專利名稱：用于鑲嵌互連件中的電遷移電阻改進(jìn)的界面層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在部分制造的集成電路上形成材料層的方法。特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及 在銅線內(nèi)形成保護(hù)蓋以便改進(jìn)鑲嵌互連件的電遷移特性的方法。
背景技術(shù)：
鑲嵌處理是在集成電路上形成金屬線的方法。其涉及在電介質(zhì)層(層間電介質(zhì)) 中形成的溝槽和通路中形成嵌入金屬線。鑲嵌處理通常是優(yōu)選方法，因?yàn)槠湫枰绕渌?法少的處理步驟且提供較高良率。其還尤其較好地適合于例如銅等不能容易被等離子體蝕 刻圖案化的金屬。在典型的鑲嵌工藝流程中，金屬沉積到經(jīng)圖案化的電介質(zhì)中以填充電介質(zhì)層中形 成的通路和溝槽。所得金屬化層通常直接形成在承載有源裝置的層上，或形成在下伏金屬 化層上。電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘材料的薄層(例如，碳化硅或氮化硅)沉積在鄰近的金屬化層之 間，以防止金屬擴(kuò)散到電介質(zhì)的大部分層中。在一些情況下，碳化硅或氮化硅電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì) 壘層在層間電介質(zhì)(ILD)的圖案化期間還充當(dāng)蝕刻終止層。在典型的集成電路(IC)中，若干金屬化層沉積在彼此之上從而形成堆疊，其中金 屬填充的通路和溝槽充當(dāng)IC導(dǎo)電路徑。一個(gè)金屬化層的導(dǎo)電路徑通過(guò)一系列鑲嵌互連件 而連接到下伏或上覆層的導(dǎo)電路徑。這些互連件的制造提出若干挑戰(zhàn)，其隨IC裝置特征的尺寸持續(xù)縮減而變得越來(lái) 越明顯。當(dāng)前，在90nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)處以及在更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)處，非常需要可提供具有改進(jìn)的使用 壽命和可靠性的互連件的互連件制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
IC制造期間遇到的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題是電遷移故障。當(dāng)互連件所經(jīng)歷的高電 流密度導(dǎo)致金屬原子隨電流遷移且因此導(dǎo)致在互連件內(nèi)形成空隙時(shí)發(fā)生電遷移。最終，空 隙的形成可導(dǎo)致裝置故障，稱為電遷移故障。在IC裝置的正在進(jìn)行中的小型化期間，互連 件尺寸減小，且互連件經(jīng)歷較大電流密度。因此，電遷移故障的可能性隨著此裝置小型化而 增加。雖然銅具有比鋁大的電遷移電阻(甚至在銅互連件中)，但電遷移故障在45nm技術(shù) 節(jié)點(diǎn)處以及在更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)處成為重大的可靠性問(wèn)題。本文提供能夠改進(jìn)互連件的電遷移性能的駐留在金屬線與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘(或 蝕刻終止)層之間的界面處的保護(hù)蓋。還描述形成此類蓋的方法。有利的是，所描述的保 護(hù)蓋可形成為駐留在金屬線的上部部分內(nèi)處于其與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的界面處的非常薄 的層，而不會(huì)顯著增加互連件電阻。保護(hù)加蓋層可包含(例如)互連件金屬(例如銅)與 摻雜元素(例如硼、鋁、鈦等)的固溶體、合金或化合物。在許多實(shí)施例中，選擇將形成與互 連件金屬的合金和/或?qū)⒕奂诰Я＿吔缣幍膿诫s元素是有利的，借此減少互連件金屬原 子的遷移。
所提供的方法通過(guò)在暴露的金屬線上沉積摻雜劑生成材料(例如，含有B、Al、Ti 等的材料)的源層，將所述源層的上部部分轉(zhuǎn)化為鈍化層(例如，氮化物或氧化物)，同時(shí) 允許摻雜劑生成源層的未改性部分保持與互連件金屬接觸，且隨后允許來(lái)自源層的未改性 部分的摻雜劑擴(kuò)散到互連件金屬中和/或與互連件金屬反應(yīng)，而實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)蓋的厚度的控 制。在一個(gè)實(shí)施例中，引入到互連件中的摻雜劑的量受與互連件接觸而駐留的源層的未改 性部分的厚度限制。在其它實(shí)施例中，引入到互連件中的摻雜劑的量通過(guò)控制擴(kuò)散和/或 反應(yīng)期間的溫度來(lái)控制。有利的是，以此受控方式形成的薄保護(hù)蓋不會(huì)顯著增加互連件的電阻，如當(dāng)將大 量高度反應(yīng)性或易擴(kuò)散的摻雜劑(例如，Si或Ge)沉積到互連件金屬上時(shí)通常無(wú)意發(fā)生 的。另外，如將描述，所提供的方法適合于由以極少選擇性或零選擇性沉積到暴露的金屬和 電介質(zhì)兩者上的摻雜劑生成源層形成保護(hù)加蓋層。應(yīng)理解，這些方法還可在含摻雜劑的源 層僅選擇性地沉積到金屬層上而不顯著沉積到電介質(zhì)上的那些情況中使用。根據(jù)一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方 法包含以下操作(a)使具有暴露的第一金屬層(例如，銅或銅合金)和暴露的電介質(zhì)層的 襯底與包括硼或第二金屬(例如，Al、Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn、Sb等)的化合物接觸以在 電介質(zhì)和第一金屬兩者上沉積包括硼或第二金屬的源層；(b)對(duì)至少在第一金屬的區(qū)上的 源層的頂部部分進(jìn)行改性以形成鈍化層，其中未經(jīng)改性源層的一部分保持與第一金屬層接 觸；以及(c)允許來(lái)自未經(jīng)改性源層的活性成分?jǐn)U散到第一金屬中和/或與第一金屬反應(yīng) 并在第一金屬層內(nèi)形成保護(hù)蓋。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底是含有內(nèi)嵌在層間金屬電介質(zhì)層中的暴露銅線的鑲嵌結(jié) 構(gòu)。在沉積源層之前，襯底可任選地預(yù)先清潔以從銅表面移除污染物(例如，氧化銅)。舉 例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)將襯底暴露于等離子體中的還原氣體(例如，H2或NH3)而執(zhí)行預(yù)先清潔。可接著通過(guò)在某一溫度下使襯底與揮發(fā)性摻雜劑前驅(qū)體接觸而沉積含有摻雜劑 源(活性成分)的源層。通常(盡管不是必需)，在無(wú)等離子體放電的情況下用熱方法執(zhí)行 源層的沉積。預(yù)先清潔和源層的沉積可在CVD設(shè)備中執(zhí)行，而無(wú)真空破壞(例如，在相同的 處理腔室中)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在無(wú)等離子體放電的情況下在約200-400°C之間的腔室溫 度下使襯底與含有B2H6(或其它揮發(fā)性的含硼前驅(qū)體)和惰性載氣的氣體混合物接觸而沉 積含硼源層。沉積腔室中的壓力維持在約0. 5-10托的范圍內(nèi)，且氣體混合物中B2H6的濃度 范圍在約0. 5到20體積％之間。在此些條件下，將含硼源層沉積到暴露的電介質(zhì)層上以及 襯底的金屬部分上。發(fā)現(xiàn)源層含有B-H鍵且因此將稱為BHx層。在許多實(shí)施例中，歸因于金屬表面處的較高前驅(qū)體分解速率，與其電介質(zhì)部分相 比，較大量的摻雜劑源材料沉積在襯底的金屬部分上。因此，在這些實(shí)施例中，沉積在金屬 部分上的源層的厚度大于沉積在電介質(zhì)上的源層的厚度。然而，對(duì)于許多含硼前驅(qū)體且對(duì) 于含金屬前驅(qū)體來(lái)說(shuō)，金屬與電介質(zhì)之間的完全沉積選擇性通常難以獲得。有利的是，所描 述的沉積方法不需要用于源層的沉積的絕對(duì)金屬/電介質(zhì)選擇性。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在適合于弓丨起前驅(qū)體分解和襯底上含有金屬的層的沉積的 溫度和壓力下使襯底與揮發(fā)性含金屬前驅(qū)體(例如，金屬鹵化物、金屬氫化物、金屬羰基化 合物或揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物)接觸而沉積含金屬源層。在許多情況下，使用如上文針對(duì)BHx層的沉積列舉的類似的溫度和壓力范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何針對(duì)不同類 型的金屬前驅(qū)體而優(yōu)化沉積條件。若干金屬適合作為用于形成保護(hù)蓋的摻雜劑。這些金屬包含形成固溶體、合金或 與互連件金屬的金屬間相的金屬，以及能夠在互連件中在晶粒邊界處擴(kuò)散和聚集的金屬。 舉例來(lái)說(shuō)，Al、Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn和Sb可用作保護(hù)蓋的組分。也可采用這些金屬彼 此或與其它金屬的合金和固溶體。用于含鋁源層的合適的揮發(fā)性前驅(qū)體包含(但不限于) 三甲基鋁、二甲基氫化鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁和三(二乙氨基)鋁。用于其它金屬的沉 積的合適的前驅(qū)體包含(但不限于)雙(環(huán)戊二烯基)鈷、乙酰丙酮鈷(II)、四(二甲基 氨基)鉿、四(二乙基氨基)鉿、四(二甲基氨基)鉬、四(二甲氨基)鈦(TDMAT)、四(二 乙氨基)鈦(TDEAT)、四(乙基甲基氨基)鈦、雙(二乙氨基)雙(二異丙基氨基)鈦、五 (二甲氨基)鉭、叔(丁基三亞氨基)(二乙基氨基)鉭(TBTDET)、五(二乙基氨基)鉭、雙 (乙基環(huán)戊二烯基)釕、三(二甲基氨基)銻和四甲基錫。如所提及，在沉積含有硼或金屬的源層之后，其頂部部分經(jīng)改性以形成鈍化層，例 如含有氮化物或氧化物的層，而其底部部分保持未經(jīng)改性且與互連件金屬接觸。在許多實(shí) 施例中，在源層在金屬上比在電介質(zhì)上沉積到更大厚度的情況下，改性操作將駐留在電介 質(zhì)上的源層的部分完全轉(zhuǎn)化為含有具有低導(dǎo)電率的材料(例如，BNX、AlxOy等)的鈍化層。 此類改性經(jīng)執(zhí)行以防止鄰近互連件之間的短路。此外，駐留在金屬線上的源層的部分改性 用以控制駐留在層中的摻雜劑的量，且提供控制保護(hù)蓋的厚度并因此控制互連件電阻率的 途徑?？墒褂萌舾晒に噥?lái)形成鈍化層。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在等離子體放電中將襯底 暴露于含氮反應(yīng)物而對(duì)源層進(jìn)行改性。舉例來(lái)說(shuō)，可使用NH3、N2H4、胺、N2及其混合物。在 一特定實(shí)例中，通過(guò)在等離子體中使襯底與N2和NH3的混合物接觸而對(duì)BHx源層進(jìn)行改性 以形成含有BNxW鈍化層。在其它實(shí)施例中，通過(guò)在等離子體放電中將襯底暴露于含氧化合 物(例如，02、N20或CO2)而對(duì)源層(例如，含金屬源層)進(jìn)行改性，以形成含有氧化物(例 如，氧化鋁、氧化鈦等)的鈍化層。