專利名稱：使用直接銅鍍制造電子器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明尋求克服使用銅金屬化來制造半導(dǎo)體器件(比如集成電路、存儲單元等)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的一種或多種缺陷。
本發(fā)明的一個方面是一種制造具有銅金屬化的半導(dǎo)體器件的方法。在一個實施方式中，該方法包括提供具有對于銅的擴散阻擋層的圖案化的晶片；在該擴散阻擋層上沉積無銅種晶層，其對空隙填充銅的直接電化學(xué)沉積有效。該種晶層部分是由保形沉積工藝而部分是由非保形沉積工藝形成的。該方法進(jìn)一步包括在該種晶層上電鍍銅空隙填充。本發(fā)明的另一個方面是用于制造使用銅金屬化的半導(dǎo)體器件的種晶層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的又一個方面包括使用下文揭示的方法制造的半導(dǎo)體器件。 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于在下面的實施方式中以及在附圖中所闡明的對構(gòu)造的細(xì)
節(jié)和對元件的布置的應(yīng)用。本發(fā)明有其它的實施方式而且可以用多種方式實現(xiàn)和執(zhí)行。另
外，應(yīng)當(dāng)理解，本文的語句和用詞是為了說明的目的，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本揭示所基于的構(gòu)想可以很容易地用作其它
結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以執(zhí)行本發(fā)明的各個方面。因此，重要的是，權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為
包括這些等同的構(gòu)造，只要它們不背離本發(fā)明的精神和范圍。


圖1是本發(fā)明的一個實施方式的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施方式的工藝流程圖。 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，待處理的襯底(substrate)的圖示。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，被部分處理過的圖3A的襯底的圖示。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，被部分處理過的圖3A的襯底的圖示。
圖3D是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，被部分處理過的圖3A的襯底的圖示。
圖3E是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，被處理過的圖3A的襯底的圖示。
熟練的技術(shù)人員可以看出，各圖中的元件是為了清楚簡明的目的進(jìn)行描繪的，不一定是按比例繪制的。例如，各圖中一些元件的尺寸可能相對于其它元件被夸大了，以助于增進(jìn)對本發(fā)明的各實施方式的理解。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及使用阻擋層和銅連線的半導(dǎo)體器件金屬化。下面會討論本發(fā)明的實施方式的操作，主要是在硅集成電路的 渡金屬阻擋層和銅金屬連線的情況下進(jìn)行討論。然而，應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明的各實施方式可以被用于其它的需要直接形成銅空隙填充(沒有銅種晶層)的金屬化系統(tǒng)。 在下面對各附圖的描述中，在指示各圖中共有的大體相同的元件和步驟時，使用相同的參考數(shù)字。 現(xiàn)在參考圖l，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的工藝流程圖20。工藝流程20顯示為了集成電路金屬化，在過渡金屬阻擋層上沉積銅空隙填充層的方法。工藝流程圖20包括步驟25、步驟30和步驟35。 步驟25提供圖案化的集成電路晶片(wafer)?？蛇x地，該集成電路晶片可以是半導(dǎo)體晶片，比如硅晶片。