半导体器件中的钨合金制造技术

描述了包括钴、钨、和硼的导电合金以及包括镍、钨、和硼的导电合金。这些合金可以例如用于形成金属互连件，可以用作为用于传统的铜或铜合金互连件的衬垫层，并且可以用作覆盖层。钴‑钨合金和镍‑钨合金可以使用无电镀工艺来沉积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及集成电路器件、包括钨的金属合金、半导体器件金属化、半导体器件金属衬垫(liner)层、以及半导体器件覆盖层。
技术介绍
对越来越小的集成电路(IC)器件的期望对用于构造器件的材料有许多性能要求。总的来说，IC器件也被称为微芯片、半导体芯片、IC芯片、或芯片。在各种常见设备(举例来说，例如，计算机中的微处理器、蜂窝电话、飞机、汽车、电视、洗衣机、和MP3播放器(以及许多其它设备))中找到IC芯片。多个IC芯片通常构建在硅晶圆(薄硅盘，具有例如300mm的直径)上，并且在处理之后晶圆被切开以创建个体芯片。具有大约90nm左右的特征尺寸的1cm2IC芯片可以包括亿万个部件。当前的技术正推动特征尺寸甚至小于22nm。附图说明提供了所描述和例示的材料以例证一些方面并且并非意味着限制范围。为了例示的简单和清楚起见，附图中所例示的元件并非必须按比例绘制。在附图中：图1是例示了集成电路芯片的部件器件之间的电互连件的横截面视图的示意图。图2是例示了具有衬垫层的集成电路芯片的部件器件之间的另外的电互连件的横截面视图的示意图。图3是例示了具有覆盖层的电互连件的横截面视图的示意图。图4A和图4B分别示出了在退火之前和之后来自包括钴钨合金的结构的质谱数据。图5是根据半导体器件中的钨合金的实施方式构建的计算设备。具体实施方式在以下描述中，阐述了各个方面和例示性实施方式，以便提供理解。然而，如对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在没有所描述的具体细节中的一个或多个细节的情况下实施实施例，并且一个实施例的频繁的具体细节可以利用其它所公开的实施例来实施。在其它实例中，未详细描述公知的特征，以便不会混淆例示性实施方式。集成电路(IC)芯片中的部件电子器件之间的电子连接当前通常使用铜金属或铜金属的合金来创建。部件电子器件包括例如晶体管、半导体闸流管、电阻器、和电容器。其它类型的器件是可能的，先前的器件列表被提供用于例示。IC芯片中的器件不仅可以跨IC芯片的表面被放置，而且器件还可以被叠置在IC芯片上的多个层中。组成IC芯片的部件电子器件之间的电互件连通常使用填充有导电材料的过孔和沟槽来制造。绝缘材料(通常为低k电介质材料)层将IC芯片中的部件器件分隔开。描述了并且在半导体器件中采用了包括钴和钨的导电合金以及包括镍和钨的导电合金。这些合金可以例如被用作为部件器件之间的金属互连件、被用作为用于传统的铜或铜合金互连件的衬垫层、以及被用作为覆盖层。合金可以使用无电镀工艺来沉积。在一些实施例中，导电钴-钨合金包括15到45原子百分比的钨、50到80原子百分比的钴、以及1到5原子百分比的硼。在替代的实施例中，导电钴-钨合金包括20到40原子百分比的钨、55到75原子百分比的钴、以及1到5原子百分比的硼。在另外替代的实施例中，导电钴-钨合金包括25到35原子百分比的钨、60到70原子百分比的钴、以及1到5原子百分比的硼。在另外的实施例中，导电镍-钨合金包括15到45原子百分比的钨、50到80原子百分比的镍、以及1到5原子百分比的硼。在替代的实施例中，导电镍-钨合金包括20到40原子百分比的钨、55到75原子百分比的镍、以及1到5原子百分比的硼。在另外替代的实施例中，导电镍-钨合金包括25到35原子百分比的钨、60到70原子百分比的镍、以及1到5原子百分比的硼。图1例示了用在IC芯片的部件器件之间的互连件中的导电合金。在图1中，仅示出了IC芯片的一小部分。器件之间的互连件可以采用沟槽或过孔的形式。术语沟槽和过孔通常用于描述导电互连特征。但是，总的来说，形成金属互连件的特征可以是形成在衬底或已经被沉积在衬底上的层中的具有任何形状的凹陷部。在半导体处理过程期间，电介质层被图案化以创建一个或多个沟槽和/或过孔(或其它特征)，在该沟槽和/或过孔内形成器件之间的导电互连件。特征随后被填充有金属互连材料。沟槽和/或过孔可以使用传统的湿法或干法蚀刻半导体处理技术来图案化(创建)。电介质材料用于将金属互连件与周围的部件电隔离。但是，通常在金属互连件与电介质材料之间使用阻挡层以防止金属(例如，铜)迁移到周围的材料中，在本专利技术的实施例中不存在阻挡层。使用阻挡(衬垫)层是因为可能发生器件故障，例如当铜金属与电介质材料接触时，这是因为铜金属会电离并渗入电介质材料中。有利地，本专利技术的实施例可以避免使用铜以及这些相关联的问题。在图1中，电介质层(或衬底)105包括凹陷部110。图1中的电互连结构可以是沟槽互连结构。过孔也是可能的，并且在该情况下，凹陷部将通常被创建为穿过电介质层105。如本文中更充分讨论的，电介质层105可以是诸如举例来说二氧化硅、低k电介质、氮化硅、和氮氧化硅之类的材料。电介质层105可以是单层或多层。电介质层105可以是单材料层或不同材料的层。电介质层105包含凹陷部110，其具有填充物120，如本文中讨论的，填充物120是导电钴-钨合金或导电镍-钨合金。凹陷部110是例如沟槽结构。可选地，在图1中，导电钴-钨合金或导电镍-钨合金材料与电介质材料105直接接触，而不需要中间的衬垫层或阻挡层。不具有衬垫层或阻挡层简化了为制造IC器件所执行的工艺并提供了性能上的改进，这是因为衬垫层可以呈现比用于互连件的导电材料更高的电阻。