镀铜的高纵横比过孔及其制造方法技术

本发明专利技术涉及镀铜的高纵横比过孔及其制造方法。本发明专利技术提供了改善的高纵横比过孔及其形成技术。在一个方面中，提供了一种制造镀铜的高纵横比过孔的方法。该方法包括以下步骤。在介质层中蚀刻高纵横比过孔。在高纵横比过孔中并在介质层的一个或多个表面之上沉积扩散阻挡层。在扩散阻挡层之上沉积铜层。在铜层之上沉积钌层。用钌层上镀敷的铜填充高纵横比过孔。还提供了通过该方法形成的镀铜的高纵横比过孔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体互连结构，更具体地，涉及改善的高纵横比过孔及 其形成技术。
技术介绍
随着多层布线阵列特征的尺寸持续缩小，过孔的制造正变得更加困难。 也就是说，常规的过孔制造工艺无法跟上当前希望级别的特征尺寸。例如，图1A-1C示出了在涉及较小特征尺寸(例如45纳米(nm)节点或更小技 术)时，与常规的过孔制造工艺相关联的常见问题。如图1A所示，在基 板100上沉积介质层120，并在介质层120中蚀刻过孔101。如图1B所示， 在过孔101/介质120的表面加衬扩散阻挡层130。扩散阻挡层可以是氮化 钽(TaN)或者任何其他适合的扩散层材料。使用电镀，用铜(Cu)填充 过孔101。然而，为了进行电镀，首先需要沉积籽晶层，随后在其上镀敷 Cu。也就是i兌，如图1C所示，通过在扩散阻挡层130上'减射沉积Cu来 形成籽晶层140。该方法的问题在于，在过孔宽度缩小到约80nm以下并且纵横(深t 宽度)比大于约5:1时，结构的电镀开始出现问题。如图1C所示，在籽 晶层140中存在Cu厚度的显著不均匀。该不均匀起因于'践射沉积工艺的 与如下事实相关的方向特性，该事实为在过孔底部/侧壁需要具有充足厚度 的Cu层以便Cu层是连续的从而确保没有无法镀敷的点。结果，在过孔 的水平表面上沉积过量的Cu。该过量的Cu最终变得悬挂于过孔开口之上。 结果，在试图电镀时，该悬挂物使过孔开口闭塞并导致过孔开口闭合，在 过孔中留下未填充的空隙，这会引起严重故障。为了试图防止上述悬桂物闭塞问题，已经提出了一种可选方法，其中，取代在扩散阻挡层上溅射沉积Cu籽晶层，通过化学气相沉积(CVD)，即 在存在过量CO的情况下通过羰合钌(Ru3(CO)12)前体，在扩散阻挡层上 沉积钌(Ru)籽晶层。以该方式形成的Ru籽晶层可以被保形沉积，从而 不会产生厚悬挂层，这显著降低了在随后的Cu电镀过程中的空隙形成的 问题。然而，使用Ru籽晶层具有明显的缺点，这是因为与Cu相比Ru具有 相对高的电阻率并且Ru具有化学惰性。例如，电镀之后，通常使用化学 机械抛光(CMP)将过孔金属平面化到介质表面。实际上，使用标准的 Cu抛光浆料，可以抛光掉的Ru的量的上限大约为5nm。然而，Ru的体 电阻率比Cu的电阻率高出4倍多。如果只沉积5nm的Ru，所得结构的 电阻率使电镀非常困难，经过晶片的电压降在Cu沉积中产生不可接受的 不均匀。可以通过沉积较厚的Ru层来增加基敗的导电率，来减轻该问题， 但是随后的CMP工艺将无法进行。不管如何选择都存在问题，如果Ru 足够厚以使镀敷容易，则随后的CMP将无法使用标准的Cu抛光浆料进 行。如果Ru层^皮减薄到可以进行CMP的厚度，则J41的电阻率太大而 无法使用标准的技术进行均匀的镀敷。此外，即使开发一种抛光较厚Ru 层的方法，其也不是希望的解决方案。为了便于电镀工艺而添加的附加Ru 会在CMP后保留在过孔中，这将降低在过孔中可获得的Cu的量，过孔 的电阻将显著增加，从而降低性能。因此，需要改善的过孔制造工艺，其可以适应大多数当前的缩放技术 需求并可以一致地制造功能恰当、切实可行的过孔。
技术实现思路
