形成自对准铜覆盖层的方法技术

一种在铜互连线（１４）上形成覆盖层的方法。该方法包括在该互连线（１４）和其所嵌入的电介质层（１０）上提供铝层（２０）。通过沉积或化学暴露可以实现这个目的。随后，在例如包括氮原子的环境中对该结构进行诸如退火或其他的化学暴露之类的处理，以导致Ａｌ的向内扩散进入铜线（１４）并导致氮化，以便形成金属间化合物ＣｕＡｌＮ的扩散阻挡层（２６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种方法，该方法用于形成与半导体器件的铜互连 层相关的自对准铜覆盖层，以便改进它的可靠性以及改善线间的电容 性耦合。
技术介绍
过去，由于铝的低电阻率、对二氧化硅的良好的粘附性、低价 格、易于键合以及良好的刻蚀性，所以铝是在半导体器件中的电互连 中主要采用的导电材料。由于对于超大规模集成电路，器件的几何结 构持续按比例縮小，所以在要求更高级别的可靠性的同时，对具有小 间隔和高导电性的互连布线的需求日益增大。当前，如果测试显示出相当于10年的使用寿命，则认为集成电路的性能良好。然而，在一 些特定的应用中，例如空间应用(例如，卫星、探测器等)、医疗(例 如，起搏器及其类似应用)、以及军事应用，可能需要更长的使用寿 命，以便避免或至少降低更换器件的需要。在高级的高性能集成电路器件领域中，广泛地使用铜互连技术 已经确立。实际上，在很多情况下，由于铜的更低电阻率和更高的可 靠性(人们认为这是因为它的电迁移的更高的激活能)，铜已经取代 铝。参照附图的图l，在一种已知的用于形成铜互连的嵌入工艺中， 在衬底上沉积金属内(intrametal)电介质层10 (例如，SiOC)， 并对其进行图案成形和刻蚀以形成沟槽，在沟槽的每个侧面上的金属 内层IO上保留残余硬掩模11。接下来，在结构上沉积阻挡层12，此 后，在整个结构上沉积铜层。然后，对铜进行化学机械抛光(CMP)， 以将铜互连线14嵌入在金属内电介质层10中。接下来，在铜14和 金属内电介质层IO上沉积电介质阻挡层或覆盖层16 (例如，氮化硅 SiN或碳化硅SiC)(铜必须被阻挡层包围，以防止它扩散到周围的电介质中)。最后的处理步骤是沉积钝化层18。导致互连层性能下降的一个主要现象是电迁移，其中，当电流 通过互连线时，互连线的原子物理地改变位置。电迁移通常被定义为 当电流流入原子组成的线时，由于电子而使原子移动。虽然铜的电迁 移抵抗性比铝的电迁移抵抗性大，应当理解的是，随着几何结构持续 降低和电流密度不断增大，铜会逐渐地开始受到电迁移可靠性问题的 影响。在高电流密度下，铜原子在电子流的方向上移动，空位在界面 处以相反方向聚集成空穴，空穴具有增大电路阻抗并最终导致开路的 效果，这会导致器件失效。在覆盖层16 (电介质)和互连线14 (导体)之间的不良界面20导致差的粘附性以及降低了的电迁移抵抗性。实际上，在铜和绝缘覆 盖层之间的不良界面是铜互连可靠性中的大部分早期失效的主要原因。而且，靠近互连线14的顶部，电场浓度最大，这会增强局部铜 迁移和应力引起的空穴产生。从而，需要对铜/电介质界面进行修改以降低铜迁移和空穴形 成，从而在保持高性能和可靠性的情况下，将铜互连技术的可行性扩 展至更小的尺寸。已经提出了一些用于该目的的方法。这些方法很多 着眼于采用选择性沉积技术(例如，化学气相沉积和无电沉积)，以 便在铜化学机械抛光(CMP)之后，在铜上沉积薄金属，例如W、 ZrN、 CoWB、 CoWP。例如，在先进的Cu双面嵌入工艺中，已经提出采用自对准阻挡 层(SAB)来代替用于金属线覆盖的电介质阻挡膜。SAB主要适用于 改善电迁移抵抗性和减小邻近金属线之间的电容性耦合。当前的自对 准阻挡层集成方案通常是基于选择性的无电CoWP沉积工艺，电迁移 性能中的显著改善是由实现这些金属覆盖层产生的。然而，无电阻挡 层的缺点是，由于在金属线间的任何金属沉积都可能降低泄漏电流特 性，以及认为在将这些阻挡层引入标准工艺流程之前需要进行重要的 集成开发，所以这种方法面临选择性问题。作为可替换方案，近来提出了 CuSiN阻挡层形成方法，这种方法基于铜表面改性，从而在传播性能方面与其他选择性沉积阻挡层技术等同的情况下减轻上述的选择性问题。简单地说，在清洗铜线的上 表面之后，执行硅烷(SiH4)的分解，并在表面合并Si以在互连线 的上表面形成一硅化二铜层。随后，通过涂覆NH3退火/等离子来实现氮合并，以形成CuSiN阻挡层。换句话讲，通过修改铜互连的表面， 而不是通过选择性沉积技术来形成CuSiN阻挡层。然而，这种方法的 缺点是，如果硅化工艺(CuSi形成)没有得到很好的控制/停止，那 么互连线的电阻率可能会增大一个不能被接受的量。已经认识到合金元素在铜中的出现起增大电迁移抵抗性的作 用，这是由于这将Cu原子限制在金属内化合物的晶格中，以及认为 Cu合金覆盖方法在改善可靠性方面非常有效。己知自对准工艺用于 在互连的上表面上产生Cu合金罩。例如，美国专利No. 5447599描述 了用于覆盖铜线的自对准工艺，其中，在CMP之后，用钛(Ti)涂覆 这些线，并对这些线进行后续的退火处理，以在铜/钛交界处产生 Cu3Ti合金。通过干法刻蚀剥离未反应的钛，随后通过在550-65(TC 温度范围内的NH3环境下经过大约5分钟的快速热退火(RTA)，将 剩余的Cu3Ti合金转化为TiN(O)和铜。从而，用TiN(O)层覆盖铜线， TiN(O)充当有效的扩散阻挡层。然而，在当前的集成方案中，退火温 度最高为40(TC (优选采用较低的温度)，这个温度不够高，不足以 从金属间Cu:!Ti化合物产生TiN覆盖。