作為替代，該集成電路晶片可以是用除了半導(dǎo)體以外的材料制成的晶片，比如玻璃晶片、比如藍(lán)寶石(sapphire)晶片或用于支持集成電路的其它材料。在該晶片上形成的圖案包括特征，比如溝槽，比如通孔，以連接金屬化。該圖案可以是由一個或多個工藝形成的，包括一個或多個光刻工藝、沉積工藝、蝕刻工藝和平坦化(planarization)工藝。 步驟30包括用于直接銅空隙填充沉積的種晶層的沉積。該種晶層部分是由保形沉積工藝沉積的，部分是由非保形沉積工藝沉積的。優(yōu)選地，沉積該種晶層以有效地基本上阻止或延遲阻擋層的氧化。本發(fā)明的實施方式的優(yōu)選種晶層包含除了銅以外的元素。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的實施方式的優(yōu)選種晶層是無銅種晶層。為了本揭示的目的，術(shù)語"無銅"在這里被定義為大體上不含銅或者主要包含除了銅以外的元素。而且，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式使用還對氧化物的形成有抵抗力并且在處理過程中不會形成干擾接下來的空隙填充金屬的沉積的表面氧化物的種晶層。 步驟35包括該空隙填充金屬的沉積。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，該空隙填充金屬包含銅。優(yōu)選地，執(zhí)行工藝流程20從而在該阻擋層和該種晶層之間基本上不存在氧化物，以及從而在該種晶層和該空隙填充金屬之間基本上不存在氧化物。根據(jù)本發(fā)明的各優(yōu)選實施方式，該空隙填充金屬包含由電化學(xué)鍍沉積的銅。 作為本發(fā)明的一些實施方式的一個可選項的一個進(jìn)一步的步驟(圖1中未示)包括在形成阻擋層之后處理該阻擋層的表面。處理該阻擋層的表面可以是用多種方式執(zhí)行的。執(zhí)行該步驟以預(yù)制(pr印are)該阻擋層的表面以進(jìn)行接下來的處理步驟。處理該阻擋層的表面主要是為了改善表面粘著性或改善對該阻擋層上沉積的層的接觸電阻。依照本發(fā)明的一個實施方式，處理該阻擋層的表面是通過使該阻擋層的表面經(jīng)受含氫等離子體完成的。該含氫等離子體可被配置為除去該阻擋層表面上的污染物以便將該阻擋層表面上的金屬氧化物分解從而在該阻擋層的表面上產(chǎn)生金屬富集表面。處理該阻擋層的表面的合適的含氫等離子體的一個實施例在申請序列號為11/514,038，申請日為2006年8月30日的共同持有的美國專利申請中有所描述，其內(nèi)容皆由引用納入此處。 對于本發(fā)明的各實施方式，該擴散阻擋層有足以基本上阻止半導(dǎo)體器件中使用的空隙填充金屬擴散的特性。合適的擴散阻擋層的一些例子包括但不限于，碳氮化鉭(tantalum carbon nitride)、氮化鉭、氮化鈦、氮硅化鈦(titanium silicon nitride)、氮化鴇和碳氮化鴇(tungsten carbon nitride)。具有銅金屬化的半導(dǎo)體器件的優(yōu)選的擴散阻擋層使用包含鉭(比如氮化鉭)的化合物。種晶層的一些例子包括但不限于，錸、鋨、銥、鈷、鎳、鉬和鈀。 本發(fā)明的各實施方式可以使用能夠提供可控保形沉積和可控非保形沉積的各種沉積工藝實現(xiàn)，以形成種晶層。已經(jīng)知道，通過選擇恰當(dāng)?shù)牟牧虾凸に嚄l件的組合，可以使用比如原子層沉積和化學(xué)氣相沉積等工藝來完成保形沉積。至于如何執(zhí)行該原子層沉積工藝和至于如何執(zhí)行該化學(xué)氣相沉積工藝，還有許多可選項。已經(jīng)知道，通過選擇恰當(dāng)?shù)牟牧虾凸に嚄l件的組合，可以使用化學(xué)氣相沉積完成非保形沉積。原子層沉積和化學(xué)氣相沉積的一般工藝是本領(lǐng)域熟知的。根據(jù)本發(fā)明的各實施方式，有多種工藝可以選擇以形成種晶層。 實現(xiàn)非保形沉積以實現(xiàn)本發(fā)明的各實施方式的另一個可選項包括使用傳統(tǒng)的非保形沉積工藝，比如視線(line-of-sight)沉積工藝。傳統(tǒng)的非保形沉積工藝的一些例子包括但不限于濺射、真空蒸發(fā)和其它的物理氣相沉積工藝。物理氣相沉積的一般工藝是本領(lǐng)域熟知的。根據(jù)本發(fā)明的各實施方式，有多種工藝可以選擇以形成種晶層。
