互连结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种互连结构，包括与至少相邻的绝缘层以及嵌入在该绝缘层内的导电部件上的至少一盖层非平面的衬层。该互连结构包括具有顶表面以及顶表面和衬底之间的底表面的电介质材料的绝缘层。诸如沟槽的开口具有从绝缘层的顶表面朝着底表面延伸的侧壁并至少部分地由导电部件填充。盖层至少设置在导电部件的顶表面上。导电衬层至少沿着开口的侧壁设置在绝缘层和导电部件之间。导电衬层具有突出在与开口的侧壁相邻的绝缘层的顶表面之上的侧壁部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及集成电路的制造，更具体而言，涉及用于集成电路的互 连结构的制造方法以及通过该制造方法形成的互连结构。
技术介绍
已经发展了后段(BEOL)互连结构，其补充了半导体器件和集成电路 的特征尺寸以及临界尺寸的不断缩小。在典型的多层互连结构中，两个或更 多单独的导线层(level)横越承载集成电路的衬底横向延伸。电介质材料的绝 缘层分隔并且电隔离相邻层内的导线。导电接触穿过绝缘层内的通孔延伸以 连接相邻层内的导线。BEOL互连结构的导线和接触配合以在衬底上的器件和集成电路之间发 送信号。第一金属化(metallization)的导线，其在与衬底最近的互连结构的最 起始层上，主要互连集成电路的器件并且可选地提供电路到电路的连接。互 连结构的上层内的导线完成电路到电路的连接并且建立与输入和输出端子 的接触。尽管先进的设计更有效地布线(route)集成电路的信号路径，互连结 构的信号传输的有效性以及效率会最终限制集成电路的极限性能。根据互连线和接触的电阻以及导线和接触嵌入在其中的电介质材料的 电容，BEOL互连结构表现出本征信号传输延迟。已经发现，由铜(Cu)形 成的导线和接触可减小对信号传输延迟的电阻贡献。对信号传输延迟的电容 贡献可通过利用低介电常数(低-k)电介质来减小，低-k电介质具有大约为 3.9或更小的介电常数k。当特征尺寸和临界尺寸被缩小为小于90nm时，铜 金属和低—k电介质材料的组合被证明了很好地最小化了信号传输延迟。铜-电介质BEOL互连结构常规地通过镶嵌工艺(damascene process)制 造。在单镶嵌工艺中，在图案化的抗蚀剂所掩蔽的电介质层内选择性地蚀刻 通孔。抗蚀剂被剥离后，淀积金属以充满通孔并建立与下层导线或其它导电 结构的接触(contact )。接着在淀积在最初的电介质层上的电介质材料的另 一图案化层中蚀刻沟槽并然后填充以淀积的金属从而定义上面的导线。互连结构的相邻层内的导线通过接触电耦接。双镶嵌工艺的不同之处在于，沟槽 和通孔在绝缘或电介质材料的 一 个或更多层内被蚀刻，然后通过金属的毯式 淀积被同时填充。重复这些镶嵌工艺形成互连结构的后续层。传统铜-电介质BEOL互连结构包括位于电介质材料和导线及接触之间 的导电衬。具体地，互连制造中铜金属的利用需要铜金属和电介质材料之间 的粘附层(adhesion layer)以促进粘合、以及铜金属和电介质材料之间的扩散 阻挡以从电介质材料隔离铜。通过从邻接的低-k电介质材料隔离导电铜金属 以及坚固地粘合铜金属和电介质材料，诸如TaN/Ta双层的衬已被证明对于 铜互连是有效的。衬覆盖承载导线的沟槽的底部和侧壁。诸如铜的金属的从BEOL互连结构的导电特征到附近的电介质材料的 迁移可损害绝缘层的完整性。具体的，电介质材料的金属污染会促成互连层 之间的严重泄漏电流。另外，正常电路操作中电子流动诱导的电迁移可导致 互连结构内导体的在电子流动方向上并以由电流密度决定的速度的物质输 运(mass transport)。