用于铜阻挡层应用的掺杂的氮化钽制造技术

本发明专利技术描述掺杂的TaN薄膜以及用于提供掺杂的TaN薄膜的方法。用Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和/或V掺杂TaN薄膜得以增强TaN薄膜的铜阻挡性质。还描述提供薄膜的方法，该薄膜具有第一层和第二层，该第一层包含掺杂的TaN，该第二层包含Ru和Co中之一或更多者，且选择性地掺杂该第二层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于铜阻挡层应用的掺杂的氮化钽领域本专利技术一般涉及半导体装置中的阻挡层和形成该阻挡层的方法。更特定言之，所公开的方法涉及包含TaN与选择的掺杂剂的薄膜。背景微电子装置(如半导体或集成电路)可以包括数以百万计的电子电路装置，所述电子电路装置诸如是晶体管、电容器等。为了进一步提高集成电路上的装置密度，需要甚至更小的特征尺寸。为了实现这些更小的特征尺寸，必须缩小导线、过孔与互连结构、栅极等的尺寸。也需要可靠地形成多层次互连结构结构来提高电路密度和品质。制造技术的进展已使得可用铜形成导线、互连结构、过孔和其他结构。然而，随着特征尺寸缩小和铜互连结构的使用增加，互连结构结构中的电迁移变成了需要克服的更大障碍。氮化钽(TaN)在膜厚大于IOA时是铜阻挡层，其中该薄膜是连续的。然而，因为Ta原子的直径约为4A，故约5A厚的TaN薄膜是不连续的。对于需要更薄的TaN的较小节点，TaN本身可能是不连续的薄膜，因而限制了 TaN的铜阻挡性能。目前的方法是在TaN层顶部上包括Ta层，Ta层作为铜的湿润层，并提供阻挡薄膜的连续性。然而，对于较小的节点(小于32nm)，此方法会导致较大的线电阻，因此不是适当的解决方案。因此，需要可作为有效的铜阻挡层的薄层。专利技术概述本专利技术的一个态样涉及一种在微电子装置中形成互连结构的方法，该方法包括以下步骤:提供上面设置有介电层的基板，该介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，该沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；在至少一部分该沟槽和/或过孔的该侧壁和/或底部上沉积阻挡层，该阻挡层包含TaN和一种或更多种掺杂剂，以提供内衬的沟槽和/或过孔；和在该内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。根据此态样的一个或更多个实施例，所述一种或更多种掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一些实施例中，该掺杂剂包含Mn。在其他的实施例中，该掺杂剂包含Ru、Cu和Co中之一或更多者。根据一个或更多个实施例，该导电材料进一步包含Mn。一个或更多个实施例提供了沉积该阻挡层包括沉积交替的层，所述交替的层包含TaN和掺杂剂。在其他的实施例中，沉积该阻挡层包含沉积TaN层和使该掺杂剂扩散进入该TaN 层。在一个或更多个实施例中，该方法进一步包括在沉积该含Cu的导电材料之前使该阻挡层暴露于等离子体处理。在某些实施例中，该等离子体包含抱41*、順3、!12和队中之一或更多者。本专利技术的另一个态样涉及一种在微电子装置中形成互连结构的方法，该方法包括以下步骤:提供上面配置有介电层的基板，该介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，该沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；在至少一部分该沟槽和/或过孔的该侧壁和/或底部上沉积第一层，该第一层包含TaN和一种或更多种第一掺杂剂，以提供内衬的沟槽和/或过孔；在该第一层上沉积第二层，该第二层包含Ru和Co中之一或更多者；和在该内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。根据此态样的一个或更多个实施例,该一种或更多种第一掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一些实施例中，该第一掺杂剂包含Mn。在其他的实施例中，该第一掺杂剂包含Ru、Cu和Co中之一或更多者。根据一个或更多个实施例，该导电材料进一步包含Mn。一个或更多个实施例提供了该第二层进一步包含一种或更多种第二掺杂剂，该第二掺杂剂选自Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一个或更多个实施例中，该第一层是通过沉积交替的层所沉积，所述交替的层包含TaN和该第一掺杂剂。在某些实施例中，该第二层是通过沉积交替的层所沉积，所述交替的层包含Ru或Co和该第二掺杂剂。根据一个或更多个实施例，此态样的方法进一步包括在沉积该导电材料之前使该第一层和/或第二层暴露于等离子体处理。在某些实施例中，该等离子体包含He、Ar、NH3、4和队中之一或更多者。本专利技术的又一个态样提供一种微电子装置，包括:上面配置有介电层的基板，该介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，该沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；内衬于至少一部分该沟槽和/或过孔的该侧壁和/或底部上的第一层，该第一层包含TaN和一种或更多种掺杂剂，该掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V ;包含Ru和Co中之一或更多者的第二层，且该第二层位于该第一层上；以及含Cu的导电材料,该导电材料填充该内衬的沟槽和/或过孔。根据一个或更多个实施例，该第一层的厚度小于10埃。在此态样的一个或更多个实施例中，该导电材料进一步包含Mn。在某些实施例中，该导电材料包含重量百分比小于2%的Mn。此态样的一个或更多个实施例提供了该第二层进一步包含一种或更多种掺杂剂，该掺杂剂选自Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。附图简要说明为了更详细了解上述本专利技术的特征，可参照实施例对以上概述的
