專利名稱：降低BEoL互連結(jié)構(gòu)中的總介電常數(shù)的工藝集成方案的制作方法
降低BEoL互連結(jié)構(gòu)中的總介電常數(shù)的
工藝集成方案
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，更具體地涉及用于其 制造的后端線程(BEoL)互連結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通過特征(如晶體管)的進(jìn)一步小型化，可以至少部分地 實(shí)現(xiàn)提高的半導(dǎo)體器件性能。減小的特征尺寸和減小的特征之間的 間距允許在單位面積中設(shè)置更多的特征以得到更好的器件性能。后 端線程(BEoL)互連結(jié)構(gòu)包括連4妄特征的導(dǎo)電線。隨著特4正密度的 增大，導(dǎo)電線的寬度和導(dǎo)電線之間的間距也需要按比例縮小。使BEoL互連結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)電線變得更窄時(shí)遇到的 一 個(gè)問題 在于過孔相對(duì)于那些導(dǎo)電線的定位。理想的是，每個(gè)過孔"落(land )" 在導(dǎo)電線上。然而，如果過孔與導(dǎo)電線4晉位太多，則過孔將落在導(dǎo) 電線之間的介電材料上并因此而不能連接到導(dǎo)電線。如果過孔部分落在導(dǎo)電線上而部分落在介電材料上，則雖然實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電線與過孔之 間的電氣連接，但銅可能有害地從過孔擴(kuò)散到介電材料中。另夕卜， 縮小的電氣連接區(qū)域變成電流密度更高的區(qū)域，其加速過孔中的空
隙(void)形成并可能導(dǎo)致失效和降4氐的成品率。因此，隨著導(dǎo)電
線變得更窄時(shí)，使過孔落在導(dǎo)電線上要求更高的對(duì)準(zhǔn)精度。而且，使BEoL互連結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)電線變得更窄時(shí)，需要降低 互連結(jié)構(gòu)的總介電常凄t。然而，總介電常H是互連結(jié)構(gòu)中的i午多介 電層的平均值。這些介電層中的某些雖然薄，^旦其特征在于令人討 厭的大介電常數(shù)，它提高了總的介電常數(shù)。因此，期望4吏過孔與BEoL互連結(jié)構(gòu)中的更窄導(dǎo)電線對(duì)準(zhǔn)的 方法，和特征在于更低的總介電常數(shù)、提高的成品率、以及更高的 可靠性的BEoL互連結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
用于制造互連結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的示例性方法包4舌形成導(dǎo)電 線、選4奪性地在該導(dǎo)電線上方形成第一覆蓋層、以及在該第一覆蓋 層上方形成低k層。在某些情況下，將該低k層形成為與包圍該導(dǎo)電 線的介電層接觸。該方法還包括使該導(dǎo)電層暴露。使該導(dǎo)電層暴露 包括在該低k層上形成具有開口的掩模層、縮窄該掩模層中的該開口 以及通過4吏該縮窄的開口穿過該^f氐k層而至少延伸至該第 一覆蓋層 來(lái)形成過孔。該方法還包括在該過孔的側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層 并用第 一導(dǎo)電材料來(lái)填充該過孔。該導(dǎo)電線和該第 一導(dǎo)電材料可以 包括例如銅。該方法還可以包括選擇性地在該過孔上方形成第二覆 蓋層。在某些實(shí)施例中，形成該第一擴(kuò)散阻擋層可以包括釕或鉭的 原子層沉積、釕或鉭的超臨界C02沉積、或通過從由化學(xué)氣相沉積、 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積以及等離子體增強(qiáng)原子層沉積組成的組 中選取的方法來(lái)沉積金屬。
在某些實(shí)施例中，形成該導(dǎo)電線包括形成介電層、在該介 電層中限定第 一溝槽、并用也可以是銅的第二導(dǎo)電材料來(lái)填充該第 一溝槽。這里，形成該介電層可以包括沉積有枳J圭酸鹽玻璃。形成 該導(dǎo)電線還可以包括在該第 一溝槽內(nèi)形成該第二擴(kuò)散阻擋層。該方法還可以包4舌在該介電層上和該第一覆蓋層上方形成 介電阻擋層。這里，形成該該過孔包括 使該縮窄的開口延伸穿過該 介電阻擋層。在包括在該介電層上方形成該介電阻擋層的那些實(shí)施 例中，形成該介電阻擋層可以包括沉積碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。在各種實(shí)施例中，形成該第 一覆蓋層包括鈷或鈷合金的無(wú) 電鍍，形成該低k層包括沉積有機(jī)硅酸鹽玻璃，形成該掩模層包括沉 積光刻膠層和在該光刻膠層中形成開口 。在這些之后的實(shí)施例中的 某些中，形成該掩模層包括在形成該光刻膠層之前形成硬掩模層。 在某些實(shí)施例中，縮窄該開口包4舌在該開口的側(cè)壁上形成共形沉i積 層。在這些實(shí)施例中的某些中，形成該共形沉積層包括在沉積與蝕 刻之間循環(huán)。