使用驻留在金属线与电介质扩散势垒(或蚀刻终止)层之间的界面处的保护盖来改进互连件的电迁移性能。通过借助在至少约350℃的衬底温度下在无等离子体的情况下用有机铝化合物处理无氧化物的铜表面而将第一含铝材料层沉积在暴露的铜线上，来形成保护盖。所述所形成的含铝层在化学转化中被部分或完全钝化，所述化学转化在所述层中形成Al-N、Al-O或Al-O与Al-N键两者。在一些实施例中，通过在无等离子体的情况下使具有暴露的第一层的衬底与含氧反应物和/或含氮反应物接触来执行钝化。可在包括暴露的ULK电介质的衬底上形成保护盖。驻留在所述电介质部分上的所述含铝层通常将自发地形成包括Al-O键的非导电层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在部分制造的集成电路上形成材料层的方法。特定来说，本专利技术涉及 在铜线内形成保护盖以便改进镶嵌互连件的电迁移特性的方法。
技术介绍
镶嵌处理是在集成电路上形成金属线的方法。其涉及在电介质层(层间电介质) 中形成的沟槽和通路中形成嵌入金属线。镶嵌处理通常是优选方法，因为其需要比其它方 法少的处理步骤且提供较高良率。其还尤其较好地适合于例如铜等不能容易被等离子体蚀 刻图案化的金属。在典型的镶嵌工艺流程中，金属沉积到经图案化的电介质中以填充电介质层中形 成的通路和沟槽。所得金属化层通常直接形成在承载有源装置的层上，或形成在下伏金属 化层上。电介质扩散势垒材料的薄层(例如，碳化硅或氮化硅)沉积在邻近的金属化层之 间，以防止金属扩散到电介质的大部分层中。在一些情况下，碳化硅或氮化硅电介质扩散势 垒层在层间电介质(ILD)的图案化期间还充当蚀刻终止层。在典型的集成电路(IC)中，若干金属化层沉积在彼此之上从而形成堆叠，其中金 属填充的通路和沟槽充当IC导电路径。一个金属化层的导电路径通过一系列镶嵌互连件 而连接到下伏或上覆层的导电路径。这些互连件的制造提出若干挑战，其随IC装置特征的尺寸持续缩减而变得越来 越明显。当前，在90nm技术节点处以及在更先进节点处，非常需要可提供具有改进的使用 寿命和可靠性的互连件的互连件制造方法。
技术实现思路
IC制造期间遇到的一个具有挑战性的问题是电迁移故障。当互连件所经历的高电 流密度导致金属原子随电流迁移且因此导致在互连件内形成空隙时发生电迁移。最终，空 隙的形成可导致装置故障，称为电迁移故障。在IC装置的正在进行中的小型化期间，互连 件尺寸减小，且互连件经历较大电流密度。因此，电迁移故障的可能性随着此装置小型化而 增加。虽然铜具有比铝大的电迁移电阻(甚至在铜互连件中)，但电迁移故障在45nm技术 节点处以及在更先进节点处成为重大的可靠性问题。本文提供能够改进互连件的电迁移性能的驻留在金属线与电介质扩散势垒(或 蚀刻终止)层之间的界面处的保护盖。还描述形成此类盖的方法。有利的是，所描述的保 护盖可形成为驻留在金属线的上部部分内处于其与电介质扩散势垒层的界面处的非常薄 的层，而不会显著增加互连件电阻。保护加盖层可包含(例如)互连件金属(例如铜)与 掺杂元素(例如硼、铝、钛等)的固溶体、合金或化合物。在许多实施例中，选择将形成与互 连件金属的合金和/或将聚集在晶粒边界处的掺杂元素是有利的，借此减少互连件金属原 子的迁移。所提供的方法通过在暴露的金属线上沉积掺杂剂生成材料(例如，含有B、Al、Ti 等的材料)的源层，将所述源层的上部部分转化为钝化层(例如，氮化物或氧化物)，同时 允许掺杂剂生成源层的未改性部分保持与互连件金属接触，且随后允许来自源层的未改性 部分的掺杂剂扩散到互连件金属中和/或与互连件金属反应，而实现对保护盖的厚度的控 制。在一个实施例中，引入到互连件中的掺杂剂的量受与互连件接触而驻留的源层的未改 性部分的厚度限制。在其它实施例中，引入到互连件中的掺杂剂的量通过控制扩散和/或 反应期间的温度来控制。有利的是，以此受控方式形成的薄保护盖不会显著增加互连件的电阻，如当将大 量高度反应性或易扩散的掺杂剂(例如，Si或Ge)沉积到互连件金属上时通常无意发生 的。另外，如将描述，所提供的方法适合于由以极少选择性或零选择性沉积到暴露的金属和 电介质两者上的掺杂剂生成源层形成保护加盖层。应理解，这些方法还可在含掺杂剂的源 层仅选择性地沉积到金属层上而不显著沉积到电介质上的那些情况中使用。根据一个方面，提供一种形成半导体装置结构的方法。