銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)聲明
[0002] 本申請是要求2012年4月13日提交的美國臨時申請第61/624, 154號的優(yōu)先權(quán) 的2012年8月15日提交的美國申請第13/586, 676號的部分繼續(xù)申請,其全部內(nèi)容結(jié)合于 此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總的來說涉及半導(dǎo)體器件的制造,更具體地,涉及銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 由于銅能夠提供的快速度,在半導(dǎo)體器件中將銅用作導(dǎo)電互連材料是有利的。通 過使用鑲嵌處理技術(shù)形成銅互連結(jié)構(gòu),其中,在介電層中形成開口,在開口內(nèi)沉積銅,然后 拋光/平坦化工藝用于去除介電層上方的銅,從而留下嵌入在開口內(nèi)的銅。然而,銅擴(kuò)散穿 過介電材料,所以銅互連結(jié)構(gòu)必須由擴(kuò)散阻擋層封裝。否則介電層中的擴(kuò)散的銅金屬可能 導(dǎo)致互連結(jié)構(gòu)之間的電流泄漏。擴(kuò)散阻擋層通常包括耐熱材料。用于阻擋層的典型的耐熱 材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)。
[0005] 研究已經(jīng)推斷出,隨著集成電路(1C)的關(guān)鍵尺寸不斷縮小,在銅和擴(kuò)散阻擋層之 間的連接處會出現(xiàn)縫隙或裂縫。這些縫隙或裂縫導(dǎo)致稱為"電迀移"(EM)和"應(yīng)力迀移"的 現(xiàn)象,電迀移和應(yīng)力迀移降低銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明一方面提供了一種半導(dǎo)體器件中的銅互連 結(jié)構(gòu),包括:介電層,具有側(cè)壁和表面,側(cè)壁和表面限定介電層中的開口;阻擋層,沉積在介 電層的限定開口的側(cè)壁和表面上;阻擋/種子混合層,沉積在阻擋層上;粘合層,沉積在阻 擋/種子混合層上;以及種子層,沉積在粘合層上。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括一種或多種阻擋材料和一種或多種種子材 料,其中,一種或多種阻擋材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢 ()、鈷((:〇)、鈷鎢((:〇1)、111〇:!、1賊、111(;、11^及、其他錳基材料或釕〇?11)的一種或多種, 一種或多種種子材料包括銅或銅合金的一種或多種。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括交互的阻擋材料和種子材料。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括阻擋材料和種子材料的混合物。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋材料和種子材料的混合物包括基底阻擋材料,基底阻擋材料具 有沉積在基底阻擋材料中的種子材料。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋材料和種子材料的混合物包括基底種子材料,基底種子材料具 有沉積在基底晶種材料中的阻擋材料。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋層包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢 ()、鈷((:〇)、鈷鎢((:〇¥)、111〇:!、1賊、111(;、11^及、其他錳基材料或釕〇?11)的一種或多種 阻擋材料。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括一種或多種增強(qiáng)阻擋材料,阻擋/種子混合層 的阻擋材料通過等離子體增強(qiáng)沉積工藝來增強(qiáng)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明,種子層包括銅或銅合金。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明,還包括在開口中沉積的導(dǎo)電插塞。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種在半導(dǎo)體器件中形成銅互連結(jié)構(gòu)的方法,該 方法包括:在半導(dǎo)體器件的介電層中形成開口,開口由介電層的側(cè)壁和表面限定;在介電 層的側(cè)壁和表面上沉積阻擋層;在阻擋層上沉積阻擋/種子混合層;在阻擋/種子混合層 上沉積粘合層;以及在粘合層上沉積種子層。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括一種或多種阻擋材料和一種或多種種子材 料,其中,一種或多種阻擋材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢 ()、鈷((:〇)、鈷鎢((:〇1)、111〇:!、1賊、111(;、11^及、其他錳基材料或釕〇?11)的一種或多種, 一種或多種種子材料包括銅或銅合金的一種或多種。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括交互的阻擋材料和種子材料,通過交互的阻 擋材料和種子材料沉積工藝來沉積阻擋/種子混合層。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括阻擋材料和種子材料的混合物。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋材料和種子材料的混合物包括基底阻擋材料,基底阻擋材料具 有通過沉積工藝沉積在基底阻擋材料中的種子材料。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋材料和種子材料的混合物包括基底種子材料,基底種子材料具 有通過沉積工藝沉積在基底晶種材料中的阻擋材料。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋層包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢 ()、鈷((:〇)、鈷鎢((:〇¥)、111〇:!、1賊、111(;、11^及、其他錳基材料或釕〇?11)的一種或多種 阻擋材料。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括一種或多種增強(qiáng)阻擋材料,通過對阻擋層的 阻擋材料的至少一部分實(shí)施等離子體增強(qiáng)沉積工藝來沉積阻擋/種子混合層。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供了一種半導(dǎo)體器件中的銅互連結(jié)構(gòu),包括:介電層, 具有側(cè)壁和表面,側(cè)壁和表面限定介電層中的開口;阻擋層,沉積在介電層的限定開口的側(cè) 壁和表面上;第一粘合層,沉積在阻擋層上;阻擋/種子混合層,沉積在第一粘合層上;第二 粘合層,沉積在阻擋/種子混合層上;以及種子層,沉積在第二粘合層上。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明,阻擋/種子混合層包括一種或多種阻擋材料和一種或多種種子材 料,其中,一種或多種阻擋材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢 ()、鈷((:〇)、鈷鎢((:〇1)、111〇:!、1賊、111(;、11^及、其他錳基材料或釕〇?11)的一種或多種, 一種或多種種子材料包括銅或銅合金的一種或多種。
【附圖說明】
[0026] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時,從下面的詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該強(qiáng) 調(diào),根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,各個部件未按比例繪制。實(shí)際上,為了清楚地論述,各個部件的 尺寸可以任意地增大或減小。
[0027] 圖1是根據(jù)一個或多個實(shí)施例的處于制造的中間階段的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0028] 圖2是根據(jù)一個或多個實(shí)施例的處于制造的后期階段的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0029] 圖3是根據(jù)一個或多個實(shí)施例示出用于制造銅互連結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0030] 圖4是根據(jù)一個或多個實(shí)施例的處于制造的中間階段的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0031] 圖5是根據(jù)一個或多個實(shí)施例的處于制造的中間階段的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0032] 圖6是根據(jù)一個或多個實(shí)施例的處于制造的中間階段的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0033] 圖7是根據(jù)一個或多個實(shí)施例示出用于制造銅互連結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 在以下描述中,闡述了具體細(xì)節(jié)以提供本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。然而,本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員將認(rèn)識到,可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在一些 情況下,未詳細(xì)描述已知的結(jié)構(gòu)和工藝以避免對本發(fā)明實(shí)施例的不必要的模糊。
[0035] 貫穿