用于在半導(dǎo)體裝置中產(chǎn)生互連的方法
【專利摘要】一種用于在工件上產(chǎn)生互連的方法，所述方法包括獲得具有特征結(jié)構(gòu)的工件基板，在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積導(dǎo)電層以部分地或完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)，如果所述特征結(jié)構(gòu)由所述導(dǎo)電層部分地填充則沉積銅填充物以完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)，施加銅覆蓋物，熱處理所述工件，以及移除所述覆蓋物以暴露所述基板和金屬化的特征結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】用于在半導(dǎo)體裝置中產(chǎn)生互連的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]本公開(kāi)內(nèi)容涉及在半導(dǎo)體裝置中產(chǎn)生互連(interconnect)的方法。這些互連可由選擇的金屬和金屬合金組成，所述金屬和金屬合金通過(guò)電鍍和后面的熱擴(kuò)散被沉積在工件特征結(jié)構(gòu)(feature)中。這樣的互連可包括置于溝槽(trench)或過(guò)孔(via)之上的選擇性金屬帽(cap)。這些互連還可包括在過(guò)孔之上電鍍蝕刻終止(etch stop)物以構(gòu)建對(duì)準(zhǔn)容差(alignment-tolerant)過(guò)孑L°
[0003]集成電路(IC)包括各種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置形成在覆蓋基板的介電材料層內(nèi)或介電材料層上?？稍诮殡妼又谢蚪殡妼由闲纬傻倪@樣的裝置包括MRS晶體管、雙極晶體管、二極管和擴(kuò)散電阻器?？稍诮殡姴牧现谢蚪殡姴牧仙闲纬傻钠渌b置包括薄膜電阻器和電容器。金屬線將所述半導(dǎo)體裝置互連以驅(qū)動(dòng)(power)這樣的裝置并且使這樣的裝置能夠共享和交換信息。這樣的互連在介電層內(nèi)的各裝置之間水平延伸，也在各介電層之間垂直延伸。這些金屬線通過(guò)一系列互連彼此連接。電互連或金屬線首先被圖案化到介電層中以形成垂直的和水平的凹槽化(recessed)特征結(jié)構(gòu)(過(guò)孔和溝槽)，所述凹槽化特征結(jié)構(gòu)隨后被填充有金屬。包含金屬填充線、存在于電介質(zhì)中的所得層被稱為金屬化層。
[0004]接著，第二金屬化層類似地形成在第一金屬化層的頂上并且在這兩個(gè)金屬化層之間形成互連?？捎眠@種工藝形成包含幾個(gè)金屬化層的堆疊，所述幾個(gè)金屬化層通過(guò)多個(gè)互連彼此電連接。這種工藝被稱為鑲嵌(Damascene)處理。鑲嵌處理通常采用銅(Cu)作為金屬化金屬。然而，也可使用其他金屬，包括招(Al)、鈷(Co)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、猛(Mn)、錫(Sn)和上述金屬的合金。
[0005]例如由銅形成金屬互連或金屬線的典型工藝需要幾個(gè)步驟。最初，在介電基板中圖案化和形成垂直特征結(jié)構(gòu)和水平特征結(jié)構(gòu)(過(guò)孔和溝槽)。最后用銅填充過(guò)孔和溝槽，但是預(yù)先將阻擋層和種晶(seed)層施加到所述特征結(jié)構(gòu)。因?yàn)殂~傾向于擴(kuò)散進(jìn)入介電材料中，所以用阻擋層把銅沉積物與介電材料隔離。銅擴(kuò)散進(jìn)入周圍的介電材料會(huì)導(dǎo)致線間泄露(line-to-line leakage)以及半導(dǎo)體裝置的最后破壞。因此，通常用擴(kuò)散阻擋物把銅線完全包圍或封裝起來(lái)。然而，如果將其他金屬用于金屬化，可以理解的是，阻擋層可以不需要。阻擋層通常由耐火金屬或耐火化合物制成，例如鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)等。通常使用稱為物理氣相沉積(PVD)的沉積技術(shù)形成阻擋層，但也可使用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)之類的其他沉積技術(shù)形成阻擋層。
[0006]種晶層可沉積于阻擋層上。種晶層的目的可以是:提供低電阻電氣路徑，所述低電阻電氣路徑使阻擋層之上的電鍍能夠更均勻；和/或幫助銅或其他溝槽或過(guò)孔材料很好地附著于阻擋層，從而提供連續(xù)的可電鍍膜以在上面電鍍。因此，種晶層可由銅或者諸如銅錳、銅鈷或銅鎳之類的銅合金組成。種晶層也可由鋁或鋁合金組成。此外，對(duì)于沉積種晶層，存在多種選擇，諸如使用PVD用于銅種晶層沉積。也可通過(guò)使用諸如CVD或ALD之類的其他沉積技術(shù)形成種晶層。
[0007]種晶層可以是堆疊膜，例如襯墊(liner)層和PVD種晶層。襯墊層是用在阻擋層上的材料或用在阻擋層與PVD種晶層之間的材料，以減輕不連續(xù)的種晶問(wèn)題并改善PVD種晶對(duì)阻擋層的粘附。襯墊層通常由諸如釕(Ru)、鉬(Pt)、鈀(Pd)和鋨(Os)之類的貴金屬組成。襯墊也可由Co或Ni組成。目前，CVD Ru和CVD Co通常被用于構(gòu)建襯墊；然而，也可通過(guò)使用其他沉積技術(shù)(包括ALD或PVD)形成襯墊層。
[0008]種晶層也可以是次級(jí)種晶(secondary seed)層，與襯墊層類似,次級(jí)種晶層通常由諸如Ru、Pt、Pd或Os之類的貴金屬形成。然而，也可使用其他材料，包括Co和Ni，而且通常也使用CVD Ru和CVD Co。像在種晶層和襯墊層的情形中一樣，也可使用ALD、PVD或其他沉積技術(shù)形成次級(jí)種晶層。次級(jí)種晶層與襯墊層的不同之處在于次級(jí)種晶層實(shí)際上充當(dāng)種晶層，而襯墊層是阻擋層與PVD種晶層之間的中間層。
[0009]在已沉積種晶層之后，可使用例如酸沉積化學(xué)物(acid deposit1nchemistry, “ECD”)條件下的電化學(xué)沉積來(lái)用銅填充所述特征結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的ECD銅酸化學(xué)物(acid chemistry)可以包括例如硫酸銅、硫酸(sulfuric acid)、鹽酸和有機(jī)添加劑(諸如促進(jìn)劑(accelerator)、抑制劑(suppressor)和平衡劑(Ieveler))。銅的電化學(xué)沉積已被發(fā)現(xiàn)是一種用來(lái)沉積銅金屬化層的具成本效益的方式。除了在經(jīng)濟(jì)上是可行的，ECD技術(shù)提供了實(shí)質(zhì)上“自下而上(bottom up)”(例如，非共形的(noncomformal))的金屬填充，所述金屬填充在機(jī)械方面和電學(xué)方面適合于互連結(jié)構(gòu)。
[0010]在IC技術(shù)的改進(jìn)中長(zhǎng)期以來(lái)的目標(biāo)一直是IC尺寸的縮小。IC尺寸的這種縮小對(duì)獲得更高速性能的IC而言是關(guān)鍵的。IC性能的提高通常伴隨有裝置面積的減小和/或裝置密度的增大。裝置密度的增大要求用于形成互連的過(guò)孔和溝槽尺寸(寬度)減小。然而，隨著晶片上的特征結(jié)構(gòu)尺寸減小，有可能要承受負(fù)面的結(jié)果。例如，尺寸減小的特征結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致較不可靠的互連。
