在铜金属化中用于自形成阻障工艺的电子迁移增进方法技术

本发明专利技术揭露一种在铜金属化中用于自形成阻障工艺的电子迁移增进方法，其提供一种形成阻障在导孔的侧壁及底部上的方法及所产生的装置。实施例包括：形成金属线在基板中；形成硅基绝缘层在该金属线及该基板上方；向下形成导孔在该硅基绝缘层中直到该金属线；形成双层的锰/氮化锰在该导孔的侧壁及底面上；以及以金属填充该导孔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体互连。本专利技术特别可应用于在半导体互连中形成扩散阻障。
技术介绍
铜是用于微电子装置的接线的已知材料。扩散阻障防止例如铜、氧(O2)及水扩散进入微电子装置的二氧化硅表面(silica surface)。在现今的工业趋势中，硅酸锰盐(MnSiOx)是一种最新引进的自形成阻障(self-forming barrier；SFB)，用来取代传统的扩散阻障。一种SFB的已知方法包括通过锰(Mn)的化学气相沉积(CVD)的自形成阻障工艺，其中，锰扩散进入硅基(Si-based)绝缘层中以形成硅酸锰盐(MnSiOx)阻障在导孔的侧壁上，如图1A至图1F所示。特别的是，金属线101(例如由铜形成)形成在基板(substrate)103中。接着，覆盖层(capping layer)121(例如氮化硅(SiN))形成在基板103上，如图1B所示。然后，硅基绝缘层123形成在覆盖层121上。注意到图1C，导孔被形成在硅基绝缘层123中，向下直到金属线101。之后，使用化学气相沉积，锰层(Mn layer)141形成在硅基绝缘层123的侧壁和金属线101上，如图1D所示。注意到图1E，由于有足够高的沉积温度或热退火，所以锰层141会与硅基绝缘层123反应而形成硅酸锰盐阻障层143在导孔的侧壁上。然而，在导孔底部上的锰层141并不会同样地与金属线101反应。之后，如图1F所示，导孔用金属161(譬如铜)填充。譬如由于电子迁移，在导孔底部上缺少硅酸锰盐阻障层会造成装置可靠度的退化。因此，需要一种能够形成自形成阻障的方法及所产生的装置，其保护导孔的底部及侧壁以防止不需要的扩散及/或电子迁移。
技术实现思路
本专利技术的一态样是一种通过原子层沉积工艺在导孔的侧壁及底部上原位形成双层的锰(Mn)/氮化锰(MnN)的方法。本专利技术的另一态样是一种装置，其包含形成在导孔的侧壁及底部上的双层的锰(Mn)/氮化锰(MnN)。本专利技术的另外态样及其它特征将会在下列实施方式中提出，而且对本
的技术人员而言，在检视完下列实施方式后部分内容将变得显而易见，或者可通过实施本专利技术而了解。如权利要求书中特别指出者，可了解及获得本专利技术的优点。依照本专利技术，通过下述方法可部分达到某些技术效果，该方法包括：在基板中形成金属线；在金属线及基板上方形成硅基绝缘层；向下形成导孔在硅基绝缘层中直到金属线；在导孔的侧壁及底面上形成双层的锰(Mn)/氮化锰(MnN)；以及用金属填充导孔。本专利技术的态样包括在原子层沉积腔室中通过原子层沉积工艺或是在化学气相沉积腔室中通过化学气相沉积工艺而原位形成双层。其他态样包括：在原子层沉积腔室中通过沉积锰而形成双层；以及在原子层沉积工艺期间添加含氮气体至腔室。额外态样包括使用例如氮气(N2)或氨气(NH3)的含氮气体。另一态样包括在200℃到450℃的温度形成双层。其它态样包括在0.1托尔(Torr)到10托尔的压力形成双层。进一步态样包括形成由二氧化硅(SiO2)或是极低介电常数(ultra-low-k；ULK)的介电材料组成的硅基绝缘层。额外态样包括锰层在导孔的侧壁处与二氧化硅或极低介电常数(ULK)的介电材料反应而形成厚度为3埃至30埃的硅酸锰盐(MnSiOx)层，以及在硅酸锰盐层上和在导孔的底面上的锰层上形成厚度为3埃至30埃的氮化锰层。其他态样包括进行热退火，其中，锰与硅基绝缘层在侧壁处反应而形成硅酸锰盐阻障层。额外态样包括在形成硅基介电层之前，先在金属线及基板上方形成覆盖层，然后形成导孔穿过覆盖层。本专利技术的另一态样是一种装置，包括：在基板中的金属线；在基板及金属线上的硅基绝缘层；向下穿过硅基绝缘层直至金属线而形成的导孔；在导孔的底面的金属线上形成的锰层；在导孔的侧壁上形成的硅酸锰盐(MnSiOx)层；在硅酸锰盐层及锰层上形成的氮化锰(MnN)层；以及填充导孔的金属。该装置的态样包括厚度形成为3埃到30埃的硅酸锰盐层。其它的态样包括厚度形成为3埃到30埃的氮化锰层。另外的态样包括由二氧化硅或极低介电常数的介电材料形成的硅基绝缘层。另外的态样包括形成在基板上、硅基介电层下方的覆盖层。另外的态样包括由氮化硅(SiN)、金属盖层、钴(Co)或钴/钨/铝(CoWAl)形成的覆盖层。其它的态样包括填充由铜形成的导孔的金属。本专利技术的另一态样是一种方法，包括：形成金属线在基板中；形成硅基绝缘层在金属线及基板上方；向下形成导孔在硅基绝缘层中直到金属线；在原子层沉积腔室中通过原子层沉积或是在化学气相沉积腔室中通过化学气相沉积工艺而在导孔的侧壁和底面上沉积锰；在原子层沉积期间添加含氮气体至原子层沉积腔室，从而在导孔的侧壁及底面上沉积形成厚度3埃至30埃的氮化锰(MnN)层；以及实施热退火，其中，锰(Mn)与硅基绝缘层在导孔的侧壁处反应，形成厚度自3埃到30埃的硅酸锰盐阻障层。其它态样包括使用含氮气体，譬如氮气(N2)或氨气(NH3)。更进一步态样包括形成由二氧化硅(SiO2)或极低介电常数的介电材料组成的硅基绝缘层对于本
的技术人员而言在参阅下列实施方式后，本专利技术的额外态样及技术效果将变得显而易见，其中，本专利技术的实施例仅通过所思及用以实施本专利技术的最佳模式来加以描述。将能了解到的是，本专利技术能有其他及不同的实施例，而其数个细节能就各种明显重点加以修改，全都不偏离本专利技术的揭露。所以，图式及描述本质上应被视作例示性，而非限制性。附图说明本专利技术是通过随附图式中的实例来做说明，而不是藉此限制，其中，相同的元件符号指代类似的元件，且其中：图1A至图1F示意地说明利用化学气相沉积锰的自形成阻障工艺的先前方法的一系列步骤；以及图2至图8为根据例示实施例示意地说明在原子层沉积腔室中通过原子层沉积工艺或是在化学气相沉积腔室中通过化学气相沉积工艺而原位形成双层的锰/氮化锰的方法的一系列步骤。符号说明101 金属线103 基板121 覆盖层123 硅基绝缘层141 锰层143 硅酸锰盐阻障层161 金属201 金属线203 基板205 二氧化硅或极低介电常数的介电材料301 覆盖层303 硅基绝缘层501 锰(Mn)层601 硅酸锰盐(Manganese silicate)701 氮化锰(MnN)801 金属。具体实施方式...