本發(fā)明的各實施方式可以使用能夠提供適于本發(fā)明的各實施方式的種晶層的任何類型的沉積工藝或其組合。本發(fā)明的各實施方式的具體可選項的一些例子如下該保形沉積工藝包括原子層沉積。該保形沉積工藝包括化學(xué)氣相沉積。該非保形沉積工藝包括物理氣相沉積。該非保形沉積工藝包括金屬蒸發(fā)或濺射。該保形沉積工藝是由原子層沉積完成的，而該非保形沉積工藝是由化學(xué)氣相沉積完成的。該保形沉積工藝是由原子層沉積完成的，而該非保形沉積工藝是由物理氣相沉積完成的。 對于本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，該非保形沉積工藝在場區(qū)(field areas)上比在圖案化的特征中產(chǎn)生更厚的沉積。換句話說，沉積該種晶層的非保形部分以使其在該襯底的上表面上更厚而不會使在特征中(也就是說，沿著特征的側(cè)壁和底部)沉積的種晶層的厚度增加到明顯足以妨礙該特征的空隙填充。而且，本發(fā)明的各優(yōu)選實施方式使用用于沉積該種晶層的非保形部分的材料和工藝從而在通孔和溝槽的開口的突出部沉積物不會使得該開口窄到明顯妨礙該特征的空隙填充。更準(zhǔn)確地說，執(zhí)行該非保形沉積工藝以減少溝槽和通孔的突出部沉積物的量。突出部沉積物的減少使得空隙填充銅中出現(xiàn)夾斷和形成空隙的機會減少。 該種晶層的保形部分的厚度由在襯底上(特別是在將要接收空隙填充金屬的特征中)提供基本上連續(xù)的覆蓋所需的厚度決定，從而足量的空隙填充金屬可以被電化學(xué)沉積在該特征中。優(yōu)選地，該種晶層的厚度足以允許銅空隙填充的直接電化學(xué)鍍，而不需要包含銅的種晶層。 該種晶層的非保形部分的厚度是由該種晶層的電阻率決定的。根據(jù)本發(fā)明的各實施方式的種晶層是無銅種晶層，用來代替包含銅的種晶層。銅是一種良好的導(dǎo)電體，通常具有比根據(jù)本發(fā)明的各實施方式的種晶層的優(yōu)選材料明顯更低的導(dǎo)電率。選擇該種晶層的非保形部分的厚度以對襯底提供與使用銅種晶層的襯底的電阻大致相同的電阻。對于本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，該非保形沉積工藝增加了無銅種晶層的厚度以至于該無銅種晶層具有適于電化學(xué)鍍空隙填充銅的電阻。換句話說，在步驟30中形成的種晶層足夠厚到消除了對包含銅的種晶層的需要，而步驟35包括在步驟30中形成的該種晶層上沉積電鍍銅空隙填充層。電化學(xué)鍍是一種熟知的濕法工藝。合適的電化學(xué)鍍工藝和設(shè)備的一個實施例在專利序列號為11/494， 997，申i青日為2006年7月28日，名稱為"APPARATUS ANDMETHOD FORDEPOSITING AND PLANARIZING THIN FILMSOF SEMICONDUCTOR WAFERS",發(fā)明人為Ravkin等人的美國專利中有所描述，其內(nèi)容通過參考全部并入此處。 作為本發(fā)明的一些實施方式的可選項，該種晶層的保形部分的沉積和該種晶層的
非保形部分的沉積可以是使用同一個工藝模塊完成的。換句話說，可以執(zhí)行一部分的沉積，
然后馬上沉積另一部分，而不從工藝室中除去晶片。替代地，使用為保形沉積特別配置的工
藝模塊，并使用為非保形沉積特別配置的第二工藝模塊，也會獲得合適的結(jié)果。 依照本發(fā)明的一個實施方式，該保形沉積部分是在該非保形沉積部分之前沉積
的。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，該非保形沉積部分是在沉積該保形沉積部分之前沉積的。 現(xiàn)在參考圖2，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的工藝流程圖50。工藝流程圖50顯示了一種使用釕作為集成電路金屬化的種晶層而沉積銅空隙填充層的方法。工藝流程圖50包括步驟55、步驟60和步驟65。 步驟55提供圖案化的集成電路晶片，該晶片包括氮化鉭阻擋層以阻止空隙填充
銅的擴散?？蛇x地，該集成電路晶片可以是半導(dǎo)體晶片，比如硅晶片。作為替代，該集成電
路晶片可以是用除了半導(dǎo)體以外的材料制成的晶片，比如玻璃晶片、比如藍(lán)寶石晶片或用
于支持集成電路的其它材料。在該晶片上形成的圖案包括特征，比如溝槽，比如通孔，以連
接金屬化，如在嵌入或雙嵌入(dualdamascene)結(jié)構(gòu)中所使用的。圖案可以是由一個或多
個工藝形成的，包括一個或多個光刻工藝、沉積工藝、蝕刻工藝和平坦化工藝。 步驟60包括釕的原子層沉積以產(chǎn)生保形部分，以及釕的化學(xué)氣相沉積以產(chǎn)生非
保形部分。釕被沉積在阻擋層上。優(yōu)選地，完成釕的該原子層沉積從而可以有效地基本上