在另外其它實(shí)施例中，在等離子體中以含有碳的反應(yīng)物 對(duì)源層進(jìn)行改性以形成含有碳化物或碳?xì)浠衔?例如，BCx、CxHy等)的鈍化層。經(jīng)改性層的厚度可按需調(diào)整。通過(guò)控制經(jīng)改性層的厚度，控制含有摻雜劑源的剩 余未經(jīng)改性層的厚度，從而也產(chǎn)生對(duì)互連件內(nèi)的保護(hù)蓋的厚度的控制。舉例來(lái)說(shuō)，駐留在金 屬線上的源層厚度的約20-60%之間可經(jīng)改性以形成鈍化層，同時(shí)留下未經(jīng)改性的含有摻 雜劑的部分與金屬線接觸。在一個(gè)實(shí)例中，駐留在金屬線上的源層具有約50-500 A的厚 度。在源層厚度的約20-60%之間被轉(zhuǎn)化為鈍化層之后，未經(jīng)改性的源層的約20-400A之 間保持與金屬線接觸。接下來(lái)，在形成經(jīng)改性層之后，允許來(lái)自未經(jīng)改性的源層的活性成分?jǐn)U散到互連 件金屬中和/或與互連件金屬反應(yīng)，并在互連件金屬的層內(nèi)形成保護(hù)蓋。在一些實(shí)施例中， 在形成保護(hù)蓋之前，首先在源層內(nèi)產(chǎn)生活性成分。依據(jù)活性成分的性質(zhì)，多種條件可用于產(chǎn) 生活性成分并促進(jìn)其到互連件金屬中的擴(kuò)散。在一些實(shí)施例中，將襯底暴露于高溫持續(xù)預(yù) 定時(shí)間量促進(jìn)在金屬互連件內(nèi)形成保護(hù)蓋。在其它實(shí)施例中，保護(hù)蓋的形成在容許有足夠 的時(shí)間用于摻雜劑擴(kuò)散之后在室溫下發(fā)生。在一些實(shí)施例中，在形成鈍化層之后，將蝕刻終止層或電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層(例如，包括經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜碳化硅或氮化硅的層)沉積到鈍化層上。在其它實(shí)施例中，鈍化層 本身可充當(dāng)蝕刻終止層或電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層，且不需要單獨(dú)的蝕刻終止層。在后一實(shí)施例 中，將金屬間電介質(zhì)直接沉積到鈍化層上。在一些實(shí)施例中，在沉積電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層之后執(zhí)行通過(guò)允許摻雜劑 擴(kuò)散到互連件金屬中和/或與互連件金屬反應(yīng)而進(jìn)行的互連件金屬的摻雜。舉例來(lái)說(shuō)，襯 底可在蝕刻終止層(例如，碳化硅層)已經(jīng)沉積之后經(jīng)加熱到至少約100°c以促進(jìn)形成保護(hù)
至
ΓΤΠ ο有利的是，在一些實(shí)施例中，在一個(gè)模塊中在無(wú)真空破壞的情況下依序執(zhí)行整個(gè) 蓋形成工藝和擴(kuò)散勢(shì)壘(或蝕刻終止)沉積工藝。具有一個(gè)腔室內(nèi)的多個(gè)臺(tái)或具有多個(gè)腔 室的PECVD模塊設(shè)備是用于此沉積的合適的設(shè)備。值得注意的是，含金屬層和電介質(zhì)層兩 者均可在一個(gè)PECVD設(shè)備中在無(wú)真空破壞的情況下依序沉積。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中， 所述工藝涉及沉積含金屬源層、將源層的頂部部分轉(zhuǎn)化為鈍化層、允許活性成分在金屬互 連件內(nèi)形成保護(hù)蓋，以及形成電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層，其中所有操作均在一個(gè)設(shè)備 中在無(wú)真空破壞的情況下執(zhí)行。使用這些方法形成的裝置可具有改進(jìn)的電遷移特性且還可展現(xiàn)金屬/電介質(zhì)擴(kuò) 散界面處的較大粘合力。根據(jù)另一方面，提供一種半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置包含電介質(zhì)材料區(qū)和內(nèi)嵌 在電介質(zhì)材料中的銅或銅合金區(qū)。所述裝置進(jìn)一步包含包括BNx的層，其安置于電介質(zhì)層 上且安置于銅或銅合金區(qū)上。所述裝置進(jìn)一步包括銅或銅合金區(qū)內(nèi)的含硼蓋。根據(jù)另一方面，提供一種用于在部分制造的半導(dǎo)體裝置的金屬部分上或內(nèi)形成保 護(hù)蓋的設(shè)備。所述設(shè)備包含(a)處理腔室，其具有用于引入反應(yīng)物的入口 ；(b)晶片支撐 件，其用于在保護(hù)蓋形成期間將晶片固持在適當(dāng)位置；以及(C)控制器，其包括用于沉積保 護(hù)蓋的程序指令。所述指令包含用于以下操作的指令(i)在金屬的暴露部分上沉積包括 硼或第二金屬的源層并在晶片襯底上沉積電介質(zhì)；(ii)對(duì)活性成分層的頂部部分進(jìn)行改 性以形成鈍化層；以及(iii)允許源層中的活性成分?jǐn)U散到襯底上的金屬中和/或與所述 金屬反應(yīng)并形成保護(hù)蓋。在一些實(shí)施例中，所述設(shè)備為PECVD設(shè)備?？稍诙嗯_(tái)設(shè)備的一個(gè) 臺(tái)處依序執(zhí)行所敘述的操作。在其它實(shí)施例中，可在所述設(shè)備的第一臺(tái)處執(zhí)行一些操作，同 時(shí)可在不同臺(tái)處執(zhí)行其它操作。一個(gè)臺(tái)可經(jīng)配置以用于在第一溫度下執(zhí)行的工藝，而另一 臺(tái)可經(jīng)配置以用于在不同溫度下執(zhí)行的工藝。舉例來(lái)說(shuō)，可在第一溫度下在多臺(tái)設(shè)備的一 個(gè)臺(tái)處執(zhí)行源層的沉積，同時(shí)可在不同臺(tái)處在不同溫度下執(zhí)行源層的后續(xù)改性。襯底可在 無(wú)真空破壞的情況下在臺(tái)之間轉(zhuǎn)移。在其它實(shí)施例中，可在多腔室設(shè)備中類似地實(shí)施所述 工藝，其中襯底可在不將襯底暴露于周?chē)鷹l件的情況下在腔室之間轉(zhuǎn)移。在另一方面中，提供一種在無(wú)氧化物銅表面上形成含鋁保護(hù)蓋的方法。所述方法 的特征可在于以下操作(a)使具有暴露的無(wú)氧化物銅或銅合金層和暴露的電介質(zhì)層的襯 底與包括鋁的化合物接觸以在電介質(zhì)和銅或銅合金層兩者上形成包括鋁的第一層；(b)以 化學(xué)方法對(duì)第一層的至少一部分進(jìn)行改性以形成包括鋁的鈍化層；以及(c)在鈍化層上沉 積電介質(zhì)層。在某些實(shí)施例中，操作(a)、(b)和(c)中的每一者在化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè) 備中執(zhí)行。此外，在某些實(shí)施例中，在(c)中沉積的電介質(zhì)層是蝕刻終止電介質(zhì)層。所述蝕 刻終止電介質(zhì)層可例如為例如氮化硅或碳化硅等經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜材料。在另一實(shí)施例中，在(c)中沉積的電介質(zhì)層是直接沉積到鈍化層上的層間電介質(zhì)(ILD)層。在某些實(shí)施例中，所述方法還包含(a)之前的額外操作。特定來(lái)說(shuō)，襯底表面經(jīng)清 潔以從銅或銅合金的表面完全移除氧化銅。清潔技術(shù)的實(shí)例包含(1)直接等離子體處理， (2)遠(yuǎn)程等離子體處理，(3) UV處理，以及(4)在包括隊(duì)、冊(cè)3和H2中的至少一者的氣體中的 熱處理。在以上描述的實(shí)施例中，操作(a)可涉及在無(wú)等離子體的情況下在至少約350°C 的襯底溫度下(例如，至少約40(TC下)使襯底與有機(jī)鋁化合物接觸。作為一實(shí)例，有機(jī)鋁 化合物為三甲基鋁。在某些實(shí)施例中，操作(b)涉及在不允許鋁大量擴(kuò)散到銅層中的情況下大體上完 全使駐留在銅或銅合金上的第一層鈍化?；蛘?，操作(b)涉及在允許鋁部分?jǐn)U散到銅層中 的情況下部分使駐留在銅或銅合金上的第一層鈍化。在某些實(shí)施例中，在(b)中使所述層鈍化包括形成包括Al-N鍵的大體上穩(wěn)定的化 合物。在特定實(shí)施例中，鈍化涉及用含氮試劑處理襯底，且所述處理可例如為直接等離子體 處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理或熱處理。在更特定的實(shí)施例中，所述處理涉及在無(wú)等離 子體的情況下將襯底暴露于含氮試劑。在例如電介質(zhì)為ULK電介質(zhì)的情況下，此后一處理 可為適當(dāng)?shù)?。在另外其它?shí)施例中，在(b)中使所述層鈍化包括形成包括Al-O鍵的大體上穩(wěn)定 的化合物。此工藝可涉及用含氧試劑處理襯底，且所述處理可例如為以下中的一者直接等 離子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理或熱處理。在特定實(shí)施例中，所述處理涉及在無(wú)等 離子體的情況下使襯底與含氧試劑接觸。當(dāng)例如電介質(zhì)為ULK電介質(zhì)時(shí)，此處理可為適當(dāng) 的。含氧試劑的實(shí)例包含02、N2O, CO2和O30本發(fā)明的另一方面涉及用于形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所述設(shè)備可包含以下特 征(a)處理腔室，其具有用于引入氣態(tài)或揮發(fā)性的含金屬反應(yīng)物的入口 ； (b)晶片支撐件， 其用于在處理腔室中在晶片襯底上沉積含金屬層期間將晶片固持在適當(dāng)位置；以及(c)控 制器，其包括程序指令。所述程序指令可包含用以執(zhí)行以下操作的指令(i)使具有暴露的 無(wú)氧化物銅或銅合金層和暴露的電介質(zhì)層的襯底與含鋁反應(yīng)物接觸以在電介質(zhì)和第一金 屬兩者上沉積包括鋁的第一層；以及(ii)以化學(xué)方法對(duì)第一層的至少一部分進(jìn)行改性以 形成包括鋁的鈍化層。下文將參看相關(guān)聯(lián)的圖式更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1A-1E展示在銅雙鑲嵌制造上藝期間形成的裝置結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖2A-2C展示說(shuō)明保護(hù)蓋的部分制造的裝置結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖3A呈現(xiàn)根據(jù)一些實(shí)施例的蓋形成工藝的一實(shí)例工藝流程圖。圖3B呈現(xiàn)根據(jù)一些實(shí)施例的蓋形成工藝的另一實(shí)例工藝流程圖。圖4A-4E展示根據(jù)一些實(shí)施例的在蓋層形成期間形成的裝置結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的能夠使用可用于形成蓋層的低頻(LF)和高頻 (HF)射頻等離子體源的PECVD設(shè)備的示意表示。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的適合于形成蓋層的多臺(tái)設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的示意表不。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的適合于形成蓋層的多臺(tái)設(shè)備的另一實(shí)例的示
意表不。