[0011]傳統(tǒng)的用以產(chǎn)生互連的銅填充可導(dǎo)致空隙(void)，尤其是在尺寸小于30nm的特征結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致空隙。作為使用傳統(tǒng)銅沉積形成的一種類型的空隙的一個(gè)實(shí)例，所述特征結(jié)構(gòu)的開(kāi)口可能夾斷(pinch off) ο在小特征結(jié)構(gòu)中使用傳統(tǒng)的銅填充工藝也可導(dǎo)致其他類型的空隙。使用傳統(tǒng)的銅填充技術(shù)形成的沉積物的其他固有特性和這樣的空隙可增加互連的電阻，從而使裝置的電性能衰退以及降低銅互連的可靠性。
[0012]互連的不斷縮小的進(jìn)一步結(jié)果是電遷移損壞(electromigrat1n failure)。電遷移使互連中的銅重新分布并產(chǎn)生能夠擴(kuò)展進(jìn)入介電空間的擠出(extrus1n)。通常，當(dāng)電路運(yùn)行時(shí)，在導(dǎo)電線的金屬原子經(jīng)受高電流密度時(shí)發(fā)生電遷移。如果電流密度足夠高，則金屬原子沿電子流動(dòng)的方向遷移，從而在金屬離子已經(jīng)離開(kāi)的地方形成空隙，以及形成由沿金屬互連的長(zhǎng)度伸出到金屬或者介電阻擋層之外的金屬材料構(gòu)成的擠出?？障秾?dǎo)致銅互連變薄并最終完全分離，導(dǎo)致斷路。此外，擠出可導(dǎo)致銅金屬延伸超過(guò)銅互連并進(jìn)入鄰近的銅線，從而導(dǎo)致短路。
[0013]隨著集成電路的日益小型化，因電遷移產(chǎn)生的互連損壞的可能性隨著銅互連而增力口，因?yàn)閾p壞是由較小的空隙導(dǎo)致的。這就需要對(duì)電遷移損壞的補(bǔ)救。
[0014]一旦空隙開(kāi)始在金屬線中出現(xiàn)，導(dǎo)電金屬就在那個(gè)點(diǎn)變得更窄。由于導(dǎo)體截面的減小，通過(guò)該線的電流密度在變窄位置處增加。因此，由于焦耳熱(Joule heating)的緣故，互連溫度提高。隨著互連的溫度上升，空隙的生長(zhǎng)加速，導(dǎo)致惡性循環(huán)，所述惡性循環(huán)最終導(dǎo)致斷路。
[0015]減小或最小化電遷移的一種解決方案是在銅填充物之上施加金屬帽。然而，產(chǎn)生金屬帽的工藝可能是費(fèi)時(shí)的并且昂貴的?；蛟S更重要的是，在現(xiàn)有的用于產(chǎn)生金屬帽的方法中，金屬殘留物可能留下，在各金屬線之間延伸，最終導(dǎo)致短路或其他損壞發(fā)生。
[0016]在形成金屬帽的一種方法中，在金屬襯墊已被沉積于特征結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底表面上之后，金屬層被電鍍到金屬襯墊上以用例如銅填充所述特征結(jié)構(gòu)。通常，金屬層覆蓋其中存在特征結(jié)構(gòu)的介電層。因此，需要平坦化金屬襯墊以與介電表面的頂層是同延的(coextensive)。這可由例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行。結(jié)果，金屬層的頂表面于是就實(shí)質(zhì)上與介電層頂表面是共面的(coplanar)。
[0017]接著，通過(guò)對(duì)金屬襯墊和介電層有選擇性的蝕刻工藝，使金屬線凹至介電層頂表面的水準(zhǔn)以下。以這種方式，相對(duì)于從金屬線的表面移除材料的量，移除金屬襯墊和介電層的量是微不足道的。接著，在金屬線的凹槽化表面之上以及金屬襯墊的側(cè)壁的頂部邊緣之上和介電層頂表面之上沉積帽層。通常，帽層的厚度從約5nm至約lOOnm，但更常見(jiàn)的從約12nm至約50nm。接著，進(jìn)行進(jìn)一步的平坦化工藝以使得帽的頂表面與介電層的頂表面是同延的。
[0018]在實(shí)現(xiàn)用于互連的銅上或其他導(dǎo)體上的金屬帽另一種工藝中，在銅以別的方式被鍍到或沉積到介電材料中形成的特征結(jié)構(gòu)中之后，晶片例如被CMP處理平坦化。此后接著，在金屬覆蓋膜(blanket film)之上形成另外的薄介電帽。接著，在所述薄介電帽之上沉積光刻膠涂層，并且使用光刻(lithographic)掩模執(zhí)行光刻曝光工藝。以這種方式，各銅線之間的Ta/TaN金屬帽被蝕刻掉，使金屬帽只留在銅線之上。然而，在這個(gè)工藝中，常常可能在各銅線之間留下殘留物，最終可能導(dǎo)致使各線短路或其他可靠性問(wèn)題，尤其是當(dāng)各線變得越來(lái)越薄時(shí)。
[0019]當(dāng)然，解決銅金屬化的缺陷的一種方式是使用銅合金或除銅以外的金屬，例如Co、N1、Mn、Sn、Au、Ag、Al或上述金屬的合金。像鍍銅一樣，在小特征結(jié)構(gòu)中鍍或以別的方式沉積這些金屬可由于包括空隙的缺陷的形成而導(dǎo)致品質(zhì)低劣的互連。正如上面提到的，這些空隙可降低半導(dǎo)體電路的性能并且也降低金屬互連的可靠性。
[0020]增加IC裝置的密度的另一個(gè)結(jié)果是，使避免在各鄰近的半導(dǎo)體層中的互連變得更加困難。因而，當(dāng)定位用于互連的半導(dǎo)體裝置和/或特征結(jié)構(gòu)時(shí)，很難避免在先有的層上的互連。如果對(duì)準(zhǔn)容差過(guò)孔能被結(jié)合到互連中，這將會(huì)是期望的。
[0021]本發(fā)明意在解決上述問(wèn)題，而且對(duì)用在半導(dǎo)體制造中的互連提供改進(jìn)的性能和可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
用來(lái)以簡(jiǎn)化的形式介紹一些選擇的構(gòu)思，這些構(gòu)思將在以下在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征，也不意在用作確定所要求保護(hù)的主題的范圍時(shí)的輔助內(nèi)容。
[0023]一種用于在工件中形成互連的方法包括:獲得其中具有特征結(jié)構(gòu)的工件基板，在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積金屬導(dǎo)電層以部分地或完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)，如果所述特征結(jié)構(gòu)被所述導(dǎo)電層部分地填充則沉積金屬填充物以完成所述特征結(jié)構(gòu)的填充，施加銅或其他金屬覆蓋物，對(duì)所述工件進(jìn)行退火，然后使用CMP移除所述覆蓋物并減小工件的高度以暴露所述基板和金屬化的特征結(jié)構(gòu)。
[0024]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面，用于所述導(dǎo)電層的金屬選自由銅、鈷、鎳、金、銀、錳、錫、鋁和上述金屬的合金組成的組。
[0025]在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，所述導(dǎo)電層部分地填充所述特征結(jié)構(gòu)，然后在施加銅或其他金屬覆蓋物之前，金屬合金被沉積以進(jìn)一步部分地填充或完全填充所述特征結(jié)構(gòu)。
[0026]在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，對(duì)工件的退火以受控的方式進(jìn)行以限制合金材料到所述特征結(jié)構(gòu)的上部的擴(kuò)散。
[0027]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面，進(jìn)行對(duì)工件的退火以使金屬層的合金均勻地?cái)U(kuò)散遍及整個(gè)特征結(jié)構(gòu)。