本专利技术提供了改善的高纵横比过孔及其形成技术。在本专利技术的一个方 面中，提供了一种制造镀铜的高纵横比过孔的方法。该方法包括以下步骤。 在介质层中蚀刻高纵横比过孔。在高纵横比过孔中并在介质层的一个或多 个表面之上沉积扩散阻挡层。在扩散阻挡层之上沉积铜层。在铜层之上沉积钌层。使用在钌层上镀敷的铜填充高纵横比过孔。在本专利技术的另一个方面中，提供了一种在介质层中形成的镀铜的高纵横比过孔。该镀铜的高纵横比过孔包括高纵横比过孔；扩散阻挡层，其 加衬于高纵橫比过孔和介质层的一个或多个表面上；铜层，其在扩散阻挡 层之上；钌层，其在铜层之上；和铜，其被镀敷在钌层上，填充高纵横比 过孔，以形成镀铜的高纵横比过孔。通过参考下面的详细描述和附图将获得对本专利技术的更加完整的理解以 及本专利技术的进一步的特征和优点。附图说明图1A-1C是说明常规过孔制造工艺的截面图；以及图2A-2D是说明根据本专利技术的实施例的示例性过孔制造工艺的截面图。具体实施例方式图2A-2D是说明示例性过孔制造工艺的截面图。如图2A所示，在基 板200上沉积介质层220。介质层220可以包括4壬何适合的介质材料，包 括但不限于二氧化硅(Si02)、硅-碳-氧-氢材料(例如SICOH)和有机聚 合物中的一种或多种，并可以通过任何适合的沉积工艺，例如化学气相沉 积(CVD )、原子层沉积(ALD )、蒸发、溅射或基于溶液的技术例如旋涂， 沉积从约10纳米(nm )到约1000nm的厚度。基敗200通常表示在单层 或多层布线阵列中的任何布线或接触层。然后，使用任何适合的蚀刻工艺 例如反应离子刻蚀(RIE)，在介质层220中蚀刻高纵横比过孔201。根据 一个示例性实施例，使用RIE在介质层中蚀刻高纵横比过孔201,其具有 大于或等于约5:1的深度d/宽度w纵横比。如图2B所示，在高纵橫比过孔220/介质层220的顶表面加衬扩散阻 挡层230。扩散阻挡层230可以包括任何适合的扩散阻挡材料，包括但不 限于氮化钽(TaN)或其他金属的氮化物、氧化物、硫化物、硼化物或磷 化物，并且可以使用任何适合的沉积工艺例如CVD、 ALD或賊射在高纵如图2C所示，在扩散阻挡层230上沉积铜(Cu )籽晶层240。 Cu籽 晶层240可以通过任何适合的沉积工艺例如CVD、 ALD或賊射沉积从约 lnm到约5nm的厚度。初始沉积Cu籽晶层240在电镀期间作为电流运载 层(current carrying layer),因此(例如与上述图1A-1C中的工艺相比)不 需要达到在过孔侧壁上连续覆盖所需的厚度(即，Cu籽晶层240只需要 达到在电镀期间用作电流运载层所需的厚度，参见本段所述的示例性厚 度)。因此，不存在悬桂物(上述的)(防止遮蔽以及未填充的空隙)，这有 助于将镀敷用于较小、高纵横比的结构。然后，在Cu籽晶层240上沉积钌(Ru)籽晶层250。 Ru籽晶层250 可以通过任何适合的沉积工艺例如CVD或ALD沉积。根据一个示例性实 施例，使用CVD，即在存在过量CO的情况下通过羰合钌(Ru3(CO)12) 前体沉积Ru籽晶层250。有利地，通过该高保形工艺形成的Ru籽晶层 250只被沉积到确保在过孔侧壁上实现连续覆盖的厚度，因此，在由标准 化学机械抛光(CMP)设定的限度内(参见下面有关图2D的描述)。根据 一个示例性实施例，Ru籽晶层250被沉积至小于或等于约5nm的厚度。 Cu籽晶层240上Ru籽晶层250在此也被称为Cu上Ru双层。如图2D所示，例如通过在Ru籽晶层250上电镀Cu 260，用Cu 260 填充高纵横比过孔201，以形成镀Cu的高纵横比过孔。如果希望，然后 可以使用CMP将镀Cu 260/Ru籽晶层250/Cu籽晶层240/扩散阻挡层230 平面化到介质层220的顶表面(未示出)。本Cu上Ru双层籽晶层结构的一个优点(对于Cu电镀，参见上述) 在于例如与在Cu籽晶层上镀Cu相比，在Ru上镀Cu展现出优异的形 态。即，在线路中，观察到较大的晶粒，在过孔中，发现较大并且取向的 柱状晶粒。较大晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造镀铜的高纵横比过孔的方法，包括以下步骤：　在介质层中蚀刻高纵横比过孔；　在所述高纵横比过孔中并在所述介质层的一个或多个表面之上沉积扩散阻挡层；　在所述扩散阻挡层之上沉积铜层；　在所述铜层之上沉积钌层；以及　 　用在所述钌层上镀敷的铜填充所述高纵横比过孔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FR麦克菲力，杨智超，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]