在某些實(shí)施例中，形成該過孔可以包括使該縮窄的開 口穿過該第一覆蓋層而延伸至該導(dǎo)電線。在某些實(shí)施例中，在形成該過孔之后和形成該第 一擴(kuò)散阻 擋層之前，該方法還包括在該低k層中形成第二溝槽，其中該溝槽與 該過孔對(duì)準(zhǔn)。這里，在該過孔的側(cè)壁上形成該第一擴(kuò)散阻擋層可以 包括在該第二溝槽的側(cè)壁上形成該第一擴(kuò)散阻擋層。而且，用該第 二導(dǎo)電材料填充該過孔還可以包括用銅來(lái)填充該第二溝槽。本發(fā)明的示例性互連結(jié)構(gòu)包4舌導(dǎo)電線、i殳置在該導(dǎo)電線上 方的第一介電層、以及設(shè)置在該第一介電層與該導(dǎo)電線之間并選擇 性地i殳置在該導(dǎo)電線上方的第一覆蓋層。該互連結(jié)構(gòu)還包括^皮設(shè)置 為穿過該第一介電層并穿過該第一覆蓋層的導(dǎo)電過孔、以及設(shè)置在 該導(dǎo)電過孔與該第 一 介電層之間的擴(kuò)散阻擋層。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電線的關(guān)鍵尺寸不超過60nm。在各種實(shí)施例中，該第一覆蓋層包 括鈷，且該擴(kuò)散阻擋層包4舌釕或鉭。在某些實(shí)施例中，該互連結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在該第一介電層 上方的介電阻擋層，該導(dǎo)電過孔設(shè)置為穿過該介電阻擋層。該互連 結(jié)構(gòu)還可以包括設(shè)置在該導(dǎo)電過孔上方的第二覆蓋層。在某些實(shí)施 例中，該互連結(jié)構(gòu)還包括i更置在該導(dǎo)電線周圍的第二介電層，在這 些實(shí)施例中的某些中，該互連結(jié)構(gòu)還包括i殳置在該第一與第二介電 層之間的介電阻擋層。本發(fā)明的另一示例性互連結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在第一介電層內(nèi) 的第一導(dǎo)電線、設(shè)置在該第一導(dǎo)電線上方并與該第一介電層接觸的 第二介電層以及設(shè)置在該第二介電層與該第一導(dǎo)電線之間的第一覆 蓋層。該互連結(jié)構(gòu)還包括纟皮i殳置為穿過該第二介電層并至少到達(dá)該 第 一覆蓋層的導(dǎo)電過孔，和i殳置在該導(dǎo)電過孔與該第二介電層之間 的第一擴(kuò)散阻擋層。在某些實(shí)例中，該互連結(jié)構(gòu)還包括，沒置在該第 一導(dǎo)電線與該第 一 介電層之間的第二擴(kuò)散阻擋層。在某些實(shí)施例中， 該第一擴(kuò)散阻擋層可以包括釕或鉭。在某些實(shí)施例中，該互連結(jié)構(gòu)還包4舌設(shè)置在該第二介電層 內(nèi)的第二導(dǎo)電線，其中，該導(dǎo)電過孔與該第二導(dǎo)電線接觸。這里， 該互連結(jié)構(gòu)還可以包括選擇性地設(shè)置在該第二導(dǎo)電線上的第二覆蓋 層。在某些實(shí)例中，將該導(dǎo)電過孔i殳置為穿過該第一覆蓋層并到達(dá) 該第一導(dǎo)電線。制造互連結(jié)構(gòu)的又一示例性方法包括在介電層中形成第一 導(dǎo)電線、選擇性地在該第一導(dǎo)電線上方形成第一覆蓋層、以及在該 第一覆蓋層上方形成與該介電層4妄觸的^f氐k層。該方法還包括"使該導(dǎo) 電線暴露，使該導(dǎo)電線暴露包括在該低k層上方形成具有開口的掩模 層、縮窄該掩模層中的該開口以及通過使該縮窄的開口延伸穿過該低k層并至少到達(dá)該第 一覆蓋層來(lái)形成過孔。該方法還包括在該過孔 的側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層，并用第一導(dǎo)電材料填充該該過孔。 在某些實(shí)施例中，使該縮窄的開口至少延伸至該第 一覆蓋層包括使 該縮窄的開口延伸穿過該第 一覆蓋層并到達(dá)該第 一導(dǎo)電線。在該介 電層中形成該第一導(dǎo)電線可以包括在該介電層中形成第二擴(kuò)散阻擋 層。該方法還可以包括在該低k層中形成第二導(dǎo)電線。在這些實(shí)施例 中的某些中，該方法還可以包括選4奪性地在該第二導(dǎo)電線上方形成
第二覆蓋層。


段的互連結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖9B是根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例的互連結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖10 ~ 14是才艮據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的處于連續(xù) 制造階段的互連結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的互連結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了用于形成以減小的總介電常數(shù)值為特征的 后端線程(BEoL)互連結(jié)構(gòu)的方法。例如，通過去除具有高介電常 數(shù)的介電阻擋層和/或替換較薄擴(kuò)散阻擋層來(lái)實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)的降低。 本發(fā)明的方法采用共形擴(kuò)散阻擋層和選擇性地形成的覆蓋層來(lái)將導(dǎo) 電線和過孔與周圍的介電層隔離。本發(fā)明的方法還采用縮窄光刻月交 4奄才莫中的開口的4支術(shù)來(lái)限定4交窄的過孔。采用更窄過孔增加用來(lái)形 成開口的4務(wù)^t的配準(zhǔn)中所能容許的不對(duì)準(zhǔn)量。增大的容差轉(zhuǎn)而 (tolerance )允許有更窄的導(dǎo)電線并因此而允許增大的布線密度。
