用于在半导体装置中产生互连的方法制造方法及图纸

一种用于在工件上产生互连的方法，所述方法包括获得具有特征结构的工件基板，在所述特征结构中沉积导电层以部分地或完全地填充所述特征结构，如果所述特征结构由所述导电层部分地填充则沉积铜填充物以完全地填充所述特征结构，施加铜覆盖物，热处理所述工件，以及移除所述覆盖物以暴露所述基板和金属化的特征结构。

【技术实现步骤摘要】
用于在半导体装置中产生互连的方法本申请是申请日为2014年3月17日、申请号为201410099406.X、专利技术名称为“用于在半导体装置中产生互连的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
用于制造半导体装置的方法。
技术介绍
本公开内容涉及在半导体装置中产生互连(interconnect)的方法。这些互连可由选择的金属和金属合金组成，所述金属和金属合金通过电镀和后面的热扩散被沉积在工件特征结构(feature)中。这样的互连可包括置于沟槽(trench)或过孔(via)之上的选择性金属帽(cap)。这些互连还可包括在过孔之上电镀蚀刻终止(etchstop)物以构建对准容差(alignment-tolerant)过孔。集成电路(IC)包括各种半导体装置，所述半导体装置形成在覆盖基板的介电材料层内或介电材料层上。可在介电层中或介电层上形成的这样的装置包括MRS晶体管、双极晶体管、二极管和扩散电阻器。可在介电材料中或介电材料上形成的其他装置包括薄膜电阻器和电容器。金属线将所述半导体装置互连以驱动(power)这样的装置并且使这样的装置能够共享和交换信息。这样的互连在介电层内的各装置之间水平延伸，也在各介电层之间垂直延伸。这些金属线通过一系列互连彼此连接。电互连或金属线首先被图案化到介电层中以形成垂直的和水平的凹槽化(recessed)特征结构(过孔和沟槽)，所述凹槽化特征结构随后被填充有金属。包含金属填充线、存在于电介质中的所得层被称为金属化层。接着，第二金属化层类似地形成在第一金属化层的顶上并且在这两个金属化层之间形成互连。可用这种工艺形成包含几个金属化层的堆叠，所述几个金属化层通过多个互连彼此电连接。这种工艺被称为镶嵌(Damascene)处理。镶嵌处理通常采用铜(Cu)作为金属化金属。然而，也可使用其他金属，包括铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、锡(Sn)和上述金属的合金。例如由铜形成金属互连或金属线的典型工艺需要几个步骤。最初，在介电基板中图案化和形成垂直特征结构和水平特征结构(过孔和沟槽)。最后用铜填充过孔和沟槽，但是预先将阻挡层和种晶(seed)层施加到所述特征结构。因为铜倾向于扩散进入介电材料中，所以用阻挡层把铜沉积物与介电材料隔离。铜扩散进入周围的介电材料会导致线间泄露(line-to-lineleakage)以及半导体装置的最后破坏。因此，通常用扩散阻挡物把铜线完全包围或封装起来。然而，如果将其他金属用于金属化，可以理解的是，阻挡层可以不需要。阻挡层通常由耐火金属或耐火化合物制成，例如钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等。通常使用称为物理气相沉积(PVD)的沉积技术形成阻挡层，但也可使用诸如化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)之类的其他沉积技术形成阻挡层。种晶层可沉积于阻挡层上。种晶层的目的可以是：提供低电阻电气路径，所述低电阻电气路径使阻挡层之上的电镀能够更均匀；和/或帮助铜或其他沟槽或过孔材料很好地附着于阻挡层，从而提供连续的可电镀膜以在上面电镀。因此，种晶层可由铜或者诸如铜锰、铜钴或铜镍之类的铜合金组成。种晶层也可由铝或铝合金组成。此外，对于沉积种晶层，存在多种选择，诸如使用PVD用于铜种晶层沉积。也可通过使用诸如CVD或ALD之类的其他沉积技术形成种晶层。种晶层可以是堆叠膜，例如衬垫(liner)层和PVD种晶层。衬垫层是用在阻挡层上的材料或用在阻挡层与PVD种晶层之间的材料，以减轻不连续的种晶问题并改善PVD种晶对阻挡层的粘附。衬垫层通常由诸如钌(Ru)、铂(Pt)、钯(Pd)和锇(Os)之类的贵金属组成。衬垫也可由Co或Ni组成。目前，CVDRu和CVDCo通常被用于构建衬垫；然而，也可通过使用其他沉积技术(包括ALD或PVD)形成衬垫层。种晶层也可以是次级种晶(secondaryseed)层，与衬垫层类似，次级种晶层通常由诸如Ru、Pt、Pd或Os之类的贵金属形成。然而，也可使用其他材料，包括Co和Ni，而且通常也使用CVDRu和CVDCo。像在种晶层和衬垫层的情形中一样，也可使用ALD、PVD或其他沉积技术形成次级种晶层。次级种晶层与衬垫层的不同之处在于次级种晶层实际上充当种晶层，而衬垫层是阻挡层与PVD种晶层之间的中间层。在已沉积种晶层之后，可使用例如酸沉积化学物(aciddepositionchemistry,“ECD”)条件下的电化学沉积来用铜填充所述特征结构。