[0028]在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，對(duì)工件熱處理以引起導(dǎo)電層回流到所述特征結(jié)構(gòu)中，以構(gòu)建共形的導(dǎo)電層。
[0029]在另一個(gè)方面中，本公開(kāi)內(nèi)容提供一種用于填充工件中特征結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:獲得包括用于互連的特征結(jié)構(gòu)的工件基板，在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積金屬導(dǎo)電層以部分地或完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)，如果所述特征結(jié)構(gòu)被所述金屬導(dǎo)電層部分地填充則沉積金屬填充物，將金屬覆蓋物施加到所述工件上，包括覆蓋所述特征結(jié)構(gòu)，在用以退火所述工件的條件下熱處理所述工件，以及使用CMP移除所述覆蓋物并暴露所述基板的上表面。
[0030]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面，所述導(dǎo)電層部分地填充所述特征結(jié)構(gòu)，然后在施加所述金屬填充物或金屬覆蓋物之前，沉積金屬合金以進(jìn)一步部分地填充或完全填充所述特征結(jié)構(gòu)。
[0031]在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，所述金屬合金是蝕刻終止材料。
[0032]在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，金屬合金選自由銅合金、鈷合金、鎳合金、金合金、銀合金、猛合金、錫合金和招合金組成的組。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，隨著本發(fā)明的上述方面和許多相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參照以下的【具體實(shí)施方式】變得被更好地理解，本發(fā)明的上述方面和許多相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)變得更容易領(lǐng)悟，其中:
[0034]圖1是繪示本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的初始工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性流程圖；
[0035]圖2是可與現(xiàn)有技術(shù)工藝和根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式的工藝結(jié)合使用的示例性初始工藝步驟的比較圖表；
[0036]圖3是繪示使用現(xiàn)有技術(shù)主鑲嵌工藝(包括阻擋層沉積和種晶沉積)的初始工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性工藝圖；
[0037]圖4是繪示使用現(xiàn)有技術(shù)SLE (也稱為E⑶種晶)工藝(包括阻擋層沉積、種晶沉積和ECD種晶沉積)的初始工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性工藝圖；
[0038]圖5是繪示使用現(xiàn)有技術(shù)E⑶種晶工藝(包括阻擋層沉積、次級(jí)種晶沉積和E⑶種晶沉積)的初始工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性工藝圖；
[0039]圖6是繪示使用現(xiàn)有技術(shù)在次級(jí)種晶上沉積有快閃(flash)層工藝(包括阻擋層沉積、次級(jí)種晶沉積和快閃沉積)的初始工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性工藝圖；
[0040]圖7是繪示本公開(kāi)內(nèi)容的一些示例性實(shí)施方式的工藝步驟和示例性特征結(jié)構(gòu)形成的示意性工藝圖，結(jié)合有E⑶種晶“外加(plus)”工藝；
[0041]圖8是繪示圖1-7所示的初始步驟的后續(xù)工藝步驟的示意性工藝圖，其中本工藝用于將選擇的金屬帽施加至雙鑲嵌結(jié)構(gòu)；
[0042]圖9是與圖8所示相似的示意性工藝圖，圖示了青銅(bronze)或其他合金互連的沉積；
[0043]圖10是繪示本公開(kāi)內(nèi)容的另一種方法的示意性工藝圖，繪示了用于鈷或鈷合金互連的沉積的工藝順序(process sequence)；
[0044]圖1IA-1IG是與圖8_10類似的示意性工藝圖，但能應(yīng)用于涉及對(duì)準(zhǔn)容差過(guò)孔的構(gòu)建的單鑲嵌結(jié)構(gòu)；和
[0045]圖12是圖示本公開(kāi)內(nèi)容在產(chǎn)生覆蓋有另外的金屬化層的對(duì)準(zhǔn)容差過(guò)孔方面的方法的結(jié)果的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式涉及諸如半導(dǎo)體晶片之類的工件、用于處理工件的裝置或處理組件、以及處理工件的方法。術(shù)語(yǔ)工件、晶片和半導(dǎo)體晶片是指任何平的介質(zhì)或物件，包括半導(dǎo)體晶片和其他基板或晶片、玻璃、掩模和光學(xué)介質(zhì)或存儲(chǔ)介質(zhì)、MEMS基板、或任何其他具有微電裝置、微機(jī)械裝置或微電子機(jī)械裝置的工件。
[0047]這里描述的工藝是用于在包括溝槽和過(guò)孔的工件的特征結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生互連。在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式中，所述工藝可用于產(chǎn)生小特征結(jié)構(gòu)互連，例如，具有小于30nm的寬度或直徑的特征結(jié)構(gòu)。然而，應(yīng)理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容的工藝能應(yīng)用于任何特征結(jié)構(gòu)尺寸。本申請(qǐng)中所討論的尺寸大小是在所述特征結(jié)構(gòu)的頂部開(kāi)口處的蝕刻后(post-etch)特征結(jié)構(gòu)尺寸。這里描述的工藝可應(yīng)用于例如鑲嵌應(yīng)用(單鑲嵌應(yīng)用和雙鑲嵌應(yīng)用二者)中各種形式的銅、鈷、鎳、金、銀、錳、錫、鋁和合金沉積。在本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式中，鑲嵌特征結(jié)構(gòu)可選自由具有以下尺寸的特征結(jié)構(gòu)組成的組:小于30nm,約5nm至小于30nm,約1nm至小于30nm,約15nm至約20nm,約20nm至小于30nm,小于20nm,小于1nm,以及約5nm至約1nm0
[0048]應(yīng)理解的是，此處使用的描述性術(shù)語(yǔ)“微特征結(jié)構(gòu)工件”和“工件”包括在處理中已被先前沉積并在給定點(diǎn)形成的所有結(jié)構(gòu)和層，并不僅僅限于那些附圖中所示的結(jié)構(gòu)和層。