圖1提供被介電層110與鄰線(未示出)隔離的導(dǎo)電線IOO 的橫截面圖。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電線100包括銅。例如，介電層IIO 可以包括SiCb。介電層110還可以包括低介電常數(shù)("低k，，)材料， 一種介電常數(shù)比Si02低的材料。此類低k材料，尤其是介電常數(shù)低于 3的那些材料在半導(dǎo)體器件制造中越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗鼈冑x予成品 器件優(yōu)良的電氣特性。合適的低k材料的示例包括氟硅酸鹽玻璃 (FSG)、有4幾石圭酸鹽3皮璃(OSG)、以及高多孑LSi02。有并幾石圭酉吏鹽 玻璃的一個(gè)示例是碳摻雜氧化膜，如黑金剛石(BD)等級(jí)l。在某些實(shí)施例中，介電層110的最上層部分可以包括用于 在后續(xù)操作期間保護(hù)介電層110的更耐久材料(未示出)，如可能對(duì) 介電層110施加壓力的平面化。在某些實(shí)例中，可以通過沉積來(lái)形成 用于此最上層部分的更耐久材并+。在其它實(shí)例中，通過在形成介電 層110的后期階^:期間改變生長(zhǎng)條件來(lái)形成所述更耐久材料。這樣， 介電層110包括連續(xù)膜，其中，最上層部分具有與介電層110的主體 不同的樣t觀結(jié)構(gòu)。例如，生長(zhǎng)有機(jī)硅酸鹽玻璃以形成介電層110時(shí)， 可以修改生長(zhǎng)條件以改變生長(zhǎng)的有機(jī)硅酸鹽玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，以便 形成最上層部分。這里，例如，與介電層110的主體相比，該最上層 部分可以具有增大的密度或不同的組〗分。經(jīng)〗多改的樣0見結(jié)構(gòu)為最上 層部分提供比介電層110的主體更好的結(jié)構(gòu)完整性?？梢酝ㄟ^在介電層110中形成溝沖曹(如通過傳統(tǒng)的光刻掩 才莫和蝕刻工藝)繼而用銅(填充)該溝槽而形成導(dǎo)電線100。在某些 實(shí)施例中，在溝槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層120之后用銅填充溝槽。擴(kuò)散阻 擋層120充當(dāng)對(duì)從導(dǎo)電線100到介電層100中的有害的銅擴(kuò)散的阻擋。 在某些實(shí)施例中，通過無(wú)電鍍來(lái)形成導(dǎo)電線100,并且在這些實(shí)施例 中，擴(kuò)散阻擋層120還提供導(dǎo)電涂層，以在該導(dǎo)電涂層上鍍銅。例如 在于2006年12月20曰^是交且題為"Self-Limiting Plating Method"的 美國(guó)專利申請(qǐng)11/643,404、于2006年5月25日提交且題為"Platingof Copper" 的美國(guó)專矛J申i青 11/382,906、于2006年6月28日提交且題為"Plating Solutions for Electroless Deposition of Copper"的美國(guó)專利申i青l(xiāng) 1/427,266、于2006 年8月30日才是交且題為 "Processes Systems for Engineering a Barrier Surface for Copper Deposition"的美國(guó)專矛J申"i青l(xiāng) 1/514,038、于2006 年12月15日才是交且題為"Controlled Ambient System for Interface Engineering"的美國(guó)專利申請(qǐng)11/639，752和于2006年12月22日提交且 題為"Electroless Deposition of Cobalt Alloys"的美國(guó)專利申i青 11/644,697中教授了無(wú)電鍍的方法，通過引用而將這些美國(guó)專利申請(qǐng) 中的每一個(gè)并入本文。用于擴(kuò)散阻擋層120的合適材料的示例包括釕(Ru)、鉭 (Ta )以及氮化鉭(TaN )，以及可以通過諸如物理氣相沉積(PVD )、 原子層沉積(ALD)、超臨界C02 (SCC02)沉積、4匕學(xué)氣相沉積 (CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或等離子體增強(qiáng) 原子層沉積(PEALD)等纟支術(shù)來(lái)將其沉積在溝槽的側(cè)壁和底面上。 