防止铜扩散的电介质/金属阻挡体集成制造技术

描述一种在半导体器件中使用的互连件结构和用于制造所述互连件结构的方法。所述方法包括将基板定位在真空处理腔室中。所述基板具有暴露的铜表面和暴露的低k电介质表面。金属层形成在所述铜表面上方而不是在所述低k电介质表面上方。基于金属的电介质层形成在所述金属层和所述低k电介质层上方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景
本专利技术的方面总体上涉及在半导体器件中使用的互连件结构(interconnectstructure)和用于形成此类结构的方法。
技术介绍
近数十年来，集成电路上的部件的特征尺寸已不断减小。随着特征尺寸减小，计算机已变得更加强大且对于消费者而言较不昂贵。为了此降低的趋势继续，环绕互连件的电介质阻挡体的厚度也必须减小。互连件连接集成电路上的不同部件。较薄的电介质阻挡体与较低的电介质阻挡体的介电常数以及较低的环绕此互连件的电容(下文中的“线间(interline)电容”)相关联。常规的互连件由铜制成，选择铜是因为与其他金属相比，铜是高度导电的。然而，铜扩散进入常规的电介质阻挡体，最终造器件故障。遗憾地，铜的扩散率随着电介质阻挡体的厚度减小而变得放大。因此，本领域中需要的是一种改进的互连件结构和用于形成此类结构的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种互连件结构和制造所述互连件结构的方法。所述方法包括将基板定位在真空处理腔室中。所述基板具有暴露的铜表面和暴露的低k电介质表面。金属层沉积在所述铜表面上方。例如，所述金属层可选择性地沉积在所述铜表面上方。所述金属层可包括钴化合物。基于金属的电介质层沉积在所述金属层上方且在所述电介质表面的至少一部分上方。所述基于金属的电介质层可包括铝化合物。所述互连件结构包括低k电介质层。所述低k电介质层具有沟槽，所述沟槽于所述低k电介质层中经图案化而成。铜层至少部分地填充所述沟槽。金属层形成在所述铜层上方且包括钴化合物。基于金属的电介质层形成在所述金属层和所述低k电介质层上方。所述基于金属的电介质层可包括铝化合物。附图说明为了详细地理解本专利技术的上述特征的方式，可通过参考实施例(实施例中的一些在附图中示出)得出以上简要概括的本专利技术的更具体的描述。然而应注意，所附附图仅描绘此专利技术的典型实施例，并且因此不应视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术可允许其他等效实施例。图1是用于形成互连件结构的工艺的流程图；以及图2A至图2G描绘图1的工艺的不同阶段处的互连件结构。为了促进理解，已在可能的情况下使用相同的元件标号指定附图所共有的相同元件。构想到，一个实施例的元件和特征可有益地并入其他实施例而无需进一步的记叙。具体实施方式虽然前述内容涉及本专利技术的实施例，可设计本专利技术的其他和进一步的实施例而不背离本专利技术的基本范围，并且本专利技术的范围由所附权利要求书确定。如在本文中所用，真空处理系统包括工具，在此工具内，可在不破坏真空的情况下(即不将基板暴露于周围环境的情况下)在两个或更多个真空处理腔室中处理基板。代表性的真空处理系统是群集工具。如在本文中所用，真空处理腔室包括蚀刻腔室、清洁腔室、或沉积腔室。沉积腔室可例如是化学气相沉积反应器(CVD)、原子层沉积反应器(ALD)、物理气相沉积反应器(PVD)、或适合于沉积电介质层(诸如低k电介质层)、金属层、和/或金属氧化物、金属氮化物、或金属氮氧化物层的其他腔室。如在本文所用，低k电介质材料是介电常数低于二氧化硅的介电常数(或低于4.0)的材料，且包括碳掺杂的氧化硅和其他适合的材料，例如可购自位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司的BLACK低k电介质。如在本文所用，“钴化合物”包括金属钴以及包含钴与一种其他元素的化合物，诸如，例如磷化钴钨、氮化钴钨、或磷氮化钴钨。如在本文所用，“铝化合物”包括含有铝与至少一种其他元素的化合物，诸如，例如氧化铝、氮化铝、和氮氧化铝。如在本文所用，“铜”包括金属铜和铜的合金。术语“前体”用于指参与反应以从表面移除或沉积材料的任何工艺气体。通过在铜层上方顺序地形成金属层和基于金属的的电介质层，可制造薄的集成电介质阻挡体，所述薄的集成电介质阻挡体具有降低的线间电容和对铜的低扩散率。金属层可沉积在互连件结构的暴露的铜表面上，而不是在互连件结构的暴露的电介质表面上。金属层可以是钴或对铜有良好附着力的其他金属。通过良好地附着到铜，金属层对电迁移有抗性且辅助防止铜扩散。基于金属的电介质层可包括由铝化合物(诸如氧化铝、氮化铝、和/或氮氧化铝)。基于金属的电介质层提供器件整体性，防止铜扩散，且充当电介质阻挡体。包括金属层和基于金属的电介质层的集成结构的对于铜扩散率的抗性是惊人的，所述金属层包括钴化合物；所述基于金属的电介质层包括铝化合物。此集成结构的对铜扩散的抗性基本上高于组合的金属层与基于金属的电介质层的对扩散的抗性之和。图1是工艺流程图，概述了用于形成具有多个层的互连件结构的工艺100。图2A至图2G是互连件结构在工艺100的不同阶段的剖面视图。