导电性组障层、尤其是钌钽合金及其溅镀沉积方法技术

本发明专利技术揭示一制造方法、一产品结构与一溅镀标靶，用以沉积一导电阻障物或其他衬里结构于一介连接结构中。阻障层（８２）至少包含一耐火贵族金属合金（例如钌／钽合金）的导电金属，其可以为非结晶形的，虽然不需要如此。阻障层可以由一类似组成的标靶（９０）所溅镀。阻障物与标靶组成可以选自一耐火金属与铂族群金属的一组合及钌钽。一铜贵族晶种层（１１２）可以由一铜与钌的合金所形成，其是接触于一位在介电质（６６）上方的阻障层（７０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上是有关于在半导体集成电路中包括有一阻障层的电性介 连接。特别地，本专利技术是有关于导电金属阻障物，其不会氧化(例如非结 晶形金属阻障物)或被氧化时是可导电的，以及其溅镀沉积。
技术介绍
濺镀，或被称为物理气相沉积(physical vapor deposition, PVD),为在制造硅集成电路时沉积金属与相关材料的层次的最普遍方法。在制造先进集成电路时， 一挑战性的应用即是在垂直电性介连接中(通常称为介 层洞)溅镀沉积薄衬里层次以用在铜金属化。图1是绘示一传统的磁电管 溅镀反应器10的截面图，其具有不同的标靶用以有效地溅镀铜、钽、氮化 钽及其他材料的薄膜层至具有高深宽比的孔洞内，及用以等离子体清洁基 材。反应器10包括一真空腔室12，其大体上是安排成围绕中心轴14而对 称。 一真空泵系统16可唧筒抽吸该腔室12至一 10-6托耳范围内的非常低 的基底压力。然而， 一经由一质流控制器20而连接至该腔室的气体源18 会提供氩气以做为一溅镀工作气体。该腔室12内的氩压力一般是维持在低 毫托耳范围内。当沉积一金属氮化物时， 一第二气体源22会经由另一质流 控制器24而提供氮气至该腔室。一围绕中心轴14的台座30可以固持住晶片32或其他预备溅镀涂覆 的基材。 一未绘示出的夹持环或静电夹盘能被用来固持住晶片32至台座 30。 一射频(RF)电源供应34经由一电容耦合电路36连接至该台座30, 该台座30是可导电的且做为一电极。在存在等离子体时，电容RF偏压的 台座30会发展出一负DC自我偏压其可有效地吸引且加速等离子体中的正 离子。 一 电性接地的屏蔽36是保护腔室壁与台座30的侧面不被溅镀沉积。 一所选定沉积材料的标靶38被安排成与台座30相对且被真空密封，但通 过一隔绝物40而电性隔离开腔室12。至少标耙38的前表面是由金属材料所组成用以被沉积在晶片32上，其对于传统的衬里材料则为铜或钽。一 DC电源供应42是对标靶38相对于接地屏蔽36施加偏压，以使 氩气排出而进入等离子体，从而使带正电的氩离子粘附至被施加负偏压的 标輩巴38与溅镀标靶材料，有些带正电的氩离子会调落在晶片32上且在晶 片上沉积一层标靶材料。在钽的反应性溅镀中，反应性氮气是由氮气源18 被额外地注入腔室12,以与被溅镀的钽反应而在晶片32上沉积一氮化钽 层。标靶賊镀速率与溅镀离子化比例可以通过在标靶38的背面置放一磁 电管44来显著地增加。较佳地，磁电管44是小型化的、强烈性的与不平 衡的。该小型化与强烈性会增加离子化比例，且不平衡性会投射一磁场至 处理区域内，而具有导引被濺镀离子至晶片且减少等离子体至腔室壁的损 失的至少两效应。这样的磁电管包括一沿着中心轴14而具有一磁极的内极 46，以及一环绕该内极46且具有相对的磁极的外极48。在标靶38前方 而于极46、 48之间延伸的磁场会产生高密度等离子体区域50，该高密度 等离子体区域50是邻近于标靶38的前表面，这会大大地增加溅镀速率。 磁电管44是不平衡的，而使外极48的总磁密度(即积聚在其上方的磁通 量)是实质上大于内极46的总磁密度，例如两倍或更多倍。不平衡的磁场 由标靶38朝向晶片32投射，以延伸等离子体且导引被溅镀离子至晶片32 且减少等离子体扩散至侧面。