在某些實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層120包括多個(gè)子層，其端接(ending) 有例如銅、鉭或釕種子層，用于播種后續(xù)銅沉積以填充溝槽的最上 層。 一種用于沉積種子層的合適I支術(shù)是PVD。在某些情況下，形成 擴(kuò)散阻擋層120之后，用含氫等離子體來(lái)處理擴(kuò)散阻擋層120以去除 污染物和/或分解的金屬氧化，如還在美國(guó)專利申請(qǐng)11/514,03 8中描 述的那樣。示例性擴(kuò)散阻擋層120包括與介電層110接觸的氮化鉭子 層、-沒置在子層上的鉭子層以及i殳置在該鉭子層上的銅種子子層， 每個(gè)均通過P VD沉積。用于形成擴(kuò)散阻擋層120或其子層的一種4支術(shù)包^fe形成薄 膜，該薄膜的組份隨著厚度的變化而從氮化鉭(TaN)改變?yōu)殂g。 這里，最初通過將鉭和氮51入沉積室而在溝槽的表面上通過PVD形 成氮化鉭。*接下來(lái)，去除氮的供應(yīng)以^使隨著沉積室中的可用氮凈皮壽毛盡而在生長(zhǎng)膜中形成組份梯度。在沒有氮的情況下完成薄膜，形成
鉭表面。例如，在于2006年8月30日提交且題為"Processes and Systems for Engineering a Silicon-Type Surface for Selective Metal Deposition to Form a Metal Suicide"的美國(guó)專利申i會(huì)ll/513,446中教 4受了用于形成TaN/Ta膜的方法，其通過《1用結(jié)合在這里。 —旦已通過例如銅的無(wú)電鍍形成導(dǎo)電線100,則如圖1所 示，在導(dǎo)電線100上方選擇性地形成覆蓋層130。在某些實(shí)施例中， 覆蓋層130包4舌鈷(Co)或諸如石粦化鈷鴒(CoWP)、硼化鈷鴒 (CoWB)、或硼磷化鈷鴒(CoWBP )等鈷合金。通過采用無(wú)電鍍， 覆蓋層130選4奪性地在導(dǎo)電線100上形成。例如，在均通過引用而并 入本文的上述美國(guó)專利申請(qǐng)ll/644,697和于2006年8月30日^是交且題 為 "Processes and Systems for Engineering a Copper Surface for Selective Metal Deposition"的11/513,634中教4受了鈷合金的無(wú)電鍍。某些實(shí)施例包括 沒置在介電層110上方和^殳置在覆蓋層 130上方的可選介電阻擋層115。其它實(shí)施例省略介電阻擋層115以實(shí) 現(xiàn)較低的總介電常數(shù)?？梢酝ㄟ^各種沉積技術(shù)來(lái)介電阻擋層ll5。用 于介電阻擋層115的合適材料包括碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4) 和石友氮4匕石圭(SiCN )。如圖2所示，在介電阻擋層115上方形成低k層200。在不包 括可選介電阻擋層115的那些實(shí)施例中，在覆蓋層130上方形成低k 層200且與介電層110接觸。從圖2可以看出，擴(kuò)散阻擋層1加和覆蓋 層130防止銅擴(kuò)散到低k層200和介電層110中。除上文關(guān)于介電層110 所述的低k材料之外，低k層200還可以由黑金剛石形成。而且，與介電層110—樣，低k層200可以包括可選的更耐
久最頂端部分(未示出)。例如，這個(gè)最上層部分可以生長(zhǎng)有如上所 述的修改的微結(jié)構(gòu)。同樣地，與介電阻擋層115的情況一樣，可以在低k層200的頂部上提供碳化硅、氮化硅或碳氮化硅組成的另 一介電 阻擋層(未示出)。在圖3中，用掩模層300來(lái)掩蔽低k層200以開始使導(dǎo)電線 IOO暴露的過程。纟奄才莫層300可以包括光刻力交層310和光刻力交層310與 低k層200之間的可選硬掩模層320。在低k層200被介電阻擋層覆蓋的 那些實(shí)施例中，此介電阻擋層還可以充當(dāng)硬掩模層320。掩模層300包括在光刻膠層310中形成的與導(dǎo)電線IOO對(duì)準(zhǔn) 的開口330。為了補(bǔ)償開口300位置的不對(duì)準(zhǔn)誤差，將開口330縮窄以 形成縮窄的開口340。有時(shí)將縮窄掩才莫中的開口稱為掩才莫收縮或下一 代圖案化(NGP)?？梢岳缤ㄟ^在沉積和蝕刻之間交一#的循環(huán)工藝 在開口 330的側(cè)壁上形成共形沉積層350來(lái)實(shí)現(xiàn)掩模收縮。在于2004 年12月16日4是交且題為"Reduction of Etch Mask Feature Critical Dimensions"的美國(guó)專利申請(qǐng)11/016，455、于2006年5月10日提交且 題為"Pitch Reduction"的美國(guó)專利申請(qǐng)11/432,194和于2004年4月30 日才是交且題為 "Gas Distribution System having Fast Gas Switching Capabilities"的美國(guó)專利申請(qǐng)10/835，175中描述了合適的掩模收縮技 術(shù)，通過引用而將這些美國(guó)專利申請(qǐng)中的每一個(gè)并入本文。