电迁移导致的物质损耗(mass depletion)可最终导致具有增 加的电阻率的变细的导线。通过添加少量的合适掺杂剂到铝金属中，在依靠铝金属作为导线和接触 的B1二()L互连结构中电迁移可被弱化。铝的电迁移被认为是通过体输运(bulk transport)机制而发生，掺杂剂的存减弱了该机制。另一方面，铜的电迁移被 认为是主要通过表面输运机制而发生，其不能通过只引进体掺杂剂而满意地 减弱。当特征尺寸和临界尺寸缩小为小于90nm时，基于铜的互连结构的可 靠性尤其易于遭受电迁移损害。在传统的基于铜的BEOL互连结构中，导线的顶表面经常被诸如氮化硅 的电介质盖层(cappinglayer)覆盖。因为在基于铜的互连结构中通过表面输运 机制发生电迁移，所导致的铜的物质输运主要发生在铜和接触材料之间的界 面处，例如导线和电介质盖层之间的界面。在后一种情况中，流出的铜沿着 互连层级的电介质盖层和下面的绝缘层之间的界面扩散或迁移。当相邻互连 层级之间的距离减小时，沿着该界面的铜金属污染的迁移率显著增加了电介传统基于铜的BEOL互连结构也可依靠施加到导线的顶表面上的金属 盖层作为电介质盖层的替代。已经开发了选择性的淀积技术，其能够在导线 的顶表面上而不在周围电介质材料的顶表面上形成金属盖层。然而，因为淀积选择性的不完美，即使这样的选择性淀积工艺也会在绝缘层上留下不必要 的金属残留。另外，选择性淀积的金属盖层只与下面的导线同延，在盖层的周围边上留下了开放界面(open interface)。BEOL互连结构中的绝缘层内的电介质材料的金属污染也可来自于镶嵌 工艺的人为制品。具体的，镶嵌工艺用来自于金属的毯式淀积的导体来填充 沟槽和通孔。诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺去除覆盖绝缘层的顶 表面的多余金属。平坦化之后，绝缘层上的金属残留代表对于电介质材料的 另一潜在污染。因此，所需的是一种互连结构以及制造互连结构的方法，其减少或去除 诸如铜的导电材料成分的从导电部件到周围绝缘层的电迁移。
技术实现思路
本专利技术的实施例针对互连结构，其包括具有顶表面和在该顶表面和衬底 之间的底表面的电介质材料的绝缘层。诸如沟槽的开口 (opening)具有从该绝 缘层的顶表面朝着底表面延伸的侧壁。具有顶表面的导电部件(conductive fcature)设置在开口内。第一盖层至少设置在该导电部件的顶表面上。导电衬 层至少沿着该开口的侧壁设置在绝缘层和导电部件之间。该导电衬层具有突 出在与开口的侧壁相邻的绝缘层的顶表面之上的侧壁部分。本专利技术的另一实施例中，形成互连结构的一种方法包括在层堆叠上形 成诸如沟槽的开口 ，层堆叠包括具有在衬底上的底表面的绝缘层以及在绝缘 层的顶表面上的牺牲层。在开口的侧壁上淀积的是衬层，其具有由牺牲层限 定的侧壁部分。该方法还包括去除牺牲层，以使衬层的侧壁部分在绝缘层的 顶表面上方突出。淀积在该沟槽内的导电部件通过衬层与绝缘层分隔。该方 法还包括至少在导电部件的顶表面上淀积盖层。在本专利技术的另一实施例中，形成互连结构的方法包括在绝缘层内形成 诸如沟槽的开口以及在开口的侧壁上淀积衬层。该方法还包括相对于衬层使 绝缘层的顶表面凹进，以使衬层的侧壁部分在绝缘层的顶表面上方突出。该 法还包括在通过衬层与绝缘层分离的开口内淀积导电部件，以及在导电部件 的顶表面上选择性地淀积导电盖层。附图说明 包括在并组成本说明书的一部分的附图，示出了本专利技术的实施例，并且 与上面给出的本专利技术的概要描述以及下面给出的实施例的详细描述 一 起用 于解释本专利技术的原理。图1-6是依照本专利技术的实施例的加工方法的连续制造阶段的衬底的一部 分的示意横截面图。图4A和5A分别是图4和5的部分的放大的详细图。