在大高宽比孔径中淀积导体的方法技术

一种用导电材料镀复大高宽比孔径的喷镀修理使导电镀复膜具有低体电阻率、低杂质含量和规整的组织结构。使用了一个其开口的高宽比与孔径的高宽比相近的准直器。在孔径底部得到的膜的厚度至少是常规喷镀方法得到的孔径低部膜的厚度的二倍。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与集成电路结构的互连有关，尤其是与大高宽比孔径中喷镀导体有关。当集成电路结构更加密集的时候，在各结构之间就更需要用低电阻的金属互连。在当今工业中使用化学汽化镀(CVD)钨、蒸发掺以铜或硅的铝和钛或钴的硅化物来提供这种互连。已经发现为了保持这些金属的低阻性，必需在金属和被接触的导电结构之间应有某种阻挡层。这些阻挡层防止了金属和层下结构之间的尖峰形成(spoknig)，同时也防止在金属沉积期间能渗透进层下结构的非导电物质的扩散。例如，在化学汽化镀钨期间，六氟化钨化学还原的氟付产物参渗透下层，降低了电阻率特性。此外，当层下结构包含非活性绝缘物例如氧化硅时，在金属和绝缘物之间的阻挡层增强了粘合力。最后，某此阻挡层例如钛有助于通过和天然的氧化物起反应除去这些氧化物降低界面电阻，也有助于从露出的界面蚀刻残余部分。现在已经在工艺中使用的一种阻挡层是氮化钛(TiN)。一般，氮化钛(TiN)阻挡层是通过从周围含氮的钛源或直接从氮化钛源活性喷镀而成的。实例有美国专利4，783，248“Method For The Production of A Titanium/Titanium Nitride Double Layer，”Kohlhase等人提出并已转让给西门子(Siemens);美国专利4，822，753“Method For Making A W/TiN Contact”，Pintchovski等人提出并已转让给摩托罗拉(Motorola);美国专利4，920，073“Selectiue Silicidation Process Using A Titanium Nitride Protective Layer”，Wei等人提出并已转让给得克萨斯仪器公司(Texas Instrumemts)。当使用平面源的时候，常规的喷镀能得到很好的结果。此外，如果有一个穿过钝化层或其他绝缘层到达一个层下结构的孔(或通路)，孔的高度与它的宽度之比(以下称为高宽比)小于1∶1，则喷镀这样的孔的壁和底，这种常规的喷镀也是有用的。然而，当孔的高宽比变大时，常规的喷镀方法不能得满意的结果。具体地说，由于孔壁遮挡住底下露出的表面，使得沉积在孔底部的材料少于孔的顶部。结果是沉积在上表面的材料更增加了遮挡效应。因此过早地封住了孔的上部，而阻止了有效地镀孔的下部。这个问题在美国专利4，879，709“Titanium Nitride Film In Contact Hole With Large Aspect Patio”，(Yokoyama等人提出并已转让给日立公司(Hitachi))的图5中已说明。在钝化层的上表面氮化钛镀层的厚度为135nm而在接触孔的底部镀层厚度只有40nm。还可以看到，钝化层上表面的氮化钛延伸进接触孔，在接触孔的上壁形成园拱形沉积。这种沉积在喷镀或CVD喷镀导电膜完全填满以前就将接触孔封住。Yokoyama等人提出的解决方法是在等离子体CVD反应中喷镀氮化钛。就基本性而言，CVD有助于保形镀覆，因此，接触孔底部的镀料的量与上部水平面上镀料的量是差不多的。这将防止形成上述园拱形沉积。遗憾的是，这是用像四氯化钛那样的氯化钛物质来喷镀的。在钛还原反应期间，氯化反应物可以结合进氮化钛中，显著地降低了氮化钛固有的低接触电阻的好处。另外，纯Ti层从结构中省略，意味着天然氧化物或其他不导电的残留物将不能从接触孔的底部除去。因此，本专利技术的一个目的是在大高宽比的孔中形成一层导电材料层。本专利技术的另一个目的是提供一种(些)阻挡层材料，此材料具有高导电率、低杂质浓度、高的收气特性和正规的表面几何形状，而且不引入反应产物使以上特性显著降低。