具體實(shí)施例方式引言和綜述隨著裝置尺寸不斷減小，且互連件所經(jīng)歷的電流密度不斷增大，電遷移正成為IC 制造中的重大可靠性問(wèn)題。電遷移表現(xiàn)為以電流遷移金屬原子且在互連件內(nèi)形成空隙?？?隙的形成可隨后導(dǎo)致裝置故障。金屬原子的遷移在金屬/擴(kuò)散勢(shì)壘界面處以及沿著顆粒邊 界特別顯著。當(dāng)前，在90nm和45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)下，需要用于改進(jìn)電遷移性能的方法。雖然可通過(guò)將摻雜劑元素引入到互連件中來(lái)改進(jìn)電遷移性能，但此類摻雜劑通常 具有比互連件金屬(例如，Cu)高的電阻率，且可顯著增加互連件電阻。因此，對(duì)互連件金 屬的不受控的摻雜可導(dǎo)致具有不可接受高電阻的互連件。本文提供一種對(duì)摻雜劑的受控引入的方法。所述方法涉及通過(guò)將受控量的摻雜劑 引入到互連件而在金屬互連件內(nèi)形成保護(hù)蓋。因此，非常薄的保護(hù)蓋可形成于金屬線的上 部部分內(nèi)，通常位于金屬與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘(或蝕刻終止)層之間的界面處。保護(hù)蓋優(yōu)選 (但不一定)包含互連件金屬與摻雜劑的固溶體、合金，或化合物。舉例來(lái)說(shuō)，銅可與B、A1、 Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn或Sb摻雜。這些摻雜劑還可彼此組合使用，或與其它元素組合使 用。一般來(lái)說(shuō)，可使用多種摻雜劑。能夠形成與互連件金屬的固溶體、合金以及化合物的摻 雜劑和能夠在金屬/擴(kuò)散勢(shì)壘界面處以及在互連件內(nèi)的顆粒邊界處累積的摻雜劑是特別 優(yōu)選的。雖然本文中所描述的保護(hù)蓋以及用于形成此類蓋的方法對(duì)于改進(jìn)互連件的電遷 移性能來(lái)說(shuō)是有利的，但對(duì)所描述的裝置以及工藝的使用不限于此特定應(yīng)用。舉例來(lái)說(shuō)，保 護(hù)蓋可用以改進(jìn)金屬線與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層或蝕刻終止層之間的粘合，且用以防止互連件 金屬在IC裝置制造期間氧化。將在銅雙鑲嵌處理的背景下說(shuō)明在互連件中形成保護(hù)蓋。應(yīng)理解，本文中所揭示 的方法可用于其它處理方法中(包含單鑲嵌處理)，且可應(yīng)用于除銅之外的多種互連件金 屬。舉例來(lái)說(shuō)，這些方法可應(yīng)用于含鋁、金和銀的互連件。圖IA到圖ID中所呈現(xiàn)的是在雙鑲嵌制造工藝的各個(gè)階段處在半導(dǎo)體襯底上形成 的裝置結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在圖IE中展示通過(guò)雙鑲嵌工藝形成的完成的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。本 申請(qǐng)案中所使用的“半導(dǎo)體襯底”不限于IC裝置的半導(dǎo)體部分，而是在廣義上經(jīng)界定為含 半導(dǎo)體的襯底。參看圖1A，說(shuō)明用于雙鑲嵌制造的部分制造的IC結(jié)構(gòu)100的實(shí)例。圖IA 到圖ID中所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)100是半導(dǎo)體襯底的一部分，且在一些實(shí)施例中可直接駐留于含有 有源裝置(例如，晶體管)的層上。在其它實(shí)施例中，其可直接駐留于金屬層上，或駐留于 并入有導(dǎo)電材料的其它層(例如，含有存儲(chǔ)器電容器的層)上。圖IA中所說(shuō)明的層103是金屬間電介質(zhì)層，所述金屬間電介質(zhì)可為二氧化硅，但 更通常是低k電介質(zhì)材料。為了使金屬間電介質(zhì)堆疊的介電常數(shù)最小化，將具有小于約 3. 5、優(yōu)選小于約3.0且常低于約2.8的k值的材料用作層間電介質(zhì)。這些材料包含(但不 限于)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的摻雜氟或碳的二氧化硅、含有有機(jī)物的低k材料和多孔的經(jīng)摻雜的二氧化硅材料?？衫缤ㄟ^(guò)PECVD或通過(guò)旋涂方法來(lái)沉積所述材料?？梢跃€路 徑(溝槽和通孔)蝕刻層103，其中沉積部分導(dǎo)電金屬擴(kuò)散勢(shì)壘105，隨后嵌入銅導(dǎo)電路線 107。因?yàn)殂~或其它移動(dòng)導(dǎo)電材料提供半導(dǎo)體襯底的導(dǎo)電路徑，所以靠近金屬線的基礎(chǔ)硅裝 置和電介質(zhì)層必須受到保護(hù)而免受金屬離子(例如，Cu2+)影響，否則金屬離子可能擴(kuò)散或 漂移到硅或?qū)娱g電介質(zhì)中，且導(dǎo)致其特性的降級(jí)。使用若干類型的金屬擴(kuò)散勢(shì)壘以便保護(hù) IC裝置的電介質(zhì)層?？蓪⑦@些類型劃分為含有部分導(dǎo)電金屬的層(例如，105)和電介質(zhì)勢(shì) 壘層(將參看圖IB更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行描述)。用于部分導(dǎo)電擴(kuò)散勢(shì)壘105的合適材料包含 例如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦等材料。通常通過(guò)PVD或ALD方法將這些材料沉積于具有通孔 和溝槽的電介質(zhì)層上?？赏ㄟ^(guò)多種技術(shù)形成銅導(dǎo)電路線107，所述技術(shù)包含PVD、電鍍、無(wú)電沉積、CVD等。 在一些實(shí)施方案中，形成銅填充物的優(yōu)選方法包含通過(guò)PVD沉積銅的薄種子層，且隨后通 過(guò)電鍍沉積塊體銅。由于在沉積銅時(shí)通常會(huì)有覆蓋層(overburden)駐留于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)中，所 以需要化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作來(lái)移除覆蓋層且獲得平坦化的結(jié)構(gòu)100。接下來(lái)，參看圖1B，在已完成結(jié)構(gòu)100之后，預(yù)先清潔襯底100的表面以移除污染 物和金屬氧化物。在預(yù)先清潔后，將含有有效成分的摻雜劑源層(含有硼或金屬的生成摻 雜劑的成分)沉積到銅線107上并沉積到電介質(zhì)103上。接下來(lái)例如通過(guò)對(duì)源層的氮化或 氧化而將源層轉(zhuǎn)化為鈍化層109。舉例來(lái)說(shuō)，鈍化層可含有BNx，B0x、A10x、Ti0x等。在電介 質(zhì)區(qū)上將源層完全轉(zhuǎn)化為非導(dǎo)電鈍化層以防止鄰近的金屬線107之間的短路。源層的直接 駐留于銅線107上的部分僅部分轉(zhuǎn)化為鈍化層，從而允許未經(jīng)改性的源層的一部分保持與 銅接觸。在允許來(lái)自源層的未經(jīng)鈍化的部分的摻雜劑擴(kuò)散到銅中和/或與銅反應(yīng)后，保護(hù) 蓋108形成于金屬線107的頂部部分內(nèi)。可通過(guò)在源層的部分鈍化期間控制改性的程度且 通過(guò)控制在摻雜劑的擴(kuò)散和/或摻雜劑與銅的反應(yīng)期間所使用的條件來(lái)控制沉積于源層 中的材料的量，借此控制保護(hù)蓋的厚度。保護(hù)蓋可包含(例如)銅與B、Al、Ti等的固溶體 或合金。在一些實(shí)施例中，通過(guò)控制用于促進(jìn)摻雜劑從源層進(jìn)行擴(kuò)散的溫度和時(shí)間來(lái)控制 合金或固溶體中的摻雜劑的量。將在以下部分中詳細(xì)描述保護(hù)蓋和鈍化層的組份。在一些實(shí)施例中，鈍化層還用作擴(kuò)散勢(shì)壘層。在其它實(shí)施例中，單獨(dú)的擴(kuò)散勢(shì)壘 (或蝕刻終止)層沉積于鈍化層的頂部上。通常，此類擴(kuò)散勢(shì)壘層包含經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜的 碳化硅或氮化硅。如圖IB中所描繪，膜109可包含單一鈍化層(例如，BNx或AlOx層)，或由鄰近于 銅線107的鈍化層以及駐留于鈍化層上的上部電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層(例如，經(jīng)摻雜的碳化硅 層)組成的雙層。將在后續(xù)部分中參看圖2A到圖2C詳細(xì)描述這兩個(gè)實(shí)施例。膜109將被 稱作Cu/電介質(zhì)界面膜或簡(jiǎn)稱為“界面膜”。在界面膜包含單獨(dú)的電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的實(shí)施例中，通常通過(guò)PECVD方法將電介 質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層沉積于鈍化層的頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，在不破壞真空的情況下在一個(gè) PECVD設(shè)備中執(zhí)行鈍化層的沉積、保護(hù)蓋108的形成和電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的沉積。界面膜 109還可在后續(xù)鑲嵌處理期間用作蝕刻終止件。再次參看圖1B，雙鑲嵌電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一電介質(zhì)層111沉積到膜109上。此后是 任選地通過(guò)PECVD方法在第一電介質(zhì)層111上沉積蝕刻終止膜113。電介質(zhì)層111通常由 低k電介質(zhì)材料(例如，針對(duì)電介質(zhì)層103而列舉的電介質(zhì)材料)組成。應(yīng)注意，層111和103不一定具有相同的組份。如圖IC中所描繪，過(guò)程繼續(xù)，其中雙鑲嵌電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第二電介質(zhì)層115以類似 于第一電介質(zhì)層111的方式沉積到蝕刻終止膜113上。隨后是抗反射層(未圖示)和CMP 終止膜117的沉積。第二電介質(zhì)層115通常含有低k電介質(zhì)材料，例如上文針對(duì)層103和 111而描述的電介質(zhì)材料。CMP終止膜117用以在后續(xù)的CMP操作期間保護(hù)金屬間電介質(zhì) (IMD)層115的脆弱的電介質(zhì)材料。通常，CMP終止層經(jīng)受與擴(kuò)散勢(shì)壘和蝕刻終止膜109和 113類似的集成要求，且可包含基于碳化硅或氮化硅的材料。如圖ID到IE中所描繪，雙鑲嵌工藝?yán)^續(xù)，其中在第一和第二電介質(zhì)層中蝕刻通孔 119和溝槽121。使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)來(lái)蝕刻圖ID中所說(shuō)明的圖案?？墒褂盟鶎兕I(lǐng)域的技術(shù) 人員眾所周知的溝槽優(yōu)先或通孔優(yōu)先方法。接下來(lái)，如圖IE中所描繪，如上文所描述的這些新形成的通孔和溝槽可涂覆有金 屬擴(kuò)散勢(shì)壘123，金屬擴(kuò)散勢(shì)壘123可含有勢(shì)壘材料，例如鉭、氮化鉭、氮化鈦，或有效地阻 止銅原子擴(kuò)散到電介質(zhì)層中的其它材料。