传统的ECD铜酸化学物(acidchemistry)可以包括例如硫酸铜、硫酸(sulfuricacid)、盐酸和有机添加剂(诸如促进剂(accelerator)、抑制剂(suppressor)和平衡剂(leveler))。铜的电化学沉积已被发现是一种用来沉积铜金属化层的具成本效益的方式。除了在经济上是可行的，ECD技术提供了实质上“自下而上(bottomup)”(例如，非共形的(noncomformal))的金属填充，所述金属填充在机械方面和电学方面适合于互连结构。在IC技术的改进中长期以来的目标一直是IC尺寸的缩小。IC尺寸的这种缩小对获得更高速性能的IC而言是关键的。IC性能的提高通常伴随有装置面积的减小和/或装置密度的增大。装置密度的增大要求用于形成互连的过孔和沟槽尺寸(宽度)减小。然而，随着晶片上的特征结构尺寸减小，有可能要承受负面的结果。例如，尺寸减小的特征结构可导致较不可靠的互连。传统的用以产生互连的铜填充可导致空隙(void)，尤其是在尺寸小于30nm的特征结构中导致空隙。作为使用传统铜沉积形成的一种类型的空隙的一个实例，所述特征结构的开口可能夹断(pinchoff)。在小特征结构中使用传统的铜填充工艺也可导致其他类型的空隙。使用传统的铜填充技术形成的沉积物的其他固有特性和这样的空隙可增加互连的电阻，从而使装置的电性能衰退以及降低铜互连的可靠性。互连的不断缩小的进一步结果是电迁移损坏(electromigrationfailure)。电迁移使互连中的铜重新分布并产生能够扩展进入介电空间的挤出(extrusion)。通常，当电路运行时，在导电线的金属原子经受高电流密度时发生电迁移。如果电流密度足够高，则金属原子沿电子流动的方向迁移，从而在金属离子已经离开的地方形成空隙，以及形成由沿金属互连的长度伸出到金属或者介电阻挡层之外的金属材料构成的挤出。空隙将导致铜互连变薄并最终完全分离，导致断路。此外，挤出可导致铜金属延伸超过铜互连并进入邻近的铜线，从而导致短路。随着集成电路的日益小型化，因电迁移产生的互连损坏的可能性随着铜互连而增加，因为损坏是由较小的空隙导致的。这就需要对电迁移损坏的补救。一旦空隙开始在金属线中出现，导电金属就在那个点变得更窄。由于导体截面的减小，通过该线的电流密度在变窄位置处增加。因此，由于焦耳热(Jouleheating)的缘故，互连温度提高。随着互连的温度上升，空隙的生长加速，导致恶性循环，所述恶性循环最终导致断路。减小或最小化电迁移的一种解决方案是在铜填充物之上施加金属帽。然而，产生金属帽的工艺可能是费时的并且昂贵的。或许更重要的是，在现有的用于产生金属帽的方法中，金属残留物可能留下，在各金属线之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在工件中形成金属化的方法，所述方法包括：在所述工件上电化学沉积第二金属化层，所述工件包括非金属基板和连续的第一金属化层，所述非金属基板具有设置在基板之上的介电层，所述连续的第一金属化层设置在所述介电层上并且具有至少一个微特征结构，所述微特征结构包括凹槽化结构，其中所述第一金属化层至少部分地填充所述工件上的特征结构，此处所述第一金属化层是钴或镍金属层，并且其中所述第二金属化层是与所述第一金属化层的金属不同的钴或镍金属层；在填充所述特征结构之后，电化学沉积金属覆盖层；和退火所述工件以使所述第二金属化层的金属扩散到所述第一金属化层的金属中。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/799,7031.一种用于在工件中形成金属化的方法，所述方法包括：在所述工件上电化学沉积第二金属化层，所述工件包括非金属基板和连续的第一金属化层，所述非金属基板具有设置在基板之上的介电层，所述连续的第一金属化层设置在所述介电层上并且具有至少一个微特征结构，所述微特征结构包括凹槽化结构，其中所述第一金属化层至少部分地填充所述工件上的特征结构，此处所述第一金属化层是钴或镍金属层，并且其中所述第二金属化层是与所述第一金属化层的金属不同的钴或镍金属层；在填充所述特征结构之后，电化学沉积金属覆盖层；和退火所述工件以使所述第二金属化层的金属扩散到所述第一金属化层的金属中。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二金属化层是单金属层或金属合金层。3.如权利要求2所述的方法，其中形成合金的金属包含过渡金属或贵金属。4.如权利要求2所述的方法，其中形成合金的金属选自由Ag、Au、Co、Ni、Pd和Pt组成的群组。5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属化层是种晶层。6.如权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊斯梅尔·T·埃迈什，罗伊·沙维夫，梅于尔·奈克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US