[0049]在本申請(qǐng)中，盡管通常描述為金屬沉積，應(yīng)理解的是術(shù)語(yǔ)“金屬”也考慮金屬合金。這樣的金屬和金屬合金可用于形成種晶層或用于完全地或部分地填充所述特征結(jié)構(gòu)。示例性的銅合金可包括但不限于銅錳合金和銅鋁合金。作為非限制性的實(shí)例，合金組成比率(alloy composit1n rat1)可以在以下范圍內(nèi):與主要合金金屬(例如Cu, Co, Ni, Ag, Au, Mn, Sn或Al)相比，約0.5%至約6%的次要合金金屬。
[0050]如上所述，金屬互連的傳統(tǒng)制造方法可包括:將阻擋層適當(dāng)沉積在介電材料上以防止金屬擴(kuò)散到介電材料中。適當(dāng)?shù)淖钃鯇涌砂ɡ鏣a、T1、TiN、TaN、Mn*MnN。適當(dāng)?shù)淖钃鯇映练e方法可包括PVD、ALD和CVD ;然而，PVD是用于阻擋層沉積的最常用的工藝。阻擋層通常被用于將銅或銅合金與介電材料隔離；然而，應(yīng)理解的是，在其他金屬互連的情形下，擴(kuò)散可能不是問(wèn)題，因而可以不需要阻擋層。
[0051]阻擋層沉積之后可以是可選擇的種晶層沉積。在特征結(jié)構(gòu)中沉積金屬的情形下，對(duì)于種晶層有幾種選擇。如上所述，種晶層可以是:(I)種晶層(作為非限制性實(shí)例，PVD銅種晶層)，(2)由襯墊層和種晶層組成的堆疊膜(作為非限制性實(shí)例，CVD Ru襯墊層和PVD銅種晶層)，或(3)次級(jí)種晶層(作為非限制性實(shí)例，CVD或ALD Ru次級(jí)種晶層)。然而，應(yīng)理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容也考慮到沉積這些示例性種晶層的其他方法。
[0052]種晶層可以是金屬層，諸如銅、鈷、鎳、金、銀、錳、錫、鋁、釕和上述金屬的合金。
[0053]如上所述，襯墊層是用作可替代種晶的一種材料或用于幫助減輕不連續(xù)的種晶問(wèn)題并改善種晶層的粘附。襯墊通常是諸如Ru、Pt、Pd和Os之類的貴金屬，但此清單可以還包括Co和Ni。目前，CVD Ru和CVD Co是常用的襯墊；然而，也可通過(guò)使用諸如PVD或ALD之類的其他沉積技術(shù)形成襯墊層。對(duì)于鑲嵌應(yīng)用，襯墊層的厚度可以在大約5埃(Angstrom
)至50埃的范圍內(nèi)。
[0054]同樣如上所述，次級(jí)種晶層與襯墊層類似的是，通常由諸如Ru、Pt、Pd和Os之類的貴金屬形成，但此清單可以還包括Co和Ni，而且也常用CVD Ru和CVD Co。不同之處在于次級(jí)種晶層充當(dāng)種晶層，而襯墊層是阻擋層與種晶層之間的中間層。也可通過(guò)使用除CVD之外的諸如PVD或ALD之類的沉積技術(shù)形成次級(jí)種晶層。
[0055]可在組成氣體(forming gas)環(huán)境(例如，氮中3-5%氫或氦中3-5%氫)下、在約100°C至約500°C的溫度下對(duì)襯墊或次級(jí)種晶沉積物進(jìn)行熱處理或退火，以移除任何表面氧化物、使次級(jí)種晶或襯墊層密實(shí)(densify)、以及提高所述沉積物的表面特性。襯墊或次級(jí)種晶沉積物可另外通過(guò)浸在氣態(tài)氮(N2氣體)中或其他鈍化(passifying)環(huán)境中被鈍化，以防止表面氧化。發(fā)布于2013年I月22日的美國(guó)專利第8357599號(hào)中描述了襯墊或次級(jí)種晶的鈍化，通過(guò)引用將所述專利的公開(kāi)內(nèi)容的整體明確結(jié)合在此。
[0056]在已沉積種晶層之后(諸如以下的非限制性實(shí)例之一:PVD銅種晶，包括CVD Ru襯墊、或CVD Ru次級(jí)種晶的PVD銅種晶，或者另一種沉積金屬或金屬合金、層結(jié)合、或沉積技術(shù))，所述特征結(jié)構(gòu)可包括種晶層之后的共形的金屬層。然而，應(yīng)理解的是，共形的金屬層可直接沉積到阻擋層上，即，沒(méi)有種晶層。
[0057]在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式中，使用E⑶種晶工藝來(lái)沉積共形的金屬層，然后可使用被稱為E⑶種晶“外加”沉積(或E⑶種晶“外加”)的工藝來(lái)修正(modify)所述共形的金屬層，所述ECD種晶“外加”沉積工藝包括熱處理步驟。在本公開(kāi)內(nèi)容的其他實(shí)施方式中，可使用CVD、ALD或其他沉積技術(shù)來(lái)沉積共形的金屬層。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，當(dāng)經(jīng)受熱處理或退火時(shí)，該共形的層是能流動(dòng)的。
[0058]在本實(shí)施方式中，E⑶種晶“外加”通常是指E⑶金屬種晶沉積外加熱處理步驟，諸如退火步驟。在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式中，熱處理步驟可導(dǎo)致一些或所有的種晶沉積回流。與傳統(tǒng)的ECD金屬填充(使用酸化學(xué)物)相比，ECD種晶“外加”沉積類似于ECD種晶沉積(使用堿性化學(xué)物(basicchemistry)),但增加了熱處理步驟。此外，可進(jìn)行E⑶種晶“外加”以便部分地或完全地填充特征結(jié)構(gòu)，而不是僅僅沉積種晶層。使用ECD種晶“外加”工藝，可實(shí)現(xiàn)小特征結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)上無(wú)空隙的填充。在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/638851號(hào)和第61/638856號(hào)中描述了 ECD種晶“外加”工藝，通過(guò)引用將所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)結(jié)合在此，并且所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)對(duì)應(yīng)于美國(guó)專利申請(qǐng)第13/801786號(hào)和第13/801860號(hào)，同樣通過(guò)引用將所述美國(guó)專利申請(qǐng)結(jié)合在此。
[0059]用于E⑶種晶“外加”沉積的E⑶腔室中使用的化學(xué)物可包括堿性化學(xué)物，例如，pH值在約8至約10的范圍內(nèi)的Cu (乙二胺)2，在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式中pH值約為9.3。然而,應(yīng)理解的是,使用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)添加劑的酸性化學(xué)物(acidic chemistry)也可用于實(shí)現(xiàn)共形的ECD種晶沉積。
[0060]在E⑶種晶沉積之后，工件就可經(jīng)受旋轉(zhuǎn)(spin)、清洗和干燥(SRD)工藝處理或其他清潔工藝處理。然后在一溫度下加熱ECD種晶，所述溫度熱得足以使種晶回流，但不過(guò)熱而使得工件或工件上的元件損壞或劣化。例如，所述溫度可在用于所述特征結(jié)構(gòu)中種晶回流的約100°C至約500°C的范圍內(nèi)。適當(dāng)?shù)臒崽幚砘蛲嘶饻囟仍诩s100°C至約500°C的范圍內(nèi)，并且可由能夠保持約200°C至約400°C范圍內(nèi)(至少在約250°C至約350°C的范圍內(nèi))的持續(xù)溫度的設(shè)備來(lái)完成。