在已沉積擴(kuò)散勢(shì)壘123之后，施加銅種子層(通常通過(guò)PVD工藝)，以使得能夠隨 后用銅嵌入對(duì)所述特征進(jìn)行電填充。例如通過(guò)電填充來(lái)沉積銅層，且在CMP操作中移除在 場(chǎng)中沉積的多余金屬，其經(jīng)執(zhí)行以使得CMP在CMP終止膜117處終止。圖IE展示完成的雙 鑲嵌工藝，其中銅導(dǎo)電路線124和125嵌入到(未描繪的種子層)勢(shì)壘123上的通孔和溝 槽表面上。圖IE說(shuō)明三個(gè)互連件，其中已用受控的方式摻雜銅線。如果需要進(jìn)一步的處理，那么在圖2E中所描繪的結(jié)構(gòu)的頂部上形成類似于膜109 的界面膜和類似于蓋108的保護(hù)蓋，且隨后沉積新的金屬化層?，F(xiàn)在將參看圖2A到圖2C詳細(xì)說(shuō)明保護(hù)蓋108和界面層109的結(jié)構(gòu)和組份。裝置結(jié)構(gòu)參看圖2A，說(shuō)明部分IC結(jié)構(gòu)的實(shí)例橫截面圖。在此裝置中，形成于層間電介質(zhì)201 中的通孔和溝槽上襯有擴(kuò)散勢(shì)壘材料203，且被填充有銅或銅合金205。銅線205的頂部部 分包含薄保護(hù)蓋207，其駐留于銅線205與鈍化層209之間的界面處。鈍化層209駐留于 ILD層201和保護(hù)蓋207兩者上，且與這兩個(gè)層接觸。電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層211駐 留于鈍化層211的頂部上。雖然為了保持清晰而非對(duì)其進(jìn)行展示，但另一 ILD層駐留于電 介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層211的頂部上。鈍化層209和擴(kuò)散勢(shì)壘(或蝕刻終止)層211 一起構(gòu)成界面膜(如參看圖IB由層109所說(shuō)明)，其駐留于金屬/ILD邊界處。在一個(gè)實(shí)施例中，層間電介質(zhì)層201具有在約1，000-10,000 A之間的厚度。層201 可包含多種ILD材料，例如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的低k和超低k電介質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)， 可使用摻雜碳的氧化硅，或具有小于約2. 8的k的有機(jī)電介質(zhì)材料。銅線205可具有在約 500-10,000 A之間的厚度，優(yōu)選銅線205的不多于約10%、更優(yōu)選不多于約2%被保護(hù)蓋占 據(jù)(通過(guò)層厚度測(cè)量)。應(yīng)理解，在許多實(shí)施例中，保護(hù)蓋將具有分級(jí)的組份，其中摻雜劑的 濃度在鈍化層界面處是最大的。保護(hù)蓋的容許的厚度將取決于摻雜劑的電阻率。一般來(lái)說(shuō)， 根據(jù)所描述的方法來(lái)形成保護(hù)蓋，使得通孔的電阻偏移小于約10%、優(yōu)選小于約5%，且更 優(yōu)選小于約3%。電阻偏移被測(cè)量為不具有蓋的互連件的電阻對(duì)經(jīng)加蓋的互連件的電阻上 的差異。在一些實(shí)施例中，通過(guò)形成厚度不超過(guò)500 A，且優(yōu)選不超過(guò)100 A的保護(hù)蓋來(lái)實(shí)現(xiàn) 容許的電阻偏移。
應(yīng)理解，不同的摻雜劑可以不同方式在銅互連件內(nèi)擴(kuò)散，且可在不同程度上影響 互連件電阻。因此，上文提供的數(shù)值用作一個(gè)實(shí)例，且無(wú)意將結(jié)構(gòu)限于所提到的厚度參數(shù)。 舉例來(lái)說(shuō)，某些摻雜劑可擴(kuò)散到銅互連件中以在整個(gè)銅線上沉積而不形成不同的蓋，或在 顆粒邊界處累積和/或在其它界面處累積，例如在具有擴(kuò)散勢(shì)壘203的銅層205的界面處 累積。有利的是，所提供的方法允許以受控的量引入此類摻雜劑，使得互連件電阻得以控 制，即使在這些情況下可能不準(zhǔn)確地界定層的厚度?？稍诒Ｗo(hù)蓋中使用一定數(shù)目的摻雜元素。優(yōu)先使用形成與銅的固溶體、合金或化 合物的那些摻雜劑，且優(yōu)先使用可在銅顆粒邊界處累積以及在銅與其它層的界面處累積的 摻雜劑。具有相對(duì)低的電阻率的材料(例如金屬)常是優(yōu)選的。此外，不容易在低溫下(例 如在低于約100°C的溫度下)擴(kuò)散到銅中的材料也常是優(yōu)選的。合適摻雜劑的實(shí)例包含但 不限于B、Al、Hf、Ti、Co、Ta、Mo、Ru、Sn和Sb。一般來(lái)說(shuō)，需要選定的摻雜劑具有揮發(fā)性前 驅(qū)體，使得可通過(guò)CVD方法執(zhí)行沉積。因此，具有揮發(fā)性氫化物、羰基合物、商化物和有機(jī)金 屬的前驅(qū)體的金屬摻雜劑通常是優(yōu)選的?？稍诟哌_(dá)450°C的溫度下和大于約1托的壓力下 以氣相引入的化合物可為合適的前驅(qū)體。在特定實(shí)施例中，保護(hù)蓋207包括銅和硼，或銅和鋁，或銅和鈦。在一些實(shí)施例 中，摻雜劑彼此組合使用。舉例來(lái)說(shuō)，保護(hù)蓋207可包含銅、鋁和鈦，或銅與摻雜劑的其 它組合。在一些實(shí)施例中，上文所描述的摻雜劑與用于形成保護(hù)性自對(duì)準(zhǔn)緩沖(PSAB) 層的材料(例如，例如CuSix、CuGepSiNj^n SiCx等材料)組合使用。在名為余(Yu)等 人的發(fā)明人于2007年3月20日申請(qǐng)的標(biāo)題為“用于鑲嵌互連件的保護(hù)性自對(duì)準(zhǔn)緩沖 層(Protective Self-aligned Buffer Layers for Damascene Interconnects) ” 白勺共 同擁有的第11/726，363號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中、在名為恰特帕帝耶(Chattopadhyay)等 人的發(fā)明人于2007年2月20日申請(qǐng)的標(biāo)題為“用于鑲嵌互連件的保護(hù)性自對(duì)準(zhǔn)緩沖 M (ProtectiveSelf-aligned Buffer Layers for Damascene Interconnects)” 白勺第 11/709，293號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中，以及在名為范·切哈凡帝克(van Schravendijk)等人 的發(fā)明人于2004年11月3日申請(qǐng)的標(biāo)題為“通過(guò)形成自對(duì)準(zhǔn)緩沖層來(lái)保護(hù)Cu鑲嵌互連件 (Protection of CuDamascene Interconnects by Formation of a Self-aligned Buffer Layer)，，的第10/980，076號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中詳細(xì)描述了此類層，所有所述申請(qǐng)案均以全 文引用的方式且出于任何目的而并入本文中。在一個(gè)實(shí)施例中，駐留于ILD層201的頂部上以及駐留于保護(hù)蓋207的頂部上的 鈍化層209具有在約50-500 A之間的厚度。鈍化層通常含有防止鄰近的互連件之間的短 路的非導(dǎo)電材料。鈍化層通常含有經(jīng)改性的摻雜劑，例如，其可含有摻雜劑(硼或金屬)的 氮化物、氧化物、碳化物、硫化物、硒化物、磷化物和砷化物。此外，鈍化層可含有碳?xì)浠衔?CxHy。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層含有BNx。BNx層也可包含氫，且在一些實(shí)施例中可包含其它 元素。在另一實(shí)例中，鈍化層含有金屬氧化物，例如A10x、HfOx、TiOx, CoOx、TaOx、MoOx、RuOx、 SnOx 和 SbOx。如圖2A中所示，電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層211駐留于鈍化層的頂部上。在 一個(gè)實(shí)施例中，層211具有在約50-500 A之間的厚度。常規(guī)上，曾將氮化硅和摻雜氮的碳 化硅(NDC)用于此應(yīng)用。當(dāng)前，具有比氮化硅低的介電常數(shù)的材料常用作電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘。 這些材料包含富碳碳化硅材料，例如余(Yu)等人在2004年6月15日申請(qǐng)的共同轉(zhuǎn)讓的第10/869，474號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中描述的富碳碳化硅材料；余(Yu)等人在2004年8月9 日申請(qǐng)的第10/915，117號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案以及余(Yu)等人在2006年3月8日申請(qǐng)的第 11/373,847號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中所描述的摻雜硼的碳化硅材料；以及摻雜氧的碳化硅材 料，例如唐(Tang)等人在2005年2月15日發(fā)布的第6，855，645號(hào)美國(guó)專利中描述的摻雜 氧的碳化硅材料。在此段落中所提到的所有專利申請(qǐng)案均在此出于所有目的并以全文引用 的方式并入。在一些實(shí)施例中，層211可含有若干子層，例如含有經(jīng)摻雜和/或未經(jīng)摻雜的 碳化硅的子層，其具有針對(duì)改進(jìn)的擴(kuò)散勢(shì)壘和蝕刻終止特性而調(diào)整的不同組份。舉例來(lái)說(shuō)， 勢(shì)壘可包含未經(jīng)摻雜的碳化物的子層、摻雜氮的碳化物的子層和摻雜氧的碳化物的子層的 任何組合。所述勢(shì)壘可含有兩個(gè)子層、三個(gè)子層或更多子層。在2004年6月15日申請(qǐng)的 第10/869，474號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案(2007年10月16日發(fā)布的第7，282，438號(hào)新專利)中 呈現(xiàn)組合勢(shì)壘層的實(shí)例，所述申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文中。一般來(lái)說(shuō)，電介質(zhì)擴(kuò)散 勢(shì)壘層可包含經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜的碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。在圖2A所說(shuō)明的實(shí)施例中，層209和211 —起形成駐留于兩個(gè)ILD層(頂部ILD 層未圖示)之間的界面層。在某些實(shí)施例中，鈍化層209可用作擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層，而不需要單獨(dú)的碳 化硅或氮化硅層211。在圖2B所說(shuō)明的此實(shí)施例中，駐留于兩個(gè)ILD層之間的界面層僅由 鈍化層209組成。舉例來(lái)說(shuō)，某些金屬氧化物和金屬氮化物可用作蝕刻終止或擴(kuò)散勢(shì)壘層。圖2C說(shuō)明一實(shí)施例，其中摻雜劑或生成摻雜劑的化合物的層208駐留于保護(hù)蓋 207與鈍化層209之間，且與這兩個(gè)層接觸。層208在銅線205上對(duì)準(zhǔn)，且不在電介質(zhì)層201 上延伸。