提供了用于集成电路中铜导线的集成电路用互连结构和用于制造这种互连结构的方法。含有Mn、Cr和V的层形成抵抗铜从所述导线扩散出来的阻挡体，从而保护绝缘体免于过早断裂并且保护晶体管免于被铜降解。含有Mn、Cr和V的层还增进铜和绝缘体之间的强有力附着，因而保持器件在制造和使用期间的机械完整性，以及在器件的使用期间保护免遭因铜的电迁移所致的失效并且保护铜免受来自其环境的氧或水腐蚀。在形成此类集成电路时，本发明专利技术的某些实施方案提供了在铜表面上选择性沉积Mn、Cr、V或Co同时减少或甚至防止Mn、Cr、V或Co在绝缘体表面上沉积的方法。使用含有Mn、Cr或V的前体和含有碘或溴的前体，还提供铜的催化性沉积。
【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和封盖层相关申请本专利公开要求2009年10月23日提交的美国专利申请No. 61/254，601和2010年9月23日提交的美国专利申请No. 61/385，868的较早申请日权益，所述申请的内容在此通过引用的方式完整并入本文。本专利公开涉及2009年3月20日提交的美国专利申请No. 12/408，473，该专利申请要求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和2008年6月20日提交的美国专利申请No. 61/074，467的申请日权益，所述申请的内容在此通过弓I用的方式完整并入本文。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，版权拥有人对任何人摹真复制专利文献或专利公开没有异议，但另外保留任何及全部版权。通过引用并入在此引用的全部专利、专利申请和公开均通过引用的方式完整并入本文，以便更充分地描述截止本文所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。背景铜(Cu)正在取代铝作为微电子器件(如微处理器和存储器)布线所选用的材料。然而，铜在半导体如硅中的存在造成可能妨碍在半导体中所形成的晶体管正常工作的缺陷。铜还增加了经过置于铜导线之间的绝缘体(如二氧化硅)的电流泄漏。因此，铜布线的使用需要有效的扩散阻挡体包围铜导线，以保持铜被约束至合适的位置。尽管已经努力进行过在铜周围提供扩散阻挡层的许多工作，但是它们均遭遇某些形式的缺点。这些缺点包括导致电容增加的不可接受性高的介电常数(如SiC或Si3N4),所述电容增加降低了可以经铜布线传输信号的速度；加工(如无电沉积CoWP或CoWB)困难，其导致铜导线之间的绝缘体上的电短路；铜电阻因掺入用来形成阻挡层的其他材料(如CoffP, CoWB或Mn)而增加、铜电阻因退火期间存在杂质(如Mn)所引起的铜晶粒生长限制而增加、阻挡层(如MnOx)与铜附着不良等。其他工作集中在铜层的生长方面，如在阻挡层顶部上的窄沟槽和窄孔洞(也称作过孔)中生长铜。为这种目的，已经提出碘作为使用CVD技术生长铜时的合适催化剂。然而，因为碘不与阻挡层(如TaN和TiN)轻易地附着，所以在沟槽和孔洞内部需要薄的铜籽晶层或用等离子体预处理活化隔离层，这已经极难进行。概述本技术涉及在微电子学中使用的铜互连，并且更具体地，涉及确保铜与周围材料之间稳固附着的材料和技术，从而提供阻挡体以防止铜从布线中扩散出来，保持氧气和水不向铜内扩散，并且保持铜导线不受它们承载的电流损害。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，而没有在退火期间或退火后Cu中存在的金属杂质的缺点。在一个实施方案中，在沉积含Cu籽晶层之前，金属如Mn、Co、Cr或V与绝缘体的表面反应。在某些实施方案中，将Mn、Co、Cr或V通过保形化学气相沉积(CVD)方法输送到表面，其中所述方法不涉及使用任何含氧共反应物以及Mn、Co、Cr或V的前体。在某些实施方案中，CVD方法可以还包括使用含氮共反应物，如氨，从而在暴露于蒸汽的表面上或其附近掺入导电性金属氮化物。已经发现金属氮化物(如氮化锰)的存在增加与后续沉积的铜层附着。根据本专利技术的某些实施方案，该方法不因在过孔底部形成阻挡体而藉以电阻增力口。在金属反应和/或产生金属氮化物的反应后，沉积Cu籽晶层，优选通过CVD进行。