[0061]可使用組成氣體或惰性氣體或諸如氨(NH3)之類的還原氣體來(lái)執(zhí)行熱處理或退火工藝。在回流期間，沉積的形狀改變，使得金屬沉積物可淤積(pool)在特征結(jié)構(gòu)的底部中。除了在熱處理工藝期間回流，金屬沉積物還可生長(zhǎng)更大的晶粒(grain)以及減小薄膜電阻率(film resistivity) ?可使用惰性氣體來(lái)冷卻加熱之后的工件。
[0062]可重復(fù)E⑶種晶沉積和回流步驟，以確保用E⑶種晶填充特征結(jié)構(gòu)的期望程度范圍。就此而言，在此所描述的工藝可包括一個(gè)或更多個(gè)ECD種晶沉積、清潔(諸如SRD)和熱處理循環(huán)。
[0063]圖1示出回流工藝100，且繪示出由該回流工藝構(gòu)建的示例性特征結(jié)構(gòu)。在一示例性實(shí)施方式中，工件112 可以是結(jié)晶硅基板上的介電材料，工件112包含至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)122。在示例性步驟102中，特征結(jié)構(gòu)122被襯以阻擋層114，然后被襯以種晶層115。在示例性步驟104中，工件112的特征結(jié)構(gòu)122已在種晶層115上接收一層E⑶種晶材料116。在示例性退火步驟106中，在合適的溫度下對(duì)工件進(jìn)行退火以引起示例性回流步驟108，以促進(jìn)部分填充。在退火步驟過(guò)程中，ECD種晶材料116流入特征結(jié)構(gòu)122中以形成填充部118。在示例性實(shí)施方式中，可重復(fù)E⑶種晶沉積步驟104、退火步驟106和回流步驟108以達(dá)到填充部118的期望特性。重復(fù)步驟的數(shù)目可取決于結(jié)構(gòu)。一旦填充部118達(dá)到期望的尺寸，就執(zhí)行本工藝的剩余步驟，如下文所述。
[0064]圖2是可與本公開(kāi)內(nèi)容一起使用的初始、以前開(kāi)發(fā)的工藝的各種組合的圖表。以前開(kāi)發(fā)的工藝的一些組合包括以下內(nèi)容。第一，主鑲嵌(Main Damascene)工藝包括阻擋層和種晶層的沉積(參見(jiàn)圖3)。第二，E⑶種晶(亦稱為SLE)工藝包括阻擋層、種晶層和E⑶種晶層的沉積(參見(jiàn)圖4)。第三，具有襯墊的ECD種晶(SLE)工藝包括阻擋層、襯墊層、種晶層和ECD種晶層的沉積(參見(jiàn)圖5)。第四，具有次級(jí)種晶的ECD種晶(SLE)工藝包括阻擋層、次級(jí)種晶層和ECD種晶層的沉積。第五，具有次級(jí)種晶和快閃的ECD種晶(SLE)工藝包括阻擋層、次級(jí)種晶層、快閃層和ECD種晶層的沉積(參見(jiàn)圖6)。第六，ECD種晶(亦稱為D0B)工藝包括阻擋層和E⑶種晶層的沉積。
[0065]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式的其他先前存在的工藝包括:第七，命名為ECD種晶外加(DOB)工藝的工藝，所述E⑶種晶外加(DOB)工藝包括阻擋層和E⑶種晶“外加”層的沉積。第八，E⑶種晶外加工藝包括阻擋層、次級(jí)種晶層和E⑶種晶“外加”層的沉積。第九，不具有次級(jí)種晶的ECD種晶外加工藝包括阻擋層、種晶層和ECD種晶“外加”層的沉積(參見(jiàn)圖7)。第十，具有襯墊和種晶的ECD種晶外加工藝包括阻擋層、襯墊層、種晶層和ECD種晶“外加”層的沉積。
[0066]圖8中示出應(yīng)用于雙鑲嵌應(yīng)用時(shí)的本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式。如上文提到的且如圖8所示，本公開(kāi)內(nèi)容的工藝200開(kāi)始于步驟202，工件204具有在結(jié)晶硅晶片(未圖示)上的電介質(zhì)206，如上所述，工件204已被處理到呈現(xiàn)已在步驟202中被鍍有阻擋層210的特征結(jié)構(gòu)208的步驟點(diǎn)(point)，特征結(jié)構(gòu)208之后被鍍有用上文所述的方式施加的種晶層212和/或可鍍膜(參見(jiàn)圖8)。在該工藝的下一步驟214中，用銅216或其他金屬部分地填充特征結(jié)構(gòu)208。能使用上文描述的ECD種晶“外加”工藝執(zhí)行此步驟214，步驟214包括施加一層ECD種晶材料218至種晶層212，然后執(zhí)行熱處理。此退火步驟引起銅或其他金屬回流進(jìn)入特征結(jié)構(gòu)208中以形成部分填充部。能重復(fù)ECD種晶沉積步驟、退火步驟和回流步驟以達(dá)到填充物216的期望特性。這樣的步驟被重復(fù)的次數(shù)可取決于所期望的結(jié)構(gòu)。
[0067]或者,通過(guò)使用傳統(tǒng)酸化學(xué)物的E⑶鍍(EOT plating),能部分地填充特征結(jié)構(gòu)208，所述E⑶鍍通常是比使用E⑶種晶更快的工藝。當(dāng)然，也可使用其他工藝來(lái)代替銅鍍，例如，PVD或CVD。
[0068]接著，在步驟220，在部分銅(金屬)填充物之上施加銅合金(或其他金屬合金)層222，從而構(gòu)建層疊的銅結(jié)構(gòu)，如圖8所示。可通過(guò)鍍或其他沉積技術(shù)來(lái)施加此銅合金層。圖8示出該銅合金層相對(duì)較薄且未填充特征結(jié)構(gòu)208至電介質(zhì)206的上表面。然而，能鍍或用其他方式沉積該合金以致特征結(jié)構(gòu)208被完全填充，而且甚至以致銅合金222在電介質(zhì)上形成覆蓋物，并且另外覆蓋工件204且可能覆蓋整個(gè)工件。因此，能以各種厚度施加銅合金。被認(rèn)為可取的是銅合金的最小厚度會(huì)是約10 A。
[0069]能使用堿性化學(xué)物執(zhí)行銅合金的鍍。形成合金或摻雜元素可由任何幫助減少電遷移的過(guò)渡金屬或貴金屬組成。這樣的合金可包括Ag、Au、Co、N1、Hf、Mn、Pd、Pt、T1、Zi或Zr，或被本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他金屬。亦能使用其他摻雜元素，比如Al、Ge、S、Se、S1、Sn 和 Te。
[0070]多于一個(gè)銅合金層將被利用，這也在本公開(kāi)內(nèi)容的范圍之內(nèi)。例如，第一層可由第一銅合金構(gòu)成，隨后是另一銅合金的第二層。并且，銅能與多于一種摻雜劑一起形成合金。例如，(這些)銅合金能由Co和AG、Co和Au、Co和Ti等構(gòu)成。
[0071]能通過(guò)除電鍍之外的各種技術(shù)沉積金屬層222。這樣的技術(shù)可包括PVD、CVD或ALD沉積技術(shù)。此外，(這些)金屬層的總厚度可以是小于500 A,且能薄如20 A。
[0072]該工藝中的下一步驟224是施加銅以填充特征結(jié)構(gòu)208和構(gòu)建覆蓋層226，如圖8所示。盡管銅是優(yōu)選的金屬化材料，但也能使用其他金屬，例如，Co、N1、Au、Ag、Mn、Sn、W和Al。雖然用于施加金屬填充物和覆蓋層226的一種方法是通過(guò)電鍍，但也能使用其他金屬化技術(shù)，比如CVD或PVD。能以從200nm至100nm的不同厚度施加銅覆蓋物。此厚度為CMP工藝提供基礎(chǔ)，如下文所述。
[0073]本公開(kāi)內(nèi)容的該工藝中的下一步驟228是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火。該退火工藝具有幾個(gè)效果，包括合金從層222受控?cái)U(kuò)散到位于特征結(jié)構(gòu)208中下面的銅填充物216的相鄰頂部中。
