專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造該結(jié)構(gòu)的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種單或雙鑲嵌型互連結(jié)構(gòu)，其中在電介質(zhì)材料中的部件(feature)內(nèi)，至少阻擋材料的階梯覆蓋度(step coverage)等于或大于100％。本發(fā)明還涉及制造這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
一般地，半導(dǎo)體器件包括多個(gè)電路，其形成在半導(dǎo)體基片上制造的集成電路。信號(hào)路徑的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通常按照特定路線連接分布在基片表面上的電路元件。這些跨越器件的信號(hào)的有效路由要求形成多級(jí)或多層的方案，例如單或雙鑲嵌布線結(jié)構(gòu)。布線結(jié)構(gòu)典型地包含銅(Cu)，因?yàn)镃u基互連與鋁(Al)基互連相比，可以在復(fù)雜半導(dǎo)體芯片上的大量晶體管之間提供更高速度的信號(hào)傳輸。
在一個(gè)典型的互連結(jié)構(gòu)內(nèi)，金屬通路垂直通到半導(dǎo)體基片，金屬線平行通到半導(dǎo)體基片。在當(dāng)今的IC產(chǎn)品芯片中，通過(guò)將金屬線和金屬通路(例如導(dǎo)電部件)埋置在介電常數(shù)小于二氧化硅的電介質(zhì)材料內(nèi)，進(jìn)一步提高了信號(hào)速度，并降低了相鄰金屬線內(nèi)的信號(hào)(稱作“串?dāng)_”)。
在當(dāng)前的技術(shù)中，物理汽相沉積的(PVD)TaN和PVD Cu籽晶層分別用作Cu擴(kuò)散阻擋和電鍍籽晶，用于先進(jìn)互連應(yīng)用。然而，隨著臨界尺寸的降低，預(yù)期PVD基沉積技術(shù)將遇到保形(comformality)和階梯覆蓋度問(wèn)題。這些進(jìn)而導(dǎo)致在電鍍例如中心和邊緣空隙時(shí)出現(xiàn)填充問(wèn)題，引起可靠性問(wèn)題和產(chǎn)出率惡化。
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的金屬中性濺射沉積例如PVD的階梯覆蓋度差，所以開發(fā)了離子化等離子體沉積技術(shù)，其顯著提高了PVD處理的保形限制。這種第二代物理濺射沉積包括離子化等離子體，并且已經(jīng)在90nm和超高級(jí)互連應(yīng)用中加以使用。在這種沉積處理中，離子化金屬M(fèi)+與中性金屬M(fèi)的比值典型地為大約200或更高。盡管能夠提高階梯覆蓋度，但是這種現(xiàn)有技術(shù)在部件底部沉積的材料厚度大于側(cè)壁。同樣，為了滿足部件側(cè)壁處阻擋材料的最小量，現(xiàn)有技術(shù)在部件底部沉積了比需要量高得多的阻擋材料。增加的內(nèi)襯體積分?jǐn)?shù)降低了部件內(nèi)可能獲得的導(dǎo)電材料(也就是Cu)的總體積分?jǐn)?shù)，因此降低了總體的電路性能。
隨著集成電路臨界尺寸(CD)持續(xù)降低，阻擋材料的厚度必須隨著CD的降低而降低，以維持相當(dāng)?shù)碾娐沸阅?。然而，上述的離子化等離子體處理總是使部件底部的阻擋材料覆蓋度比部件側(cè)壁厚。因此，上述的離子化等離子體處理總是在部件底部提供太多的阻擋材料，這對(duì)于降低先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)品上的電阻是不利的。
因此，需要有一種新的方法，其能夠提供一種部件側(cè)壁上的阻擋覆蓋度厚于部件底部的互連結(jié)構(gòu)。注意，所有現(xiàn)有技術(shù)的沉積方法，包括傳統(tǒng)的PVD、離子化等離子體PVD、化學(xué)汽相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)所產(chǎn)生的階梯覆蓋度，其中部件側(cè)壁上阻擋材料的厚度(wt)與部件底部阻擋材料的厚度(ht)之比，例如wt/ht，小于100％。需要一種方法，其中阻擋材料厚度的wt/ht比值等于或大于100％。這對(duì)于技術(shù)的可擴(kuò)展性而言是至關(guān)重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)，其在部件側(cè)壁上的阻擋材料覆蓋度與部件底部的所述阻擋材料的厚度相比更厚，并提供了制造這種互連結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)與其中阻擋材料通過(guò)傳統(tǒng)的PVD處理、傳統(tǒng)的離子化等離子體沉積、CVD或ALD加以形成的現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)相比，對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)而言具有更高的技術(shù)可擴(kuò)展性。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種互連結(jié)構(gòu)，其在部件側(cè)壁上阻擋材料的厚度(wt)大于部件底部阻擋材料的厚度(ht)。也就是說(shuō)，本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的wt/ht比等于或大于100％。
