專利名稱：制造半導體器件結構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造一種結構的方法，尤其但不僅僅涉及半導 體結構。
背景技術：
高性能集成電路(ic)上的晶體管的密度正在穩(wěn)步地增加。集 成大量有源元件需要這種ic以多層高密度金屬互連為特征。
近來，半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從使用鋁互連金屬和金屬線間的二氧化
硅電介質轉移為使用銅金屬和低k電介質材料。
銅降低了金屬互連線的電阻而低k電介質材料降低了金屬線間 的寄生電容。在一種被稱為"雙嵌入"制造工藝中己經(jīng)采用了這些新 的材料，所述"雙嵌入"制造工藝用于產(chǎn)生先進的高性能IC所需要 的多層、高密度金屬互連。
原子層淀積(ALD)和化學汽相淀積(CVD)是眾所周知的可以 用于在雙嵌入類型結構中淀積共形銅擴散阻擋層和銅種子層。
擴散阻擋層是淀積在例如在像上面提到的低k材料的電介質材 料中形成的溝槽或通孔壁上的保護層，并且擴散阻擋層阻止在制造過 程中用于填充溝槽或通孔的例如銅的金屬擴散進電介質材料中。擴散 阻擋層例如可以由TiN形成。
金屬種子層是例如銅的金屬層，典型地被淀積在溝槽或通孔中 的擴散阻擋層上，所述金屬種子層有利于用金屬來進行的后續(xù)的溝槽 或通道的完全填充。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例旨在提供一種簡便的方法，在半導體器件結構 中，通過該方法將一層生在另外一層上。
4根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導體器件結構的方法，在該方 法中，在襯底上淀積第一材料層的過程中使用了基于鹵化物的前驅 體，并且其中來自該淀積的殘余鹵素被用于催化在第一層上的第二材 料層的生長。
在一個實施例中，第一材料層是在限定在襯底中的溝槽或溝道 的底部和/或側壁上淀積的擴散阻擋層。
第二材料層可以是金屬層，當?shù)诙犹畛錅系阑蛲讜r，殘余 鹵素催化該金屬層的生長。
優(yōu)選地，基于鹵素的前驅體是基于碘或基于溴的前驅體。


參考附圖，將僅以示例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述。其中..
圖1至5圖示說明了制造互連結構的步驟。
具體實施例方式
參考附圖的圖1，圖示說明了形成的嵌入結構1的一部分。結構 l包括在這個示例中是超低k材料的電介質材料形成的第一電介質層 2，第一電介質層2與在這個示例中是銅的第一金屬層3鄰近。例如 由導電TaN形成的薄阻擋層4將電介質層2和第一金屬層3隔離。
例如由SiCN形成的蝕刻停止層5覆蓋了第一電介質層2以及部 分覆蓋了第一金屬層3。
在蝕刻停止層5上形成包括超低k材料的第二電介質層6。第二 電介質層6包含一個通道7，該通道具有開口端7a和由第一金屬層3 封閉的閉口端7b。該通道的壁7c限定了具有開口端7a的第一通道 部分或溝槽7d以及限定了具有閉口端7b的第二通道部分或通孔7e。 第一通道部分7d比第二通道部分7e寬。
在第二電介質層6的上表面上形成USG硬掩模層8。在USG硬掩 模層8上形成TiN硬掩模層9。
采用已知的標準技術制造結構1。簡單地說，淀積具有或不具有中間硬掩模和頂部硬掩模的低k層。旋轉并且光刻曝光抗蝕劑。形成 抗蝕劑圖形、刻蝕硬掩模，然后去除抗蝕劑。然后刻蝕多孔低k材料 和層5以形成通道7。
現(xiàn)在參考圖2，在通道7的壁和封閉通道7的第一金屬層3上淀 積擴散阻擋層IO。在優(yōu)選的示例中，阻擋層10包括TiN。使用基于 ^化物的前驅體(Ti鹵化物前驅體，當層9是TiN時)和優(yōu)選地使 用ALD或CVD來淀積阻擋層10。在阻擋層10的淀積完成后，來自前 驅體的鹵化物11保留在阻擋層10的表面上，這是有利的。這些鹵化 物用來催化金屬層12的后續(xù)淀積(見圖3)，在優(yōu)選的實施例中， 該淀積過程是使用CVD淀積銅金屬。