阻止或延遲該阻擋層的氧化。作為本發(fā)明的一些實施方式的一個可選項，該種晶層包含基
本上純凈的釕而不是摻雜有另一種金屬的釕。 步驟65包括空隙填充銅的沉積。優(yōu)選地，執(zhí)行工藝流程50以便在該阻擋層和釕的原子層沉積之間基本上不存在氧化物。 作為本發(fā)明的一些實施方式的一個可選項的一個進(jìn)一步的步驟(圖2中未示)包括在形成阻擋層之后處理該阻擋層的表面。處理該阻擋層的表面可以是用多種方式執(zhí)行的。執(zhí)行該步驟以預(yù)制該阻擋層的表面以進(jìn)行接下來的處理步驟。處理該阻擋層的表面主要是為了改善表面粘著性或改善對該阻擋層上沉積的層的接觸電阻。依照本發(fā)明的一個實施方式，處理該阻擋層的表面是通過使該阻擋層的表面經(jīng)受含氫等離子體完成的。該含氫等離子體可被配置為除去該阻擋層表面上的污染物以便將該阻擋層表面上的金屬氧化物分解從而在該阻擋層的表面上產(chǎn)生金屬富集表面。處理該阻擋層的表面的合適的含氫等離子體的一個實施例在申請序列號為11/514， 038，申請日為2006年8月30日的共同持有的美國專利申請中有所描述，其內(nèi)容皆由引用納入此處。 釕的原子層沉積的一般工藝是本領(lǐng)域熟知的。對于步驟60的通過原子層沉積的釕沉積，有多種工藝可以選擇。執(zhí)行通過原子層沉積的釕沉積以提供釕的保形層從而基本上阻止氮化鉭層的氧化。優(yōu)選地，由原子層沉積沉積的釕是基本上連續(xù)的，并有一定的厚度，該厚度足以允許沿著晶片上的溝槽和通孔的側(cè)壁和底面直接進(jìn)行銅的電化學(xué)鍍，而不需要包含銅的種晶層。 對于本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，通過原子層沉積的釕沉積使用基本上不氧化氮
8化鉭阻擋層的沉積化學(xué)物質(zhì)。用于通過原子層沉積的釕沉積的示例性的工藝化學(xué)物質(zhì)使用前體釕化合物，比如但不限于，二 (環(huán)戊二烯基)釕(II) 、二 (乙基環(huán)戊二烯基)釕(11)、二 (異丙基環(huán)戊二烯基)釕(II) 、二 (甲基環(huán)戊二烯基)釕(II)和(2，4-二甲基戊二烯基)(乙基環(huán)二烯基)釕。ALD釕的一種優(yōu)選化學(xué)物質(zhì)是二 (乙基環(huán)戊二烯基)釕(11) +
氧或二 (乙基環(huán)戊二烯基)釕(n) +氫基團。從商業(yè)供應(yīng)商，比如密蘇里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司，可以獲得多種釕的化合物。 釕的化學(xué)氣相沉積的一般工藝是本領(lǐng)域熟知的。對于步驟60的CVD釕沉積，有多種工藝可以選擇。進(jìn)行通過化學(xué)氣相沉積的釕沉積以在該晶片的上表面形成厚的釕層，而基本上不增加在該晶片上形成的溝槽和通孔中沉積的釕的厚度。換句話說，沉積CVD的釕以使其為非保形涂層，該非保形涂層基本上不會沉積到該晶片上形成的溝槽和通孔中。需要更厚的釕層以便該釕層的電阻足夠低到允許在該釕上進(jìn)行銅空隙填充的直接電化學(xué)鍍。這意味著，不需要包含銅的種晶層以沉積該空隙填充銅。使用非保形沉積工藝來制造厚的釕層減少了溝槽和通孔的突出部的量，并因而減少了在該空隙填充銅中出現(xiàn)夾斷和形成空隙的可能性。 用于CVD釕沉積的示例性工藝化學(xué)物質(zhì)使用前體釕化合物，比如但不限于，上面所示的用于釕的原子層沉積的化合物。通過原子層沉積沉積該釕種晶層的一部分的結(jié)果是，可以基本上保護氮化鉭阻擋層不被氧化。這意味著附加的工藝化學(xué)物質(zhì)(包括氧或含
氧化合物的使用)適于釕的非保形沉積?？杀挥糜卺懛N晶層的非保形部分的沉積的附加的
工藝化學(xué)物質(zhì)包括但不限于，釕乙酰丙酮酸(ii)、三(四甲基庚二酮酸)釕(ni)、三羥基
環(huán)戊二烯基釕(I)和十二羥基三釕(0)。用于化學(xué)氣相沉積的釕化合物是可以從供應(yīng)商處
(比如密蘇里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司)用商業(yè)方式獲得的。 作為本發(fā)明的一些實施方式的一個可選項，通過原子層沉積的釕沉積和通過化學(xué)
氣相沉積的釕沉積可以使用同一個工藝模塊完成。換句話說，可以執(zhí)行通過原子層沉積的
釕沉積，然后馬上執(zhí)行通過化學(xué)氣相沉積的釕沉積，而不必從工藝室中移除晶片。然而，使