一般地講，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括電介質(zhì)材料，其具有至少一個(gè)開口，所述至少一個(gè)開口包括延伸并與底壁部分相接觸的側(cè)壁；材料堆疊，其至少包括位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的擴(kuò)散阻擋材料，覆蓋所述側(cè)壁和所述底壁部分，其中所述材料堆疊在所述側(cè)壁上的厚度大于在所述底壁部分的厚度；和導(dǎo)電材料，其位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述材料堆疊上。
在一些本發(fā)明的實(shí)施例中，除了擴(kuò)散阻擋材料之外，材料堆疊還包括金屬籽晶層。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在先前段落中提到的電介質(zhì)材料和材料堆疊之間的開口的側(cè)壁上還有另外一個(gè)材料堆疊(擴(kuò)散阻擋/籽晶層)。
除了上述的一般半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明還提供了制造該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的方法一般地包括提供電介質(zhì)材料，其中具有至少一個(gè)開口，所述至少一個(gè)開口包括延伸并與底壁部分相接觸的側(cè)壁；形成材料堆疊，其至少包括位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的擴(kuò)散阻擋材料，覆蓋所述側(cè)壁和所述底壁部分，其中所述材料堆疊在所述側(cè)壁的厚度大于在所述底壁部分的厚度；和在所述至少一個(gè)開口內(nèi)所述材料堆疊上形成導(dǎo)電材料。
根據(jù)本發(fā)明，在開口側(cè)壁處的厚度大于在底壁部分處的厚度的材料堆疊的形成包括一種離子化可控金屬等離子體沉積處理，其中離子化金屬與中性金屬的比值為大約50或更小。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在形成具有上述厚度變化的材料堆疊之前，在開口的側(cè)壁上提供附加的材料堆疊。該附加的材料堆疊至少包括擴(kuò)散阻擋和任選的籽晶層，并通過(guò)傳統(tǒng)的沉積處理，隨后通過(guò)濺射加以形成。


圖1是圖解在本發(fā)明方法的初始階段，互連結(jié)構(gòu)的圖示(剖面圖)，其中在電介質(zhì)材料內(nèi)提供了至少一個(gè)開口。
圖2是圖解圖1的結(jié)構(gòu)在利用本發(fā)明的離子化比值可控等離子體沉積處理形成材料堆疊之后的圖示(剖面圖)，該材料堆疊從下到上包括阻擋材料和籽晶層。
圖3是圖解圖2的結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)開口內(nèi)形成導(dǎo)電材料之后的圖示(剖面圖)。
圖4A-4D是圖解本發(fā)明一個(gè)可選擇實(shí)施例的圖示(剖面圖)。
圖5A和5B分別是通過(guò)傳統(tǒng)處理形成的互連結(jié)構(gòu)和利用本發(fā)明的方法形成的互連結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將更加詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其提供了一種互連結(jié)構(gòu)，該至少具有階梯覆蓋度等于或大于100％的阻擋材料，并提供了制造這種互連結(jié)構(gòu)的方法。在下文將更加詳細(xì)地參考本專利申請(qǐng)的附圖，它們只是出于例證的目的提供的，因此沒(méi)有按比例繪制。