磁电管44可以为圆形、三角形或弧形，其是 围绕着中心轴14而不对称，并且在不同应用中实质上由中心轴14向标码 38有用区域的外界线延伸，或集中在标靶38的周围区域。马达52会驱动 一旋转轴54,该旋转轴54是沿着中心轴14延伸且固定至一支撑磁极46、 48的平板56,以将磁电管44围绕中心轴14旋转且产生一方位角均匀的 时间平均的磁场。若磁极46、 48是由相对的圆柱形永久磁铁的各自阵列 所形成，则平板56较佳是由例如有磁性的软不锈钢的磁性材料所形成，以 做为一磁扼铁(magnetic yoke)。可以加入额外的构件以增加效能。辅助的RF感应线圈与电^f兹线圈的 阵列已经被加入至钽'践镀腔室。电性飘浮屏蔽与侧壁磁铁已经被加入至铜 溅镀腔室。其他屏蔽组态亦是可行的。图2是绘示一传统的铜/钽衬里介层洞结构60的截面图。 一导电特征 62形成在一低位阶的介电层64中。 一高位阶的^电层66是沉积在导电特 征62与剩余所暴露出的低位阶介电层64的上表面。对于介电层64、 66 两者而言，是使用为传统介电材料的二氧化硅，但是也可使用其他低介电 常数k材料，但是现今通常为氧化物材料。 一介层洞68是被蚀刻穿过高位 阶介电层66而位于导电特征62上方并暴露出导电特征62。介层洞68将 做为介于导电特征62与其他导电特征及其他形成在高位阶介电层中与上 方的水平介连接之间的一垂直电性连接。在先进的集成电路中，铜对于不同的电性连接为目前较佳的材料。然 而，铜不能直接接触于介电层66。铜无法良好地粘附至氧化物。铜也会扩 散进入高位阶的介电层66，且使高位阶介电层66丧失绝缘特性并使形成 的元件短路。相同地，氧会由氧化物介电质扩散进入铜中，而降低了铜的 导电性。因而， 一钽/氮化钽双层衬里典型地是插置在氧化物与铜之间。该 双层衬里包括一氮化钽的阻障层70与一钽的粘着层72。氮化钽阻障层70 粘附至氧化物层66且提供了一对于扩散的良好阻障物，并且钽粘着层72 可良好地润湿至氮化钽与铜两者。较佳者，氮化钽与钽层次70、 72是涂 覆于介层洞68的侧壁而不涂覆于其底部，这是因为现在形成在介层洞中的 路径的氮化钽的高电阻与钽的仅中等导电性。氮化钽与钽层次70、 72两 者可以在图1的磁电管';贱镀反应器10内被沉积，其中该磁电管溅镀反应器 10具有一标靶38,标靶38具有至少一由钽所形成的溅镀表面，但是氮化 钽层70的原子层沉积(atomic layer deposition, ALD )可以产生一非常薄 的阻障层。铜金属化较佳地是由电化学电镀(electrochemical plating, ECP )来 沉积。然而，ECP需要一电镀电极，且大大地受益自一成核铜或铜晶种层。 因而， 一薄的铜晶种层74沉积在钽粘着层72上方。再次地，铜晶种层74 可以在图1的磁电管贼镀反应器10内被沉积，其中该磁电管溅镀反应器 10具有一桐标靶38。所期望的是，铜晶种层74可连续地涂覆介层洞68 的侧壁而具有足够厚度，用以提供用在ECP制程的一电极与一良好导电路 径，与用以将ECP铜成核。如以下将讨论者，铜连续性已经变成一主要的 问题。所需了解的是，铜可以与合金元素(例如铝或镁)进行产生10wt% 的合金。之后，ECP会将铜填入介层洞68的残余部份，并且化学机械研磨 (chemical mechanical polishing, CMP)可以将残留在介层洞68夕卜面的 结构顶部的铜移除。大部份铜金属化是应用双镶嵌结构，其中高位阶的介 电层66是被蚀刻以形成一垂直的差异性结构，该差异性结构具有许多垂直 的延伸介层洞68形成在其下半部且具有水平延伸沟渠形成在其上半部，其 中该些水平延伸沟渠是将所选定的介层洞68连接以提供水平介连接与水 平延伸接触点，以用在进一步的金属化位阶或用在最顶部位阶的焊垫。