也可以将籽晶层沉积为铜化合物，如氧化铜(Cu2O)、氮化铜(Cu3N)或氮氧化铜(CuOzNw),其稍后还原成Cu。在本专利技术另一个方面，就在CMP步骤后，将Mn、Co、Cr或V沉积在部分完成的互连的平坦表面上(即，平面化结构)。在该表面的绝缘部分的顶部上，Mn、Co、Cr或V与绝缘体中所含的硅和氧反应以形成绝缘性金属硅酸盐层，例如MnSixOy层，其中所述金属是锰。在 其中金属Mn沉积于Cu线顶部(填充有Cu的沟槽的顶部)上的区域内，锰溶解入Cu的顶部层中，以形成Cu-Mn合金。随后,在Cu-Mn和MnSixOy区域上方,形成用于下一个更高能级绝缘体的绝缘体覆盖沉积物(blanket deposition)。在其中这种绝缘体的最初沉积部分是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向上扩散以与该绝缘体反应，从而在Cu和该绝缘体之间形成MnSixNy扩散阻挡体。这种MnSixNy层的存在还增加铜和其上方的绝缘体之间的附着。可以获得强有力附着的扩散阻挡层和在Cu全部表面上包围Cu的附着层。所述MnSixOy和MnSixNy层提供了高导电性、强有力附着且耐久的铜层用于例如电子元件、电路、器件和系统的生产。在本专利技术另一个方面，就在CMP步骤后，仅将Mn、Co、Cr或V选择性地沉积在部分完成的互连的平坦表面(即，平面化结构)的金属性区域上。与此同时，很少或不将Mn、Co、Cr或V沉积在绝缘体的附近表面上。该方法增加铜与后续沉积的绝缘体附着，同时维持跨约相邻铜导线之间绝缘体的很低的电泄漏。该方法增加了铜互连在它们因电迁移而失效之前的寿命。在某些实施方案中，本申请描述用于形成集成电路互连结构的方法。该方法包括提供了包括电绝缘区和导电含铜区的部分完成的互连结构，所述部分完成的互连结构具有基本上平坦的表面；在导电含铜区的至少一部分之上或之中沉积选自锰、铬和钒的金属(M);在沉积金属的至少一部分上沉积绝缘膜，其中沉积绝缘膜的与所述沉积金属的至少一部分接触的区域基本上不含氧；并且使沉积金属的至少一部分与绝缘膜反应以形成阻挡层，其中导电含铜区是基本上不含元素金属(M)。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结构，所述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；在部分完成的互连结构上沉积选自锰、铬和钒的金属(M);通过沉积的金属与所述一种或多种电绝缘材料反应来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；并且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。在某些实施方案中，提供了通过使用氮化锰作为底层和使用碘作为表面活性剂催化剂的CVD法而用铜或铜锰合金自底向上填充沟槽或孔洞的方法。铜或铜锰合金以使用适宜蒸气源的CVD法沉积。可以实现低于IOOnm的沟槽的保形沉积。保形沉积的氮化锰膜显示抗Cu扩散的阻挡体性能并且增强Cu与介电绝缘体之间的附着。吸附的碘原子从氮化锰膜表面的释放允许碘充当漂浮于正在生长的铜层表面上的表面活性剂催化剂。随着铜层生长，碘从沉积界面持续释放以^漂，至正在生长的铜层的顶部并且充当下一个待沉积铜层的表面催化剂。因此，在纵横比超过9 I的窄于20nm的沟槽中实现纯铜或铜锰合金的CVD的无空洞自底向上填充。一旦退火后，该合金中的锰离开铜越过晶界扩散出来并且形成自对准层以进一步改善铜/绝缘体界面处的附着性能和阻挡性能。这个过程为微电子器件提供具有更高速度和更长寿命的纳米级互连。提供了材料和技术以确保铜与周围材料之间稳固附着、形成阻挡体以防止铜从布线扩散出来、防止氧气和水腐蚀铜并且保持铜导线不受它们承载的电 流损害。在一个实施方案中，具有开放沟槽(其将含有导线)和孔洞(将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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，H·B·班达理，Y·欧，Y·林，
申请(专利权)人：哈佛大学校长及研究员协会，
类型：
国别省市：
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