本發(fā)明的工藝流程從提供初始的互連結(jié)構(gòu)10開始，如圖1所示。具體地講，圖1所示的初始互連結(jié)構(gòu)10包含多級(jí)互連，包括下互連級(jí)12和上互連級(jí)16，它們?cè)谝恍?shí)施例中被電介質(zhì)蓋帽層(未顯示)部分隔離。下互連級(jí)12可以位于包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體基片之上，包含第一電介質(zhì)材料18，該電介質(zhì)材料具有至少一個(gè)通過(guò)阻擋層(未顯示)與第一電介質(zhì)材料18隔離的導(dǎo)電部件(也就是，導(dǎo)電區(qū))20。上互連級(jí)16包含第二電介質(zhì)材料28，其中至少有一個(gè)開口28(即部件)位于其中。該至少一個(gè)開口28可以是通路開口、線開口或通路開口與線開口的組合。
圖1所示的初始互連結(jié)構(gòu)10是利用本領(lǐng)域眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)互連處理制造的。例如，初始互連結(jié)構(gòu)10能夠通過(guò)首先在基片(未顯示)的表面上施加第一電介質(zhì)材料18加以形成。未顯示的基片可以包括半導(dǎo)電材料、絕緣材料、導(dǎo)電材料或它們的任意組合。當(dāng)基片包含半導(dǎo)電材料時(shí)，可以使用任何半導(dǎo)體，例如Si、SiGe、SiGeC、SiC、Ge合金、GaAs、InAs、InP和其它III/V或II/VI化合物半導(dǎo)體。除了這些列出的半導(dǎo)體材料類型之外，本發(fā)明還預(yù)期有如下的實(shí)例，其中半導(dǎo)體基片是分層的半導(dǎo)體，例如Si/SiGe、Si/SiC、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上鍺硅(SGOI)。
當(dāng)基片是絕緣材料時(shí)，絕緣材料能夠是有機(jī)絕緣體、無(wú)機(jī)絕緣體或它們的包含多層的組合。當(dāng)基片是導(dǎo)電材料時(shí)，基片可以包括例如多晶Si、元素金屬、元素金屬合金、金屬硅化物、金屬氮化物或它們的包含多層的組合。當(dāng)基片包含半導(dǎo)電材料時(shí)，能夠在上面制造一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。
下互連級(jí)12的第一電介質(zhì)材料18可以包括任何層級(jí)間或?qū)蛹?jí)內(nèi)電介質(zhì)，包括有機(jī)電介質(zhì)或無(wú)機(jī)電介質(zhì)。第一電介質(zhì)材料18可以是多孔或非多孔的。能夠用作第一電介質(zhì)材料18的合適電介質(zhì)的一些實(shí)例包括，但不限于SiO2、倍半硅氧烷(silsesquixoane)、含有Si、C、O和H原子的C摻雜氧化物(也就是，有機(jī)硅化物)、熱固聚亞芳香醚，或它們的多層。本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“聚亞芳香醚”是指芳基部分或通過(guò)鍵、稠環(huán)、或惰性連接基團(tuán)例如氧、硫、砜、亞砜、羰基等連接在一起的惰性替代芳基部分。
第一電介質(zhì)材料18的介電常數(shù)典型地為大約4.0或者更低，更典型地，其介電常數(shù)大約為2.8或者更低。與介電常數(shù)大于4.0的電介質(zhì)材料相比，這些電介質(zhì)一般具有更低的寄生串?dāng)_。第一電介質(zhì)材料18的厚度可以變化，這取決于所用的電介質(zhì)材料以及下互連級(jí)12內(nèi)電介質(zhì)的確切數(shù)目。典型地，對(duì)于通常的互連結(jié)構(gòu)，第一電介質(zhì)材料18的厚度為大約200-大約450nm。
下互連級(jí)12還具有至少一個(gè)導(dǎo)電部件20，其埋置在第一電介質(zhì)材料18內(nèi)(也就是位于其內(nèi))。導(dǎo)電部件20包括導(dǎo)電區(qū)，其通過(guò)擴(kuò)散阻擋層(未顯示)與第一電介質(zhì)材料18隔離。導(dǎo)電部件20的形成是通過(guò)光刻(也就是，在第一電介質(zhì)材料18的表面施加一種抗蝕劑，將抗蝕劑暴露在期望的輻射圖形下，并利用傳統(tǒng)的抗蝕劑顯影器將抗蝕劑顯影)，刻蝕(干法刻蝕或濕法刻蝕)第一電介質(zhì)材料18內(nèi)的開口，并用擴(kuò)散阻擋層(未顯示)然后用導(dǎo)電材料填充經(jīng)過(guò)刻蝕的區(qū)域形成導(dǎo)電區(qū)。擴(kuò)散阻擋層可以包括Ta、TaN、Ti、TiN、Ru、RuN、W、WN或任何其它能夠用作阻擋以防止導(dǎo)電材料擴(kuò)散通過(guò)的材料，其形成是通過(guò)沉積處理，例如原子層沉積(ALD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)、物理汽相沉積(PVD)、濺射、化學(xué)溶液沉積或電鍍。
擴(kuò)散阻擋層(未顯示)的厚度可以根據(jù)沉積處理的確切方法及所用的材料而變化。典型地，阻擋層的厚度為大約4-大約40nm，更典型地，厚度為大約7-大約20nm。