用為釕的原子層沉積配置的工藝模塊和使用為釕的化學(xué)氣相沉積配置的第二工藝模塊也
會得到合適的結(jié)果。 根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，釕的化學(xué)氣相沉積是在釕的原子層沉積之前執(zhí)行的。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，釕的原子層沉積是在釕的化學(xué)氣相沉積之前執(zhí)行的。
在一個優(yōu)選實施方式中，步驟60中的釕沉積足夠厚到可以充當(dāng)銅沉積的種晶層。換句話說，該種晶層的非保形部分(通過化學(xué)氣相沉積沉積的)結(jié)合該種晶層的保形部分(通過原子層沉積沉積的)提供了具有適于電化學(xué)鍍空隙填充銅的電阻的沉積。步驟65包括在步驟60中形成的釕上沉積電鍍后的銅空隙填充層。電化學(xué)鍍是一種熟知的濕法工藝。適于本發(fā)明的各實施方式的電化學(xué)鍍工藝的一個實例在專利號為7， 153,400，申請日為2003年6月27日的共同持有的美國專利中進(jìn)行了描述，其內(nèi)容通過此參考全部并入此處。
為了進(jìn)一步說明圖2中所示的工藝流程，現(xiàn)在參考圖3A、圖3B、圖3C、圖3D和圖3E，其中顯示了根據(jù)圖2所示的工藝流程50處理過的圖案化的器件晶片的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3A顯示了將要根據(jù)圖2所示的工藝流程進(jìn)行處理的圖案化的器件晶片IOOA。器件晶片IOOA包括半導(dǎo)體晶片110或用于器件制造的其它襯底和具有圖案化的特征(比如溝槽或通孔120)的電介質(zhì)層115?？梢栽陔娊橘|(zhì)層115中形成溝槽或通孔120，以形成
9用于電子器件金屬化的嵌入或雙嵌入結(jié)構(gòu)。 圖3B顯示了圖案化的器件晶片100B，其與圖3A所述的圖案化的器件晶片基本上 相同。器件晶片100B包括半導(dǎo)體晶片IIO或用于器件制造的其它襯底和具有圖案化的特 征(比如溝槽或通孔120)的電介質(zhì)層115。圖案化的器件晶片100B還包括通過原子層沉 積沉積的氮化鉭層125。沉積氮化鉭層125以使得其可以作為銅空隙填充的有效的擴散阻 擋層。氮化鉭層125的沉積是由原子層沉積完成的，以提供基本上保形的覆蓋率，其為一致 的而且基本上連續(xù)的。 圖3C顯示了圖案化的器件晶片100C，其與圖3B所述的圖案化的器件晶片基本上 相同。器件晶片100C包括半導(dǎo)體晶片110或用于器件制造的其它襯底、具有圖案化的特征 (比如溝槽或通孔120)的電介質(zhì)層115和通過原子層沉積沉積的作為金屬化擴散阻擋層 的氮化鉭層125。圖案化的器件晶片IOOC還包括ALD釕130，其是釕種晶層的原子層沉積 部分。該釕種晶層是用于直接電化學(xué)鍍銅空隙填充的無銅種晶層。ALD釕130的沉積是由 原子層沉積完成的，以提供基本上保形的覆蓋率，其為一致的而且基本上連續(xù)的。對ALD釕 130使用原子層沉積的另一個好處是對厚度控制的高度控制，這是原子層沉積的特性。
圖3D顯示了圖案化的器件晶片IOOD，其與圖3C所述的圖案化的器件晶片基本上 相同。器件晶片IOOD包括半導(dǎo)體晶片110或用于器件制造的其它襯底、具有圖案化的特征 (比如溝槽或通孔120)的電介質(zhì)層115、通過原子層沉積沉積的作為金屬化擴散阻擋層的 氮化鉭層125和ALD釕130，該ALD釕130是釕種晶層的原子層沉積部分。圖案化的器件晶 片100D還包括CVD釕135，該CVD釕135是釕種晶層的非保形化學(xué)氣相沉積部分。該釕種 晶層是用于直接電化學(xué)鍍銅空隙填充的無銅種晶層。依照本發(fā)明的一個實施方式，該釕種 晶層包括兩個部分ALD釕130和CVD釕135。 CVD釕135的沉積是由化學(xué)氣相沉積完成的，使用提供基本上非保形的覆蓋率的 工藝條件。優(yōu)選地，CVD釕135的一致的沉積物在該器件晶片的上表面上形成，但是在特征 (比如通孔和溝槽)中的附加的沉積被最小化或基本上被阻止。這意味著，可以在該器件晶 片的上表面上形成一厚層CVD釕135，而不會將特征中的釕的數(shù)量增加到足以妨礙該特征 中的電化學(xué)鍍銅空隙填充。沉積足夠多的CVD釕135以使得該器件晶片的電阻足夠低到可 以在該釕種晶層上直接電鍍銅空隙填充。 圖3E顯示了圖案化的器件晶片IOOE，除了還具有電化學(xué)鍍的銅空隙填充140之 外，其基本上與圖3D所述的圖案化的器件晶片相同。圖3E顯示了在該特征中的填充空隙 的銅和表面上的過載的銅。對圖案化的器件晶片IOOE的進(jìn)一步處理可包括熟知的工藝步 驟，可包括過載材料的除去和平整化、金屬化鈍化和進(jìn)一步的處理以完成電子器件的制造。