因此，由于剩余在线中的Cu3Ti 的高电阻率，所以互连线的电阻率仍然是高的。实际上，将铜和其他元素形成合金的主要缺陷是电阻率的增大。 对于下一代技术而言，这将成为日渐关注的问题，其中，由于电子在 晶界和界面处的散射，铜电阻率开始非线性增大。而且，合金元素的 出现所引起的更小的铜晶粒尺寸以及在晶界上的杂质的出现也可以 增大Cu的电阻率，这将RC延迟推向不能被接受的较高程度。实际需要的是在铜线的上表面上的具有非常低密度的合金元素 的铜合金固溶体，从而使得合金浓度足够大到能改善粘附性，但还应 尽可能地小到以避免显著的线电阻增大(也就是说，在Cu合金覆盖 层和防止扩散的SiCN薄层之间的上界面处的合金浓度小于1%)。US 2004/0207093 Al描述了一种方法，凭借这种方法，通过铝的自对准向内扩散来使得Cu-Al合金覆盖层用于改进电迁移性能。从 在化学机械抛光步骤之后的结构开始，参照附图的图2a，铜互连14被嵌入在其间具有阻挡层12的金属内电介质层10内。例如，通过 PVD、 CVD或ALD，在金属线14和电介质层10的顶部沉积薄金属Al(或镁、锌等)膜20，如图2b所示。然后，对铝膜20进行退火， 从而在互连线14的顶部形成薄Cu合金层22，如图2c所示。通过湿 法或干法化学刻蚀，去除在退火步骤(即，形成Cu合金)之后剩余 的铝20 (见图2d)，然后，通过Cu-Al层22的氮化、氧化或碳化， 在互连线14的顶部形成A1N、 Al203或AlX3膜(保护层)24，如附图 的图2e所示。然而，用于形成保护层的工艺意味着在Cu合金中提供了足够量 的铝来产生该层。而且，保护层的产生需要铝的扩散，并且向内扩散 可能同等地发生在整个互连线上。除了其他因素之外，这些因素可以 导致非常高的互连电阻率。优选地，提供一种形成用于集成电路的互连层的方法，从而， 在互连电阻率没有过度增大的情况下改善了可靠性。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种形成用于集成电路的互连层的方法，该方法包括下列步骤在电介质层中提供第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用以形成用于集成电路的互连层，该方法包括下列步骤：在电介质层中提供第一金属的互连线；在所述互连线的表面上提供第二金属的层；执行一种处理，以使得所述第二金属的原子向内扩散进入所述互连线邻近所述表面的部分中，并在所述向内扩散过程中，使所述互连线暴露于非金属物质的原子，以便在所述互连线邻近所述表面的所述部分中形成扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括一个化合物层，该化合物包括所述第一金属、所述第二金属以及所述非金属物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-11-28 05300969.21.一种方法，用以形成用于集成电路的互连层，该方法包括下列步骤在电介质层中提供第一金属的互连线；在所述互连线的表面上提供第二金属的层；执行一种处理，以使得所述第二金属的原子向内扩散进入所述互连线邻近所述表面的部分中，并在所述向内扩散过程中，使所述互连线暴露于非金属物质的原子，以便在所述互连线邻近所述表面的所述部分中形成扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括一个化合物层，该化合物包括所述第一金属、所述第二金属以及所述非金属物质。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一金属包括铜， 所述第二金属包括铝、镁或硼。3. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述非金属物质包括氮、 氧或碳，以便在退火处理期间使所述互连线和第二金属的层暴露于该 非金属物质而分别引起氮化、氧化和碳化。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二金属的层被沉 积在互连线和邻近的电介质层的表面上。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在包含所述非金属物质 的环境中，对所述互连线和所述第二金属的层进行反应性退火处理， 以便使所述第二金属的原子向内扩散进入互连线，并在互连线的表面 上产生合金层，该合金层与所述非金属物质的原子反应以形成扩散阻 挡层。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，在等离子环境中以相对 低的温度执行所述退火处理。7. 根据权利要求6所述的方法，其中，在反应性环境中以相对 高的温度执行所述退火处理。8. 根据权利要求5所述的方法，其中，还将所述第二金属的层 沉积在电介质层的表面上，并且与所述非金属物质的原子的反应导致 第二金属的层在电介质上的部分被转化为所述第二金属的绝缘化合 物。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，用气态前体...

【专利技术属性】
技术研发人员：维姆FA贝斯林，托马斯瓦尼佩，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]