層208可包含純摻雜劑或生成摻雜劑的化合物。舉例來(lái)說(shuō)，層208可包含BHX、A1、 Ti、Ta、Hf、Ru等。此層中的金屬可為游離的或可與其它元素(例如，H、C、N等)鍵。在一 些實(shí)施例中，銅可向上擴(kuò)散到層208，從而與層208中的摻雜劑形成合金、化合物或固溶體。 在這些實(shí)施例中，207/208雙層將用作保護(hù)蓋。一般來(lái)說(shuō)，如本文中所描述的保護(hù)蓋可在與 周?chē)娊橘|(zhì)201相同的水平處完全駐留于銅線內(nèi)，或可包含駐留于周?chē)娊橘|(zhì)201的水平 上方的部分。在一個(gè)特定實(shí)例中，裝置具有如圖2A中所示的結(jié)構(gòu)，其具有摻雜硼的保護(hù)蓋207 和含有BNx的鈍化層209。銅線205駐留于具有約3,500 A的厚度的ULK電介質(zhì)層(約2. 5 的k)中。保護(hù)蓋207包含銅和硼，且具有約100 A的厚度。保護(hù)蓋在其與鈍化層介接處駐 留于銅線的頂部處。鈍化層具有約150 A的厚度，且包含BNX。鈍化層也可包含氫，且將在 實(shí)驗(yàn)部分中被稱作(BNH)x層。擴(kuò)散勢(shì)壘層211可包含摻雜氮的碳化硅、摻雜氧的碳化硅或 未經(jīng)摻雜的碳化硅。層211具有從100 A到500 A的厚度。在另一特定實(shí)例中，裝置具有如圖2A中所示的結(jié)構(gòu)，其具有鈦保護(hù)蓋207和含有 TiNx的鈍化層209。銅線205駐留于具有約3,500 A的厚度的ULK電介質(zhì)層(約2. 5的k) 中。保護(hù)蓋207包含銅和鈦，且具有約100 A的厚度。保護(hù)蓋在其與鈍化層介接處駐留于 銅線的頂部處。鈍化層具有約150 A的厚度，且包含TiNx。鈍化層也可包含氫。擴(kuò)散勢(shì)壘層 211可包含摻雜氮的碳化硅、摻雜氧的碳化硅或未經(jīng)摻雜的碳化硅。層211具有從IOO A到 500 A的厚度。在另一特定實(shí)例中，裝置具有如圖2A中所示的結(jié)構(gòu)，其具有摻雜鋁的保護(hù)蓋207。 銅線205駐留于具有約3,500 A的厚度的ULK電介質(zhì)層(約2. 5的k)中。保護(hù)蓋207包含銅和鋁，且具有約100 A的厚度。保護(hù)蓋在其與鈍化層介接處駐留于銅線的頂部處。鈍化 層具有小于約100 A的厚度，且基本上由Aiox組成。擴(kuò)散勢(shì)壘層211具有約100 A到500 A 的厚度，駐留成與Aiox接觸，且可包含摻雜氮的碳化硅、摻雜氧的碳化硅或未經(jīng)摻雜的碳化娃。用于形成保護(hù)加蓋層的方法通過(guò)圖3A中所示的過(guò)程流程圖來(lái)說(shuō)明用于形成保護(hù)加蓋層的示范性方法。在圖 4A到圖4E中展示此過(guò)程的各個(gè)階段處所獲得的裝置結(jié)構(gòu)的橫截面圖。雖然可在許多類 型的設(shè)備中實(shí)踐本文中所描述的方法，但在一些實(shí)施例中，等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 (PECVD)設(shè)備是優(yōu)選的。在一些實(shí)施例中，PECVD設(shè)備能夠提供高頻(HF)和低頻(LF)等離 子體生成源。參看圖3A，過(guò)程通過(guò)提供具有銅線在電介質(zhì)中的圖案的部分制造的半導(dǎo)體裝置 (如操作301中所示)而開(kāi)始。舉例來(lái)說(shuō)，可使用例如圖4A中所示的裝置的裝置。所述裝置 具有嵌入電介質(zhì)層401中的銅或銅合金層405。薄的擴(kuò)散勢(shì)壘材料層(含有例如Ta、TaNx、 TiNx, Ru, W)駐留于銅與電介質(zhì)之間的界面處。銅層和電介質(zhì)層暴露于襯底表面處。任選地在操作303中預(yù)先清潔襯底，以從其表面移除污染物。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)將 襯底暴露于等離子體中的還原氣體(例如，選自由處于等離子體放電的吐為、順3和其混合 物組成的群組的氣體)來(lái)預(yù)先清潔襯底，以便從銅表面移除氧化銅。在一些實(shí)施例中，以H2 等離子體進(jìn)行預(yù)先清潔已為裝置提供特定改進(jìn)的特性。預(yù)先清潔期間的過(guò)程氣體還可包含 載氣，例如N2、He、Ar等。在一個(gè)實(shí)例中，在約200-400°C的溫度、約1.5-4托的壓力以及約 4，000-10, OOOsccm的H2流動(dòng)速率下在PECVD腔室中執(zhí)行預(yù)先清潔?？珊蠬F和LF成分 的等離子體經(jīng)點(diǎn)燃且維持于每個(gè)300mm晶片200-1000W的總功率下。在一些實(shí)施例中，優(yōu) 選在預(yù)先清潔操作期間使用處于0. 1-1. 5ff/cm2下的HF功率和處于0-0. 8ff/cm2下的LF功 率。在另一實(shí)例中，用NH3替代H2作為還原氣體，且在約6，000到8，OOOsccm的范圍中的流 動(dòng)速率下流動(dòng)到處理腔室中。N2載氣在約2，000-4, OOOsccm的流動(dòng)速率下流動(dòng)到腔室中。 預(yù)先清潔處理可持續(xù)若干秒，例如在約6-20秒之間。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選使用比直接等離子體暴露更溫和的方法來(lái)執(zhí)行預(yù)先清潔。 當(dāng)銅線嵌入可容易被直接等離子體暴露損壞的脆弱的ULK電介質(zhì)中時(shí)，這些較溫和的方法 特別有利。在一些實(shí)施例中，通過(guò)使用遠(yuǎn)程等離子體來(lái)執(zhí)行對(duì)氧化銅的完全或部分移除，所 述遠(yuǎn)程等離子體包括選自由H2、N2, NH3和其混合物組成的群組的氣體。在此實(shí)施方案中， 使用這些氣體中的一者或一者以上(例如，H2和N2的混合物或NH3和N2的混合物)以在物 理上與固持晶片襯底的腔室分離的腔室中形成等離子體。接著將所形成的等離子體引導(dǎo)穿 過(guò)遞送線，到達(dá)離子過(guò)濾器，離子過(guò)濾器耗盡離子的等離子體，同時(shí)留下自由基。將所得的 富含自由基的過(guò)程氣體遞送穿過(guò)入口(例如，噴淋頭)，到達(dá)容納襯底的腔室。富含自由基 的過(guò)程氣體(在一些實(shí)施例中，其含有極少的離子物質(zhì)或大致不含有離子物質(zhì))接觸襯底 表面，且按需要部分地或完全地移除氧化銅。因?yàn)橹苯拥入x子體中所含有的高能離子已牽 涉到電介質(zhì)損壞，所以使用缺乏離子的遠(yuǎn)程等離子體提供進(jìn)行預(yù)先清潔的溫和且有效的方 式。在加利福尼亞州圣何塞市的諾發(fā)系統(tǒng)公司(Novellus Systems)所提供的Gamma 產(chǎn)品 線中有合適的實(shí)例遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)。
在其它實(shí)施例中，通過(guò)在存在還原氣體(例如，選自由H2、N2, NH3和其混合物組成 的群組的氣體)的情況下使用紫外(UV)輻射處理來(lái)執(zhí)行對(duì)氧化銅的完全或部分移除。在 此實(shí)施方案中，這些氣體中的一者或一者以上(例如，壓和隊(duì)的混合物或nh3*N2的混合 物)接觸襯底，同時(shí)以UV光照射襯底。舉例來(lái)說(shuō)，例如B·華達(dá)拉讓(B. Varadarajan)等人 在2009年11月12日申請(qǐng)的標(biāo)題為“用于半導(dǎo)體處理中的k恢復(fù)和表面清潔的UV和還原處 理(UV and Reducing Treatment for K Recovery and surface Clean inSemiconductor Processing)，，的共同擁有的第61/260，789號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng)案中描述了設(shè)備和工藝條件， 所述申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文中，以用于提供合適用于本文中所描述的實(shí)施例中 的UV處理的設(shè)備和方法的細(xì)節(jié)的目的。所描述的UV處理可用于可控地移除氧化銅，其中 可通過(guò)UV暴露的持續(xù)時(shí)間、過(guò)程氣體組份、襯底溫度和其它條件來(lái)控制所移除的氧化物的 厚度。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在無(wú)等離子體的環(huán)境中進(jìn)行熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)先清潔。舉例 來(lái)說(shuō)，可在包括H2、N2、NH3或其混合物的氣氛中將晶片加熱到至少約200°C的溫度并持續(xù)約 15到60秒。此熱處理可用于部分氧化銅的移除，且對(duì)于處理含有脆弱的ULK電介質(zhì)的襯底 來(lái)說(shuō)特別有利。在完成預(yù)先清潔后，在操作305中將含有摻雜劑的材料的源層沉積到襯底表面 上。有利的是，含有摻雜劑的材料不需要選擇性地沉積到金屬表面上，且可沉積到電介質(zhì)的 表面上和金屬上兩者。通過(guò)在導(dǎo)致沉積含有摻雜劑(例如，含有硼或含有金屬)的源層的 條件下使部分制造的裝置與含有摻雜劑的反應(yīng)物(例如，與含有硼或含有金屬的反應(yīng)物) 接觸來(lái)沉積源層。在一個(gè)實(shí)施例中，在沒(méi)有等離子體放電的情況下以熱的方式沉積含有摻雜劑的源 層。舉例來(lái)說(shuō)，揮發(fā)性前驅(qū)體(例如，揮發(fā)性氫化物、鹵化物、碳化物或有機(jī)金屬化合物)可 在高溫下反應(yīng)(例如，分解)，以將含有摻雜劑的材料層沉積于襯底表面上。如所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員將理解，可針對(duì)每一特定前驅(qū)體調(diào)諧溫度范圍、襯底暴露時(shí)間和其它沉積條件。在一個(gè)實(shí)施例中，B2H6用作前驅(qū)體以形成摻雜B的保護(hù)蓋。在一個(gè)實(shí)例過(guò)程中，將 B2H6連同一種或一種以上額外載氣(例如隊(duì)、02、0)2、徹、冊(cè)3、41~等)一起引入到處理腔室 中。在此實(shí)例中，B2H6的濃度在約0. 5到約20%的范圍中，且壓力在約0. 5托到約10托的 范圍中。B2H6在不存在等離子體放電的情況下在約200-400°C之間的腔室溫度下接觸襯底， 從而導(dǎo)致將含硼層沉積于襯底上。確定此層含有B-H鍵，且將被稱作BHx層。BHx層用作擴(kuò) 散到銅線中并形成保護(hù)蓋的B摻雜劑源。在另一實(shí)例中，將揮發(fā)性含金屬的前驅(qū)體引入到腔室中。有機(jī)金屬化合物、金屬氫 化物、金屬鹵化物和金屬羰基合物可用作合適的前驅(qū)體。舉例來(lái)說(shuō)，可使用甲基取代的金屬 衍生物和環(huán)戊二烯基取代的金屬衍生物。前驅(qū)體在高溫下反應(yīng)以在襯底上形成含金屬源 層。在一些實(shí)施例中，可使用類似于含B蓋的沉積中所使用的壓力和溫度范圍的壓力和溫 度范圍。一般來(lái)說(shuō)，視前驅(qū)體的性質(zhì)而定，沉積條件經(jīng)優(yōu)化以沉積具有最佳質(zhì)量的含金屬源 層。舉例來(lái)說(shuō)，溫度范圍可經(jīng)優(yōu)化以有利于用于前驅(qū)體的特定分解機(jī)制，且進(jìn)而按需要調(diào)諧 含金屬源層的分解。