注意，導(dǎo)電部件20內(nèi)的擴(kuò)散阻擋層也能夠用本發(fā)明的處理加以形成，從而使側(cè)壁上阻擋材料的厚度大于底壁上阻擋材料的厚度。
在形成擴(kuò)散阻擋層之后，用導(dǎo)電材料填充第一電介質(zhì)材料18內(nèi)開口的剩余區(qū)域，形成導(dǎo)電部件20。在形成導(dǎo)電部件20時(shí)使用的導(dǎo)電材料包括例如多晶Si、導(dǎo)電金屬、包含至少一種導(dǎo)電金屬的合金、導(dǎo)電金屬硅化物或它們的組合。優(yōu)選地，用于形成導(dǎo)電部件20的導(dǎo)電材料是導(dǎo)電金屬，例如Cu、W或Al，在本發(fā)明中，Cu或Cu合金(例如AlCu)是高度優(yōu)選的。用于將導(dǎo)電材料填充到第一電介質(zhì)材料18內(nèi)剩余開口內(nèi)利用傳統(tǒng)的沉積處理，包括但不限于CVD、PECVD、濺射、化學(xué)溶液沉積或電鍍。在沉積之后，能夠使用傳統(tǒng)的平面化處理，例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)提供一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中擴(kuò)散阻擋層和導(dǎo)電部件20的每一個(gè)具有與第一電介質(zhì)材料18的上表面基本上共面的上表面。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，用傳統(tǒng)的沉積處理，例如CVD、PECVD、化學(xué)溶液沉積或蒸發(fā)，在下互連級(jí)12的表面上形成電介質(zhì)蓋帽層(未顯示)。在本發(fā)明中任選的電介質(zhì)蓋帽層包括任何合適的電介質(zhì)蓋帽層材料，例如SiC、Si4NH3、SiO2、碳摻雜氧化物、氮和氫摻雜碳化硅SiC(N，H)或它們的多層。蓋帽層的厚度可以根據(jù)用于形成蓋帽層的技術(shù)及構(gòu)成該層的材料而變化。典型地，蓋帽層的厚度為大約15-大約55nm，更典型地厚度為大約25-大約45nm。
接著，通過(guò)在蓋帽層暴露的上表面上(如果存在的話)或者在下互連級(jí)12頂部施加第二電介質(zhì)材料24形成上互連級(jí)16。第二電介質(zhì)材料24可以包括與下互連級(jí)12的第一電介質(zhì)材料18相同或不同(優(yōu)選是相同的)電介質(zhì)材料。第一電介質(zhì)材料18的處理技術(shù)和厚度范圍在這里也可用于第二電介質(zhì)材料24。接著，利用如上所述的光刻和刻蝕在第二電介質(zhì)材料24內(nèi)形成至少一個(gè)開口28。該刻蝕可以包括干法刻蝕處理、濕法化學(xué)刻蝕處理或它們的組合。本文所用的術(shù)語(yǔ)“干法刻蝕”是指一種刻蝕技術(shù)，例如反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕、等離子體刻蝕或激光燒蝕。在一些實(shí)施例中，該刻蝕步驟還除去位于導(dǎo)電部件20頂上的電介質(zhì)蓋帽層的一部分，以便在互連級(jí)12和互連級(jí)16之間制造電接觸。
接著，如圖2所示，在至少一個(gè)開口28內(nèi)并且在第二電介質(zhì)材料24的暴露上表面上，形成材料堆疊30，其從下到上包括擴(kuò)散阻擋材料和籽晶層。如圖所示，材料堆疊30形成于開口28的側(cè)壁及其底部；開口的底部暴露導(dǎo)電部件20和第一電介質(zhì)材料18的部分。
如圖所示，材料堆疊30沿著側(cè)壁的厚度(wt)比沿著開口底部的厚度(ht)更厚。根據(jù)本發(fā)明，wt與ht的比值等于或大于100％，典型的大于120％。
注意，材料堆疊30不需要包括金屬籽晶層。因此，金屬籽晶層是任選的，但若隨后在至少一個(gè)開口28內(nèi)形成導(dǎo)電金屬時(shí)，則通常會(huì)使用。
材料堆疊30的擴(kuò)散阻擋材料可以包括Ta、TaN、Ti、TiN、Ru、RuN、RuTa、RuTaN、W、WN或任何其他能夠用作阻擋，防止導(dǎo)電材料擴(kuò)散通過(guò)的材料。還考慮這些材料的組合形成多層的堆疊擴(kuò)散阻擋。擴(kuò)散阻擋材料在開口側(cè)壁上的厚度大于其底部的厚度。典型地，擴(kuò)散阻擋沿著側(cè)壁的厚度為大約4-大約40nm，更典型的厚度為大約7-大約20nm。擴(kuò)散阻擋材料沿著開口底部的厚度典型的為大約3-大約30nm，更典型的厚度為大約6-大約17nm。