[0074]在足夠高的溫度下執(zhí)行退火以引起合金遷移或擴(kuò)散，但不會(huì)太熱以致工件或工件上的元件可被損壞或劣化。在這點(diǎn)上，為了發(fā)生成功的退火，溫度范圍可以從約100°C至約400°C。通過(guò)使用爐或其他能夠在期望范圍內(nèi)保持持續(xù)的溫度的設(shè)備來(lái)執(zhí)行退火。能理解的是，退火工藝的溫度及持續(xù)時(shí)間可取決于銅合金的組分和期望的合金擴(kuò)散程度。
[0075]可使用組成氣體或惰性氣體、純氫、或諸如氨(NH3)之類的還原氣體來(lái)執(zhí)行退火工藝。在退火期間，熱能量幫助層222中的合金金屬與銅填充物216的相鄰部分中的銅原子化學(xué)鍵合(chemical bond)。在退火工藝的結(jié)尾,惰性氣體可被用于冷卻加熱后的工件。經(jīng)退火的工件能改變合金層222的電特性及其他特性。
[0076]如圖8所示，在步驟232中已經(jīng)執(zhí)行退火后，使用CMP工序移除覆蓋電介質(zhì)的上表面上面的各材料層和銅覆蓋物。這留下與電介質(zhì)206的頂表面236同延的選擇性帽234。如上文所指，此帽通過(guò)充當(dāng)分流層(shunt layer)來(lái)改善線的電遷移性能。另外，所述帽促進(jìn)與下一金屬化層的粘合，同樣提高電遷移性能。
[0077]此帽可具有足以執(zhí)行此帽的改善電遷移性能的功能的厚度。在一個(gè)實(shí)例中，所述帽可具有從約5nm至100nm的厚度。
[0078]此外，通過(guò)執(zhí)行CMP工藝，沒(méi)有合金殘余物殘留在各線之間，這是優(yōu)于用于生產(chǎn)金屬帽的現(xiàn)有方法的明顯優(yōu)點(diǎn)。在帽234之上可施加進(jìn)一步的金屬化層，在這種情況下，通過(guò)使用以上工藝來(lái)促進(jìn)金屬化層粘合至金屬帽。
[0079]圖9披露了本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施方式。如圖9所示，工藝300開(kāi)始于步驟302，工件304包括結(jié)晶硅晶片(未圖示)上的電介質(zhì)306。如上所述，電介質(zhì)306已被處理到呈現(xiàn)已在步驟302中首先被鍍有阻擋層310的特征結(jié)構(gòu)308的步驟點(diǎn)。隨后，能用以上描述的方式在阻擋層310之上施加種晶層312和/或可鍍的膜。
[0080]此工藝中的下一步驟314是用銅(或其他金屬)部分地填充特征結(jié)構(gòu)308，所述銅(或其他金屬)被標(biāo)記為313。能使用以上描述的E⑶種晶“外加”工藝實(shí)現(xiàn)此部分填充物313，所述E⑶種晶“外加”工藝包括施加一層E⑶種晶材料至種晶層上，然后執(zhí)行熱處理。此退火步驟引起銅向下回流進(jìn)入特征結(jié)構(gòu)308中以形成部分填充部。能重復(fù)E⑶種晶沉積步驟、退火步驟和回流步驟以達(dá)到填充物308的期望特性。這樣的步驟被重復(fù)的次數(shù)可取決于所期望的部分填充物308的結(jié)構(gòu)。
[0081]在以上針對(duì)圖8描述的方式下，替代地，可通過(guò)使用傳統(tǒng)酸化學(xué)物的E⑶鍍來(lái)部分地填充特征結(jié)構(gòu)308，所述使用傳統(tǒng)酸化學(xué)物的ECD鍍通常比使用ECD種晶更快，但或許在消除部分填充物中的空隙及其他不連續(xù)方面不像那么有效。當(dāng)然，可使用其他工藝來(lái)代替銅鍍以獲得部分填充物313，例如PVD或CVD。
[0082]接著，在步驟320中，銅合金322被鍍?cè)诨蛴闷渌绞匠练e在部分銅填充物313之上。此步驟可與以上針對(duì)圖8描述的形成合金的步驟220相同或非常相似。如以上針對(duì)圖8所述，可使用各種形成合金的金屬或形成合金的金屬的組合。另外，多于一個(gè)金屬合金層可被鍍?cè)诨虺练e在部分填充物之上。
[0083]在下一步驟324中，沉積銅(或其他金屬)以填充特征結(jié)構(gòu)308且構(gòu)建覆蓋層326，如圖9所示。用于施加銅填充物和覆蓋層326的一種方法是通過(guò)電鍍，所述電鍍相對(duì)于其他沉積方法是比較快且經(jīng)濟(jì)的，亦能使用其他沉積方法。
[0084]接著，在步驟328中，用以上針對(duì)圖9描述的方式對(duì)工件304進(jìn)行退火。然而，與圖9中不同，此處執(zhí)行后鍍退火(post-plating anneal)以使合金322中的形成合金的元素分布遍及設(shè)置在特征結(jié)構(gòu)308中的銅。本質(zhì)上，構(gòu)建銅合金(青銅)金屬化互連334，其中形成合金的元素實(shí)質(zhì)上均勻地?cái)U(kuò)散遍及銅填充物。
[0085]如上文所指，用于構(gòu)建銅合金的摻雜元素可包括任何幫助減少電遷移的過(guò)渡金屬或貴金屬。這樣的金屬在上面列出。除了上面列出的那些金屬，形成合金的元素可包括任何青銅形成的元素或青銅形成的元素的組合。在這點(diǎn)上，為了有效地鍍青銅膜，需要將銅與另一元素共鍍(co-plate)。另外，在本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式中，將兩種或更多種元素與銅共鍍。為了發(fā)生有效的鍍，在多數(shù)情形中，但不是所有情形中，需要摻雜元素的絡(luò)合物(complex)。用于CuCo青銅的此種化學(xué)物的典型實(shí)例利用Co和Cu乙二胺絡(luò)合物。此類絡(luò)合物是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。另外，為了便于控制這些元素的共鍍以形成期望的青銅互連，鍍液的濃度和PH水平被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
[0086]在已經(jīng)完成退火以致形成合金的元素在步驟330中擴(kuò)散遍及特征結(jié)構(gòu)308后，接著，在步驟332中，使用CMP工序以移除銅覆蓋物，以及電介質(zhì)306上方的所有層，以使得青銅互連334的頂表面與電介質(zhì)306的頂表面共面。這樣的互連334能提供與由上面針對(duì)圖9描述的選擇性帽332提供的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。在這點(diǎn)上，雖然青銅互連的電阻可比銅的電阻稍微有點(diǎn)高，但該互連較小可能遭受電遷移和電遷移的不良影響。
[0087]圖10披露了本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施方式，其中鈷(Co)被用作互連材料。如圖10所示，互連工藝400開(kāi)始于步驟402,工件404包括結(jié)晶娃晶片(未圖示)之上的電介質(zhì)406。電介質(zhì)406已被處理到呈現(xiàn)特征結(jié)構(gòu)408的步驟點(diǎn)。在第一步驟402中，可選擇的阻擋層410能被施加至所述特征結(jié)構(gòu)的表面。該阻擋層可由金屬或化合物構(gòu)成，所述金屬或化合物包括例如Mn、MnN、T1、Ta、TiN、TaN等。能用以上描述的方式(例如，通過(guò)CVD)在阻擋層410之上施加種晶層412和/或可鍍的膜。該種晶層可由CVD Co或鈷合金構(gòu)成。不使用CVD，亦能使用PVD或ALD或其他沉積技術(shù)形成種晶層。
[0088]該工藝中的下一步驟414是用鈷或鈷合金部分地或全部地填充特征結(jié)構(gòu)408，所述鈷或鈷合金被標(biāo)記為416。能使用以上描述的ECD種晶“外加”工藝執(zhí)行此部分或全部填充工藝。此工藝導(dǎo)致無(wú)空隙填充，此工藝包括將一層ECD種晶材料施加在種晶層上，然后執(zhí)行熱處理。此退火步驟引起鈷416回流進(jìn)入特征結(jié)構(gòu)408中以形成填充部。如步驟420所示，可重復(fù)ECD種晶沉積步驟、退火步驟和回流步驟以達(dá)到填充物416的期望特性，執(zhí)行ECD沉積步驟的次數(shù)取決于所期望的填充物416的結(jié)構(gòu)。
