制造半导体结构的方法及半导体结构技术

一种制造半导体结构的方法包括：在第一介电材料中形成第一开口；在第一开口中形成第一阻挡层；在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料，其中第一晶种材料的锰在0.10at％至0.40at％的范围内；在第一晶种材料上形成第一导电材料；以及将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置。还提供另一种制造半导体结构的方法及一种半导体结构。该方法通过在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料，以及将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置，以显著改善半导体结构的寿命。导体结构的寿命。导体结构的寿命。

【技术实现步骤摘要】
制造半导体结构的方法及半导体结构


[0001]本专利技术有关于一种制造半导体结构的方法及一种半导体结构。

技术介绍

[0002]在半导体装置的制造过程中，采用金属化工艺以在单一基板上的各个部件之间建构互连及接触。具有通孔或沟槽的铜互连已被广泛用于半导体制造中，其具有低电阻及高速传输等优点。
[0003]然而铜容易电迁移，从而导致半导体装置的故障。因此需要沉积阻挡层于通孔或沟槽中以保护铜免于电迁移。
[0004]然而包括阻挡层的半导体装置具有寿命上限，因此如何更有效地防止电迁移甚至提升半导体装置的寿命已成为此领域中的技术课题。

技术实现思路

[0005]本揭露提供一种制造半导体结构的方法，其可显著改善半导体结构的寿命。
[0006]根据本揭露的一实施方式，一种制造半导体结构的方法包括：在第一介电材料中形成第一开口；在第一开口中形成第一阻挡层；在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料，其中第一晶种材料的锰在0.10at％至0.40at％的范围内；在第一晶种材料上形成第一导电材料；以及将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置。
[0007]根据本揭露的一些实施例，将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置通过在氢气环境中将第一晶种材料加热到400℃至460℃范围内的温度来进行。
[0008]根据本揭露的一些实施例，在将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置之后，第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置比第一导电材料具有更高的锰含量。
[0009]根据本揭露的一些实施例，将第一晶种材料的至少一些锰移动到第一晶种材料与第一阻挡层之间的界面附近的位置包括在位置形成包含锰、锰氧化物或其组合的第一富锰层。
[0010]根据本揭露的一些实施例，第一富锰层的厚度与第一晶种材料的厚度的比例在1:20至1：3的范围内。
[0011]根据本揭露的一些实施例，方法还包括：在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料时，在第一阻挡层的拐角附近的位置形成空隙；以及将第一晶种材料的至少另一些锰移动到空隙。
[0012]根据本揭露的一些实施例，将第一晶种材料的至少另一些锰移动到空隙包括形成填充空隙的锰氧化物。
[0013]根据本揭露的一些实施例，方法还包括：在第一介电材料中形成第一开口之前，形
成第二介电材料；在第二介电材料中形成第二开口；在第二开口中形成第二阻挡层；在第二阻挡层上形成包括铜和锰的第二晶种材料；在第二晶种材料上形成第二导电材料；将第二晶种材料的至少一些锰移动到第二晶种材料与第二阻挡层之间的界面附近的位置；以及在第二介电材料和第二导电材料上形成第一介电材料。
[0014]根据本揭露的一些实施方式，第二晶种材料的锰在0.10at％至0.40at％的范围内。
[0015]根据本揭露的一些实施例，在将第二晶种材料的至少一些锰移动到第二晶种材料与第二阻挡层之间的界面附近的位置之后，第二晶种材料与第二阻挡层之间的界面附近的位置比第二导电材料具有更高的锰含量。
[0016]根据本揭露的一些实施例，将第二晶种材料的至少一些锰移动到第二晶种材料与第二阻挡层之间的界面附近的位置包括在第二晶种材料与第二阻挡层之间的界面附近的位置形成包含锰、锰氧化物或其组合的第二富锰层。
[0017]根据本揭露的另一实施方式，一种制造半导体结构的方法包括：在第一介电材料中形成第一开口；在第一开口中形成第一阻挡层；在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料，其中第一晶种材料的锰在0.10at％至0.40at％的范围内，并在第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料时，在第一阻挡层的拐角附近的位置形成空隙；在第一晶种材料上形成第一导电材料；以及将第一晶种材料的至少一些锰移动到空隙。
[0018]根据本揭露的一些实施例，将第一晶种材料的至少一些锰移动到空隙包括形成填充空隙的锰氧化物。
