本发明专利技术公开了一种用于铜互连金属化中的改善的阻挡结构及其形成方法。该方法在多层集成电路结构的低Ｋ绝缘层中图案化至少一个开口，从而铜导体在该开口的底部暴露。然后该方法在第一腔中用第一氮化钽层装衬该开口的侧壁和底部并在第一腔中在第一氮化钽层上形成钽层。接着，在第一腔中对该开口进行溅射蚀刻，从而在开口的底部暴露导体。仍在第一腔中，第二氮化钽层形成在导体、钽层和第一氮化钽层上。在第二氮化钽层形成之后，这里该方法在不同的第二腔中在第二氮化钽层上形成包括铂族金属的闪光层。在此工艺之后，该结构可以移到第三腔，在第三腔中铜沉积在开口中的闪光层上直到该开口用铜涂覆。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及形成半导体结构中层之间的连接，更具体地，涉及改善的导电通路(via)形成技术，其在通路开口内利用第二氮化钽层上的铂族金 属或合金。
技术介绍
铜互连技术在满足相互矛盾的需求方面遇到了相当大的限制，该相互矛 盾的需求为良好的铜的全部品质(foil quality )、内衬金属(liner metal)中的 电流冗余、抵抗铜扩散的良好的阻挡特性(特别是关于与低K电介质的集 成)、节约成本、可制造性以及与现有沉积技术的兼容性。
技术实现思路
为了解决这些问题，本专利技术的实施例提供了一种方法，其在多层集成电 路结构的低K绝缘层中图案化至少一个开口 ，从而铜导体在该开口的底部暴 露。然后，该方法在第一腔中用第一氮化钽层装衬该开口的侧壁和底部并在 第 一腔中在第 一 氮化钽层上形成钽层。接着，在第一腔中对该开口进行賊射蚀刻，从而在该开口的底部暴露导 体。该溅射蚀刻可以包括例如氩賊射回蚀(etchback )。该溅射蚀刻在该开口 的侧壁上留下部分第一氮化钽层和部分钽层。当该结构仍在第一腔中时，第 二氮化钽层形成在导体、侧壁上以及在钽层和第一氮化钽层的保留部分上。在第二氮化钽层形成之后，这里该方法将该结构移到不同的腔(第二腔) 并在第二氮化钽层上形成包括柏族金属的闪光层(flash layer)。柏族金属包 括钌、铑、钇、锇、铱和铂中的至少一种。在此工艺之后，该结构可以移到 第三腔，在第三腔中沉积铜或形成铜籽晶于开口中的闪光层上直到开口在第 三腔中用铜籽晶层涂覆。在沉积铜籽晶层(seed layer)之后，晶片然后将从 真空系统移开并被电镀以铜，从而用铜充分地填充通路和内衬结构。等离子 体气相沉积(PVD)籽晶层之后接着电镀铜金属，建立导体与在绝缘层的相对侧的第二导体之间的电连接。当结合附图和下面的描述考虑时，将更好地理解和领悟本专利技术的实施例 的这些和其他的方面。然而，应当理解，下面的描述在说明本专利技术的优选实 施例及其许多特定细节的同时，以示例的方式给出而不是限制的方式。许多 变化和修改可以在本专利技术的实施例的范围内进行而不背离本专利技术的精神，本 专利技术的实施例包括所有此种修改。附图说明参照附图，本专利技术的实施例将从下面的详细描述更好地理解，附图中 图1A-1D是部分完成的导电通路的示意性剖视图； 图2A-2D是部分完成的导电通路的示意性剖视图； 图3A-3E是部分完成的导电通路的示意性剖视图； 图4是导电通路的示意性剖视图。具体实施例方式参照附图所示且在下面的说明中详细描述的非限制性实施例更充分地 说明本专利技术的实施例及其各种特征和优点细节。应当注意，附图中示出的特 征不一定按比例绘制。对公知的部件和加工技术的描述被省略以免不必要地 模糊本专利技术的实施例。这里使用的示例仅意在便于理解可实践本专利技术的实施 例的方式并进一步^f吏本领域技术人员能够实践本专利技术的实施例。相应地，示 例不应理解为对本专利技术的实施例的范围的限制。标准的氮化钽/钽/回蚀/钽内衬阻挡物工艺顺序已描述于文献中(见，例 如N. Kumar, et al. AMC 2004 Proceedings)且广泛应用于工业中。该工艺顺 序在标准电迁移(electro-migration, EM)、应力迁移(SM)型可靠性测试 中提供了良好的阻挡特性和良好的可靠性。此类源技术(source technology) 已经发展了十几年，其已经实现了某些关键性能，例如用于特征覆盖的高离 子化、用于氮化钽A旦再分布的原位重氩(Ar+ )回蚀和通路底部蚀刻等。然而，此阻挡物顺序遇到限制，因为靠近铜籽晶层/填充材料的界面层是 钽。钽在铜润湿性方面劣于其他的候选材料，尤其是钌和其他的鉑族金属 (PGM，s)例如铱等。