【技术保护点】
一种方法，包括：形成金属线在基板中；形成硅基绝缘层在该金属线及该基板上方；向下形成导孔在该硅基绝缘层中直至该金属线；形成双层的锰/氮化锰在该导孔的侧壁上及底面上；以及以金属填充该导孔。

【技术特征摘要】
2013.10.22 US 14/059,4981.一种方法，包括：
形成金属线在基板中；
形成硅基绝缘层在该金属线及该基板上方；
向下形成导孔在该硅基绝缘层中直至该金属线；
形成双层的锰/氮化锰在该导孔的侧壁上及底面上；以及
以金属填充该导孔。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
在原子层沉积腔室中通过原子层沉积工艺或是在化学气相沉积腔
室中通过化学气相沉积工艺而原位形成该双层。
3.根据权利要求2所述的方法，包括：
通过在该原子层沉积腔室中沉积锰而形成该双层；以及
在该原子层沉积工艺期间，添加含氮气体至该腔室。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，该含氮气体包括氮气或是
氨气。
5.根据权利要求3所述的方法，包括以200℃到450℃的温度形成
该双层。
6.根据权利要求3所述的方法，包括以0.1托尔到10托尔的压力
形成该双层。
7.根据权利要求3所述的方法，包括形成二氧化硅或是极低介电
常数的介电材料的该硅基绝缘层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该氮化锰层与该二氧化硅
或是该极低介电常数的介电材料在该导孔的该侧壁反应，以形成厚度

\t为3埃到30埃的硅酸锰盐，以及形成厚度为3埃到30埃的锰层在该
硅酸锰盐上以及在该导孔的该底面上的该锰层上。
9.根据权利要求1所述的方法，实施热退火，其中，该锰与该硅
基绝缘层在该导孔的该侧壁反应，以形成该硅酸锰盐阻障层。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在形成该硅基绝缘层
之前，在该金属线及基板上方形成覆盖层，以及形成该导孔穿过该覆
盖层。
11.一种装置，包括：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·蔡，L·赵，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY