半导体结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及改进的半导体结构及其制作方法，使得在相同的绝缘层内，嵌在相同的绝缘层级内的Ｃｕ互连具有与嵌在相同的绝缘层级内的其它Ｃｕ互连不同的Ｃｕ粒度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体结构，并且更特别地涉及嵌在相同的绝缘层级中的具有不同铜粒度的铜(Cu)互连。
技术介绍
在半导体制造中遇到的 一 个问题是在相同的绝缘层级 (insulating level layer)内具有不同Cu粒度的铜(Cu )互连的制造。 当前，形成在相同绝缘层级内的Cu互连包含相同的Cu粒度。嵌在相 同绝缘层内的用于互连的单一Cu粒度的限制是成问题的，因为对于某 些应用Cu互连以较小的Cu粒度表现更有利，而对于其它应用Cu互连 以较大的Cu粒度表现更有利。例如，大的Cu粒度导致较低的电阻率 和较长的电迁移寿命，这对于高性能相关的应用是优选的，而小的Cu 粒度导致较高的电阻率和较短的电迁移寿命，这对于电熔丝相关的应 用是优选的。使用当前的半导体制造技术来获得具有对于所选择的应用而言 最优化的Cu粒度的Cu互连，必须制作嵌在绝缘层级内的多层Cu互连。 每一个绝缘层级将会嵌入具有相同Cu粒度的Cu互连。制作新的一层 Cu互连来获得具有不同Cu粒度的Cu互连使得半导体处理步骤加倍。 另外，制作新的一层具有不同Cu粒度的Cu互连使得制造成本加倍。如上面所讨论的，小的Cu粒度的Cu互连对于电熔丝(e-fuse) 相关的应用是优选的。电可烧断的熔丝利用电迁移(EM)效应来断 开电连接。在编程期间，由于高电流密度，空隙在中央熔丝元件处形 成，并且最终产生电的开路。同样已知，Cu粒度对抗电迁移性有一 定程度的影响。 一般来说，更大的Cu粒度(即，更接近于竹节型 (bamboo-type)晶粒微结构)导致更少的具有垂直于电子流的组件的晶粒边界，并且更小的Cu粒度导致更低的抗EM性因为通过晶粒 边界有更多的Cu扩散。对于e-fuse编程效率，小的Cu晶粒互连是 理想的。此外，如上面所讨论的，大粒度的Cu互连对于高性能应用是优 选的。大的Cu粒度导致具有更低电阻率的Cu互连。大的Cu粒度导 致更低的电阻率是因为对于更大的Cu粒度存在更少的晶粒边界(即， 更接近于竹节型晶粒微结构)。晶粒边界导致电子散射。因此，更少 的晶粒边界导致更少的电子散射，其又导致更小的电阻率和更高的电 导率。对于具有更高电导率的更好的电路性能，具有大Cu晶粒的Cu 互连是优选的。图l描述了现有技术的Cu互连100a、 100b，其嵌在相同的绝缘层 级12中并具有相同的Cu粒度。请注意，图l描述了在相同的绝缘层级 12中并列的一对单镶嵌10和双镶嵌(damascene) 20结构。单镶嵌IO 和双镶嵌20结构两者都包括阻挡材料14、铜种子24和电镀的铜26b。 请注意，在100a和100b中的电镀的铜结构26b具有相同的小的Cu粒度， 根据图1中所描述的电镀的铜26b中的多个晶粒边界这是明显的。因 此，如上面所讨论的，图l中所描述的Cu互连100a、 100b对于e-fuse应用会是理想的。本领域中所需要的是嵌在相同绝缘层级中具有不同Cu粒度的Cu 互连，从而对于给定Cu互连的Cu粒度使得针对这样的Cu互连的预期 应用这样的Cu互连在不需要加倍的半导体处理步骤和相关成本的情 况下能够最有效率地实现。
技术实现思路
本专利技术涉及用于制作嵌在相同绝缘层级中具有不同Cu粒度的Cii 互连的结构和方法。第一实施例涉及一种半导体结构，其包括第一和第二开口、阻挡 材料、铜晶粒促进材料、铜种子和电镀的铜。所述第一和第二开口在 相同的绝缘层内。阻挡材料淀积在所述第 一和第二开口中的所述绝缘层上。铜晶粒促进材料淀积在所述第一开口的所述阻挡材料上。铜种 子淀积在所述第一开口的所述铜晶粒促进材料上并且淀积在所述第 二开口的所述阻挡材料上。铜被电镀在所述第一和第二开口内的所述铜种子上。所述铜晶粒促进材料增大所述第一开口中的所述电镀的铜 的粒度，使得在所述第一开口中生长的所述电镀的铜的平均粒度大于 所述第二开口中的所述电镀的铜的平均粒度。所述第一和第二开口在 所述相同的绝缘层级内。