层200的示意性剖视图。退火处理使沟槽阻挡层236的组分(例如Mn)迁移通过通孔填充物232，以在通孔填充物232和通孔特征的侧壁之间形成通孔阻挡层240。优选地，在沟槽阻挡层236的退火处理期间提供至少300°C的温度。更优选地，在沟槽阻挡层236的退火处理期间提供介于350°C和450°C之间的温度。最优选地，在沟槽阻挡层236的退火处理期间提供介于375°C和400°C之间的温度。
[0015]填充沟槽(步骤120)。图2E是在用沟槽填充物244填充沟槽228后堆层200的示意剖面图。优选地，沟槽填充物244是导电材料。更优选地，沟槽填充物244是铜或铜合金。
[0016]对沟槽填充物进行退火处理(步骤124)。沟槽填充物244的退火处理是在较低的温度下进行的，并导致铜的晶粒生长。优选地，在沟槽填充物244的退火处理过程中提供小于250°C的温度。更优选地，在沟槽填充物244的退火处理过程中提供介于100°C和200°C之间的温度。最优选地，在沟槽填充物244的退火处理过程中提供介于125°C和150°C之间的温度。
[0017]该实施方式为具有小于32纳米的直径且大于17:1的深宽比的通孔提供通孔阻挡层。已经发现，与其他通孔阻挡层沉积工艺相比较，例如与使用物理气相沉积(PVD)以在通孔的侧壁上直接沉积阻挡层相比较，该实施方式提供改进的通孔阻挡层。这个过程可以重复用于在随后的层中的随后的通孔和沟槽特征。优选地，通孔具有至少3:1的深宽比。更优选地，通孔具有至少10:1的深宽比。最优选地，通孔具有17:1的深宽比。
[0018]在本发明的其它实施方式中，沟槽填充和沟槽退火可以在对沟槽阻挡层进行退火处理之前进行。在本发明的其它实施方式中，可以在填充通孔之前沉积通孔阻挡层。可以通过溅射TaN来沉积这样的通孔阻挡层。在这样的实施方式中，由铝(Al)或锰(Mn)形成沟槽阻挡层，并接着对沟槽阻挡层进行退火处理，从而改善通孔阻挡层。也可以提供其它工艺，如平坦化沟槽填充物。在其它实施方式中，可以在沉积沟槽填充物之前，在沟槽阻挡层上沉积籽晶层。在一些实施方式中，通过溅射通孔的底部，使导体暴露，以便在导体上进行无电沉积。在其他实施方式中，可使用其它工艺来暴露通孔底部下面的导体。
[0019]虽然已根据若干优选实施方式对本发明进行了描述，但还有落在本发明的范围内的变化方案、置换方案和各种替代方案。此外，应当注意，还有实施本发明的方法和装置的许多替代方式。因此，意在将下面所附权利要求解释为包括落在本发明的真实精神和范围内的所有这样的变化方案、置换方案和等同方案。
【权利要求】
1.一种使用包含铜或铜合金的填充物填充双镶嵌结构内的通孔和沟槽的方法，其包括: 使用包含铜或铜合金的通孔填充物来对所述通孔进行无电沉积填充； 使用包括Mn或Al的沟槽阻挡层在所述通孔填充物之上形成沟槽阻挡层； 在使所述沟槽阻挡层的组分进入所述通孔填充物的温度下对所述沟槽阻挡层进行退火处理；并且 用包含铜或铜合金的沟槽填充物填充所述沟槽。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在形成所述沟槽阻挡层后并在填充所述沟槽之前形成沟槽籽晶层。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括在对所述沟槽阻挡层进行退火处理后对所述沟槽填充物进行退火处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述对所述沟槽填充物进行退火处理是在低于250°C的温度下进行的，并且其中所述对所述沟槽阻挡层进行退火处理是在高于300°C的温度下进行的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中导体位于所述通孔的底部下面的层内，并进一步包括使所述通孔的所述底部 下面的所述导体暴露。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述沟槽阻挡层由WMn、TiMn、TaMn、WAl、TiAl、或TaAl中的至少一种形成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述沟槽阻挡层是由TaMn形成的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述沟槽填充物还包括电极铜沉积物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述通孔填充物是纯铜。
10.根据权利要求1所述的方法，其还包括在对所述沟槽阻挡层进行退火处理后对所述沟槽填充物进行退火处理。
11.根据权利要求3所述的方法，其中所述对所述沟槽填充物进行退火处理是在低于250°C的温度下进行的，并且其中所述对所述沟槽阻挡层进行退火处理是在高于300°C的温度下进行的。
12.根据权利要求1所述的方法，其中导体位于所述通孔的底部下面的层内，并进一步包括使所述通孔的所述底部下面的所述导体暴露。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述沟槽阻挡层由WMn、TiMn,TaMn, WAl、TiAl、或TaAl中的至少一种形成。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述沟槽阻挡层是由TaMn形成的。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述沟槽填充物还包括电极铜沉积物。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述通孔填充物是纯铜。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述对所述沟槽阻挡层进行退火处理导致所述沟槽阻挡层的组分形成通孔阻挡层。
18.一种使用包含铜或铜合金的填充物填充双镶嵌结构内的通孔和沟槽的方法，其包括: 使用包含铜或铜合金的通孔填充物来对所述通孔进行无电沉积填充； 使用包括Mn或Al的沟槽阻挡层在所述通孔填充物之上形成沟槽阻挡层；用包含铜或铜合金的沟槽填充物填充所述沟槽； 在低于250°C的温度下对所述沟槽填充物进行退火处理；并且在对所述通孔填充物进行退火处理后，在高于300°C的温度下对所述沟槽阻挡层进行退火处理，使所述沟槽阻挡层的组分进入所述通孔填充物并形成通孔阻挡层。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包括在形成所述沟槽阻挡层后并在填充所述沟槽之前形成沟槽籽晶层。
20.根据权 利要求18所述的方法，其中导体位于所述通孔的底部下面的层内，并进一步包括使所述通孔的所述底部下面的所述导体暴露。
【文档编号】H01L23/532GK104009018SQ201410067968
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】亨苏克·A·尹, 威廉·T·李 申请人:朗姆研究公司