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何優(yōu)化沉積條件以及獲得具有經(jīng)優(yōu)化的 組份的含金屬源層。如曾提到的，多種金屬可用作摻雜劑。舉例來(lái)說(shuō)，可用Al、Hf、Ti、C0、Ta、M0、Ru、Sn和Sb摻雜銅線。可使用已知揮發(fā)性前驅(qū)體的其它金屬。適合于沉積含鋁源層的前驅(qū)體的 實(shí)例包含(但不限于)三甲基鋁、二甲基氫化鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁和三(二乙基氨基) 鋁?？捎糜诔练e含有其它金屬的合適的前驅(qū)體的實(shí)例包含(但不限于)雙(環(huán)戊二烯基) 鈷、乙酰丙酮鈷(II)、四(二甲基氨基)鉿、四(二乙基氨基)鉿、四(二甲基氨基)鉬、四 (二甲基氨基)鈦(TDMAT)、四(二乙基氨基)鈦(TDEAT)、四(乙基甲基氨基)鈦、雙(二 乙基氨基)雙(二異丙基氨基)鈦、五(二甲基氨基)鉭、叔(丁基三亞氨基)(二乙基氨 基)鉭(TBTDET)、五(二乙基氨基)鉭、雙(乙基環(huán)戊二烯基)釕、三(二甲基氨基)銻和 四甲基錫。源層不一定需要含有純?cè)負(fù)诫s劑，而是可包含摻雜劑與其它元素(例如，H、C、N 等)的化合物。然而，可容易從此些層生成摻雜劑，且一旦生成便能夠擴(kuò)散到銅中和/或與 銅反應(yīng)。然而，在其它實(shí)施例中，源層可含有大致純的金屬或硼。源層不需要專門(mén)選擇性地沉積于銅線的頂部上，而是可沉積于電介質(zhì)層的頂部上 和銅的頂部上兩者。然而，在許多實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)銅與電介質(zhì)之間的一定程度的選擇性，且 較厚的源層形成于銅線上，如圖4B中所說(shuō)明，其中源層408 (其可為BHx層或含金屬層)在 銅線408上具有比在電介質(zhì)層401上厚的厚度。應(yīng)理解，視特定前驅(qū)體和沉積條件而定，可 在將源層完全選擇性地沉積到銅線上到完全非選擇性過(guò)程的范圍中實(shí)現(xiàn)廣泛多種選擇性， 在完全非選擇性過(guò)程中，在銅線和電介質(zhì)兩者上將源層沉積到相等的厚度。雖然本文中所 描述的方法可用于從選擇性地沉積源層和非選擇性地沉積源層兩者中受控地引入摻雜劑， 但本文中將所述方法說(shuō)明為將以部分選擇性沉積的層用作實(shí)例。此部分選擇性的特征在 于，可在含硼和含許多金屬的源層兩者的情況下觀察到，與沉積于電介質(zhì)上的源層的厚度 相比，沉積于銅線上的源層具有較大厚度。在一些實(shí)施例中，駐留于銅上的源層的厚度比駐 留于電介質(zhì)上的源層的厚度大約10-500%之間。再次參看圖3A中所示的過(guò)程流程圖，當(dāng)已在操作305中形成源層之后，在后續(xù)操 作307中，駐留于銅上的源層的頂部部分經(jīng)改性以形成鈍化層，同時(shí)未經(jīng)改性的源層的一 部分保持與銅層接觸。這通過(guò)圖4C中所示的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明，其中僅源層408的一小部分保持 未經(jīng)改性且與銅線405接觸，同時(shí)駐留于銅上的源層的頂部部分經(jīng)轉(zhuǎn)化以形成鈍化層409。 駐留于電介質(zhì)上的源層的部分經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為鈍化材料。鈍化操作309用于兩個(gè)目的。首先， 其有助于控制互連件電阻，因?yàn)樵磳拥牟糠肘g化限制了可用的摻雜劑的量。優(yōu)選的是，鈍化 層含有不容易從鈍化材料擴(kuò)散到銅線中的材料。舉例來(lái)說(shuō)，硼經(jīng)轉(zhuǎn)化為氮化硼；鋁經(jīng)轉(zhuǎn)化為 氧化鋁等。雖然游離的硼和鋁能夠擴(kuò)散到銅線中，但當(dāng)經(jīng)轉(zhuǎn)化為氮化物和氧化物時(shí)，這些材 料被捕集于鈍化層內(nèi)，且不能進(jìn)入銅線并增加其電阻率。因?yàn)樵磳拥捻敳坎糠纸?jīng)改性為鈍 化層，所以由保持與銅線接觸的源層的未經(jīng)改性的部分的厚度來(lái)確定引入到銅線中的摻雜 劑的量。視需要被引入到線中的摻雜劑的量而定，可將較大或較少量的源層轉(zhuǎn)化為鈍化層。 舉例來(lái)說(shuō)，起初沉積的源層的厚度可在約50- 500 A之間的范圍中，所述源層的約20-60% 可被轉(zhuǎn)化為鈍化層。在源層含有沉積于銅和電介質(zhì)兩者上的導(dǎo)電材料的那些實(shí)施例中也需要鈍化。在 這些實(shí)施例中，鈍化將導(dǎo)電材料(例如，金屬)轉(zhuǎn)化成很少有導(dǎo)電性或不具有導(dǎo)電性的材 料，借此防止鄰近銅線之間的短路。舉例來(lái)說(shuō)，可在電介質(zhì)上將駐留于電介質(zhì)上的部分導(dǎo)電 性BHx源層完全轉(zhuǎn)化成含有基本上不導(dǎo)電的BHx的鈍化層。類似地，可將含有鋁的源層轉(zhuǎn)化成不導(dǎo)電的氧化鋁。若干化合物，例如氮化物、氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、磷化物和碳化物是用 于鈍化層的合適材料。在這些化合物中，氮化物和氧化物在許多實(shí)施例中是優(yōu)選的。可通過(guò)使含有摻雜劑的源層與適當(dāng)?shù)脑噭┙佑|而形成鈍化層，所述適當(dāng)?shù)脑噭┠?夠?qū)⒃磳硬牧细男詾殁g化材料。雖然在一些實(shí)施例中可用熱的方式執(zhí)行此改性(不使用等 離子體)，但通常優(yōu)選在等離子體放電中對(duì)源層進(jìn)行改性。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)在等離子體中 使襯底與含有氮的反應(yīng)物(例如N2、nh3、N2H4、胺等)接觸來(lái)執(zhí)行氮化?？赏ㄟ^(guò)在等離子體 中接觸引入的含有氧的反應(yīng)物(例如o2、co2、N2o等)以類似方式形成氧化物?？赏ㄟ^(guò)分別 使襯底暴露于含有所需元素的反應(yīng)物(例如H2S、H2Se、H2Te、PH3、CxHy)而以類似方式形成硫 化物、硒化物、碲化物、磷化物和碳化物。在一些實(shí)施例中，后處理涉及直接等離子體處理。舉例來(lái)說(shuō)，可用在選自由H2、N2、 NH3及其混合物組成的群組的過(guò)程氣體中形成的等離子體來(lái)處理具有暴露的源層的襯底。 在一些實(shí)施例中，用等離子體中的H2來(lái)處理具有源層的襯底。氫等離子體處理可用以從前 驅(qū)體層中移除殘余有機(jī)基，并形成末端金屬-H鍵。在其它實(shí)例中，用等離子體中H2與N2的 混合物或用等離子體中的NH3對(duì)襯底進(jìn)行后處理，結(jié)果是移除了有機(jī)基并形成金屬-N鍵。 在一些實(shí)施例中可使用其它氮化劑，例如N2H4和胺。在后處理的情況下，有時(shí)候需要使用比直接等離子體處理更溫和的處理方法。舉 例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，可使用在選自由H2、N2, NH3及其混合物組成的群組的氣體中形成 的遠(yuǎn)程等離子體來(lái)處理襯底。如前所述，在物理上與容納襯底的腔室分離的腔室中生成遠(yuǎn) 程等離子體，并消耗掉所述遠(yuǎn)程等離子體中的離子物質(zhì)，然后將其遞送到襯底，這樣做降低 電介質(zhì)受損的概率。這是因?yàn)檫h(yuǎn)程等離子體中含有的原子團(tuán)的損害性通常低于高能量離 子?？赏ㄟ^(guò)遠(yuǎn)程等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬-H和金屬-N鍵的形成，以及從層中移除有機(jī)基。此外，可使用前文以引用的方式并入的第61/260，789號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案中描述 的方法，通過(guò)在選自由H2、N2、NH3及其混合物組成的群組的過(guò)程氣體中的UV輻射來(lái)執(zhí)行溫 和的后處理?？墒褂么薝V處理來(lái)形成金屬-H和金屬-N鍵，并且從前驅(qū)體層中移除有機(jī)取 代基。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在不含等離子體的環(huán)境中進(jìn)行熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)后處理。舉例 來(lái)說(shuō)，可在包括H2、N2, NH3或其混合物的氣氛中將晶片加熱到至少約300到350°C的溫度。 此熱處理對(duì)于處理含有脆弱的ULK電介質(zhì)的襯底特別有利。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在不含等離子體的環(huán)境中在室溫下或在高溫下用反應(yīng)物處 理源層而執(zhí)行后處理。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中(例如，對(duì)于含Al或含Ti的層)，通過(guò)在 不含等離子體的環(huán)境中用含氧的反應(yīng)物(例如02、H20、N20)處理襯底來(lái)形成含有金屬-氧 鍵的鈍化層。當(dāng)在ILD層中使用ULK電介質(zhì)(其是特別容易受損的多孔和有機(jī)電介質(zhì))時(shí)，遠(yuǎn) 程等離子體后處理、熱后處理和UV后處理特別有利。雖然在許多實(shí)施例中氮化后處理是優(yōu)選的，但在一些實(shí)施例中可使用其它類型的 后處理。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)在具有或不具有等離子體的情況下使具有暴露的前驅(qū)體層的襯 底接觸含氧的氣體(例如02、CO2, N2O等)來(lái)實(shí)施用以形成金屬-O鍵的氧化后處理。在其它實(shí)施例中，例如通過(guò)在等離子體中用碳?xì)浠衔锾幚碓磳佣诤筇幚聿襟E中形成金屬-C 鍵?？赏ㄟ^(guò)在具有或不具有等離子體的情況下使襯底暴露于含有所需元素的反應(yīng)物(分別 為例如H2S、H2Se, H2Te, PH3)而在后處理步驟中形成金屬-S、金屬-Se、金屬-Te和金屬-P 鍵。對(duì)于這些類型的后處理可使用直接等離子體和遠(yuǎn)程等離子體兩者。再次參看圖4(，可看出，鈍化層409(含有例如8隊(duì)410!￡、110!￡等)駐留在電介質(zhì)層 401上和銅層405上。含有未改性的摻雜劑源的薄層408駐留在銅線與鈍化材料層之間。在形成鈍化層之后，在操作309中，允許來(lái)自未經(jīng)改性的源層的活性成分(摻雜 劑)擴(kuò)散到銅中且/或與銅反應(yīng)，并在銅層內(nèi)形成保護(hù)蓋。這由圖4C所示的結(jié)構(gòu)中的箭頭 說(shuō)明。圖4D中展示了所得的結(jié)構(gòu)，其中已在銅線的上部部分中形成了保護(hù)蓋407。在此實(shí) 例中，來(lái)自源層408的摻雜劑已完全遷移到銅線中。在其它實(shí)施例中，一部分摻雜劑可保留 在源層內(nèi)。而在其它實(shí)施例中，在銅擴(kuò)散到未經(jīng)改性的源層中的同時(shí)，摻雜劑可擴(kuò)散到銅層 中。在后兩種情況下，保護(hù)蓋可駐留在起初呈現(xiàn)的銅線(如圖2C中說(shuō)明)內(nèi)以及在其頂部 上。保護(hù)蓋的形成可在各種條件下發(fā)生，所述條件可取決于駐留在未經(jīng)改性的源層中 的特定摻雜劑源。在一些實(shí)施例中，駐留在源層內(nèi)的含摻雜劑的材料可能不容易擴(kuò)散到銅 中或與銅反應(yīng)。