如圖4所示，使導(dǎo)電線100暴露還包括通過例如蝕刻使縮窄 的開口340穿過硬掩模層320 (如果存在)、穿過低k層200、穿過介電 阻擋層115 (如果存在)以及穿過覆蓋層130延伸至導(dǎo)電線100而形成 過孔400。這里，該導(dǎo)電線100可以充當(dāng)蝕刻4亭止層?？梢?i人識(shí)到， 暴露該導(dǎo)電線IOO還可通過將該縮窄的開口 340只延伸到該覆蓋層 130,而不穿過該覆蓋層130來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，覆蓋層130可以充當(dāng)蝕刻 停止層。雖然，在這些實(shí)施例中導(dǎo)電線100不是沒有被覆蓋，但由于 覆蓋層130本身是導(dǎo)電的，所以當(dāng)縮窄開口340到達(dá)覆蓋層130時(shí)，導(dǎo) 電線100,皮電氣地暴露。在形成過孔400之后，如圖5所示，可以剝?nèi)ス饪棠z層310。在某些實(shí)施例中，這可以包括等晶片清洗工藝，如氧
等離子體灰化。如圖6所示，在^f吏導(dǎo)電線100暴露之后，在過^L400的側(cè)壁 上以及整個(gè)硬掩模層320 (如果存在)的頂面上共形地形成擴(kuò)散阻擋 層600。在沒有硬掩模層320的情況下，在整個(gè)低k層200的頂面上形 成擴(kuò)散阻擋層600。上文已關(guān)于擴(kuò)散阻擋層120描述了用于擴(kuò)散阻擋 層600的合適材術(shù)+和沉積方法。應(yīng)注意的是，雖然在本文中將過孔400的側(cè)壁示為平4亍， 但蝕刻會(huì)產(chǎn)生略呈錐形形狀的過孔400,其寬度朝向?qū)щ娋€100減小。 在各種實(shí)施例中，在與導(dǎo)電線100對(duì)接處測(cè)量的過孔400的寬度可以 不大于130纟內(nèi)米(■)、 100nm、 80腦、65nm、 50nm或32nm。圖7 ~ 9A示出了利用等導(dǎo)電材^牛(如銅)填充過孔400的示 例性過程。在圖7中，在過孔400內(nèi)和低k層200上方形成銅層700。如 例如上述的美國(guó)專利申請(qǐng)11/514,038、 11/382，906和ll/427,266中每個(gè) 所述，可以通過將銅無(wú)電鍍到擴(kuò)散阻擋層600上，然后電鍍銅來(lái)形成 銅層。如圖8所示，可以將銅層700平面化回到硬掩模層320 (如果存 在)或低k層200 (如果硬掩模層320不存在)。例如可以使用化學(xué)機(jī) 械拋光(CMP)來(lái)將銅層700平面化。平面化將銅插頭800留在過孔
隔離銅線IOO。 4妄下來(lái)，如圖9A所示，在銅插頭800上方選^奪性地形 成覆蓋層卯O。可以通過上文關(guān)于覆蓋層130所述的材^l"和方法來(lái)形 成覆蓋層900?？梢栽诟采w層900上方形成更多介電層(未示出)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，通過縮窄開口330以形成過孔400,在將開 口300定位在導(dǎo)電線100上方要求較小的精度。換句話i兌，使過孔400 變得更窄時(shí)，所得到的銅插頭800可以相對(duì)于導(dǎo)電線100更不對(duì)準(zhǔn)但 仍然落在4隻蓋層130上。對(duì)于具有60nm的關(guān)4定尺寸(例如圖l中的導(dǎo)電線100的寬度)的導(dǎo)電線100和具有34nm的關(guān)鍵尺寸的銅插頭800, 開口300的設(shè)置可以沿著兩個(gè)方向之一橫向地改變多達(dá)13nm。能夠 使過孔400完全落在導(dǎo)電線100上允許從某些實(shí)施例中去除該介電阻 擋層115。圖9A還用于示出本發(fā)明的示例性互連結(jié)構(gòu)905?；ミB結(jié)構(gòu) 905包括^皮介電層915與相鄰銅線(未示出)隔離的由例如銅組成的 導(dǎo)電線910。在某些情況下，導(dǎo)電線910具有不超過60nm的關(guān)4建尺寸。 在某些實(shí)施例中，介電層915可以包括低k材料?；ミB結(jié)構(gòu)卯5還包括 設(shè)置在導(dǎo)電線910上方的覆蓋層920。用于覆蓋層920的合適材料包括 上述的鈷和鈷合金。互連結(jié)構(gòu)910的某些實(shí)施例包4舌導(dǎo)電線91O與介 電層915之間的擴(kuò)散阻擋層925。在某些實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層925 包括氮化鉭、鉭、釕、銅、其合金或其子層。互連結(jié)構(gòu)905還包括設(shè)置在介電層915上方的介電層930。 在某些實(shí)施例中，介電層930還可以包括^f氐k材料。在某些實(shí)例中， 在介電層915、 930之間設(shè)置介電阻擋層935。例如，介電阻擋層935 可以包括碳化硅、氮化硅或碳氮化硅?；ミB結(jié)構(gòu)905還可以可選地包 括設(shè)置在介電層930上方的介電阻擋層940。用于介電阻擋層M0的合 適材料還包括碳化硅、氮化硅以及碳氮化石圭?