[0089]應(yīng)理解的是,此工藝使得能夠在薄膜電阻(sheet resistance)最高達(dá)1000 Ω / □的高薄膜電阻膜上鍍鈷。
[0090]接著，在步驟424中，如果不是已經(jīng)填充滿鈷，則沉積銅以填充特征結(jié)構(gòu)408并且構(gòu)建覆蓋層426。如上所述，一種可取的沉積工藝是通過(guò)電鍍來(lái)施加銅填充物和覆蓋物，電鍍相對(duì)于其他沉積方法是相對(duì)快且經(jīng)濟(jì)的，也能使用其他沉積方法。
[0091]接著在步驟428中，用以上針對(duì)圖8和圖9描述的方式對(duì)工件進(jìn)行退火。此熱處理的一個(gè)主要目的是要在特征結(jié)構(gòu)408中獲得均勻的合金材料組分。能用與以上針對(duì)圖8和圖9描述的方式相似或?qū)嵸|(zhì)上相同的方式執(zhí)行該退火工藝。
[0092]如圖10所示，在已經(jīng)完成退火后，在步驟432中，使用CMP工序來(lái)移除銅覆蓋物以及電介質(zhì)406之上的任何材料層，從而留下鈷或鈷合金互連434?；ミB434的頂部436與電介質(zhì)406的頂表面是同延的。如上所指，此互連工序幫助解決覆層(cladding)而且因此幫助減小線電阻問(wèn)題以及電遷移問(wèn)題，當(dāng)銅被用于金屬化時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)線電阻問(wèn)題以及電遷移問(wèn)題。
[0093]圖11披露了應(yīng)用于單鑲嵌情形的本方法的另一實(shí)施方式。如圖1lA所示，披露的金屬化工藝500開(kāi)始于由介電層506和507構(gòu)成的工件504，介電層506和507由UV阻隔層509隔開(kāi)，介電層506和507、UV阻隔層509都位于結(jié)晶硅晶片(未圖示)上。如第一步驟502所示，在工件上執(zhí)行過(guò)孔蝕刻以界定過(guò)孔508。
[0094]在下一步驟514中，如圖1lB所示，阻擋層510被施加至過(guò)孔508。能如以上包括針對(duì)圖8和圖9所述施加阻擋層510。之后，能用以上描述的方式將可鍍的種晶層512施加至阻擋層?；蛘?，亦如以上所論述，可鍍膜能被施加在阻擋層之上。
[0095]亦如步驟514 (圖11B)所示，利用各種技術(shù)，過(guò)孔被鍍有金屬導(dǎo)體513，比如銅或銅合金?？墒褂帽绢I(lǐng)域所知道的工藝“自下而上填充”或使用E⑶或E⑶種晶“外加”再填充(refill)工藝來(lái)執(zhí)行這種鍍。如上所述，E⑶種晶“外加”工藝包括將一層E⑶種晶施加在種晶層517上，接著執(zhí)行熱處理。此處理引起銅513或其他金屬化金屬回流進(jìn)入過(guò)孔508中以執(zhí)行過(guò)孔的部分填充。能重復(fù)ECD種晶沉積步驟、退火步驟以及回流步驟以達(dá)到過(guò)孔508的期望特性。在這點(diǎn)上，這些步驟被重復(fù)的次數(shù)可取決于期望的填充物的結(jié)構(gòu)。
[0096]接著，在步驟520中(圖11C)，金屬(比如Co或Cu)或金屬合金522被鍍?cè)诨蛴闷渌绞匠练e在過(guò)孔中，且亦覆蓋ECD種晶外加層。能用非常類似于以上針對(duì)圖8和圖9描述的步驟220和320中的形成合金的方式來(lái)執(zhí)行鍍金屬522。亦如以上所指，可利用各種形成合金的金屬或形成合金的金屬的組合。此外，可在ECD種晶外加填充層之上鍍或沉積多于一個(gè)合金層。
[0097]在下一步驟522中(圖11D)，銅(或其他金屬)覆蓋物526被鍍?cè)诤辖饘?22上。如以上所論述，能通過(guò)電鍍來(lái)經(jīng)濟(jì)地且相對(duì)快速地施加覆蓋層526。然而，可使用其他沉積方法來(lái)代替。
[0098]接著，在選擇性步驟528中(圖11E)，用以上針對(duì)圖8-19描述的方式對(duì)工件504進(jìn)行退火。退火步驟526導(dǎo)致層522中的合金受控地?cái)U(kuò)散進(jìn)入過(guò)孔508中銅填充物513的相鄰頂部部分中(圖11F)。能在以上針對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的其他實(shí)施方式描述的條件下以及用上針對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的其他實(shí)施方式描述的方式執(zhí)行退火。
[0099]如圖1lG所示，在已經(jīng)執(zhí)行退火工序后，在步驟532中使用CMP工序來(lái)移除銅覆蓋物。除了銅覆蓋物，全部其他材料層被移除降至電介質(zhì)507。這在過(guò)孔508之上留下選擇性帽534，帽534與單鑲嵌介電層507的頂表面536是同延的。如將會(huì)理解的的那樣，通過(guò)使用CMP工藝，在相鄰過(guò)孔508之間不會(huì)留下金屬殘余物。此外，選擇性帽534于是充當(dāng)用于施加在介電層507之上的下一金屬化層的蝕刻終止層。
[0100]如圖12所示，通過(guò)本工藝500形成了對(duì)準(zhǔn)容差過(guò)孔508。即使在覆蓋在上面的介電層544中找到的特征結(jié)構(gòu)540和542與過(guò)孔508重疊，選擇性帽534也保持特征結(jié)構(gòu)540和542與下面的過(guò)孔508之間的分隔。如能理解的那樣，這使工件能夠被生產(chǎn)有對(duì)準(zhǔn)容差過(guò)孔508,從而便于半導(dǎo)體制造和加工工藝。
[0101]在圖12中，能用與針對(duì)圖8描述的方式相同的方式或類似的方式執(zhí)行特征結(jié)構(gòu)540和542的金屬化。在這點(diǎn)上，在互連540和542之上形成選擇性金屬帽546。
[0102]本公開(kāi)內(nèi)容的各工藝的可替實(shí)施方式可包括以上已經(jīng)描述的各步驟的變型，這些變型也旨在通過(guò)為單鑲嵌和雙鑲嵌集成方案(integrat1n scheme)中的過(guò)孔之上的自對(duì)準(zhǔn)(self-aligned)溝槽和自對(duì)準(zhǔn)過(guò)孔保證較寬的工藝窗口(process window)來(lái)提高互連的性能與可靠度。如上所指，本公開(kāi)內(nèi)容的工藝考慮到在金屬線之上設(shè)置的自對(duì)準(zhǔn)選擇性金屬帽以減少電遷移的發(fā)生。另外，本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式保證了過(guò)孔之上的選擇性金屬帽或蝕刻終止物以不僅通過(guò)防止產(chǎn)生“無(wú)底過(guò)孔(bottomless via) ”來(lái)有助于電遷移性能，而且使過(guò)孔是對(duì)準(zhǔn)容差的。本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式也包括作為互連線的金屬化的部分的金屬合金鍍和/或?qū)盈B金屬鍍。這樣的合金和金屬疊層能被選擇以改善電遷移性能。