在這些實(shí)施例中，可通過(guò)例如使襯底暴露于高溫而首先生成摻雜劑。在其 它實(shí)施例中，還通過(guò)加熱襯底來(lái)促進(jìn)摻雜劑的擴(kuò)散和/或反應(yīng)。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)控 制使襯底暴露于高溫的時(shí)間和暴露本身的溫度來(lái)控制保護(hù)蓋的厚度。在一些實(shí)施例中，通 過(guò)在預(yù)定時(shí)間周期(例如，約0. 25到60分鐘)內(nèi)將襯底加熱到至少約100°C的溫度來(lái)促進(jìn) 形成保護(hù)蓋。在形成保護(hù)蓋后，即刻在操作311中沉積摻雜的或未摻雜的碳化硅層。圖4E中 展示了所得的結(jié)構(gòu)?？煽闯?，在銅線上和電介質(zhì)區(qū)上的鈍化層409頂部上沉積碳化硅層 411。碳化硅層充當(dāng)蝕刻終止件或電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層，且通常沉積到約100-500 A的厚度。 可例如通過(guò)在等離子體放電中使襯底暴露于含硅的和含碳的前驅(qū)體而通過(guò)CVD(優(yōu)選通過(guò) PECVD)沉積碳化硅層。舉例來(lái)說(shuō)，可將硅烷、烷基硅烷和碳?xì)浠衔镉米髑膀?qū)體。當(dāng)沉積 摻雜的碳化硅時(shí)，另外將含摻雜劑的前驅(qū)體引入到處理腔室中。舉例來(lái)說(shuō)，可在沉積含氧的 碳化硅期間添加CO2、O2或N2O,可添加B2H6以沉積摻雜有硼的碳化硅，可添加NH3和N2以沉 積摻雜有氮的碳化硅等。在其它實(shí)施例中，在鈍化層的頂部上沉積摻雜的或未摻雜的氮化 硅以充當(dāng)蝕刻終止件或擴(kuò)散勢(shì)壘層。在一些實(shí)施例中，在高于形成加蓋層(包含形成源層 和鈍化)時(shí)使用的溫度的溫度下執(zhí)行電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的沉積。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例 中，在350°C以下的溫度下(例如，在約200°C到350°C下)實(shí)施保護(hù)蓋的形成，而在至少約 3500C (例如，375°C到450°C )的溫度下執(zhí)行擴(kuò)散勢(shì)壘沉積。應(yīng)注意，在一些情況下，電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層的沉積是任選的，因?yàn)殁g化 層本身可能具有充當(dāng)擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止件的適當(dāng)性質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，含有特定金屬氧化物 的鈍化層可充當(dāng)擴(kuò)散勢(shì)壘層，從而無(wú)需沉積單獨(dú)的碳化硅層。圖3中描繪的工藝前進(jìn)到后續(xù)操作313，其中沉積層間電介質(zhì)(例如二氧化硅、有 機(jī)硅玻璃、多孔有機(jī)電介質(zhì)等)。將電介質(zhì)沉積到擴(kuò)散勢(shì)壘或蝕刻終止層上(例如沉積到碳 化硅層上)，或直接沉積到鈍化層上(如果鈍化材料具有充當(dāng)擴(kuò)散勢(shì)壘的適當(dāng)性質(zhì))。可通 過(guò)PECVD或通過(guò)旋涂方法來(lái)沉積電介質(zhì)，且通常將其沉積到約3000到10000 A的厚度。接著，如圖IC到IE中描繪，可進(jìn)一步后跟鑲嵌工藝。應(yīng)了解，圖3所示的流程圖所說(shuō)明的工藝只是示范性的，且可實(shí)施對(duì)此工藝的各 種修改。舉例來(lái)說(shuō)，可用不同的次序來(lái)執(zhí)行圖3所示的工藝的各個(gè)操作。具體來(lái)說(shuō)，可在處 理期間的不同時(shí)間執(zhí)行將活性成分(摻雜劑)引入到銅層中。在一些實(shí)施例中，可在已沉 積蝕刻終止件或擴(kuò)散勢(shì)壘層之后起始摻雜劑的產(chǎn)生和擴(kuò)散。在一些實(shí)施例中，在已形成ILD 層之后在后處理中促進(jìn)摻雜劑的擴(kuò)散。通常，通過(guò)將襯底加熱到至少約100°C的溫度來(lái)執(zhí)行 此操作。在另外其它實(shí)施例中，活性成分(摻雜劑)可擴(kuò)散到銅中且/或與銅反應(yīng)，然后使 源層鈍化。在此實(shí)施例中，可通過(guò)控制未經(jīng)改性的源層與銅接觸的時(shí)間且/或通過(guò)控制工 藝溫度來(lái)控制弓I入的摻雜劑的量。在一些實(shí)施例中，通過(guò)以下方式修改圖3A中說(shuō)明的過(guò)程使駐留在銅線上的源層 完全而不是部分地鈍化，以便大致防止摻雜劑元素?cái)U(kuò)散到銅線中。此修改在一些情況下是 有利的，因?yàn)闅w因于摻雜劑擴(kuò)散的互連件電阻增加可得以最小化，同時(shí)仍然能實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的 電遷移性能。圖3B所示的工藝流程圖說(shuō)明所述工藝的另一實(shí)施例。此工藝使用用高溫方式將 含鋁的源層沉積在不含氧化物的銅表面上。所述工藝在操作301中通過(guò)提供具有電介質(zhì)中 的銅線圖案的部分制造的半導(dǎo)體裝置而開(kāi)始。舉例來(lái)說(shuō)，可使用例如圖4A所示的襯底的襯 底。在一些實(shí)施例中，銅線嵌入于ULK電介質(zhì)(例如介電常數(shù)為2. 8和以下的多孔有機(jī)電 介質(zhì))層中。在圖3B中描述的實(shí)施例中，提供不含氧化物的銅表面以防止氧化銅與有機(jī)鋁 前驅(qū)體之間的反應(yīng)非常重要。甚至氧化銅的薄層將改變鋁沉積的機(jī)制，從而引起氧化鋁的 形成。在圖3B中描述的實(shí)施例中，這樣直接在銅表面上形成氧化鋁是不合需要的。為了移除氧化銅，在操作303中預(yù)先清潔襯底。用從銅表面上完全移除氧化銅的 方式控制預(yù)清潔。這可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)清潔持續(xù)時(shí)間和工藝條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上文參看 圖3A所述，可通過(guò)直接等離子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理或熱處理來(lái)執(zhí)行預(yù)清潔。 當(dāng)使用脆弱的ULK電介質(zhì)時(shí)，在一些實(shí)施例中使用在不存在直接等離子體的情況下的預(yù)處 理。在獲得不含氧化物的銅層之后，在至少約350°C的襯底溫度(例如至少約400°C ) 下使部分制造的裝置與有機(jī)鋁反應(yīng)物接觸，以形成含鋁的層，如操作305中所示。值得注意 的是，在較低溫度下，含鋁層在不含氧化物的銅表面上的沉積速率不夠?？墒褂酶鞣N有機(jī)鋁 反應(yīng)物，其中在一些實(shí)施例中三烷鋁特別是三甲基鋁是優(yōu)選的。合適的反應(yīng)物的實(shí)例包含 選自由三甲基鋁、二甲基氫化鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁和三(二乙氨基)鋁組成的群組的 前驅(qū)體。在不存在等離子體的情況下，反應(yīng)物接觸CVD腔室中的襯底，且反應(yīng)物通常在暴露 的電介質(zhì)和銅表面兩者上形成含鋁的層?？衫缤ㄟ^(guò)控制反應(yīng)物流動(dòng)速率和襯底溫度來(lái)控 制層的厚度。沉積在電介質(zhì)上的層通常在沉積后即刻自發(fā)氧化以形成含有Al-O鍵的不導(dǎo) 電層(由于電介質(zhì)中存在氧化物質(zhì))。在含鋁的層來(lái)在電介質(zhì)上完全氧化的那些情況下，在 后處理步驟中將所述層進(jìn)行改性，其將電介質(zhì)上的所有導(dǎo)電材料轉(zhuǎn)化成不導(dǎo)電的形式以防 止互連件之間的短路。無(wú)論沉積在電介質(zhì)上的含鋁的層是否在沉積后立即自發(fā)氧化，均可 使用后處理步驟將駐留在銅上的至少一部分含鋁的層轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化合物，所述穩(wěn)定的化 合物在一些實(shí)施例中可能不導(dǎo)電。操作307提供兩個(gè)后處理選項(xiàng)。在第一實(shí)施例中，只對(duì)駐留在銅上的含鋁的層的頂部部分進(jìn)行改性以形成鈍化層，其中未經(jīng)改性的層的一部分保持與銅層接觸，其中在操 作309中允許來(lái)自未經(jīng)改性的部分的鋁擴(kuò)散到銅中。在替代實(shí)施例中，對(duì)駐留在銅上的整 個(gè)含鋁的層進(jìn)行改性以形成穩(wěn)定的化合物，從而大致防止鋁擴(kuò)散到銅線中。因?yàn)閷⑦^(guò)量的 鋁擴(kuò)散到銅中會(huì)導(dǎo)致互連件電阻不合意的增加，且因?yàn)樵阢~上形成薄的穩(wěn)定蓋(例如，含 有Al-O或Al-N鍵的蓋)會(huì)改進(jìn)與電介質(zhì)的粘合，所以在一些實(shí)施例中，優(yōu)選最小化或完全 避免鋁的擴(kuò)散。如參看圖3A所述，可使用各種后處理方法，包含在高溫或室溫下的直接等離子體 處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理和熱(不含等離子體)處理。在一個(gè)實(shí)施例中，使用不含等離子體的氧化處理(在室溫或高溫下)在銅表面上 形成含有Al-O鍵的層。舉例來(lái)說(shuō)，可在不存在等離子體的情況下使具有含鋁的層的襯底 (在有機(jī)鋁反應(yīng)物處理之后)與含氧的反應(yīng)物(例如02、03、N2O, H2O或CO2)接觸以形成穩(wěn) 定的含有Al-O的材料。在另一實(shí)施例中，使用不含等離子體的氮化處理(在室溫或高溫下)在銅表面上 形成含有Al-N鍵的層。舉例來(lái)說(shuō)，可在不存在等離子體的情況下使具有含鋁的層的襯底 (在有機(jī)鋁反應(yīng)物處理之后)與含氧的反應(yīng)物(例如氨或聯(lián)氨)接觸。當(dāng)襯底含有機(jī)械上脆弱的ULK電介質(zhì)時(shí)，不含等離子體的后處理(包含UV和熱處 理)特別優(yōu)選，因?yàn)槠鋵?dǎo)致的電介質(zhì)損害最少。在后處理之后，所述工藝在操作311和313中以電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層沉積和層間電 介質(zhì)沉積結(jié)束，所述操作如參看圖3A所述而執(zhí)行。上述方法能夠提供具有可控電阻且具有改進(jìn)的電遷移特性的互連件。通過(guò)這些方 法形成的保護(hù)加蓋層的厚度可在約10 A到10000 A的范圍內(nèi)變化。特別有利的是，這些方法 提供對(duì)在約 ο A到loo A的范圍內(nèi)特別是在 ο A到60 A范圍處的加蓋層厚度的控制。厚度 在約10 A到60 A范圍內(nèi)變化的加蓋膜可提供具有小于且小于3%的特別小的電阻變化 的互連件，這目前是IC工業(yè)中要求的。設(shè)備一般來(lái)說(shuō)，保護(hù)蓋的形成可在任何類型的設(shè)備中執(zhí)行，所述設(shè)備允許引入揮發(fā)性 前驅(qū)體，且經(jīng)配置以提供對(duì)反應(yīng)條件(例如，腔室溫度、前驅(qū)體流動(dòng)速率、暴露時(shí)間等)的控 制。通常優(yōu)選在不使襯底暴露于周?chē)h(huán)境的情況下執(zhí)行操作301到311，以便防止無(wú)意中對(duì) 襯底的氧化和污染。