本發(fā)明的另一個實施方式是用于在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中銅金屬化的電化學(xué)鍍的種 晶層。圖3E顯示了該種晶層的圖示，其中顯示了如上所述的圖案化的器件晶片IOOE的橫 截面?zhèn)纫晥D。該種晶層包含該種晶層的一部分的保形的沉積物(在圖3E中顯示為ALD釕 130)和該種晶層的一部分的非保形沉積物(在圖3E中顯示為CVD釕135)。
應(yīng)當(dāng)理解，圖3E中所示的種晶層是使用釕作為該種晶層的材料的一個優(yōu)選實施 方式；然而，本發(fā)明的其它實施方式可包括使用除了釕以外的材料作為種晶層。根據(jù)本發(fā)明 的一個優(yōu)選實施方式，圖3E所示的種晶層是在氮化鉭擴散阻擋層上形成的。作為本發(fā)明的 其它實施方式的替代方式，該種晶層可以被沉積在其它的阻擋層上，比如但不限于，鉭、氮化鎢、碳氮化鎢、氮化鉭、碳氮化鉭、氮化鈦、氮硅化鉭、氮化鈦、氮硅化鈦及其組合。根據(jù)本 發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，該阻擋層是銅金屬化的擴散阻擋層。 根據(jù)該種晶層的一個實施方式，該沉積物的保形部分是通過原子層沉積或化學(xué)氣 相沉積形成的，而該沉積物的非保形部分是通過化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積形成的。適 于本發(fā)明的一些實施方式的物理氣相沉積工藝的實例包括但不限于，金屬蒸發(fā)和濺射。
可用于執(zhí)行本發(fā)明的實施方式的工藝步驟的設(shè)備和系統(tǒng)存在多種可選項。實現(xiàn)本 發(fā)明的實施方式的一種特別有用的系統(tǒng)和設(shè)備裝置是一種可控環(huán)境處理系統(tǒng)，比如在申請 序列號為11/641， 364，申請日為2006年12月18日，文檔號為XCR-OOl，名稱為"METHODS AND SYSTEMS FOR BARRIER LAYER SURFACEPASSIVATION"，申請人Yezdi D0RDI、John BOYD、 Fritz REDEKER， William THIE、 Ti潔hirapalli ARUNAGIRI禾口 Hyungsuk AlexanderYOON 等人的共同持有的美國專利申請；申請序列號為11/382,906，申請日為2006年5月25日 的美國專利申請；申請序列號為11/427， 266，申請日為2006年6月28日的美國專利申請； 申請序列號為11/461,415，申請日為2006年7月27日的美國專利申請；申請序列號為 11/514,038，申請日為2006年8月30日的美國專利申請；申請序列號為10/357,664，申i青 日為2003年2月3日的美國專利申請；申請序列號為10/879,263，申請日為2004年6月 28日的美國專利申請；以及申請序列號為10/607,611，申請日為2003年6月27日的美國 專利申請；所有這些專利和/或?qū)＠暾埗纪ㄟ^此參考全部并入此處。
在上面的說明中，參考具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員可以看出，可以進(jìn)行各種修改和改變而不背離下面權(quán)利要求中所闡明的本發(fā)明的范 圍。相應(yīng)地，說明書和附圖被認(rèn)為是說明性的而非限制性的，而所有這些修改意在包含于本 發(fā)明的范圍內(nèi)。 上面參考具體實施方式