[0103]此外，由在此描述的工藝實(shí)現(xiàn)的另一優(yōu)點(diǎn)是能使用單一工具來(lái)執(zhí)行以上描述的工藝步驟，所述單一工具比如為由應(yīng)用材料公司生產(chǎn)的Raider?電化學(xué)沉積、清潔(例如，SRD),以及熱處理或退火工具。這些工藝步驟包括ECD種晶沉積步驟(或若重復(fù)的話，幾次E⑶種晶沉積步驟)、清潔步驟(或若重復(fù)的話，幾次清潔步驟)、熱處理步驟(或若重復(fù)的話，幾次熱處理步驟)、以及鍍步驟。因此，不必將工件從一個(gè)地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)地點(diǎn)或從一個(gè)機(jī)器移動(dòng)到另一個(gè)機(jī)器以執(zhí)行以上描述的工藝的各步驟。
[0104]雖然已示出和說(shuō)明了說(shuō)明性實(shí)施方式，但是將應(yīng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在本發(fā)明中能做出各種改變。例如，能使用多電極系統(tǒng)(mult1-electrode system)來(lái)執(zhí)行以上所述的材料沉積步驟和工序。這樣的系統(tǒng)的示例被陳述于第7351314號(hào)、第7351315號(hào)以及第8236159號(hào)美國(guó)專利中，通過(guò)援引將這些美國(guó)專利并入在此。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在工件中形成互連的方法，所述方法包括: (a)獲得包括特征結(jié)構(gòu)的工件基板； (b)在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積金屬導(dǎo)電層以部分地或完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)； (C)如果所述特征結(jié)構(gòu)被所述金屬導(dǎo)電層部分地填充，則沉積金屬填充物以完成所述特征結(jié)構(gòu)的填充； (d)施加銅覆蓋物； Ce)在用以退火所述工件的條件下熱處理所述工件；和 Cf)使用CMP移除所述覆蓋物并減小所述工件的高度以暴露所述工件基板和金屬化的特征結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征結(jié)構(gòu)包含互連，并且由CMP對(duì)所述金屬覆蓋物的移除暴露了所述工件基板的上表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中用于所述金屬導(dǎo)電層的金屬選自由銅、鈷、鎳、金、銀、錳、錫、鋁和上述金屬的合金組成的組。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬導(dǎo)電層由選自包括電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積和原子層沉積的組的方法來(lái)沉積。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬導(dǎo)電層使用化學(xué)物來(lái)沉積，所述化學(xué)物包括選自由銅、乙二胺、檸檬酸、酒石酸鹽和脲組成的組的至少一種銅絡(luò)合物。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法: 其中所述金屬導(dǎo)電層部分地填充所述特征結(jié)構(gòu)；和 進(jìn)一步包括在施加所述金屬填充物和/或銅覆蓋物之前，沉積金屬合金層以進(jìn)一步部分地填充或完全地填充所述特征結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述金屬合金層覆蓋整個(gè)所述工件。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬合金是所述導(dǎo)電層的合金。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬合金層是蝕刻終止材料。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬合金選自由銅合金、鈷合金、鎳合金、金合金、銀合金、猛合金、錫合金和招合金組成的組。
11.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬合金的形成合金的元素包含過(guò)渡金屬或貴金屬。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成合金的元素選自由Ag、Al、Au、Co、Ge、Hf、Mn、Pd、Pt、S、Se、S1、Sn、Te、T1、Zi 或 Zr 組成的組。
13.如權(quán)利要求6-12任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)所述工件的所述退火以受控的方式進(jìn)行以限制所述金屬合金的所述合金元素到所述特征結(jié)構(gòu)的上部的擴(kuò)散。
14.如權(quán)利要求6-13任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行對(duì)所述工件的所述退火以使所述導(dǎo)電金屬層的所述合金均勻地?cái)U(kuò)散遍及整個(gè)所述特征結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括熱處理所述工件以引起所述金屬導(dǎo)電層回流到所述特征結(jié)構(gòu)中，以構(gòu)建第一共形導(dǎo)電層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一導(dǎo)電共形層之后沉積至少一個(gè)附加導(dǎo)電層，以及熱處理所述工件以引起每一個(gè)附加導(dǎo)電層的回流。
17.如權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬填充物和/或所述金屬覆蓋物選自由Cu、Co、N1、An、Ag、Mn、Sn和Al或上述金屬的合金組成的組。
18.如權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在所述導(dǎo)電層被沉積之前，在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積導(dǎo)電種晶層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中用于所述導(dǎo)電種晶層的金屬選自由銅、鈷、鎳、金、銀、錳、錫、鋁、釕和上述金屬的合金組成的組。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其中所述導(dǎo)電種晶層選自由種晶、次級(jí)種晶、以及種晶與襯墊的堆疊膜組成的組。
21.如權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在所述金屬導(dǎo)電層被沉積之前，在所述特征結(jié)構(gòu)中沉積阻擋層。
22.如權(quán)利要求1-21任一項(xiàng)所述的方法，其中所述特征結(jié)構(gòu)的尺寸選自以下尺寸組成的組:小于30nm,約5nm至小于30nm,約1nm至小于30nm,約15nm至約20nm,約20nm至小于30nm,小于20nm,小于 1nm,以及約5nm至10nm。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104051336SQ201410099406
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】伊斯梅爾·T·埃邁什, 羅伊·沙維夫, 梅于爾·奈克 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司