在優(yōu)選的實施例中，ALD用于生長阻擋層10。 ALD利用通過惰性 氣體組成的凈化脈沖彼此隔離的兩種或多種前驅體的交替脈沖。通過 反應吸附到表面，生長以次單層的形式發(fā)生在次單層中。在每個脈沖 期間，因為占據(jù)活性位置，生長是自限制的。結論有三方面..1)獲 得了非常均勻和共形的生長行為，2)通過次單層生長行為產(chǎn)生的單 層允許僅僅通過設置周期數(shù)量就能完全控制總堆疊厚度，3)因為在 每個脈沖序列期間，反應產(chǎn)物被完全地從表面去除，所以具有較低的 污染程度。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在250-400。C的淀積溫度，通過使用 碘化鈦(TiIJ和氨氣(NH3)作為前驅體執(zhí)行TiN的原子層淀積。ALD 技術是基于使在CVD工藝中所用的氣體反應物每次一個與晶片表面 反應的原理。優(yōu)選實施例中的淀積序列如下文所述。在W002/063677 中描述了適合用于執(zhí)行這種淀積的設備。
首先，將一種反應物引入反應腔。該前驅體與表面反應因此發(fā) 生了與襯底原子的化學鍵合。選擇在溫度、壓力等方面的條件，使得 在表面上只生長新材料的一個單層或次單層；在選定的條件下，不發(fā) 生其它前驅體材料的凝聚或分解。保持前驅體流動時間足夠長，使得 化學吸附單層出現(xiàn)在表面上的每一處，也出現(xiàn)在深通孔內、拐角周圍
等?；瘜W吸附單層產(chǎn)生表現(xiàn)為所用特定前驅體特征的新的表面末端。 例如二氧化硅表面的表面末端由Si-OH基團組成。當該表面暴露于Til4蒸氣時，將形成Si-0-Ti (I)鍵并且將釋放HI (氣態(tài))。
其次，將惰性凈化氣體引入腔，該惰性凈化氣體去除在第一步
中所用的所有氣態(tài)前驅體分子(即TiIJ 。保持例如N2或Ar的凈化 氣體流入時間足夠長以保證第一類型前驅體被完全去除。由于在第一 步中所生長的單層是化學吸附的，所以凈化氣體不能去除該層。
第三，將第二種前驅體引入腔。選擇這種類型的前驅體(在這 個示例中即NHJ ，使得它與第一步中所生成的單層反應從而形成另 外一層。完成此步以避免鹵素堆積在分界面上，影響附著性和可靠性。 在ALD TiN示例中，這將導致(氣態(tài))HI的形成，而此時表面具有 -0-Ti-NH2末端。同樣地，反應將繼續(xù)進行，直到-0-Til3表面位點上 的所有存在的碘化物原子被-Ti-NH2基團代替。還在此步中，保持反 應物氣體流通過時間足夠長以保證所有表面位點已經(jīng)發(fā)生反應；反應 條件使得不發(fā)生凝聚。
第四步是用惰性氣體的另一個潔凈步驟，該步驟去除了從第三 步剩余的所有過量氣體。
在后續(xù)步驟中，再一次引入第一種前驅體(即Til4)。這種前 驅體與在第三步中化學吸附的分子反應，即與-Ti-NH2基團反應。這 導致了形成氣態(tài)HI，以及以-N-Ti (I),為末端的表面。
四個基本步驟中均被多次重復，直到實現(xiàn)了具有期望厚度的TiN 薄膜。
雖然使用金屬鹵化物前驅體(和尤其的Ti鹵化物)來以這種方 式生長層是己知的，但是正常的實踐是通過最后NH3 ALD半周期的應 用去除任何保留在已完成的層的表面上的鹵化物。完成這個操作以提 高附著性。另外，標準操作是進一步地實施例如等離子體退火的表面 處理以改善分界面并且保證任何鹵化物被完全去除。
相反，在本發(fā)明的實施例中，如上提到，允許鹵化物保留在阻 擋層的表面以催化后續(xù)的例如銅的金屬層的生長。
在優(yōu)選的實施例中，利用具有廣泛用于淀積MOCVD銅薄膜的眾 所周知的前驅體C叩raselect(RTM)Cu(hfac) (tmvs)的CVD，淀積銅層 12。在銅層12的生長過程中，從淀積阻擋層10的步驟留下的殘余碘離子11浮動到銅層12頂部，并且不被掩埋在正在生長的層內。碘的 存在催化了吸收的CU+ (hfac)分子還原成銅，因此提高了生長速度， 使生長速度大于不使用碘時的生長速度。
在W02003056612中詳細描述了碘可以催化Cu層生長的工藝。 此工藝包括淀積乙基碘以提供催化劑的步驟。這與本發(fā)明的實施例形 成對比，在本發(fā)明的實施例中，催化劑是來自用于淀積第一材料層的 鹵素前驅體的剩余鹵素。
如圖4所圖示說明的那樣，當銅層12開始生長時，由于在通道 部分7d和7e的底部上的較大濃度的催化劑，產(chǎn)生了銅層12的共形 填充。
在以這種方式淀積銅種子層后，可以使用電化學電鍍來完成層12。
如圖5所圖示說明的那樣，可以在電化學浴法中或在簡單的清 洗步驟中驅散剩余的催化劑物質。
