包括界面电迁移阻挡层的接合衬垫及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种包括第一衬垫级介电层的半导体管芯，该第一衬垫级介电层嵌入第一接合衬垫并位于第一衬底上方。该第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫位于该第一衬垫级介电层中的相应衬垫腔内。该第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫包括：第一金属衬里，该第一金属衬里含有第一金属衬里材料并接触该相应衬垫腔的侧壁；第一金属填充材料部分，该第一金属填充材料部分嵌入该第一金属衬里中；和金属电迁移阻挡层，该金属电迁移阻挡层接触该第一金属填充材料部分并邻接该第一金属衬里。充材料部分并邻接该第一金属衬里。充材料部分并邻接该第一金属衬里。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括界面电迁移阻挡层的接合衬垫及其制造方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年1月14日提交的美国非临时专利申请序列号16/742,213的优先权的权益，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。


[0003]本公开大体上涉及半导体器件领域，并且具体地涉及半导体结构及其制造方法，该半导体结构包括具有含有界面电迁移阻挡层的接合衬垫的半导体管芯。

技术介绍

[0004]每单元具有一个位的三维垂直NAND串在T.Endoh等人的名称为“具有堆叠环绕式栅极晶体管(S
‑
SGT)结构化单元的新型超高密度存储器(Novel Ultra High Density Memory With A Stacked
‑
Surrounding Gate Transistor(S
‑
SGT)Structured Cell)”，IEDM Proc.(2001)33
‑
36的文章中公开。