如前所述，材料堆疊30可以任選地包括金屬籽晶層。盡管是任選的，但優(yōu)選地在材料堆疊30內(nèi)包括金屬籽晶層，以輔助導(dǎo)電材料的生長(zhǎng)。特別是當(dāng)隨后在至少一個(gè)開口內(nèi)形成一種導(dǎo)電金屬或金屬合金時(shí)，更是如此。Ru、Cu和Ir是能夠用在本發(fā)明的金屬籽晶層的一些實(shí)例。當(dāng)存在時(shí)，金屬籽晶層可以包括導(dǎo)電金屬或金屬合金，例如在形成導(dǎo)電材料38時(shí)使用的那些，這將在下文更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。典型地，當(dāng)導(dǎo)電材料38包含Cu時(shí)，金屬籽晶層包含Cu、CuAl、CuIr、CuTa、CuRh、TaRu或其它Cu合金，也就是，含銅的合金。金屬籽晶層的厚度可以變化，其處于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的范圍內(nèi)。典型地，金屬籽晶層的厚度為大約2-大約80nm。再次注意，金屬籽晶層沿著開口側(cè)壁的厚度也大于沿著開口底部的厚度。
與其中使用傳統(tǒng)PVP、離子化等離子體PVP、CVD或ALD處理形成擴(kuò)散阻擋/籽晶層堆疊的現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明采用離子化比值可控等離子體沉積處理。在這種處理中，離子化金屬物質(zhì)M+與中性金屬M(fèi)的比值為大約50或更小，更優(yōu)選的M+與M的比值為30或更小。因?yàn)殡x子化金屬與中性金屬的比值在本發(fā)明是可控的，因此部件底部和側(cè)壁之間的金屬沉積比差異小于傳統(tǒng)的離子化處理。
本發(fā)明的離子化比值可控等離子體沉積處理利用傳統(tǒng)的離子化等離子體沉積裝置加以執(zhí)行。在本發(fā)明中，裝置中產(chǎn)生的離子化金屬與中性金屬的比值通過(guò)調(diào)節(jié)AC偏壓、DC功率或處理壓力中的至少一種加以控制。也能夠調(diào)節(jié)這些參數(shù)的任何組合，以便將離子化金屬與中性金屬的比值控制在上述范圍內(nèi)。當(dāng)選擇DC功率控制離子化金屬與中性金屬的比值時(shí)，DC功率降低到小于15kW的數(shù)值，優(yōu)選地小于10kW。當(dāng)選擇AC偏壓控制離子化金屬與中性金屬的比值時(shí)，AC功率降低到低于1000W，優(yōu)選的低于500W的數(shù)值。當(dāng)選擇處理壓力實(shí)現(xiàn)M+對(duì)M比值的控制時(shí)，處理壓力設(shè)定為大于10mT，優(yōu)選的大于20mT。
盡管在本發(fā)明的附圖中沒(méi)有顯示，但是在初始形成材料堆疊30之后，能夠形成進(jìn)一步的擴(kuò)散阻擋/籽晶層。進(jìn)一步擴(kuò)散阻擋/籽晶層的形成可以利用上述的離子化比值可控處理。
接著，如圖3所示，在包含材料堆疊30的至少一個(gè)開口內(nèi)形成互連導(dǎo)電材料38。互連導(dǎo)電材料38可以包含與導(dǎo)電部件20相同的或不同的(優(yōu)選地相同的)導(dǎo)電材料。優(yōu)選地，使用Cu、Al、W或它們的合金，最優(yōu)選地使用Cu或AlCu。導(dǎo)電材料38的形成是利用上述在形成導(dǎo)電部件20時(shí)相同的沉積處理，并且在沉積導(dǎo)電材料之后，將結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面化。平面化處理除去材料堆疊30，并且存在于上互連級(jí)16上水平表面之上的導(dǎo)電材料38提供了如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
圖3所示的結(jié)構(gòu)代表了本發(fā)明的一個(gè)可能實(shí)施例，其中形成了底部閉合的結(jié)構(gòu)。在底部閉合的結(jié)構(gòu)中，材料堆疊30存在于導(dǎo)電部件20的部分上。還可以是開放底部和錨定底部結(jié)構(gòu)。開放底部結(jié)構(gòu)的形成是通過(guò)在沉積上互連級(jí)的其他元件之前，利用離子轟擊或者其它類似的方向性刻蝕處理從開口的底部除去材料堆疊30。錨定底部結(jié)構(gòu)的形成是利用一種選擇性刻蝕處理首先刻蝕一個(gè)凹陷進(jìn)入導(dǎo)電部件20，并產(chǎn)生一個(gè)刨削部件。
圖4A-4D圖解了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中首先如上所述地提供如圖1所示的初始互連結(jié)構(gòu)10。在提供了如圖1所示的初始互連結(jié)構(gòu)10之后，利用傳統(tǒng)的沉積處理提供一個(gè)材料堆疊30’，其包括至少擴(kuò)散阻擋材料和任選的金屬籽晶層。最終形成的結(jié)構(gòu)如圖4A所示。
在形成材料堆疊30’時(shí)，可以使用原子層沉積(ALD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)、物理汽相沉積(PVD)、離子化等離子體沉積、濺射、化學(xué)溶液沉積或電鍍。在本實(shí)施例中，部件底部上材料堆疊30’的厚度大于部件側(cè)壁上材料堆疊30’的厚度。因此，材料堆疊30’的wt與ht的比值小于100％。
