在双镶嵌中集成多孔密封衬垫的方法和器件技术

一种使用具有多孔密封衬垫的镶嵌层的器件，并且该器件包含半导体基体。在半导体基体上面形成包括金属互连（３０２）的金属互连层。在金属互连层上面形成介电层（３０８）。在介电层中形成导电沟槽特征部分（３１６）和导电通孔特征部分（３１４）。只沿导电通孔特征部分的侧壁和沿导电沟槽特征部分的侧壁及底面形成多孔密封衬垫（３１８）。沿着导电通孔特征部分的底面几乎不存在多孔密封衬垫。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0001本专利技术一般涉及半导体器件，且更特别地，涉及在双镶嵌(dual damascene)中集成多孔密封衬垫的方法和器件。
技术介绍
0002随着半导体器件密度的增加，对用于使半导体器件互相连接的 互连层的需求也有所增加。铜已经日益成为选择用于在使用镶嵌工艺的 集成电路中制造互连的金属。0003互连层的线宽持续减小并且彼此间隔更加紧密，以便得到增加 的密度、更快的性能和更低的成本。为了进一步提高性能，在互连层中 使用具有较低介电常数(也称作k值)的介电材料。然而，较低的k值导 致介电材料具有较高的孔隙度和较低的密度。随着孔隙度增加，介电基 质(matrix)的内部多孔结构可以变得更为互连。这种高孔隙度与互连的 孔隙体积相结合可以允许材料(特别是铜)扩散或透过低k值介电材料。 因此，缺陷和失效机理可以使性能退化、器件运行寿命降低，并且甚至 导致器件完全失效。由于材料的高孔隙度和低密度，多孔低k值介电材料 的另一个问题在于，在特征部分比如沟槽或通孔被刻蚀到其中或穿过它 们之后，这些介电材料倾向于具有不规则的或非平滑的侧壁。因而，随 后所形成的和/或所淀积的材料沿低k值介电层的侧壁不规则地形成。因 此，例如，由于低k值介电层侧壁的不规则性，沿低k值介电层的侧壁形 成具有均匀厚度的铜扩散阻挡层可能成为难题。0004所需要的是这样的器件和方法其在基于铜的互连结构中使用 低k值介电材料，并且也缓解比如上面所描述的那些由于使用低k值介电 材料所产生的问题
技术实现思路
0005本专利技术通过使用存在于沟槽区域的侧壁和底部、通孔区域的侧 壁上但在通孔区域的底面不存在的多孔密封衬垫，促进镶嵌工艺过程和半导体器件。因此，可以在镶嵌工艺过程中使用低k多孔介电材料而不会有其它物类，比如湿气、金属阻挡前体、铜、溶剂、等离子体化学物质等等不期望地迁移到低k多孔介电基质中。另外，还提供了从导电通孔特征部分到下层结构的低阻抗接触。充分地除去通孔区域底面上的多孔密 封衬垫允许到下层器件的低阻抗电接触。0006根据本专利技术的一个方面，半导体器件采用具有多孔密封衬垫的镶嵌层。所示的半导体基体可以包括一个或更多个半导体器件和层，比 如晶体管器件、二极管、电容器、电阻器、电感器、金属互连层等等。 在半导体基体上面形成包括金属互连的金属互连层。在互连层上面形成 介电层。随后通过比如光刻、湿法清洗、刻蚀等技术来处理介电层以在 介电层的介电层下部内形成通孔特征部分并在介电层上部内形成沟槽特 征部分，其中设置通孔特征部分以允许与下面的金属互连电接触。沿孔 隙特征部分的侧壁表面并且沿沟槽特征部分的侧壁和底面形成多孔密封 衬垫。接下来是金属淀积、化学机械平坦化等等，以完成与下面的金属 互连电接触的导电通孔和沟槽特征部分的形成。公开了其他的器件和方 法。附图说明0007图1A是以传统镶嵌工艺制造的半导体器件的横截面图。0008图1B是图1A器件的另一个横截面图。0009图2是以传统镶嵌工艺制造的另一个半导体器件的横截面图。0010图3是按照本专利技术一个方面的具有低k镶嵌介电层和多孔密封衬 垫的半导体器件的横截面图。0011图4是按照本专利技术一个方面图示说明具有选择性形成的多孔密封 衬垫的半导体器件的制造方法的流程图。0012图5A-5E描述了按照图4的方法所形成的示例性半导体器件的制造阶段。具体实施例方式0013本专利技术的专利技术人意识到集成电路内器件(比如晶体管器件)的 互连(也称作金属化) 一般是通过在电器件上面所形成的层中形成多级 互连网状结构而实现的，由此有源器件元件被连接到其他器件以建立期 望的电路。在介电层内形成导电材料比如铝、铝硅合金、铜、铜合金、 银、银合金等等，并且将其用于在组件和器件之间提供相对低电阻的连 接。0014一些导电材料，比如铜，不容易被刻蚀或图案化。由于这个和 其他原因，通常通过淀积介电层比如层间介电层(ILD)，并且刻蚀导电 金属被淀积到其中的沟槽和/或通孔区域来形成金属化层。通常要求介电 层内沟槽和/或通孔区域的均匀和可控刻蚀，以便形成具有合适形状、尺 寸和厚度的沟槽和/或通孔。随后，执行平坦化工艺比如化学机械平坦化(CMP)，这除去了多余的导电材料并在沟槽和/或通孔区域内留下导电 材料以用作线路、互连等等。0015影响器件性能的特性是镶嵌或互连结构中所使用的介电层的介 电常数值(被称为k值)。通常，在这些结构中介电层的较高k值导致较 高的电容值，这使器件性能退化。