具有包覆层的互连结构及其制造方法技术

一种制造互连的方法包括如下步骤：在介质材料中提供互连结构，凹进介质材料，以使互连结构的一部分在介质的上表面上延伸；以及在互连结构的延伸部分上沉积包覆层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有包覆层的过孔和沟槽金属化结构，以及该结构的制造方法。
技术介绍
当集成电路复杂化时，集成工艺需要几种工艺。同样，电子器件的持 续小型化要求互连位于器件中的多级中.对于铜，由于在每一级中蚀刻停 止和扩散阻挡结构的相关要求，几层金属化的要求也日益复杂。在镶嵌工艺中，在^h质膜中形成的沟槽或过孔中，形成互连结构或布 线图形。使用公知技术，使用光致抗蚀剂材料限定布线图形。构图后的光 致抗蚀剂材料用作4^模，通过它用如等离子体蚀刻或反应离子蚀刻的减去 蚀刻工艺除去介质材料图形.使用蚀刻开口在介质层中限定布线图形.这 些布线图形可以从介质层的一个表面延伸到介质层的另一个表面.可选地， 可以限制布线图形为单层，即没有延伸到介质层的相对表面。然后使用如电镀，无电镀，化学气相沉积，物理气相沉积或其组合的 填充技术用金属填充布线图形。优选使用阻挡层以将导电材料层向介质中 的原子扩散最小4匕。在单镶嵌工艺中，在介质层中提供过孔开口并且用导电金属填充，这 经常被称为金属化，以在布线级的层之间提供电接触.在双镶嵌工艺中， 在用导电材料填充前，在介质层中提供过孔开口和布线图形开口。通过消 除一些内部界面，双镶嵌工艺可以简化制造工艺.在电子部件的每层中连 续进行双镶嵌工艺接着金属化直到电子器件完成。在介质材料和导电材料间经常需要阻挡层以防止导电材料原子扩散进入并且同时穿过介质材料而进入其它有源电路器件结构中。器件中导电材 料的扩散可以引起穿过介质材料的级间或级内短路。还会导致结泄漏以及在衬底中形成的晶体管的阈值电压(vt)水平的偏移。在一些情况下，会破坏器件功能。当高扩mt素用作半导体结构中的导电材料时，要特别注意扩散问题。 例如，铜原子在多数介质材料中经常表现出相对高的扩散迁移率。然而， 除了此问题以外，因为其优秀的导电率，铜是用于互连的较好材料。图1A和1B是现有技术用于提翻互连的工艺步骤的代表性截面图。 参考图1A,示出了双镶嵌铜互连，其包括沟槽16和过孔17，嵌入介质IO 中的铜线12，覆盖层14(例如，氮化硅，碳化硅或氧化硅)以及层间介质 15。如所示，在层间介质15和覆盖层14中蚀刻过孔17以暴露铜线12。 优选，使用PVD工艺在构图层间介质上沉积阻挡层(例如，钽，氮化钽)。 然后在阻挡层上沉积铜籽晶层，接着进行4t铜工艺以用铜18填充沟槽16 和过孔17，如图1B所示。每个都具有其^的互连结构的 一个构图夹层在另 一个夹层上的^Mt 准，经常导致过孔没有完全^在下面的导线上或者导线没有完全^^在 下面的过孔上。没有接合的过孔和线可以明显减小到下面的金属化的电连接并且导致低工艺产量或场失效。作为结果，用具体的对准容差值^:计电子电路。例如，在65nm节点技术中，过孔直径约100nm并J^盖层预计 约40nm。因此，有对提供具有放宽的制造容差值的互连结构的兴趣，特 别是对于高密度布线设计，
技术实现思路
本专利技术旨在制造互连结构的方法。该方法包括在介质材料中提供互 连结构，凹进介质材料，以使互连结构的一部分在介质的上表面上延伸； 以及在互连结构的延伸部分上沉积包覆层(encasing cap)。本专利技术还旨在互连结构，该结构包括位于介质材料中的金属导体， 所述金属导体的一部分在所述介质材料的表面上延伸。用覆层包覆金属导 体的延伸部分。 附图说明当与附图一起参考本专利技术的详细描述时，将更好地理解本专利技术，其中 图1A和1B是现有技术用于提供铜互连的工艺步骤的代表性截面图； 图2A到2F是本专利技术的一个实施例的工艺步骤的代表性截面图；并且 图3A和3B是描i^专利技术的一个优点的顶视图。具体实施例方式本专利技术旨在制造互连结构的方法。此方法包括在介质材料中提供互 连结构，凹进介质材料，以使互连结构的一部分在介质的上表面上延伸； 以及在互连结构的延伸部分上沉积包覆层。该方法还包括在包覆层上沉积 第二介质材料.术语介质材料指第一沉积介质层或层间介质，图2A到2F示出了此方法的一个实施例。图2A描述了在介质20中提 供如铜过孔或铜线的互连结构22。例如通过等离子体蚀刻或反应离子蚀 刻，除去介质20的上部分，暴露互连结构在介质的上表面上延伸的部分， 图2B。使用本领域的技术人员/i^的任何工艺技术除去介质20的上部分。 然后在互连结构的延伸部分上沉积包覆层24，图2C。沉积并构图层间介 质25以使在包覆层上沉积沟槽或过孔的底表面，如图2D和2E所示。然 后用导电金属28填充沟槽或过孔，图2F。该方法还包括在沉积导电金属 前沉积阻挡层或籽晶层。在一个实施例中，互连结构是具有尺寸宽度为W的线互连。包覆层具 有从约1.1W到约1.6W的尺寸宽度.可选地，包覆层具有从约1.2W到约 1.4W的尺寸宽度。