用于集成电路的互连结构，其包括完全包围集成电路中的铜线的硅酸锰和氮化硅锰层，并提供用于制备这种互连结构的方法。硅酸锰形成抵抗铜从布线扩散出的阻挡层，从而保护绝缘体过早断裂，保护晶体管免于被铜降解。硅酸锰和氮化硅锰还增进了铜和绝缘体之间的强有力的附着，因此在制造和使用过程中保持了器件的机械完整性。在铜－硅酸锰和氮化硅锰界面上的强有力的附着还防止器件使用过程中由铜电子迁移引起的失效。含锰包覆层（ｓｈｅａｔｈ）还保护铜免于被环境中的氧气或水腐蚀。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于互连的自对准阻挡层相关申请本专利公开要求2008年3月21日提交的美国专利申请No. 61/038，657 ;2008 年4月8日提交的美国专利申请No.61/043，236 ;2008年6月20日提交的美国专利申请 No. 61/074, 467的权益，在此通过引用这些申请将其全文并入本文。版权声明该专利公开可能包含受版权保护的材料。当其在美国专利和商标局的专利文件或 记录中出现时，版权拥有人对专利文献的任何人的传真复制或专利公开没有异议，但另外 保留任何及所有版权。通过引用而并入在此引用的所有专利、专利申请和公开均通过引用而以全文并入本文，以便更全 面地描述截止在此描述的本专利技术的日期之前本领域技术人员已知的现有技术。
技术介绍
铜(Cu)正在取代铝作为微电子器件如微处理器和存贮器的布线所选用的材料。 然而，半导体例如硅中铜的存在引起了可妨碍半导体中形成的晶体管正常工作的缺陷。铜 还提高通过置于铜导线之间的绝缘体例如二氧化硅的电流泄漏。因此，铜布线的使用需要 包围铜导线的有效扩散阻挡体，以保持铜限定在其合适的位置。铜还具有沿电子在电路中流动的方向移动的倾向。如果在铜互连中形成足够大的 空位，则该电子迁移过程可导致提高的电阻或甚至开路。大多数这种不希望的移动沿铜的 表面发生。因此，关键是用抑制电迁移的材料包围铜互连来维持长的寿命。金属钽(Ta)在 目前使用的铜互连的底部和侧部起到这种作用。铜布线的顶部(未通过过孔连接到上级的 那些部分)典型地被SiC或Si3N4覆盖，尽管这些材料在阻止铜的电迁移方面不如Ta有效。 SiC或Si3N4还具有缺点，它们具有比绝缘体的余部更高的介电常数，所以它们增加了电路 的电容，并减少了信号可通过线路传输的速度。阻止电迁移提高寿命已经通过含磷的钴钨合金(CoWP)或含硼的钴钨合金(CoWB) 选择地无电沉积在铜导线顶部实现。期望这种选择方法避免这些导电合金在绝缘体表面上 的任何沉积。因此，它应在通过CMP步骤暴露的铜的所有表面的顶部形成自对准导电扩散 阻挡体。然而，这种选择性的故障(breakdown)引起Cu导线之间的绝缘体上方的一些电短 路，使得该方法对大规模生产来说不可靠。该自对准方法的另一个缺点是合金阻挡体保留 在随后由填充Cu的过孔接触的部分Cu上。在这些区域，CoffP或CoWB合金变成电路的一 部分，并增加了其电阻值，该电阻值高于在过孔和合金层下的Cu之间没有合金层时电路将 具有的较低电阻值。铜过孔和下方的铜之间的直接、低阻值接触已经证明，通过使用溅射Cu-Mn合金 籽晶层随后电镀和然后热退火以在Cu-Mn合金和绝缘体之间界面上的形成自对准MnSixOy 扩散阻挡层。假定热退火从Cu-Mn层除去Mn，使得余下的较纯Cu具有低电阻。Mn扩散或 者在绝缘体上形成MnSixOy层，或者Mn扩散到Cu的顶部自由表面，在那里其通过在退火气氛下与氧气反应形成MnOx层(可能χ =幻。该MnOx层随后与其余过量铜一起在CMP过程 中被除去。该方法的缺点是，在假定增加晶粒尺寸从而降低Cu电阻的退火过程中，Cu中存 在Mn杂质。退火过程中Mn杂质的存在可限制晶粒生长，从而增加了 Cu的最终电阻，高于 没有Mn杂质存在时Cu可能具有的电阻。该方法的另一个缺点是，即使在退火后一些Mn杂 质仍可能留在铜中，从而增加了其电阻，该电阻高于纯Cu的电阻。还提出的是，为了形成可以作为扩散阻挡层的MnOx层，在含氧气氛中将Mn扩散到 铜互连的上表面。然而，这样的MnOx层对铜附着性很弱，因此这样的结构的电迁移寿命是 不希望的短的。进一步提出的是，使用CVD或ALD以及含锰金属有机前体和含氧气体形成用于铜 的氧化锰阻挡层。然而，这样的氧化锰阻挡层在绝缘体表面形成，而不是扩散到绝缘体内。 