描述了一些好處、其它的優(yōu)點和問題的解決方案。然而， 這些好處、優(yōu)點、問題的解決方案和可能使得這些好處、優(yōu)點或解決方案變得更明確的任何 一種或多種元件不應(yīng)當(dāng)被解釋為任何或所有權(quán)利要求中關(guān)鍵的、必需的或必要的特征或元 件。 此處所用的術(shù)語"包含"、"包括"、"具有"、"至少一個"或其任何其他的變形，都意 在涵蓋非排除性的內(nèi)涵。例如，包含一系列元件的工藝、方法、產(chǎn)品或裝置并不一定僅僅限 于那些元件，而是可以包括其他的沒有明顯列出或者隱含在這些工藝、方法、產(chǎn)品或裝置中 的元件。而且，除非明確表示相反意見，"或"指的是包含性的"或"而非排除性的"或"。例 如，條件A或B可通過下述任何一個滿足A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假 (或不存在)且B為真(或存在)和A和B兩者都為真(或存在)。 進(jìn)一步，除非明確作出相反表示，至少一個應(yīng)當(dāng)被解釋為意味著"一個或多個"。例 如，包含一系列元件中的一個或多個的工藝、方法、產(chǎn)品、或裝置，且如果該元件中的一個或 多個包含一個子目錄的子元件，那么該子元件也和該元件被認(rèn)為是同樣的方式。例如，A和 B的至少一個可以通過下述任何一個滿足A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假 (或不存在)且B為真(或存在)和A和B兩者都為真(或存在)。
權(quán)利要求
一種形成具有銅金屬化的半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含提供具有對于銅的擴散阻擋層的圖案化的晶片；在該擴散阻擋層上沉積無銅種晶層，其對空隙填充銅的直接的電化學(xué)沉積有效，該種晶層是由保形沉積工藝和由非保形沉積工藝形成的；以及在該種晶層上電鍍銅空隙填充。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該擴散阻擋層包含氮化鉭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該擴散阻擋層包含氮化鎢、碳氮化鎢、碳氮化鉭、氮化鈦或氮硅化鈦。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該種晶層包含從由錸、鋨、銥、鈷、鎳、鉬和鈀組成的組中挑選出的抗氧化金屬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該種晶層包含釕。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該種晶層是基本上純凈的釕。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該種晶層是釕而該擴散阻擋層包含氮化鉭。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保形沉積工藝包含原子層沉積。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保形沉積工藝包含化學(xué)氣相沉積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該非保形沉積工藝包含物理氣相沉積。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該非保形沉積工藝包含金屬蒸發(fā)或濺射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保形沉積工藝是由原子層沉積完成的而該非保形沉積工藝是由化學(xué)氣相沉積完成的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保形沉積工藝是由原子層沉積完成的而該非保形沉積工藝是由物理氣相沉積完成的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該非保形沉積工藝在場區(qū)上方比在圖案化的特征中產(chǎn)生更厚的沉積物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該非保形沉積工藝產(chǎn)生具有適于電化學(xué)鍍空隙填充銅的電阻的沉積物。
16. —種制造具有銅金屬化的半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含提供圖案化的半導(dǎo)體器件晶片；使用原子層沉積以沉積對于銅的氮化鉭擴散阻擋層；通過原子層沉積沉積釕種晶層以形成該種晶層的保形部分，并通過化學(xué)氣相沉積沉積該釕種晶層而形成該種晶層的非保形部分從而該種晶層對于空隙填充銅的直接電化學(xué)沉積是有效的；以及在該釕種晶層上電鍍銅空隙填充層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該原子層沉積和化學(xué)氣相沉積不包含含氧化合物或氧。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包含在沉積該釕種晶層之前在含氫等離子體中處理該阻擋層表面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該原子層沉積不包含含氧化合物或氧并且是在該化學(xué)氣相沉積之前執(zhí)行的。