；ミB結(jié)構(gòu)905還包括被設(shè)置為穿過介電層930和穿過覆蓋 層920的導(dǎo)電過孔(在這個(gè)示例中也稱為銅插頭800 )。在包括介電阻 擋層940的實(shí)施例中，還將導(dǎo)電過孔設(shè)置為穿過介電阻擋層940。導(dǎo) 電過孔可以包括如銅的導(dǎo)電材料，并且在某些實(shí)施例中包括與導(dǎo)電 線910相同的材并牛?；ミB結(jié)構(gòu)905還包括 沒置在導(dǎo)電過孔上方的覆蓋 層(在這里也稱為覆蓋層900)?；ミB結(jié)構(gòu)905的某些實(shí)施例還包括導(dǎo)電過孔與介電層930 之間的擴(kuò)散阻擋層945。還可以將擴(kuò)散阻擋層945設(shè)置在導(dǎo)電過孔與導(dǎo)電線910之間。在某些實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層945包括氮化鉭、鉭、
釕、銅、其合金或其多個(gè)層。圖9B示出了本發(fā)明的另一示例性互連結(jié)構(gòu)950。在互連結(jié) 構(gòu)950中，省略了互連結(jié)構(gòu)905 (圖9A)的介電阻擋層935、 940,得 到較低的總介電常數(shù)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，別的實(shí)施例可以僅包4舌介電 阻擋層935、 940之一而省略另一個(gè)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是在互連結(jié)構(gòu)905 (圖9A)和950 (圖9B )中， 導(dǎo)電過孔可以被設(shè)置為如所示地穿it^蓋層920、可以一皮設(shè)置為部分 地穿過覆蓋層920,或者可以仫J又延伸至覆蓋層920。雖然覆蓋層920 的材料的電阻可以高于導(dǎo)電過孔和導(dǎo)電線910的材料的電阻，但覆蓋 層920可以足夠薄以使增大的電阻率可忽略。而且，應(yīng)理解的是，優(yōu) 選地由具有良好電導(dǎo)率的材料形成互連結(jié)構(gòu)905和950兩者中的擴(kuò)散 阻擋層945以減'J 、總過孔電阻率。圖10 ~ 14示出了關(guān)于形成只又大馬士革互連結(jié)構(gòu)的本發(fā)明 的另一示例性方法。在圖10中，在通過使過孔400延伸至導(dǎo)電線100 (如在圖5中一樣)來(lái)使導(dǎo)電線100暴露之后，再次掩蔽并蝕刻低k 層200 (和硬掩才莫層320,如果存在的話)以形成溝槽IOOO,如可以 使用例如本領(lǐng)域沖支術(shù)人員已知的"先過孔"或"先溝槽"工藝程序 而實(shí)現(xiàn)與過孔400對(duì)準(zhǔn)。在圖ll中，在過孔400、溝槽1000的側(cè)壁和 整個(gè)硬掩模層320的頂面(如果存在)上或整個(gè)低k層200的頂面上(如 果硬掩模層320不存在)形成擴(kuò)散阻擋層IIOO?？梢杂缮衔年P(guān)于擴(kuò)散 阻擋層600所述的材料和方法來(lái)形成擴(kuò)撒阻擋層1100。然后，，如圖12所示，用銅層1200填充過孔400和溝槽1000 例如，通過上文關(guān)于銅層700 (圖7)所述的方法。如圖13所示，例 如通過CMP將銅層1200平面化，去除溝槽1000之間的擴(kuò)散阻擋層 1100,以形成導(dǎo)電線1300和將導(dǎo)電線100電氣地連4妄到導(dǎo)電線1300的導(dǎo)電過孔1310。接下來(lái)，如圖I4所示，在導(dǎo)電線1300上方選^奪性 地形成覆蓋層1400。例如，可以通過上文關(guān)于覆蓋層900 (圖9)所 述的材#+和方法來(lái)形成覆蓋層1400。圖14還用于示出本發(fā)明的示例性互連結(jié)構(gòu)1410。圖15示出 本發(fā)明的又一示例性互連結(jié)構(gòu)1500。在互連結(jié)構(gòu)1500中，省略互連 結(jié)構(gòu)1410 (圖14)的介電阻擋層。應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，別的實(shí)施例可以 僅包括該介電阻擋層之一而省略其它的。而且，如上文關(guān)于圖9A和 9B所述的，可以將導(dǎo)電過孔131(H殳置為到達(dá)導(dǎo)電線IOO上方的覆蓋 層、部分地穿過覆蓋層或完全穿過覆蓋層。在前述說明書中，參照本發(fā)明的特定實(shí)施例而描述了本發(fā) 明，但本領(lǐng)域的4支術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不限于此?？梢詥为?dú)地或 共同地使用上述發(fā)明的各種特征和方面。此外，在不脫離本"i兌明書 的更廣泛主旨和范圍的情況下，可以在除本文所述之外的許多環(huán)境 和應(yīng)用中利用本發(fā)明。因》匕，應(yīng)^l夸本"i兌明書和附圖i人為是i兌明性而 非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括形成導(dǎo)電線；選擇性地在該導(dǎo)電線上形成第一覆蓋層；在該第一覆蓋層上形成低k層；使該導(dǎo)電線暴露，包括在該低k層上方形成具有開口的掩模層，縮窄該掩模層中的該開口，以及通過使該縮窄的開口穿過該低k層而至少延伸至該第一覆蓋層來(lái)形成過孔；在該過孔的側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層；以及用第一導(dǎo)電材料填充該過孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該導(dǎo)電線包括形成介電層，在該介電層中限定第一溝槽，以及 用第二導(dǎo)電材料填充該第 一 溝槽。