本专利技术还有一个目的，就是通过增加大高宽比孔的底部镀料的量并且不引入反应付产品(这些付产品会显著降低镀料或最底层的或构件的低接触电阻以及其他特性)的工艺过程形成这种阻挡层材料。本专利技术的上述目的以及其他目的通过利用一个准直器喷镀导电材料的方法得以实现。准直器使得沉积在孔的底部镀料的量相对于沉积在绝缘层的上表面镀料的量而言有所增加。此外，所得到的材料具有良好的电阻率和其他特性，并且没有引入使得这些特性变坏的反应产物。本专利技术的上述的和其他结构及学说在详述了下面提出的实现本专利技术的最佳模式后就更加明白了。在随后的描述中将参照附图，其中附图说明图1是具有利用本专利技术的准直器喷镀形成的导电材料的集成电路的剖面图。图2为按照本专利技术所形成的氮化钛层的体电阻率表。图3是按照本专利技术所得到的在大高宽比通路的底部钛厚度对喷镀压力的图。图4是钛沉积率作为准直高宽比的函数的柱状图表。参照图1，图中展示了一块在其上具有扩散区域20的基片10，图中本专利技术的导体40喷镀在钝化层30中的孔50上。硼磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)的钝化层30的厚度H大约为11K 。接触孔50穿过BPSG或PSG30，使扩散区域20露出。接触孔50的宽度W大约5000 ，因此扩散接触孔的高度比H∶W大致是2∶1量级。在本专利技术中，层40是从喷镀靶70通过准直器60活性喷镀而成的。准直器60放置在一个垂直于接触孔的平面上，最好是还平行于喷镀靶70。准直器60是一块1cm厚的钢板或其他在喷镀状态下不会软化或变形的材料，上面开了许多相邻的孔。这些孔排列成蜂窝图形。用准直器喷镀镀料(铜)的例子在由S.M.Rossnagel等人写的“Lift-off Magnetron Sputter Deposition”，American Vacuum Society 36th National Symposium，Boston Mass，October 23-27，1989，Final Program P.286“喷镀在发射(lift-off)结构上的铜以消除侧壁沉积”一文中给，另外，在由Rossmagel提出的美国专利4，824，544中也有。准直器的作用是限制喷射的路径，使物质得能接近垂直入射到基片上。不是接近垂直入射的物质就沉积在准直器表面上，或者准直器的孔中。图1中所示的线SA-SE表示从靶70射出的原子的喷射路径。沿路径SA、SB和SE喷射的原子都通过准直器孔径喷镀到基片上。沿路径SC和SD的原子为非垂直入射，因此不能通过准直器。一般说来，与没有准直器时的情况相比，通过准直器喷镀的结果是在形成的层40中，接触孔底部的40c部分的厚度与钝化层表面的40A部分厚度的比较高。还有，正如以后将要详细讨论的，所得到的膜的组织结构、接触电阻、以及其他物性都优于用常规喷镀方法所得到的膜。最后，喷镀在接触孔的侧壁上的材料40B厚度十分均匀，在接触孔侧壁的上部不存在常规喷镀中会有的镀层加厚现象。以下将讨论利用喷镀钛、氮化钛和喷镀Ti/TiN叠层所实现的各种试验结果。1.喷镀氮化钛。在一组试验中，用喷镀的方法在150℃氮气环境中在二氧化硅上喷镀一层氮化钛膜层，这里唯一可变的是准直器使用与否。膜中氧的浓度在深度上的分布用化学分析的电子分光器(ESCA)测得。通过准直器喷镀的TiN表面氧含量大约为30%。这是由于从喷镀单元取出样品时初期吸收周围的氧气可造成的。在TiN厚度的最初1/本文档来自技高网...

【技术保护点】
在具有至少包括一个高宽比至少为１：１的凹坑的外形表面的基片上镀复一层导电材料的过程，其特征是，在喷镀到所述的基片上以前，所述导电材料的原子通过一个高宽比约为１：１或更大一些的准直器。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：派英P李，托马斯J利卡泰，托马斯L麦克德维特，保罗C帕里斯，斯科特L彭宁顿，詹姆斯G瑞安，戴维C斯特里普，
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]