在一个实施例中，所述方 法包含以下操作(a)使具有暴露的第一金属层(例如，铜或铜合金)和暴露的电介质层的 衬底与包括硼或第二金属(例如，Al、Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn、Sb等)的化合物接触以在 电介质和第一金属两者上沉积包括硼或第二金属的源层；(b)对至少在第一金属的区上的 源层的顶部部分进行改性以形成钝化层，其中未经改性源层的一部分保持与第一金属层接 触；以及(c)允许来自未经改性源层的活性成分扩散到第一金属中和/或与第一金属反应 并在第一金属层内形成保护盖。在一个实施例中，衬底是含有内嵌在层间金属电介质层中的暴露铜线的镶嵌结 构。在沉积源层之前，衬底可任选地预先清洁以从铜表面移除污染物(例如，氧化铜)。举 例来说，可通过将衬底暴露于等离子体中的还原气体(例如，H2或NH3)而执行预先清洁。可接着通过在某一温度下使衬底与挥发性掺杂剂前驱体接触而沉积含有掺杂剂 源(活性成分)的源层。通常(尽管不是必需)，在无等离子体放电的情况下用热方法执行 源层的沉积。预先清洁和源层的沉积可在CVD设备中执行，而无真空破坏(例如，在相同的 处理腔室中)。在一个实施例中，通过在无等离子体放电的情况下在约200-400°C之间的腔室温 度下使衬底与含有B2H6(或其它挥发性的含硼前驱体)和惰性载气的气体混合物接触而沉 积含硼源层。沉积腔室中的压力维持在约0. 5-10托的范围内，且气体混合物中B2H6的浓度 范围在约0. 5到20体积％之间。在此些条件下，将含硼源层沉积到暴露的电介质层上以及 衬底的金属部分上。发现源层含有B-H键且因此将称为BHx层。在许多实施例中，归因于金属表面处的较高前驱体分解速率，与其电介质部分相 比，较大量的掺杂剂源材料沉积在衬底的金属部分上。因此，在这些实施例中，沉积在金属 部分上的源层的厚度大于沉积在电介质上的源层的厚度。然而，对于许多含硼前驱体且对 于含金属前驱体来说，金属与电介质之间的完全沉积选择性通常难以获得。有利的是，所描 述的沉积方法不需要用于源层的沉积的绝对金属/电介质选择性。在一些实施例中，通过在适合于弓丨起前驱体分解和衬底上含有金属的层的沉积的 温度和压力下使衬底与挥发性含金属前驱体(例如，金属卤化物、金属氢化物、金属羰基化 合物或挥发性有机金属化合物)接触而沉积含金属源层。在许多情况下，使用如上文针对BHx层的沉积列举的类似的温度和压力范围。所属领域的技术人员将理解如何针对不同类 型的金属前驱体而优化沉积条件。若干金属适合作为用于形成保护盖的掺杂剂。这些金属包含形成固溶体、合金或 与互连件金属的金属间相的金属，以及能够在互连件中在晶粒边界处扩散和聚集的金属。 举例来说，Al、Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn和Sb可用作保护盖的组分。也可采用这些金属彼 此或与其它金属的合金和固溶体。用于含铝源层的合适的挥发性前驱体包含(但不限于) 三甲基铝、二甲基氢化铝、三乙基铝、三异丁基铝和三(二乙氨基)铝。用于其它金属的沉 积的合适的前驱体包含(但不限于)双(环戊二烯基)钴、乙酰丙酮钴(II)、四(二甲基 氨基)铪、四(二乙基氨基)铪、四(二甲基氨基)钼、四(二甲氨基)钛(TDMAT)、四(二 乙氨基)钛(TDEAT)、四(乙基甲基氨基)钛、双(二乙氨基)双(二异丙基氨基)钛、五 (二甲氨基)钽、叔(丁基三亚氨基)(二乙基氨基)钽(TBTDET)、五(二乙基氨基)钽、双 (乙基环戊二烯基)钌、三(二甲基氨基)锑和四甲基锡。如所提及，在沉积含有硼或金属的源层之后，其顶部部分经改性以形成钝化层，例本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于形成半导体装置结构的方法，所述方法包括：（ａ）在至少约３５０℃的衬底温度下使具有暴露的无氧化物的铜或铜合金区和暴露的电介质区的衬底与包括铝的化合物接触，以在所述电介质和所述铜或铜合金层两者上形成包括铝的第一层；（ｂ）以化学方法对所述第一层的至少一部分进行改性以形成包括铝的钝化层；以及（ｃ）在所述钝化层上沉积电介质层。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿南达·班纳吉，乔治·安德鲁·安东内利，詹尼佛·奥洛克林，曼蒂阿姆·斯里拉姆，巴尔特·范施拉文迪杰克，塞莎赛义·瓦拉达拉詹，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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