雖然在優(yōu)選實施例中，使用了基于碘的前驅體，但是可以在本 發(fā)明的其它實施例中使用基于不同鹵化物的前驅體。然而，對于ALD 阻擋層淀積，基于碘的前驅體優(yōu)選于基于氯的前驅體，這是因為在 TiCl4脈沖的過程中釋放的氣態(tài)HCl副產(chǎn)品由于揮發(fā)性的CuCl氣體的 形成能蝕刻下面的銅。這可以在銅線或薄膜上產(chǎn)生嚴重的點蝕。CuCl 氣體的釋放還可以產(chǎn)生下列的其他問題銅重新淀積在反應器壁上和 銅進入TiN擴散阻擋層內部的結合從而降低了阻擋層擴散。
基于碘的前驅體的使用還優(yōu)選于也存在問題的氟化前驅體。眾
所周知，例如，當與氧化物表面結合使用時，由于HF對Si02的蝕刻， 使用WFe是存在問題的。使用WFe作為前驅體用于在低k電介質上的 阻擋層淀積是不理想的，這是由于這些材料具有高濃度的Si-O-Si 鍵。
因此，在涉及嵌入結構制造的實施例中，使用鹵化物前驅體是 優(yōu)選的，這是因為鹵化物前驅體不形成與互連制造中所用的其它材料 反應的揮發(fā)性副產(chǎn)品?；诘夂弯宓那膀岓w，例如基于金屬碘化物和 金屬溴化物的前驅體能滿足這個要求。通常，當將用銅填充溝槽或通孔時，碘化物前驅體優(yōu)選于溴化物前驅體，這是因為碘具有增強的催 化反應以啟動超共形銅填充工藝。
基于碘化物的前驅體還優(yōu)選于基于氯化物或氟化物的前驅體， 這是因為在催化CU CVD的過程中，碘將浮動到銅上。氯化物或氟化 物前驅體更有可能保持附著在擴散層/銅分界面上并且因此降低了成 品品 質和通孔電阻。
使用碘前驅體的另外優(yōu)點是它們具有相對的大體積，這將使有
限前驅體穿透進入多孔低k材料內部。
參考優(yōu)選的實施例，如此描述了本發(fā)明，應該很好理解的是討 論的實施例僅僅是示范性的，并且在不偏離附屬權利要求和其等價物 中所提出的本發(fā)明的思想和范圍的情況下，可以進行那些具有適當知 識和技術的人員想到的修改和改變。在權利要求中，任何在括號中的 參考符號不應該被理解為對權利要求的限制。"包括"之類的詞語不 排除在任何權利要求或說明書中所列舉的成分或步驟之外的其它的 成分和步驟的存在。成分的單數(shù)參考不排除這種成分的多個參考。
在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以結合所述的不同的實施 例和權利要求，這對該領域的技術人員是明顯的。
權利要求
1. 一種制造半導體器件結構的方法，在該方法中，在襯底上淀積第一材料層的過程中，使用基于鹵素的前驅體，以及其中使用來自所述淀積的殘余鹵素以催化在所述第一層上的第二材料層的生長。
2. 根據(jù)權利要求1的方法，其中所述第一材料層是擴散阻擋層。
3. 根據(jù)權利要求l的方法，其中在限定在所述襯底中的溝槽或 通孔的底部和/或側壁上淀積所述第一材料層。
4. 根據(jù)權利要求l的方法，其中所述第二材料層是金屬層。
5. 根據(jù)權利要求3的方法，其中所述第二材料層是金屬層，并 且當所述第二層填充所述溝槽或通孔時，所述殘余鹵素催化所述第二 層的生長。
6. 根據(jù)權利要求1的方法，其中使用汽相淀積來淀積所述第一層。
7. 根據(jù)權利要求6的方法，其中使用原子層淀積和/或化學汽 相淀積來淀積所述第一層。
8. 根據(jù)權利要求1的方法，其中使用汽相淀積來淀積所述第二層。
9. 根據(jù)權利要求8的方法， 其中使用原子層淀積和/或化學汽相淀積來淀積所述第二層。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述基于鹵素的前驅體是基于碘或溴的前驅體。
11. 根據(jù)權利要求4的方法，其中所述第二材料層包括銅。
12. 根據(jù)權利要求l的方法，其中所述第一材料層包括TiN。
13. 根據(jù)權利要求l的方法，其中所述結構是互連結構。
全文摘要
描述了一種制造半導體器件雙嵌入結構的方法。在擴散阻擋層汽相淀積在形成在襯底中的溝槽或通孔中的過程中，使用了基于鹵素的前驅體。來自淀積的殘余鹵素被允許保留在該阻擋層上并且用于催化金屬層在該阻擋層上的生長以填充該溝槽或通孔。
文檔編號H01L21/285GK101438390SQ200680034842
公開日2009年5月20日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權日2005年9月23日
發(fā)明者維姆·貝斯林 申請人:Nxp股份有限公司