因此，MnO阻挡层占用了否则可以被导电铜金属所占用的空间，因此不希望地增加了铜导线 的电阻。此外，铜对这样的氧化锰阻挡体的附着性可能低于抵抗电迁移的机械稳定性和长 寿命所需的值。概述本技术涉及在微电子学中使用的铜互连，更特别地，涉及确保铜与周围材料之间 牢固附着的材料和技术，提供阻挡体以防止铜从布线扩散出来，保持氧气和水不向铜内扩 散，保持铜导线不受其所承载的电流损害。描述了一种方法，该方法用于在微电子器件中形成自对准扩散阻挡体，而没有退 火期间或退火后于Cu中存在金属杂质的缺点。在一个实施方案中，在含Cu籽晶层沉积之 前，使金属如MruCr或V与过孔和沟槽内的绝缘体表面反应。优选地，将MruCr或V通过保 形化学气相沉积(CVD)方法输送到表面，该方法不涉及使用任何含氧共反应物以及Mn、Cr 或V的前体。因此，通过在过孔底部形成金属氧化物，该方法不增加过孔电阻。金属反应之 后，优选通过CVD沉积Cu籽晶层。籽晶层还可以以铜化合物如铜氧化物(Cu2O),铜氮化物 (Cu3N)或铜氧氮化物(CuOzNw)的形式沉积，随后将铜化合物还原为铜。在本专利技术另一个方面，刚好在CMP步骤后，将MruCr或V沉积在部分完成的互连的 平坦表面上。在表面的绝缘部分顶部，使MruCr或V与绝缘体中所含的硅和氧反应，以形成 绝缘金属硅酸盐层，例如MnSixOy层，其中金属是锰。在金属Mn在Cu线顶部(填充有Cu的沟 槽顶部)沉积的区域，使锰溶解到Cu的顶层中以形成Cu-Mn合金。然后，在Cu-Mn和MnSixOy 区域上方，形成用于下一较高级绝缘体的绝缘体的包覆沉积(blanket exposition)。在其 中该绝缘体的最初沉积的部分是Si3N4的实施方案中，在沉积期间和/或随后的退火期间， Cu-Mn表面层中的Mn向上扩散以与绝缘体反应，从而在Cu和绝缘体之间形成MnSixNy扩散 阻挡体。该MnSixNy层的存在还增加了铜和其上方的绝缘体之间的附着。这些方面的结合导致强有力的粘附扩散阻挡层和在Cu所有表面包围Cu的附着 层。这些MnSixOy和MnSixNy层提供用于例如生产电子元件、电路、器件和系统的高导电性、 强粘附性和耐久的铜层。在某些实施方案中，本申请描述了形成集成电路互连结构的方法。该方法包括提 供部分完成的互连的结构，该结构包括电绝缘区和导电含铜区，部分完成的互连结构具有 基本上平坦的表面；将选自锰、铬和钒的金属(M)沉积在至少一部分的导电含铜区之上或 之中；将绝缘膜沉积在至少一部分的沉积金属上，其中与所述至少一部分的沉积金属接触的沉积的绝缘膜区域基本上是不含氧的；和使至少一部分的沉积金属与绝缘膜反应以形成 阻挡层，其中导电含铜区基本上是不含金属元素(M)的。在其它实施方案中，该方法包括提供具有过孔或沟槽的部分完成的互连的结构， 该过孔或沟槽包括由一种或多种电绝缘材料限定的侧壁和导电含铜底部区；将选自锰、铬 和钒的金属(M)沉积在部分完成的互连结构上；通过使沉积金属与所述一种或多种电绝缘 材料反应形成第二绝缘侧壁区；将金属从底部区移除或扩散出去，以暴露导电含铜底部区； 和用铜填充过孔或沟槽。在其它实施方案中，锰可以由铬或钒取代。由以下描述和附图以及由权利要求，将清楚本专利技术的其它的特征和优点。附图简要说明附图说明图1是化学机械抛光(CMP)步骤后根据本专利技术的部分完成的互连布线结构的示意 横截面图。图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于形成集成电路互连结构的方法，所述方法包括：ａ）提供部分完成的互连结构，该结构包括电绝缘区和导电含铜区，所述部分完成的互连结构具有基本上平坦的表面；ｂ）将选自锰、铬和钒的金属（Ｍ）沉积在至少一部分的导电含铜区之上或之中；ｃ）将绝缘膜沉积在至少一部分的沉积金属上，其中与所述至少一部分的沉积金属接触的沉积的绝缘膜区基本上是不含氧的；ｄ）使至少一部分的沉积金属与绝缘膜反应以形成阻挡层，其中导电含铜区基本上是不含金属元素（Ｍ）的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·戈登，
申请(专利权)人：哈佛学院院长等，
类型：发明
国别省市：US
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