半导体结构及形成铜扩散阻挡层的方法技术

一种方法，包括：形成铜金属线路；以及形成用于所述线路的包括贵金属的扩散阻挡层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术一般涉及用于制造半导体集成电路的方法。在所谓的镶嵌(damascene)方法中，可以在层间电介质材料内的沟槽中形成铜层。在某些情形中，铜材料最终形成用于传导信号的金属线路。但是，铜材料易于扩散，可能对附近的部件产生不利的影响。因此，希望提供一种扩散阻挡层来阻止铜原子的扩散。目前，使用的是钽基或钛基扩散阻挡层。但是，钽和钛形成了天然氧化物，它妨碍以可接受的附着性和晶片内的均匀性在钽或钛表面上直接电镀铜。因此，有必要在原位(in situ)(在用于沉积钽基或钛基扩散阻挡层的同一个腔室中)形成铜籽晶沉积。但是，要求提供物理气相沉积的铜籽晶层是麻烦的。而且，在一些情形中，上覆的(overlying)阻挡层材料和下面的(underlying)电介质之间的附着性是不可接受的。因此，需要更好的办法来在铜层下提供扩散阻挡层。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方案的部分晶片的放大横截面视图；图2是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的晶片的放大横截面视图；图3是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的晶片的放大横截面视图；图4是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的晶片的放大横截面视图；图5是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的晶片的放大横截面视图；图6是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的晶片的放大横截面视图；图7是根据本专利技术另一个实施方案的晶片的放大横截面视图；图8是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的图7所示晶片的放大横截面视图；图9是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的图8的晶片的放大横截面视图；图10是根据本专利技术一个实施方案的图6所示的晶片在进一步处理之后根据本专利技术另一个实施方案的放大横截面视图；图11是根据本专利技术一个实施方案进一步处理之后的图10所示晶片的放大横截面视图。具体实施方法请参考图1，半导体衬底10可以由电介质材料12覆盖，所述电介质材料比如为二氧化硅、氮化物或其他电介质材料。形成电介质分隔14，以形成界定铜线路的相对区域。传统的光刻和蚀刻方法可以用来在电介质层12中形成沟槽或通路(via)16，如图2所示。在一个实施方案中，这些特征可以根据镶嵌方法来确定。尽管图示了使用沟槽优先方法的实施方案，但是其他方法可以涉及通路优先方法或其他技术。然后，在一个实施方案中，如图3所示，可以沉积附着增进层18，比如钛、氮化钛、氧化钌、钽、或氮化钽，且举几个实施例。层18在电介质材料12和上覆层之间提供附着作用。在另一个实施方案中，在通路16的底部可以没有附着增进层18。如图4所示，在原位脱气和/或预清洗之后，可以沉积下面的非氧化贵金属扩散阻挡层20。贵金属扩散阻挡层20阻挡铜原子的扩散。用于该目的适当贵金属包括铂、金、钯、锇、钌、铑、钼、铱、RuN、RuO和MoN，且举几个实施例。沉积该贵金属可以使用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、任何上述方法的混合或任何其他可以使用的技术。当使用化学气相沉积或原子层沉积时，在某些实施方案中，可以通过改变输入反应物气体来生长薄的氮化物或氧化物层以增进对周围电介质材料的附着性。然后纯本体(bulk)阻挡材料可以被生长到精确厚度，以增进能与化学机械平面化(CMP)相容的阻挡层。与物理气相沉积相比，化学气相沉积和/或原子层沉积方法还可以导致更大的阶梯覆盖范围(step coverage)、对称性和晶片内的均匀性。如图5所示，完成对沟槽和通路的填充，整个结构采用铜22填充。在一些实施方案中，可以使用双镶嵌镀覆方法。这可以使用电镀或其他填充技术来进行。铜22可以通过使用化学机械平面化或任何其他平面化技术从晶片范围内去除，以得到如图6所示的平坦表面。于是，在电介质分隔14的两侧可以形成一对铜金属线路22a和22b。对于任意数目的层，这些步骤可以重复。在本专利技术的一些实施方案中，通过使用贵金属减少了扩散阻挡层的氧化。这不需要提供原位籽晶层就可以完成。在一些实施方案中，不需要铜籽晶，贵金属扩散阻挡层的导电性就足以使得在阻挡层上能够直接进行镀覆。在一些应用中，使用铜镀覆工具时，非氧化的贵金属扩散阻挡层不使用中间附着层就可以增进镀覆的铜和下面的本体阻挡层材料之间的附着性，而且可以降低从阻挡层去除天然金属氧化物层的需要。贵金属扩散阻挡层的厚度可以足够薄，从而能够使用化学机械平面化或低压化学机械平面化从晶片范围内去除阻挡层材料。通过使用单一阻挡层材料方法，在一些实施方案中，工具产率可得到增加，集成(integration)方面的顾虑可以减少。此外，在一些实施方案中，可降低在铜镀覆之前首先蚀刻阻挡层材料以改善附着性的需要。而且，在一些实施方案中，可降低化学活化阻挡层表面的需要，从而节省了工艺步骤，降低了工艺成本，并减轻了对回收和/或环境方面的考虑。使用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积来沉积贵金属是已知的。例如，Y.Matsui等人在Electro.And Solid-State Letters(电学和固态通讯)，5，C18(2002)公开了使用Ru(EtCp)2来沉积钌。K.C.Smith等人在Thin Solid Films(固体薄膜)，v376，p.73(Nov.2000)公开了使用2，3来沉积钌。在http//thinfilm.snu.ac.kr/research/electrode.htm中公开了使用四甲基庚二酮酸钌(Ru-tetramethylhentane dionate)和Ru(CO)6来沉积钌。A.Etspuler和H.Suhr在Appl.Phys.(应用物理)A，vA48，p.373(1989)公开了使用二羰基(2，4-戊二酮酸)钌(I)来沉积铑。KA.Gesheva和V.Abrosimova在Bulg.J.of Phys.，v19，p.78(1992)公开了使用Mo(Co)6来沉积钼。D.W.Woodruff和R.A.Sanchez Martinez在Proc.of the 1986 Workshopof the Mater.Res.Soc.(材料研究学会1986年研讨会论文集)，p.207(1987)公开了使用MoF6来沉积钼。Y.Senzaki等人在Proc.ofthe 14thInter.Conf.and EUROCVD-11，p.933(1997)公开了使用Os(六氟-2-丁炔)(CO)4来沉积锇。V.Bhaskaran在Chem.Vap.Dep.，v3，p.85(1997)公开了使用1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮酸钯(II)来沉积钯，以及E.Feurer和H.Suhr在Tin Solid Films，v157，p.81(1988)公开了使用烯丙基环戊二烯基钯(allylcyclopentadienylpalladium)络合物来沉积钯。M.J.Rand在J.Electro.Soc.，v122，p.811(1975)，以及J.M.Morabito和M.J.Rand在Thin Solid Films(固体薄膜)，v22，p.293(1974)公开了使用Pt(PF3)4来沉积铂；在Journalof the Korean Physical Society(韩国物理学会杂志)，Vol.33，November 1998，p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：史蒂文·约翰斯顿，瓦莱利·迪宾，迈克尔·麦克斯威尼，彼得·穆恩，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：