图7和8是依照本专利技术的替代实施例的加工方法的继图4之后的连续制 造阶段的衬底的 一部分的示意横截面图。图9是依照本专利技术的供选实施例的加工方法的继图8之后的制造阶段的 衬底的一部分的示意横截面图图10到12是依照本专利技术的替代实施例的加工方法的继图3后的连续制 造阶段的衬底的一部分的示意横截面图。图13是依照本专利技术的替代实施例的加工方法的继图ll后的制造阶段的 衬底的 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成在衬底上的互连结构，包括：电介质材料的绝缘层，具有顶表面以及在所述顶表面和所述衬底之间的底表面；开口，具有从所述绝缘层的所述顶表面朝着所述底表面延伸的侧壁；导电部件，设置在所述开口内，所述导电部件具有顶表面；第一盖层，至少设置在所述导电部件的所述顶表面上；以及导电衬层，至少沿着所述开口的所述侧壁设置在所述绝缘层和所述导电部件之间，所述导电衬层具有突出在与所述开口的所述侧壁相邻的所述绝缘层的所述顶表面之上的侧壁部分。

【技术特征摘要】
US 2006-11-22 11/562,5501.一种形成在衬底上的互连结构，包括电介质材料的绝缘层，具有顶表面以及在所述顶表面和所述衬底之间的底表面；开口，具有从所述绝缘层的所述顶表面朝着所述底表面延伸的侧壁；导电部件，设置在所述开口内，所述导电部件具有顶表面；第一盖层，至少设置在所述导电部件的所述顶表面上；以及导电衬层，至少沿着所述开口的所述侧壁设置在所述绝缘层和所述导电部件之间，所述导电衬层具有突出在与所述开口的所述侧壁相邻的所述绝缘层的所述顶表面之上的侧壁部分。2. 如权利要求1的互连结构，其中所述绝缘层包括具有大约为3.0或更 小的介电常数的电介质材料。3. 如权利要求1的互连结构，其中所述第一盖层和所述导电部件由不 同导电材料构成。4. 如权利要求3的互连结构，其中所述第一盖层的所述导电材料包括 单质钴、或钴和选自由钨、磷、硼、锡、和钼组成的组中的至少一种元素， 并且所述导电部件的所述导电材料包括铜。5. 如权利要求l的互连结构，其中所述第一盖层包括由所述衬层的所 述侧壁界定并且设置在所述导电部件的所述顶表面上的导电层。6. 如权利要求5的互连结构，其中所述导电层具有顶表面，并且还包括共形地设置在所述绝缘层的所述顶表面以及所述导电层的所述顶表面 上的电介质材料的第二盖层，所述第二盖层横越所述绝缘层和所述导电层之 间的所述衬层的所述侧壁部分延伸。7. 如权利要求6的互连结构，其中所述绝缘层包括具有大约为3.0或更 小的介电常数的电介质材料，所述第二盖层的所述电介质材料为Si3N4、 SiC、 或SiC(N，H)。8. 如权利要求5的互连结构，其中所述衬层的所述侧壁部分突出在所 述导电部件的所述顶表面之上。9. 如权利要求1的互连结构，其中所述第一盖层包括设置在所述导电部件的所述顶表面上以及所述绝缘层的所述顶表面上的共形电介质层，所述 共形层横越所述绝缘层和所述导电部件之间的所述衬层的所述侧壁部分延伸。10. 如权利要求9的互连结构，其中所述绝缘层包括具有大约为3.0或 更小的介电常数的电介质材料并且所述共形电介质层包括Si3N4、 SiC、或 SiC(N,H)。11. 如权利要求l的互连结构，其中所述衬层的所述侧壁部分突出在所 述导电部件的所述顶表面之上。12. 如权利要求11的互连结构，其中所述衬层的所述侧壁部分突出在 所述导电部件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉R汤蒂，杰克A曼德尔曼，杨启超，许履尘，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]