在替代的实施例中，在导电合金与电介质层105之间存在可选的衬垫层115。可选的衬垫层115可以排列在凹陷部110的内部。可选的衬垫层115由与钴-钨合金或镍-钨合金不同的材料构成。图2例示了在用于半导体器件中的电互连件的衬垫层中采用的导电合金。在图2中，示出了IC芯片的一小部分。在图2中，电介质层(或衬底)205包括凹陷部210。图2中的电互连结构可以是沟槽互连结构。过孔也是可能的，并且在该情况下，凹陷部将通常被创建为穿过电介质层205。如本文中更充分地讨论的，电介质层205可以是诸如举例来说二氧化硅、低k电介质、氮化硅、和/或氮氧化硅之类的材料。电介质层205可以是单层或多层。电介质层205可以是单材料层或不同材料的层。电介质层205包含凹陷部210，该凹陷部210具有衬垫层215。凹陷部210是例如沟槽结构。如本文中所描述的，衬垫层215由导电钴-钨合金或导电镍-钨合金构成。互连件填充物220包括导电材料，举例来说，例如铜或铜的合金。衬垫层215具有小于100A的厚度。在另外的实施例中，衬垫层215具有在30A与100A之间的或者在30A与50A之间的厚度。由钴-钨合金或导电镍-钨合金构成的衬垫层可以是防止铜扩散的阻挡体。导电钴-钨合金或导电镍-钨合金也可以是用于电互连件的覆盖层，举例来说，例如包含互连件的铜。这些合金可以用作防止铜扩散的阻挡体。在处理期间，非常薄的无电镀钴-钨合金或镍-钨合金(例如，30A至50A厚的层)可以选择性地沉积到铜互连件的暴露出的铜表面(在化学机械抛光之后)上。薄的无电镀钴-钨合金覆盖层已经证明了铜电子迁移电阻的5-100倍的改进。在实施例中，覆盖层可以小于100A厚。图3示意性地例示了具有覆盖层的电互连件。在图3中，衬底305(可以是衬底上的电介质层305(未示出))具有形成在电介质层305中的凹陷部310中的电互连结构。电互连结构包括可选的衬垫层315、导电填充物3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底上的电介质材料层，其中，所述电介质材料具有形成在其中的凹陷部；以及导电合金材料，其中，所述导电合金材料填充所述凹陷部，并且其中，所述导电合金材料由55到75原子百分比的钴、20到40原子百分比的钨、以及1到5原子百分比的硼构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底上的电介质材料层，其中，所述电介质材料具有形成在其中的凹陷部；以及导电合金材料，其中，所述导电合金材料填充所述凹陷部，并且其中，所述导电合金材料由55到75原子百分比的钴、20到40原子百分比的钨、以及1到5原子百分比的硼构成。2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述导电合金材料由60到70原子百分比的钴、25到35原子百分比的钨、以及1到5原子百分比的硼构成。3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述凹陷部具有至少一个侧部，并且所述凹陷部的所述侧部与所述导电合金材料直接接触。4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电介质材料选自由以下各项组成的组：二氧化硅、八氟环丁烷、聚四氟乙烯、氮化硅、氮氧化硅、硼掺杂的氧化硅、磷掺杂的氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氟硅酸盐玻璃、倍半硅氧烷、和有机硅酸盐玻璃。5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述凹陷部是位于所述衬底上的第一器件与第二器件之间的导电互连件。6.一种半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底上的电介质材料层，其中，所述电介质材料具有形成在其中的凹陷部；以及导电合金材料，其中，所述导电合金材料填充所述凹陷部，并且其中，所述导电合金材料由55到75原子百分比的镍、20到40原子百分比的钨、以及1至5原子百分比的硼构成。7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述导电合金材料由60到70原子百分比的钴、25到35原子百分比的钨、以及1到5原子百分比的硼构成。8.根据权利要求6所述的器件，其中，所述凹陷部具有至少一个侧部，并且所述凹陷部的所述侧部与所述导电合金材料直接接触。9.根据权利要求6所述的器件，其中，所述电介质材料选自由以下各项组成的组：二氧化硅、八氟环丁烷、聚四氟乙烯、氮化硅、氮氧化硅、硼掺杂的氧化硅、磷掺杂的氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氟硅酸盐玻璃、倍半硅氧烷、和有机硅酸盐玻璃。10.根据权利要求6所述的器件，其中，所述凹陷部是位于所述衬底上的第一器件与第二器件之间的导电互连件。11.一种计算设备，包括：母板；通信芯片，所述通信芯片安装在所述母板上；以及处理器，所述处理器安装在所述母板上，所述处理器操作地耦合到所述通信芯片，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·曹，A·S·乔杜里，J·格吕内斯，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US