第二实施例涉及一种制作半导体结构的方法，其包括一个制作步 骤、三个淀积步骤和一个电镀铜步骤。制作步骤包括在相同的绝缘层 内制作第 一和第二开口 。淀积步骤包括在所述第一和第二开口中共形 地淀积阻挡材料。淀积步骤包括在所述第一开口的所述阻挡材料上淀 积铜晶粒促进材料。淀积步骤包括在所述第 一开口的所述铜晶粒促进 材料上以及所述第二开口的所述阻挡材料上淀积铜种子。电镀步骤包 括在所述第一和第二开口两者内的所述铜种子上电镀铜。所述第一开 口的所述铜晶粒促进材料的所述淀积致使在所述第一开口中的所述 电镀的铜的平均粒度大于在所述第二开口中的所述电镀的铜的平均 粒度。所述第一和第二开口在所述相同的绝缘层级内。本专利技术解决了与嵌在相同绝缘层级内的Cu互连有关的上述问 题。更具体地，本专利技术使得嵌在相同的绝缘层级内的Cu互连能够产生 不同的Cu粒度。这样一来，本专利技术使得针对Cu互连的预期应用嵌在 相同绝缘层级内的Cu互连的制作能够最有效率地实现。另外，因为不 需要多个绝缘层级来制作具有不同Cu粒度的Cu互连，所以半导体制 造处理步骤将减半。最后，除去不需要的处理步骤将半导体制造成本、' 因为至少上述原因，本专利技术改进了半导体技术。附图说明本专利技术的特征和元件特性在所附的权利要求中具体陈述。附图只 是出于示例性目的的并且没有按比例绘制。此外，在附图中相似的标记代表相似的特征。然而，关于操作的组织和方法的本专利技术自身可以通过参考下面的结合附图的详细描述来更好的理解，其中图l描述了嵌在相同绝缘层级内的现有技术半导体结构；以及 图2 -图6描述了用于制作优选实施例的过程。具体实施例方式本专利技术现在将参考附图来描述。在附图中，结构的各个方面被描 述并且以简化的方式示意性地描绘以便更清楚地描述和示出本专利技术。作为综述和介绍，本专利技术实施例涉及Cu互连及其制作方法。本 专利技术使得嵌在相同绝缘层级内的Cu互连能够具有与嵌在相同绝缘层 级内的另一Cu互连不同的Cu粒度。本专利技术将参考图2-图6来描述，图2-图6描述了改进的半导 体结构的形成。图2描述了本专利技术的方法的第一步。更具体地，图2示出了在绝 缘层12中第一开口 200a和第二开口 200b(直到图4才示出)的形成。 请注意，开口 200a包括单镶嵌10和双镶嵌20结构两者。如本领域 技术人员能理解的，本专利技术不限于第一开口 200包括单镶嵌10和双 镶嵌20结构两者，而是其也可以包括单镶嵌10和双镶嵌20结构中 的任一个。单镶嵌10结构包括线10a开口，而双镶嵌20结构包括线 20a开口和通孔20b开口两者。绝缘层12能够由Si02、SiCOH或SiLK 组成。请注意，通孔20b开口连接到下层金属16。金属16典型地包 括Cu或Al(Cu)。盖层(capping layer) 18在界面处利用通孔20b开 口将下层金属16与绝缘层12分离，并且阻挡层14将金属16与金属 16嵌在其中的绝缘层12分离。盖层18的典型材料包括NBloK、 SiC、 Si4NH3和Si02，而阻挡层14的典型材料包括Ta、 Ti、 TaN、 TiN、 WN、 Ru和W。在第一和第二开口 200a、 200b形成在绝缘层12中 之后，本专利技术的方法的下一步发生。反应离子刻蚀技术(RIE)制作 第一和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：　绝缘层内的第一和第二开口，所述第一和第二开口在相同的绝缘层内；　阻挡材料，淀积在所述第一和第二开口中的所述绝缘层上；　铜晶粒促进材料，淀积在所述第一开口的所述阻挡材料上；　铜种子，淀积在所述第一开口的所述铜晶粒促进材料上并且淀积在所述第二开口的所述阻挡材料上；　铜，被电镀在所述第一和第二开口内的所述铜种子上；以及　其中所述铜晶粒促进材料增大所述第一开口中的所述电镀的铜的粒度，使得在所述第一开口中生长的所述电镀的铜的平均粒度大于所述第二开口中的所述电镀的铜的平均粒度，所述第一和第二开口在所述相同的绝缘层级内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨智超，许履尘，拉齐夫V约什，
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]