20. —種用于半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中銅金屬化的電化學(xué)鍍的種晶層，其包含該種晶層的一部分的保形沉積物和該種晶層的一部分的非保形沉積物。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該種晶層包含釕。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該種晶層是沉積在對于銅的擴散阻擋層上的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該種晶層是沉積在包含氮化鉭的阻擋層上的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該種晶層是沉積在包含鉭、氮化鎢、碳氮化鴇、氮化鉭、碳氮化鉭、氮化鈦、氮硅化鈦或其組合的阻擋層上的。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該保形沉積物是由原子層沉積形成的。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該非保形沉積物是由化學(xué)氣相沉積形成的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該非保形沉積物是由物理氣相沉積形成的。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該非保形沉積物是由金屬蒸發(fā)或濺射形成的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該保形沉積物是由原子層沉積形成的而該非保形沉積物是由化學(xué)氣相沉積形成的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該保形沉積物是由原子層沉積形成的而該非保形沉積物是由物理氣相沉積形成的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該保形沉積物是由原子層沉積或化學(xué)氣相沉積形成的而該非保形沉積物是由化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積形成的。
32. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該非保形沉積物在場區(qū)上方比在該半導(dǎo)體器件的圖案化的特征中的更厚。
33. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的種晶層，其中該非保形沉積物具有足夠低到可以電化學(xué)鍍空隙填充銅的電阻。
34. —種使用權(quán)利要求1的方法制造的半導(dǎo)體器件。
35. —種使用權(quán)利要求16的方法制造的半導(dǎo)體器件。
36. —種使用權(quán)利要求20的種晶層制造的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的金屬化的方法和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個方面是形成具有銅金屬化的半導(dǎo)體器件的方法。在一個實施方式中，該方法包括提供具有對于銅的擴散阻擋層的圖案化的晶片；在該擴散阻擋層上沉積無銅種晶層，其對空隙填充銅的直接的電化學(xué)沉積有效。該種晶層是由保形沉積工藝和由非保形沉積工藝形成的。該方法進(jìn)一步包括在該種晶層上電鍍銅空隙填充。本發(fā)明的另一個方面包括使用根據(jù)本發(fā)明的各實施方式的方法和結(jié)構(gòu)制造的電子器件。
文檔編號C25D7/12GK101772830SQ200880101397
公開日2010年7月7日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月4日
發(fā)明者弗里茨·瑞德克, 衡石·亞歷山大·尹 申請人:朗姆研究公司