沉积第二介质材料并且形成过孔以使在包覆层上沉积过 孔的底表面。包覆层的额外宽度为在第二介质中的构图过孔的未对准提供 更大的容差。作为结果，与没有包覆层存在的线互连相比，过孔更接近于 完全接合在具有包覆层的线互连上。在另一个实施例中，互连结构是具有尺寸直径D的过孔互连。包覆层具有从约1.1D到约1.6D的尺寸直径。可选地，包覆层具有从约1.2D到约 1.4D的尺寸宽度。沉积第二介质材料并且形成沟槽以使沟槽的底表面位于 包覆层上。包覆层的额外宽度为在笫二介质中的构图沟槽的未对准提供更 大的容差。作为结果，与没有包覆层存在的过孔相比，沟槽更接近于完全 接合在具有包覆层的过孔上。参见图3A和3B。图3A示出了部分掩^在下面的过孔互连40上的线互连42的顶视图。 图3B示出了具有包覆层44的过孔40。如所示，线互连42完全^^在包 覆层44上。可以通过无电工艺或电镀工艺沉积包覆层。4吏用无电工艺更有利，因 为金属互连结构可以作为电镀工艺的表面催化剂。包覆层可以是导电金属 或金属合金。如果包覆层;l金属合金，那么可以使用主和次金属的几种组合。主金 属可以包括，但不仅限于选自铜，银，金，镍，钯，柏，钴，钉，鴒， 铑，铱的任何一种金属。镍和钴是提供如与导电金属的更大的粘附强度或 导电金属的更大的抗迁移性的有利特性的两种主金属，特別是当导电金属 是铜时.次金属可以包括，但不仅限于选自铬，钼，鴒，锰，钌和铼的 一种或多种金属。合^￡可以结冶 锁或磷。在一个实施例中，镍是用于无电镀包覆层的主金属。使用包括镍溶液 的无电镀溶液形成包覆层。典型的含镍金属包覆层包括NiB， NiBP， NiCrB， NiCrBP, NiMoB， NiMoBP， NiWB， NiWBP, NiMnB， NiMnBP， N股e 和NiReBP。可选地，包覆层合金可以包括主金属镍和钴。典型的金属包覆层包括 NiCoB， NiCoBP， NiCoCrB， NiCoCrBP， NiCoMoB， NiCoMoBP， NiCoWB， NiCoWBP， NiCoMnB， NiCoMnBP， NiCoReB和NiCoReBP。在另一个实施例中，钴是用于无电镀包覆层的主金属。使用包括钴溶 液的无电镀溶液形成包覆层。典型的含钴金属包覆层包括CoB， CoBP， CoCrB， CoCrBP， CoMoB， CoMoBP， CoWB， CoWBP, CoMnB， CoMnBP， CoReB和CoReBP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造互连结构的方法，包括如下步骤：在介质材料中提供互连结构，凹进所述介质材料，以使所述互连结构的一部分在所述介质的上表面上延伸；以及在所述互连结构的所述延伸部分上沉积包覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-14 11/034,8901.一种制造互连结构的方法，包括如下步骤在介质材料中提供互连结构，凹进所述介质材料，以使所述互连结构的一部分在所述介质的上表面上延伸；以及在所述互连结构的所述延伸部分上沉积包覆层。2. 根据权利要求1的方法，还包括在所述包覆层上沉积层间介质材料。3. 根据权利要求2的方法，还包括在所述层间介质中形成沟槽或过孔， 以使所述沟槽或过孔的底表面位于所述包覆层上，4. 根据权利要求2的方法，其中所述互连结构是具有尺寸宽度W的 线互连，并且所述包覆层具有从约1.1W到约1.6W的尺寸宽度。5. 根据权利要求4的方法，其中所述包覆层具有从约1.2W到约1.4W 的尺寸宽度.6. 根据权利要求4的方法，还包括在所述层间介质中形成过孔，以使 所述过孔的底表面位于所述包覆层上。7. 根据权利要求l的方法，其中通过无电镀工艺沉积所述包覆层。8. 根据权利要求l的方法，其中所述包覆层是具有镍或钴的主金属的 金属合金.9. 根据权利要求l的方法，其中所述包覆层是CoWP。10. 根据权利要求2的方法，其中所述互连结构是具有尺寸直径D的 过孔，并且所述包覆层具有从约1.1D到约1.6D的尺寸直径。11. 根据权利要求10的方法,其中所述包覆层具有从约1.2D到约1.4D 的尺寸直径。12. 根据权利要求10的方法，还包括在所述层间介质中形成沟槽，以 使所述沟槽的底表面位于所述包覆层上。13. 根据权利要求l的方法，其中所述包覆层具有从200A到1500A 的厚度。14. 根据权利要求l的方法，其中所述互连结构的所it^伸部分从约 15A到约150A。15. —种制造互连结构的方法，包括如下步骤 在介质材料中提供互连线结构，在邻近所述互连线结构的区域中凹进所述介质材料，以使所述互连线 结构的 一部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：LA克莱文格，TJ达尔顿，LC苏，CJ拉登斯，TE斯坦德尔特，KKH黄，杨智超，
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]