衬 里双层70、 72与铜晶种层74大致上是在单一组步骤中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于一铜金属化的一衬里结构的方法，其至少包含：　　　　提供一基材，该基材具有形成在一介电层中的一孔洞；　　　　形成一耐火贵族合金层于包括孔洞侧壁的该介电层的上方，该耐火贵族合金层包含一至少５％原子的耐火金属与一至少５％原子的铂族群金属的一合金，其中该耐火金属是选自周期表的ⅣＢ、ⅤＢ与ⅥＢ族，且该铂族群金属是选自周期表的铁除外的ⅧＢ族。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-5 11/124,6111.一种形成用于一铜金属化的一衬里结构的方法，其至少包含提供一基材，该基材具有形成在一介电层中的一孔洞；形成一耐火贵族合金层于包括孔洞侧壁的该介电层的上方，该耐火贵族合金层包含一至少5％原子的耐火金属与一至少5％原子的铂族群金属的一合金，其中该耐火金属是选自周期表的IVB、VB与VIB族，且该铂族群金属是选自周期表的铁除外的VIIIB族。2. 如权利要求1所述的方法，其中该耐火金属至少包含钽，且该铂族 群金属至少包含钌。3. 如权利要求2所述的方法，其中该耐火贵族合金层至少包含40至 80%原子的钌与40至60%原子的钽。4. 如权利要求1所述的方法，更包含溅镀沉积一铜晶种层于该耐火贵 族合金层上方。5. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，更包含通过电化学电镀填 充铜进入该孔洞而位于该晶种层上方。6. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，更包含填充铜进入该孔洞 而直接地位于该耐火贵族合金层上。7. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该耐火贵族合金层额 外地至少包含氮。8. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该形成步骤至少包含 溅镀。9. 一种包含通过权利要求1至4中任一项所述的方法所形成的衬里结 构的基材。10. —种在半导体结构中形成金属化的方法，其至少包含 提供一基材，该基材具有形成在一介电层中的一孔洞；沉积 一 衬里层，该衬里层至少包含 一 导电非结晶形金属于包含有孔洞 侧壁的该介电层上方；以及填充铜进入该孔洞而位于该衬里层上方。11. 如权利要求10所述的方法，其中该非结晶形金属至少包含一耐火 金属与一铂族群金属的一耐火贵族合金，其中该耐火金属是选自周期表的 IVB、 VB与V旧族，且该铂族群金属是选自周期表的铁除外的Vll旧族。12. 如权利要求11所述的方法，其中该耐火金属是选自钽、钛、鴒与钼。13. 如权利要求12所述的方法，其中该铂族群金属至少包含钌。14. 如权利要求11所述的方法，其中该铂族群金属至少包含钌。15. 如权利要求14所述的方法，其中该耐火金属至少包含钽。16. 如权利要求10至15中任一项所述的方法，其中该非结晶形金属 是通过濺镀来沉积。17. 如权利要求10至15中任一项所述的方法，更包含賊镀沉积一铜 层于该衬里层上方，且该填充步骤是填充该铜于该铜层上方。18. —种被建构成装设在一等离子体溅镀反应器上的标靶，其至少包含一支撑板，该支撑板是可安装的位在该反应器上；以及 一表面层，该表面层是粘结至该支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：JY王，WD王，R王，Y田中，H程，H张，J于，P戈帕拉加，J付，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]