在形成材料堆疊30’之后，對(duì)圖4A所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行濺射處理，其從開口的底部除去材料堆疊30’，暴露下面的導(dǎo)電部件20。濺射處理期間的最終結(jié)構(gòu)例如如圖4B所示?？梢杂^察到，該濺射處理還除去了位于上互連級(jí)16水平表面上的材料堆疊30’。濺射處理的執(zhí)行是利用Ar、He、Ne、Xe、N2、H2、NH3、N2H2或它們的混合物。典型地，使用Ar作為濺射氣體。濺射處理的條件是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
圖4C顯示了在利用上述離子化比值可控處理形成材料堆疊30之后的結(jié)構(gòu)。注意，部件側(cè)壁包括材料堆疊30’和材料堆疊30。盡管在本發(fā)明的附圖中沒(méi)有顯示，但是在最初形成材料堆疊30之后可以形成進(jìn)一步的擴(kuò)散阻擋/籽晶層。進(jìn)一步的擴(kuò)散/籽晶層的形成可以利用上述的離子化比值可控處理。
圖4D顯示了在導(dǎo)電材料38填充和平面化之后的結(jié)構(gòu)。也考慮包含開放底部和錨定底部結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖5A和5B，其分別是通過(guò)傳統(tǒng)處理形成的互連結(jié)構(gòu)和利用本發(fā)明的方法形成的互連結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片(SEM)。SEM清晰地顯示出，本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)，如圖5B所示，其材料堆疊(例如擴(kuò)散阻擋/籽晶層)在部件側(cè)壁的厚度比在部件底壁的厚度大，而在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，觀察到的是相反的。也就是說(shuō)，在圖5A所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，材料堆疊(例如擴(kuò)散阻擋/籽晶層)在部件底部的厚度大于沿著部件側(cè)壁的厚度。
這樣，上文說(shuō)明的本發(fā)明方法提供了一種用于制造一種互連結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)具有等于或大于100％的階梯覆蓋度(也就是說(shuō)，側(cè)壁厚度大于底厚度)，這是利用現(xiàn)有技術(shù)處理無(wú)法達(dá)到的。
盡管本發(fā)明參考其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行特殊的顯示和說(shuō)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。因此，本發(fā)明并不限于所說(shuō)明和圖解的確切形式和細(xì)節(jié)，而是決定于附加權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括電介質(zhì)材料，具有位于其中的至少一個(gè)開口，所述至少一個(gè)開口包括延伸并與底壁部分相接觸的側(cè)壁；材料堆疊，其至少包括位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的擴(kuò)散阻擋材料，覆蓋所述側(cè)壁和所述底壁部分，其中所述材料堆疊在所述側(cè)壁上的厚度大于在所述底壁部分的厚度；以及導(dǎo)電材料，其位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的所述材料堆疊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)材料是如下的至少一種SiO2、倍半硅氧烷、含有Si、C、O和H原子的C摻雜氧化物、或熱固聚亞芳香醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)開口是線開口、通路開口或直線與通路開口的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述擴(kuò)散阻擋材料包括Ta、TaN、Ti、TiN、Ru、RuN、RuTa、RuTaN、W、WN或任何其它能夠用作阻擋以防止導(dǎo)電材料擴(kuò)散通過(guò)的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述材料堆疊進(jìn)一步包括位于所述擴(kuò)散阻擋材料頂部上的金屬籽晶層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬籽晶層包含導(dǎo)電金屬或金屬合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬籽晶層包含Cu、CuAl、CuIr、CuTa、CuRh或TaRu。