技术实现思路
做更详细的描述，其中某些实施例说明于随附附图。然而，应注意的是，随附附图仅说明本专利技术典型的实施例，因此不应将所述随附附图视为限制本专利技术的范围，因本专利技术可认可其他等同有效的实施例。图1A和图1B图示根据本专利技术的一个或更多个实施例的在沉积阻挡层和导电填充材料之前和之后的介电层；和图2图示根据本专利技术的一个或更多个实施例的具有第一层、第二层和导电填充材料的介电层。图3图示来自各种阻挡层薄膜的偏压热应力测试的结果。具体描述在描述本专利技术的几个示例性实施例之前，应了解到，本专利技术并不限于在以下的说明中提出的结构或处理步骤的细节。本专利技术能够有其他的实施例并且能够被以各种方式实施或进行。虽然在以下描述中具体提及沟槽，但将了解到，本文中描述的处理、薄膜和装置可能涉及相似的结构，如过孔、娃通孔(through-silicon-vias ；TSV)、双镶嵌结构和类似者。本专利技术的一个态样涉及包括基板、介电层、阻挡层和导电材料的微电子装置。图1A描绘微电子装置100的实施例，微电子装置100包括基板105和介电层110。介电层110设置在基板105上，并且介电层110具有沟槽150，沟槽150由沟槽底部120、侧壁115和开口160所限定。在一个或更多个实施例中，介电层110是低k介电层。在某些实施例中，介电层包含SiOx。进一步的实施例中提供介电层包含多孔的碳掺杂SiOx。在一些实施例中，介电层是k值小于3的多孔碳掺杂SiOx层。图1B图示在沉积阻挡层130之后的同一微电子装置100，阻挡层130覆盖至少一部分的侧壁115和/或沟槽底部120。如图1B中所图示，阻挡层130可以覆盖整个侧壁115和沟槽底部120。阻挡层130可以包含TaN和一种或更多种掺杂剂，该掺杂剂诸如是Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti或V。根据一个或更多个实施例，阻挡层包含TaN和Mn。在其他的实施例中，阻挡层包含TaN和Ru、Cu和Co中之一或更多者。在一个或更多个实施例中，基于TaN层的重量，阻挡层包含0.1至10%的掺杂齐U。在某些实施例中，阻挡层包含0.2至8重量百分比(wt.% )的掺杂剂。在一些实施例中，阻挡层包含0.5至5wt.%的掺杂剂，如约0.5wt.%的掺杂剂、约Iwt.%的掺杂剂、约1.5wt.%的掺杂剂、约2wt.%的掺杂剂、约2.5wt.%的掺杂剂、约3wt.%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在微电子装置中形成互连结构的方法，所述方法包括以下步骤：提供上面设置有介电层的基板，所述介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，所述沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；在至少一部分所述沟槽和/或过孔的所述侧壁和/或底部上沉积阻挡层，所述阻挡层包含TaN和一种或更多种掺杂剂，所述掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V，以提供内衬的沟槽和/或过孔；和在所述内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.01 US 61/565,641;2012.11.30 US 13/689,8711.一种在微电子装置中形成互连结构的方法，所述方法包括以下步骤: 提供上面设置有介电层的基板，所述介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，所述沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部； 在至少一部分所述沟槽和/或过孔的所述侧壁和/或底部上沉积阻挡层，所述阻挡层包含TaN和一种或更多种掺杂剂，所述掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V，以提供内衬的沟槽和/或过孔；和 在所述内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。2.如权利要求1所述的方法，其中所述掺杂剂包含Mn。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述掺杂剂包含Ru、Cu和Co中之一或更多者。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中沉积所述阻挡层的步骤包括:沉积交替的层，所述交替的层包含TaN和掺杂剂。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中沉积所述阻挡层的步骤包括:沉积TaN层和使所述掺杂剂扩散进入所述TaN层。6.如权利要求1 至5中任一项所述的方法，所述方法进一步包括:在沉积所述含Cu的导电材料之前使所述阻挡层暴露于等离子体处理。7.如权利要求6所述的方法，其中所述等离子体包含He、Ar、NH3>H2和N2中之一或更多者。8.—种在微电子装置中形成互连结构的方法，所述方法包括以下步骤: 提供上面设置有介电层的基板，所述介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，所述沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部； 在至少一部分所述沟槽和/或过孔的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安娜马莱·雷克什马南，保尔·F·马，张梅，珍妮弗·山，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US