在框102，在真空处理腔室中(诸如，在真空处理系统的真空处理腔室中)将电介质层210形成在基板200上。基板200提供表面，多个器件可形成在所述表面上，利用形成在这些器件上方的互连件结构来选择性地连接这些器件。如此，基板可以是半导体材料(诸如硅、锗、或化合物半导体)、电介质材料(诸如玻璃、陶瓷、或塑料)、或导电材料(诸如铝或另外的金属)。电介质层210可沉积达约至约的厚度。电介质层210可包括低k电介质材料。在框104，沟槽212形成在电介质层210中。例如，可通过在电介质层210上图案化光阻层并且使用适合的蚀刻工艺来形成沟槽212。沟槽212可延伸至基板210(如图2B所示)或可终止在不到基板210的位置。沟槽212具有侧壁211和底面213。侧壁211可垂直于基板210(如图所示)或可以倾斜。在任选的框106并且如图2C所示，衬里层214形成在沟槽212的侧壁211和底面213上。衬里层214可充当阻挡层。衬里层214可保形地(conformally)形成在侧壁211和底面213上。衬里层214可沉积达例如约至约的厚度。衬里层214可例如为钽、氮化钽、钴、钌、或其他适合的材料。在框108，铜层216形成在衬里层214上。铜层216至少部分地填充沟槽212。铜层216可仅部分地填充沟槽212、可完整地填充沟槽212、或且可完整地填充沟槽212且覆盖电介质层210的一部分(如图2D所示)。可通过电镀或其他适合的技术来沉积铜层216。在任选的框110并且如图2E所示，移除铜层216和衬里层214的多个部分以暴露电介质层210的表面、衬里层214的表面和铜层216的表面。可使用化学机械研磨来移除铜层216、衬里层214和电介质层210的那些部分。框110之后，电介质层210、衬里层214以及铜层216的上表面可基本上共面。在任选的框112，可预清洁铜层216。预清洁工艺从铜表面移除污染物，诸如氧化铜。可通过将基板200暴露于还原剂来化学地还原氧化铜。在热工艺或等离子体工艺期间，预清洁工艺可将基板200暴露于还原剂。还原剂可具有液态、气态、等离子体态、或前述态的组合。可在预清洁工艺期间使用的还原剂包括例如氢(例如H2或原子H)、氨(NH3)以及氢与氨的混合物(H2/NH3)。在框114，金属层218形成在铜层216的暴露的表面上。金属层218可沉积成使得电介质层210无金属或基本上无金属，如图2F中所示。在框112与框114之间，可在不破坏真空的情况下执行框114。通过防止基板暴露于真空处理系统外的周围环境，可完全或基本上无氧化地形成铜层216。金属层218可包括钴化合物或金属铝。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成互连件结构的方法，所述方法包括以下步骤：将基板定位在真空处理腔室中，其中所述基板包括具有暴露的表面的铜层和具有暴露的表面的低k电介质层；将金属层形成在暴露的铜表面上方，其中所述金属层包括钴化合物；以及将基于金属的电介质层形成在所述金属层上方并且形成在暴露的低k电介质表面的至少一部分上方，其中所述基于金属的电介质层包括铝化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.05 US 14/173,8071.一种用于形成互连件结构的方法，所述方法包括以下步骤：将基板定位在真空处理腔室中，其中所述基板包括具有暴露的表面的铜层和具有暴露的表面的低k电介质层；将金属层形成在暴露的铜表面上方，其中所述金属层包括钴化合物；以及将基于金属的电介质层形成在所述金属层上方并且形成在暴露的低k电介质表面的至少一部分上方，其中所述基于金属的电介质层包括铝化合物。2.如权利要求1所述的方法，其中所述钴化合物包括钴、磷化钴钨、氮化钴钨、或磷氮化钴钨。3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属层的厚度为从约至约且其中所述基于金属的电介质层的厚度为从约至约4.如权利要求1所述的方法，其中在没有空气断开的情况下形成所述金属层和所述基于金属的电介质层。5.如权利要求1所述的方法，其中所述铝化合物包括氧化铝、氮化铝、或氮氧化铝。6.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层不形成在所述低k电介质层的暴露的表面上。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：直接在所述基于金属的电介质层上方形成第二低k电介质层；在所述低k电介质层中形成沟槽；以及至少部分地以铜填充所述沟槽。8.一种用于形成互连件结构的方法，所述方法包括下述步骤：将基板定位在真空处理腔室中，其中所述基板包括具有暴露的表面的铜层以及具有暴露的表面的低k电介质层；将金属层形成在暴露的铜表面上方而不在暴露的电介质表面上方，其中所述金属层包括钴、磷化钴钨、氮化钴钨、或磷氮化钴钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：任河，M·B·奈克，曹勇，石美仪，程亚娜，S·R·V·克萨普拉嘎达，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US