3. 才艮據(jù)沖又利要求2所述的方法，其中，形成該介電層包4舌沉積有才幾石圭酸鹽JE皮璃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，形成該導(dǎo)電線包括在該第 一溝槽內(nèi)形成第二擴(kuò)散阻擋層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該介電層上方和該第一 覆蓋層上方形成介電阻擋層，以及形成該過孔包括4吏該縮窄的 開口延伸穿過該介電阻擋層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，形成該介電阻擋層包括沉 積碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該過孔包括使該縮窄 的開口穿過該第一覆蓋層而延伸至該導(dǎo)電線。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該第一覆蓋層包括鈷 或鈷合金的無(wú)電鍍覆。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該低k層包括沉積有 機(jī)石圭酸鹽玻璃。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該掩才莫層包括沉積光 刻月交層和在該光刻月交層中形成開口 。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成該掩模層包括在形 成該光刻"交層之前形成硬掩^莫層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，縮窄該開口包括在該開口 的側(cè)壁上形成共形沉積層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成該共形沉積層包括 在沉積與蝕刻之間循環(huán)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該第一擴(kuò)散阻擋層包 括釕的原子層沉積。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，形成該第一擴(kuò)散阻擋層包括鉭的原子層沉積。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該第一擴(kuò)散阻擋層包 括釕的超臨界co2沉積。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該第一擴(kuò)散阻擋層包 括鉭的超臨界co2沉積。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成該第一擴(kuò)散阻擋層包括 通過從由化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和等離子 體增強(qiáng)原子層沉積組成的組中選4奪的方法來(lái)沉積金屬。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成該過孔之后和形成 該第一擴(kuò)散阻擋層之前，在該低k層中形成第二溝槽，該溝槽 與該過3L^于準(zhǔn)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在該過孔的側(cè)壁上形成 該第 一 擴(kuò)散阻擋層包括在該第二溝槽的側(cè)壁上形成該第 一 擴(kuò) 散阻擋層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，用該第二導(dǎo)電材料填充 該過孔包括用銅填充該第二溝槽。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括選擇性地在該過孔上方形
23. —種互連結(jié)構(gòu)，包"fe:導(dǎo)電線，其具有不超過60nm的關(guān)鍵尺寸；第一介電層，其設(shè)置在該導(dǎo)電線上；第一覆蓋層，其設(shè)置在該第一介電層與該導(dǎo)電線之間并選擇性地設(shè)置在該導(dǎo)電線上方；導(dǎo)電過孔，其被設(shè)置為穿過該第一介電層并至少到達(dá)該第 一覆蓋層；以及擴(kuò)散阻擋層，其設(shè)置在該導(dǎo)電過孔與該第一介電層之間。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該第一覆蓋層包括 鈷。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該擴(kuò)散阻擋層包括釕。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該擴(kuò)散阻擋層包括鉭。