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電材料包括多晶Si、導(dǎo)電金屬、任何包含至少一種導(dǎo)電金屬的合金、導(dǎo)電金屬硅化物或它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括附加的材料堆疊，附加的材料堆疊至少包括另外一個(gè)擴(kuò)散阻擋材料，該擴(kuò)散阻擋材料位于所述電介質(zhì)材料和在所述側(cè)壁上的所述厚度大于在所述底壁部分的厚度的所述材料堆疊之間、所述至少一個(gè)開口內(nèi)的側(cè)壁上。
10.一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供電介質(zhì)材料，具有位于其中的至少一個(gè)開口，所述至少一個(gè)開口包括延伸并與底壁部分相接觸的側(cè)壁；形成材料堆疊，其至少包括位于所述至少一個(gè)開口內(nèi)的擴(kuò)散阻擋材料，覆蓋所述側(cè)壁和所述底壁部分，其中所述材料堆疊在所述側(cè)壁的厚度大于在所述底壁部分的厚度；以及在所述至少一個(gè)開口內(nèi)在所述材料堆疊上形成導(dǎo)電材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述形成具有所述至少一個(gè)開口的所述電介質(zhì)材料包括沉積、光刻和刻蝕。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述形成材料堆疊包括離子化比值可控等離子體沉積處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述離子化比值可控等離子體沉積處理包括提供大約50或更小的離子化金屬與中性金屬比值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述離子化比值可控等離子體沉積處理包括調(diào)節(jié)如下的至少一個(gè)參數(shù)DC功率、AC偏壓和處理壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述離子化比值可控等離子體沉積處理包括將所述DC功率調(diào)節(jié)到小于15kW的數(shù)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述離子化比值可控等離子體沉積處理包括將所述AC偏壓調(diào)節(jié)到低于1000W的數(shù)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述離子化比值可控等離子體沉積處理包括將所述處理壓力調(diào)節(jié)到低于10mT的數(shù)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述材料堆疊進(jìn)一步包括金屬籽晶層。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括在形成在所述側(cè)壁上的厚度大于在所述底壁部分上的厚度的材料堆疊之前，形成附加的材料堆疊，其至少包括擴(kuò)散阻擋材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述附加的材料堆疊通過(guò)沉積和濺射刻蝕加以形成，其中所述沉積包括使附加的材料堆疊在底壁部分上的厚度大于沿著側(cè)壁的厚度的處理。
全文摘要
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，提供了一種互連結(jié)構(gòu)，其在部件側(cè)壁上的阻擋材料覆蓋度大于在部件底部上所述阻擋材料的厚度，并提供了制造這種互連結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)相比，其中阻擋材料通過(guò)傳統(tǒng)的PVD處理、傳統(tǒng)的離子化等離子體沉積、CVD或ALD加以形成，對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)而言具有更高的技術(shù)可擴(kuò)展性。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種互連結(jié)構(gòu)，其在部件側(cè)壁上的阻擋材料厚度(w
文檔編號(hào)H01L21/768GK101068013SQ20071009701
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月2日
發(fā)明者楊智超, 考施克·查恩達(dá) 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司