采用钌作为阻挡金属的不利方面是差的扩散阻挡特性 (即使以氮化物的形式)和非常高的原材料成本。此外，存在有限的溅射技术基础设施，在该基础设施中铂族金属可以用作靶材料。"穿通(punch-thru)"工艺(需要其锚定(anchor)通路以用于良好的 测试)易于在沟槽和通路结构的顶角上留下暴露的电介质，导致铜扩散到低 K电介质(例如具有4.0以下的介电常数的那些)中的风险。因此，这里的 实施例在结构上的那些地方的位置中使用钽或氮化钽的优良的阻挡特性。更 具体地，本^^开描述了一种工艺顺序，其包括已有的钽(N)沉积/原位蚀刻 腔技术和钽/賴族金属(platinum group metal, PGM)合金或仅纯4自族金属的 层的沉积的组合，从而最大化两者的好处并利用铂族金属在高级铜互连中作 为内衬的能力。因此，本公开描述一种工艺顺序，该工艺顺序包括在第一腔中的先进的 钽(N)沉积/原位蚀刻以及在第二腔中通过物理气相沉积(PVD)、化学气 相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)加入钽/铂族金属(PGM)合金或仅 纯铂族金属层。阻挡物工序之后的接着的处理还可以包括在同 一真空设备簇 (vacuum tooling cluster)中的铜籽晶层沉积。钽(N)腔中的回蚀之后的第 二氮化钽层沉积使得能够在沿结构的电介质/金属界面的所有的地方利用氮 化钽阻挡层的优异阻挡特性而不必依赖于铂族金属或钽/舶族金属合金的折 哀的阻挡特性。此两腔工艺结合了商业可得的钽(N)高级源的优异阻挡特性和沉积/ 蚀刻能力，同时利用了钽/PGM合金或PGM闪光层的改善的润湿性，而不 需要PGM或钽/PGM合金PVD沉积/蚀刻源技术的折衷的阻挡特性或高成本 以及开发复杂性。现在参照附图，更具体地参照图1A-1D,示出现代铜互连的形成中使用 的氮化钽/钽/Ar蚀刻/钽的沉积/蚀刻工序的第一流程。更具体地，在图1A中， 至少一个开口 106图案化在多层集成电路结构的低K绝缘层102中，从而下 面的导体100 (例如铜)暴露在开口 106的底部。然后该方法用第一氮化钽 层104装衬开口 106的侧壁和底部。在一示例中，氮化钽层可以利用PVD 钽腔沉积，尽管初始的氮化钽层可以通过任何其他的通常可用的工艺例如 ALD、 CVD等来沉积。在图1B中，钽层108采用任何类似的沉积工艺形成在氮化钽层104上。 在图1C中，在第一腔中对开口 106进行溅射蚀刻，从而暴露开口 106底部 的导体100。然后，在用导体填充开口 106之前，另一钽层110沉积在开口2009100 106中。可替代图1A-ID中示出的工艺的一种工艺示于图2A-2D中。图2A-2C 中示出的工艺基本类似于图1A-1C中示出的工艺。因此，如图2A-2C所示， 阻挡物/内衬工序始于钽/氮化钽腔中的氮化钽/钽/回蚀工艺；然而，在图2D 中，工艺然后转移到第二腔，在该处纯PGM层或PGM/钽合金层112被沉 积以确保铜填充材料的最佳润湿性。PGM或PGM/钽合金的第二层112可以 采用PVD、 ALD或CVD工艺沉积。图2A-2D中示出的工艺的一个问题是PGM/PGM-钽合金的差的阻挡 特性导致在沟槽或通路顶角处铜扩散到电介质中的弱点。该弱点可以出现在 蚀刻工艺之后有棵露的电介质存在的任何位置。图3A-3E示出一实施例，其提供了一种问题(PGM或钽-PGM合金作 为最终内衬/阻挡层的差的扩散阻挡特性)的解决方法。再次地，图3A-3C 中的工艺基本类似于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结构，包括： 绝缘层中的至少一个开口； 导体层，位于所述绝缘层下且在所述开口底部； 第一氮化钽层，在所述开口的侧壁上； 钽层，在所述第一氮化钽层上； 第二氮化钽层，在所述钽层和所述导体层上； 包括铂族 金属的闪光层，在所述第二氮化钽层上；以及 导电材料，填充所述开口且位于所述第二氮化钽层上。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：野上毅，托马斯M肖，安德鲁H西蒙，琼E温，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]
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