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該導(dǎo)電線周 圍的第二介電層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該第一與第 二介電層之間的介電阻擋層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該第一介電 層上方的介電阻擋層，該導(dǎo)電過孔纟皮，沒置為穿過該介電阻擋層。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該介電阻擋層包括 碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該導(dǎo)電過孔 上方的第二覆蓋層。
32. —種互連結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)電線，其設(shè)置在第一介電層內(nèi)；第二介電層，其設(shè)置在該第一導(dǎo)電線上并與該第一介電層 接觸；第一覆蓋層，其設(shè)置在該第二介電層與該第一導(dǎo)電線之間；導(dǎo)電過孔，其被設(shè)置為穿過該第二介電層并至少到達(dá)該第 一覆蓋層；以及第一擴(kuò)散阻擋層，其設(shè)置在該導(dǎo)電過孔與該第二介電層之間。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該第一導(dǎo)電 線與該第 一 介電層之間的第二擴(kuò)散阻擋層。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該第一擴(kuò)散阻擋層 包4舌釕。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該第一擴(kuò)散阻擋層 包括鉭。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在該第二介電 層內(nèi)的第二導(dǎo)電線，其中該導(dǎo)電過孔與該第二導(dǎo)電線4妄觸。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的互連結(jié)構(gòu)，還包括選擇性地設(shè)置在該 第二導(dǎo)電線上方的第二覆蓋層。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，該導(dǎo)電過孔被設(shè)置 為穿過該第一覆蓋層并到達(dá)該第一導(dǎo)電線。
39. —種制造互連結(jié)構(gòu)的方法，包括在介電層中形成第一導(dǎo)電線； 選擇性地在該第 一導(dǎo)電線上方形成第 一覆蓋層； 在該第一覆蓋層上方形成低k層并與該介電層接觸； 使該導(dǎo)電線暴露，包括在該低k層上方形成具有開口的掩模層，縮窄該掩模層中的開口，以及通過4吏該縮窄的開口延伸穿過該4氐k層并至少到達(dá) 該第一^隻蓋層來(lái)形成過孔；在該過孔的側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層；以及 用第 一導(dǎo)電材并牛:真充該過孑L 。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，使該縮窄的開口至少延 伸至該第 一覆蓋層包括使該縮窄的開口延伸穿過該第 一覆蓋 層并到達(dá)該第一導(dǎo)電線。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括在該低k層中形成第二 導(dǎo)電線。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，還包括選擇性地在該第二導(dǎo)電 線上形成第二覆蓋層。
43. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，在該介電層中形成該第 一導(dǎo)電線包括在該介電層中形成第二擴(kuò)散阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明提供了后端線程(BEoL)互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。該結(jié)構(gòu)的特征在于較窄的導(dǎo)電線和減小的總介電常數(shù)值。使用共形擴(kuò)散阻擋層和選擇性地形成的覆蓋層來(lái)將互連結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電線和過孔與周圍的介電層隔離。本發(fā)明的方法采用縮窄光刻膠掩模中的開口的技術(shù)來(lái)形成較窄的過孔。更窄的開口增加過孔與導(dǎo)電線之間所能容許的不對(duì)準(zhǔn)量。
文檔編號(hào)H01L21/4763GK101617394SQ200780051761
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者大衛(wèi)·赫姆克, 尼古拉斯·布萊特, 弗里茨·雷德克, 耶茲迪·多爾迪 申請(qǐng)人:朗姆研究公司