技术实现思路

[0005]根据本公开的方面，提供一种包括第一半导体管芯的结构。该第一半导体管芯包括：第一衬垫级介电层，该第一衬垫级介电层嵌入第一接合衬垫并且位于第一衬底上方，其中该第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫位于该第一衬垫级介电层中的相应衬垫腔内并且包括：第一金属衬里，该第一金属衬里包括第一金属衬里材料并且接触该相应衬垫腔的侧壁；第一金属填充材料部分，该第一金属填充材料部分嵌入该第一金属衬里中；和金属电迁移阻挡层，该金属电迁移阻挡层接触该第一金属填充材料部分并且邻接该第一金属衬里。
[0006]根据本公开的另一方面，提供一种形成结构的方法。该方法包括：在第一衬底上方形成第一衬垫级介电层；在该第一衬垫级介电层中形成衬垫腔；在该第一衬垫级介电层中的每个衬垫腔内形成第一过程中接合衬垫，该第一过程中接合衬垫包括第一金属衬里和第一金属填充材料部分；使该第一金属填充材料部分中的每个第一金属填充材料部分垂直凹陷；以及在该第一金属填充材料部分中的每个第一金属填充材料部分的垂直凹陷表面上形成金属电迁移阻挡层，其中形成包括相应的第一金属衬里、相应的第一金属填充材料部分和相应的金属电迁移阻挡层的第一金属衬垫。
附图说明
[0007]图1A是根据本公开的实施方案的在形成第一通孔级介电层和通孔腔之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0008]图1B是根据本公开的实施方案的在形成第一导电通孔结构之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0009]图1C是根据本公开的实施方案的在形成第一衬垫级介电层和穿过其的第一开口
之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0010]图1D是根据本公开的实施方案的在形成第一连续金属衬里之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0011]图1E是根据本公开的实施方案的在形成第一连续金属填充材料层之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0012]图1F是根据本公开的实施方案的在形成第一过程中接合衬垫之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0013]图1G是根据本公开的实施方案的在使第一金属填充材料部分垂直凹陷之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0014]图1H是根据本公开的实施方案的在形成第一连续金属电迁移阻挡层之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0015]图1I是根据本公开的实施方案的在形成第一接合衬垫之后的第一半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0016]图2A是根据本公开的实施方案的在形成第二通孔级介电层和第二导电通孔结构之后的第二半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0017]图2B是根据本公开的实施方案的在形成第二衬垫级介电层和穿过其的第二开口之后的第二半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0018]图2C是根据本公开的实施方案的在形成第二连续金属衬里之后的第二半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0019]图2D是根据本公开的实施方案的在形成第二连续金属填充材料层之后的第二半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0020]图2E是根据本公开的实施方案的在形成第二接合衬垫之后的第二半导体管芯的示意性垂直截面图。
[0021]图3是图1I的处理步骤处的第一半导体管芯的另一示意性垂直截面图。
[0022]图4是图2E的处理步骤处的第二半导体管芯的另一示意性垂直截面图。
[0023]图5是根据本公开的实施方案的在第二半导体管芯对准以与第一半导体管芯接合之后的包括第一半导体管芯和第二半导体管芯的示例性结构的垂直截面图。
[0024]图6A是根据本公开的实施方案的在将第二半导体管芯接合到第一半导体管芯之后的示例性结构的垂直截面图。
[0025]图6B是图6A的示例性结构的另一视图，其中为清楚起见放大了接合衬垫。
具体实施方式
[0026]包括铜的接合衬垫易于在金属扩散阻挡层附近的区中凹陷，这可加速铜电迁移诱导的空隙形成。本公开的实施方案涉及一种具有含有相应界面电迁移阻挡层的接合衬垫的半导体管芯及其制造方法，其各个方面在下文描述。电迁移阻挡层减少或消除铜电迁移诱导的空隙形成。
[0027]附图未按比例绘制。在其中示出元件的单个实例的情况下可以重复元件的多个实例，除非明确地描述或以其他方式清楚地指出不存在元件的重复。序号诸如“第一”、“第二”和“第三”仅仅被用于标识类似的元件，并且在本公开的整个说明书和权利要求书中可采用
不同序号。术语“至少一个”元件是指包括单个元件的可能性和多个元件的可能性的所有可能性。
[0028]相同的附图标号表示相同的元件或相似的元件。除非另有说明，具有相同附图标号的元件被假定具有相同的组成和相同的功能。除非另外指明，否则元件之间的“接触”是指提供元件共享的边缘或表面的元件之间的直接接触。如果两个或更多个元件彼此或彼此之间不直接接触，则这两个元件彼此“分离”或彼此之间“分离”。如本文所用，定位在第二元件“上”的第一元件可以定位在第二元件的表面的外侧上或者第二元件的内侧上。如本文所用，如果在第一元件的表面和第二元件的表面之间存在物理接触，则第一元件“直接”定位在第二元件上。
[0029]如本文所用，如果在第一元件和第二元件之间存在由至少一种导电材料构成的导电路径，则第一元件“电连接到”第二元件。如本文所用，“原型”结构或“过程中”结构
[0030]是指随后其中至少一个部件的形状或组成被修改的瞬态结构。
[0031]如本文所用，“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可在下层或上覆结构的整体上方延伸，或者可具有小于下层或上覆结构的范围的范围。另外，层可以是均匀或不均匀的连续结构的厚度小于第一连续结构的厚度的区。例如，层可以位于第一连续结构的顶部表面和底部表面之间或在第一连续结构的顶部表面和底部表面处的任何一对水平平面之间。层可水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。衬底可以是层，可以在其中包括一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种结构，所述结构包括第一半导体管芯，其中所述第一半导体管芯包括：第一衬垫级介电层，所述第一衬垫级介电层嵌入第一接合衬垫并且位于第一衬底上方，其中所述第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫位于所述第一衬垫级介电层中的相应衬垫腔内并且包括：第一金属衬里，所述第一金属衬里包括第一金属衬里材料并且接触所述相应衬垫腔的侧壁；第一金属填充材料部分，所述第一金属填充材料部分嵌入所述第一金属衬里中；和金属电迁移阻挡层，所述金属电迁移阻挡层接触所述第一金属填充材料部分并且邻接所述第一金属衬里。2.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一金属衬里和所述金属电迁移阻挡层的组合包封所述第一金属填充材料部分。3.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一衬垫级介电层的远侧表面位于与所述金属电迁移阻挡层的远侧表面相同的水平平面内。4.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一金属衬里包括内部侧壁；所述内部侧壁的远侧区在第一界面处接触所述金属电迁移阻挡层；并且所述内部侧壁的近侧区在位于与所述第一界面相同的二维平面内的第二界面处接触所述第一金属填充材料部分。5.根据权利要求1所述的结构，其中所述第二界面从包括所述金属电迁移阻挡层的远侧水平表面的水平平面垂直偏移垂直间距，所述垂直间距大于所述金属电迁移阻挡层的厚度。6.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一金属衬里和所述金属电迁移阻挡层之间的接触区域具有位于包括所述第一衬垫级介电层的远侧表面的水平平面内的上部边缘。7.根据权利要求6所述的结构，其中所述第一金属填充材料部分的外围区从包括所述第一衬垫级介电层的所述远侧表面的所述水平平面垂直凹陷垂直凹陷距离，所述垂直凹陷距离大于所述金属电迁移阻挡层的厚度。8.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一金属衬里材料包括金属氮化物材料；所述第一金属填充材料部分包括铜或铜合金；并且所述金属电迁移阻挡层包括选自TaN、TiN、WN、Ta、Ti、W、Ru或它们的合金的至少一种材料。9.根据权利要求1所述的结构，其中外围凹槽位于所述第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫的外围部分中的所述金属电迁移阻挡材料上方。10.根据权利要求1所述的结构，所述金属电迁移阻挡层通过所述第一金属衬里与所述第一衬垫级介电层横向间隔开。11.根据权利要求1所述的结构，所述结构进一步包含第二半导体管芯，所述第二半导体管芯包含接合到所述第一接合衬垫中的相应一个第一接合衬垫的第二接合衬垫。12.根据权利要求11所述的结构，其中所述第二接合衬垫中的每个第二接合衬垫包括：第二金属衬里，所述第二金属衬里包括第二金属衬里材料；和
第二金属填充材料部分，所述第二金属填充材料部分接触所述第二金属衬里和所述金属电迁移阻挡层中的相应一个金属电迁移阻挡层。13.根据权利要求12所述的结构，其中：所述第二金属衬里材料包括金属氮化物材料；所述第二金属填充材料部分包括铜或铜合金；并且所述第一接合衬垫中的每个第一接合衬垫内的金属电迁移阻挡层和第一金属衬里...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晨，P，
申请(专利权)人：桑迪士克科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：