0016一种用于降低这些介电层k值的办法是使用低k的介电材料。然 而，这些低k的介电层可能是相对多孔的，并且不期望地允许材料和化学 物类渗入到孔隙内，这产生缺陷，损害介电完整性并且妨碍器件运行。 所渗入的材料和物类包括例如湿气、金属阻挡淀积前体、淀积的金属阻 挡、铜、溶剂、等离子体化学物质等等。所产生的缺陷还可能使器件的 寿命性能降低。例如由于不期望的材料迁移和由此产生的缺陷，被设计 为具有10年寿命的器件可能降低为具有几天的寿命。0017多孔低k值介电材料的另一个问题在于，在特征部分被刻蚀到其 中之后，它们形成不规则的侧壁表面。因而，随后沿低k介电材料的侧壁 表面所形成的层具有不规则的厚度或区域以及受损的完整性。0018本专利技术通过使用存在于沟槽区域的侧壁和底部、通孔区域的侧 壁上但在通孔区域的底面不存在的多孔密封衬垫，促进镶嵌工艺过程和 半导体器件。因此，可以在镶嵌工艺过程中使用低k多孔的介电材料而不会有材料比如湿气、金属阻挡前体、铜、溶剂、等离子体化学物质等等不期望地迁移到低k多孔介电层中。另外，还提供了从导电通孔特征部分到下层结构的低电阻接触。通孔区域底面上多孔密封衬垫的部分或完全 不存在允许了到下层器件的低电阻电接触，这在之前是很难通过多孔密 封衬垫来实现的。0019图lA是以传统镶嵌工艺制造的具有低k镶嵌介电层的传统半导体 器件100的横截面图。图1A被提供作为以传统制造工艺所形成的传统器件 的示例。提供图1A和其描述来图示说明本专利技术的专利技术人所识别出的现有 技术的缺陷。0020器件IOO包括半导体基体101，该基体具有半导体衬底以及形成 于其中的晶体管和/或其他器件。半导体基体101还可以包括一个或更多 个互连层。 一种这样的层是形成于半导体基体101上并与绝缘层104相 邻的金属互连102。金属互连102是由导电材料比如铜组成的，或者可以 是邻近例如下面的栅极、源极或漏极区域的硅化物区域。0021刻蚀阻止层106形成在半导体基体101和金属互连102之上，并有 利于随后的刻蚀工艺。典型地，第一刻蚀阻止层106被选择作为介电铜扩 散阻挡，并且能够相对于低k电介质被选择性刻蚀或者选择性保留。之后 通过合适的淀积工艺，在第一刻蚀阻止层106上形成低k的级间介电层 108。级间介电层108是由低k介电材料组成并且是相对多孔的。之后在级 间介电层108上形成低k金属间介电层U2。金属间介电层112也是由低k介 电材料组成的。这可以被理解为在表现形式上级间介电层108和金属间介 电层112是由相同的材料组成，鉴于这两层之间没有物理差别，淀积可以 在一步中执行。0022执行沟槽刻蚀工艺以在金属间介电层112内形成沟槽腔116。沟 槽刻蚀工艺使用合适的刻蚀化学物质比如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其包括：　半导体基体；　互连层，其包括形成在所述半导体基体上的金属互连；　介电层，其形成在所述互连层上面，所述介电层具有在所述介电层下部内的导电通孔特征部分和在所述介电层上部内的导电沟槽特征部分，其中所述导 电沟槽特征部分与所述导电通孔特征部分相接触，并且所述导电通孔特征部分与所述金属互连电接触；和　多孔密封衬垫，其沿所述导电通孔特征部分的侧壁表面并沿所述导电沟槽特征部分的侧壁和底面形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-11-23 11/286,8771. 一种半导体器件，其包括半导体基体；互连层，其包括形成在所述半导体基体上的金属互连；介电层，其形成在所述互连层上面，所述介电层具有在所述介电层下部内的导电通孔特征部分和在所述介电层上部内的导电沟槽特征部分，其中所述导电沟槽特征部分与所述导电通孔特征部分相接触，并且所述导电通孔特征部分与所述金属互连电接触；和多孔密封衬垫，其沿所述导电通孔特征部分的侧壁表面并沿所述导电沟槽特征部分的侧壁和底面形成。2. 根据权利要求1所述的器件，进一步包括在所述导电通孔特征部分 和所述金属互连之间的金属阻挡层。3. 根据权利要求1或2所述的器件，其中所述介电层的所述上部是相 对多孔的，并且所述介电层的所述下部是相对非多孔的。4. 根据权利要求1所述的器件，其中所述介电层是由介电常数小于约 2.9的介电材料组成的。5. 根据权利要求1或4所述的器件，其中所述多孔密封衬垫由大于约 2.7的k值组成。6. —种制造半导体器件的方法，其包括 在半导体基体上面形成介电层；在所述介电层内形成通孔腔； 在所述介电层内形成沟槽腔；在所述沟槽腔和所述通孔腔的底面和侧壁面上形成多孔密封衬垫；以及执行选择性刻蚀淀积工艺，其从所述通孔腔的所述底面的至少一部分除去所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：ER恩布雷希特，SS帕帕罗，SK阿杰梅拉，S格鲁诺，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]