[0019]根据本揭露的另一实施方式，一种半导体结构包括：第一导电材料，其包含铜；第一阻挡层，围绕第一导电材料；以及第一富锰层，位于第一导电材料中并且靠近第一导电材料与第一阻挡层之间的界面，其中第一富锰层包括锰、锰氧化物或其组合。
[0020]根据本揭露的一些实施例，第一富锰层包括沿着第一导电材料与第一阻挡层之间的界面分布的锰。
[0021]根据本揭露的一些实施例，锰与第一阻挡层接触。
[0022]根据本揭露的一些实施例，第一富锰层包括位于第一阻挡层的拐角附近的位置的锰氧化物。
[0023]根据本揭露的一些实施例，锰氧化物与第一阻挡层的拐角接触。
[0024]根据本揭露的一些实施例，在第一导电材料中并且靠近第一导电材料与第一阻挡层之间的界面的位置比第一导电材料的上表面具有更高的锰含量。
[0025]根据本揭露的一些实施例，第一富锰层的厚度在20埃至400埃的范围内。
[0026]应当理解的是，以上的一般性叙述及以下的详细叙述都是示例性的，并且旨在提供对于要求保护的本专利技术的进一步解释。
附图说明
[0027]通过参考以下附图，阅读以下对于实施例的详细叙述，可以更全面地理解本专利技术：
[0028]图1及图2为根据本揭露的一些实施例的制造半导体结构的方法于各个阶段的剖面示意图。
[0029]图3为根据本揭露的实验例1的退火之后的半导体结构的锰信号分布的TEM图。
[0030]图4为根据本揭露的实验例1的退火之后的半导体结构的第一阻挡层的钽信号分布的TEM图。
[0031]图5及图6为根据本揭露的一些实施例的制造半导体结构的方法于各个阶段的剖面示意图。
[0032]图7及图8为根据本揭露的一些实施例的制造半导体结构的方法于各个阶段的剖面示意图。
[0033]【符号说明】
[0034]110:第一介电材料
[0035]110a:第一开口
[0036]120:第一阻挡层
[0037]130:第一晶种材料
[0038]130m:锰
[0039]130o:锰氧化物
[0040]1302:第一富锰层
[0041]140:第一导电材料
[0042]210:第二介电材料
[0043]210a:第二开口
[0044]220:第二阻挡层
[0045]230:第二晶种材料
[0046]2302:第二富锰层
[0047]240:第二导电材料
[0048]t1、t2、t3、t4:厚度
具体实施方式
[0049]为了详细并完整地描述本揭露，提供具有说明性叙述的本揭露的实施方式和特定实施例，然而这不是用于实现或使用本揭露的特定实施例的唯一形式。可以有利的方式将本文公开的实施例彼此组合或替换，并且可以将其他实施例加到实施例而无需进一步的描述。在以下叙述中，将详细描述许多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造半导体结构的方法，其特征在于，包括：在第一介电材料中形成第一开口；在该第一开口中形成第一阻挡层；在该第一阻挡层上形成包括铜和锰的第一晶种材料，其中该第一晶种材料的该锰在0.10at％至0.40at％的范围内；在该第一晶种材料上形成第一导电材料；以及将该第一晶种材料的至少一些该锰移动到该第一晶种材料与该第一阻挡层之间的界面附近的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中将该第一晶种材料的该至少一些该锰移动到该第一晶种材料与该第一阻挡层之间的该界面附近的该位置通过在氢气环境中将该第一晶种材料加热到400℃至460℃范围内的温度来进行。3.根据权利要求1所述的方法，其中在将该第一晶种材料的该至少一些该锰移动到该第一晶种材料与该第一阻挡层之间的该界面附近的该位置之后，该第一晶种材料与该第一阻挡层之间的该界面附近的该位置比该第一导电材料具有更高的锰含量。4.根据权利要求1所述的方法，其中将该第一晶种材料的该至少一些该锰移动到该第一晶种材料与该第一阻挡层之间的该界面附近的该位置包括在该位置形成包含锰、锰氧化物或其组合的第一富锰层。5.根据权利要求4所述的方法，其中该第一富锰层的厚度与该第一晶种材料的厚度的比例在1:20至1：3的范围内。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：在该第一阻挡层上形成包括该铜和该锰的该第一晶种材料时，在该第一阻挡层的拐角附近的位置形成空隙；以及将该第一晶种材料的至少另一些该锰移动到该空隙。7.根据权利要求6所述的方法，其中将该第一晶种材料的该至少另一些该锰移动到该空隙包括形成填充该空隙的锰氧化物。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在该第一介电材料中形成该第一开口之前，形成第二介电材料；在该第二介电材料中形成第二开口；在该第二开口中形成第二阻挡层；在该第二阻挡层上形成包括铜和锰的第二晶种材料；在该第二晶种材料上形成第二导电材料；将该第二晶种材料的至少一些该锰移动到该第二晶种材料与该第二阻挡层之间的界面附近的位置；以及在该第二介电材料和该第二导电材料上形成该第一介电材料。9.根据权利要求8所述的方法，其中该第二晶种材料的该锰在0.10at％至0.40at％的范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：林熙翔，
申请(专利权)人：南亚科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：