在一個(gè)實(shí)施例中，在一個(gè)模塊中依序執(zhí)行操作301到311，而不破壞真 空。在一些實(shí)施例中，在一個(gè)CVD(優(yōu)選是PECVD)設(shè)備中執(zhí)行操作301到311，所述設(shè)備具 有位于一個(gè)腔室內(nèi)的多個(gè)臺(tái)，或具有多個(gè)腔室。可從加利福尼亞州圣何塞市的諾發(fā)系統(tǒng)有 限公司(Novellus Systems, Inc)購(gòu)得的VECT0R PECVD設(shè)備是合適設(shè)備的實(shí)例。示范性設(shè)備將包含一個(gè)或一個(gè)以上腔室或“反應(yīng)堆”(有時(shí)包含多個(gè)臺(tái))，其容納 一個(gè)或一個(gè)以上晶片且適合于進(jìn)行晶片處理。每一腔室可容納一個(gè)或一個(gè)以上晶片以進(jìn)行 處理。所述一個(gè)或一個(gè)以上腔室將晶片維持在所定義的位置中(在所述位置內(nèi)運(yùn)動(dòng)或不運(yùn) 動(dòng)，例如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或其它搖動(dòng))。在一個(gè)實(shí)施例中，在工藝期間在反應(yīng)堆內(nèi)將正經(jīng)歷源層和 蝕刻終止層沉積的晶片從一個(gè)臺(tái)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)臺(tái)。當(dāng)正在處理中時(shí)，通過(guò)臺(tái)座、晶片夾和/ 或其它晶片固持設(shè)備將每一晶片固持在合適位置。對(duì)于要加熱晶片的特定操作，所述設(shè)備 可包含加熱器，例如加熱板。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可使用PECVD系統(tǒng)。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，PECVD系統(tǒng)包含LF RF電源。圖5提供描繪經(jīng)布置以用于實(shí)施本發(fā)明的各種反應(yīng)堆組件的簡(jiǎn)單框圖。如圖所 示，反應(yīng)堆500包含處理腔室524，其封閉反應(yīng)堆的其它組件且用以容納由電容器型系統(tǒng)生 成的等離子體，所述電容器型系統(tǒng)包含結(jié)合接地的加熱器塊520工作的噴淋頭514。高頻 RF產(chǎn)生器502和低頻RF產(chǎn)生器504連接到匹配網(wǎng)絡(luò)506，所述匹配網(wǎng)絡(luò)506又連接到噴淋 頭 514。在反應(yīng)堆內(nèi)，晶片臺(tái)座518支撐襯底516。所述臺(tái)座通常包含夾、叉或起模頂桿，用 以在沉積反應(yīng)期間或沉積反應(yīng)之間固持和轉(zhuǎn)移襯底。所述夾可為靜電夾、機(jī)械夾或可用于 所述工業(yè)和/或研究中的各種其它類型的夾。過(guò)程氣體經(jīng)由入口 512引入。多個(gè)源氣體線路510連接到歧管508。氣體可預(yù)先 混合或不預(yù)先混合。使用適當(dāng)?shù)难b設(shè)閥門(mén)和質(zhì)流控制機(jī)制來(lái)確保在預(yù)清潔、源層的形成、鈍 化層的形成和工藝的摻雜階段期間遞送正確的氣體。在以液體形式遞送化學(xué)前驅(qū)體的情況 下，使用液流控制機(jī)制。接著，在液體到達(dá)沉積腔室之前，在加熱到高于液體的蒸發(fā)點(diǎn)的歧 管中輸送液體期間，使液體蒸發(fā)并與其它過(guò)程氣體混合。過(guò)程氣體經(jīng)由出口 522從腔室500退出。真空泵526 (例如，一級(jí)或二極機(jī)械干泵 和/或渦輪分子泵)通常將過(guò)程氣體抽出，并通過(guò)閉環(huán)控制流量限制裝置(例如節(jié)流閥或 擺閥)在反應(yīng)堆內(nèi)維持合適低的壓力。在所述實(shí)施例的一者中，可使用多臺(tái)設(shè)備來(lái)形成加蓋層和擴(kuò)散勢(shì)壘。所述多臺(tái)反 應(yīng)堆允許在一個(gè)腔室環(huán)境中同時(shí)運(yùn)行不同工藝，因而提高晶片處理的效率。圖6中描繪此 設(shè)備的一個(gè)實(shí)例。展示了俯視圖的示意呈現(xiàn)。設(shè)備腔室601包括四個(gè)臺(tái)603到609和兩個(gè) 負(fù)載鎖(進(jìn)入負(fù)載鎖619和退出負(fù)載鎖617)。在其它實(shí)施例中，可將單個(gè)負(fù)載鎖用于晶片 的進(jìn)入和退出兩者。一般來(lái)說(shuō)，在多臺(tái)設(shè)備的單個(gè)腔室內(nèi)可存在任何數(shù)目個(gè)臺(tái)。臺(tái)603用 于襯底晶片的裝載和卸載。臺(tái)603到609可具有相同或不同的功能。舉例來(lái)說(shuō)，一些臺(tái)可 專用于形成加蓋層，而其它臺(tái)可用于沉積電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘膜。此外，一些臺(tái)可專用于氧化銅 還原。在所述實(shí)施例的一者中，各個(gè)臺(tái)可在相異的工藝條件下操作，且可大致彼此隔離。 舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)臺(tái)可在一個(gè)溫度狀態(tài)下操作，而另一個(gè)臺(tái)可在不同的溫度狀態(tài)下操作。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)清潔操作、源層的沉積和鈍化層的形成在一個(gè)優(yōu)選溫度狀態(tài) 下執(zhí)行，且在多臺(tái)設(shè)備的一個(gè)臺(tái)中實(shí)行。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘的沉積可能需要 不同的溫度狀態(tài)，且可在不同的臺(tái)中實(shí)行。在一些實(shí)施例中，在單臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的一個(gè)臺(tái)中 執(zhí)行整個(gè)加蓋工藝，包含預(yù)處理、源層的形成、鈍化和含摻雜劑的蓋的形成。在一些實(shí)施例 中，也可在與加蓋操作相同的臺(tái)處執(zhí)行電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的沉積。在一些情況下，可使用進(jìn) 入負(fù)載鎖619來(lái)預(yù)清潔或以其它方式預(yù)處理晶片。這可涉及通過(guò)例如化學(xué)還原進(jìn)行的氧化 物移除。在一個(gè)實(shí)例中，臺(tái)603可專用于預(yù)清潔和形成加蓋層(由前驅(qū)體層和鈍化層)。臺(tái) 603可在約200°C到400°C的溫度范圍處操作，這在一些實(shí)施例中對(duì)于加蓋和預(yù)清潔兩個(gè)操 作均為優(yōu)選的。可在約350°C到400°C的溫度范圍下在臺(tái)605、607和609中實(shí)行電介質(zhì)擴(kuò) 散勢(shì)壘材料(例如碳化硅)的沉積，根據(jù)一些碳化硅沉積工藝，所述溫度范圍是優(yōu)選的工藝溫度。
有利的是，在一些實(shí)施例中，預(yù)清潔、源層的沉積、鈍化和摻雜劑的引入可能需要 類似的條件，且可在一個(gè)臺(tái)603處執(zhí)行。根據(jù)上述實(shí)施例，臺(tái)603是預(yù)清潔臺(tái)和保護(hù)蓋形成臺(tái)。臺(tái)605、607和609可全部 用于電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘層的沉積。用轉(zhuǎn)位板(indexing plate) 611將襯底抬離臺(tái)座，并在下 一處理臺(tái)處準(zhǔn)確地定位襯底。在臺(tái)603處裝載晶片襯底且在此處使晶片襯底經(jīng)受任何處理 (例如，預(yù)清潔和加蓋，包含前驅(qū)體層沉積和鈍化)之后，將晶片襯底轉(zhuǎn)位到臺(tái)605，在此處 執(zhí)行加蓋(包含源層沉積和鈍化)和/或電介質(zhì)沉積。接著將晶片移動(dòng)到臺(tái)607，其中開(kāi)始 或繼續(xù)擴(kuò)散勢(shì)壘電介質(zhì)的沉積。進(jìn)一步將襯底轉(zhuǎn)位到臺(tái)609，其中執(zhí)行對(duì)勢(shì)壘電介質(zhì)的進(jìn)一 步沉積，且接著將襯底轉(zhuǎn)位到臺(tái)603，其中將襯底卸載，且在模塊中裝上新的晶片。在正常操 作期間，單獨(dú)的襯底占據(jù)每一臺(tái)，且每當(dāng)重復(fù)工藝時(shí)，將襯底移動(dòng)到新的臺(tái)。因此，具有四個(gè) 臺(tái)603、605、607和609的設(shè)備允許同時(shí)處理四個(gè)晶片，其中至少一個(gè)臺(tái)執(zhí)行不同于在其它 臺(tái)執(zhí)行的工藝的工藝?；蛘?，四個(gè)晶片可在全部四個(gè)臺(tái)處經(jīng)受相同的操作，而不使某些臺(tái)專 用于特定層的沉積?，F(xiàn)在將提供臺(tái)到臺(tái)工藝序列的幾個(gè)具體實(shí)例。在第一實(shí)例中，進(jìn)入負(fù)載鎖執(zhí)行預(yù) 處理(例如，氧化銅的還原)。接著，設(shè)備的第一臺(tái)(例如，臺(tái)603或依序布置的多個(gè)第一 臺(tái))形成加蓋層(通過(guò)例如暴露于前驅(qū)體，例如TMA)。接著，第二臺(tái)(例如，圖6中的臺(tái) 605)執(zhí)行后處理，例如鈍化(例如，如本文中所述暴露于氮、氨和/或氫)。接著，設(shè)備中的 其余臺(tái)(例如，臺(tái)607和609)執(zhí)行擴(kuò)散勢(shì)壘形成。在另一實(shí)例中，第一臺(tái)(例如，臺(tái)603)執(zhí)行預(yù)處理，第二臺(tái)(例如，臺(tái)605或一系 列依序的臺(tái))執(zhí)行加蓋層的形成和后處理(例如鈍化)兩者，且其余的臺(tái)執(zhí)行電介質(zhì)擴(kuò)散 勢(shì)壘層沉積。在又一實(shí)例中，第一臺(tái)執(zhí)行預(yù)處理、加蓋層沉積和后處理。其余的臺(tái)執(zhí)行擴(kuò)散 勢(shì)壘形成。可通過(guò)控制器單元613來(lái)控制工藝條件和工藝流程本身，控制器單元613包括用 于監(jiān)視、維持和/或調(diào)整特定工藝變量(例如HF和LF功率、氣體流動(dòng)速率和時(shí)間、溫度、壓 力等等)的程序指令。舉例來(lái)說(shuō)，可包含指定用于源層沉積和鈍化的硼烷和氨的流動(dòng)速率 的指令。所述指令可指定用以執(zhí)行根據(jù)上述方法的操作的所有參數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，指令可包 含用于預(yù)清潔、源層沉積、鈍化層的形成、將摻雜劑引入到銅線中和電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘沉積的 參數(shù)。控制器可包括用于不同設(shè)備臺(tái)的不同或相同指令，因而允許設(shè)備臺(tái)獨(dú)立地或同步操 作。圖7中說(shuō)明多臺(tái)設(shè)備的另一實(shí)例。多臺(tái)設(shè)備701包含駐留在三個(gè)分離的處理腔室 717,719和721中的六個(gè)臺(tái)703、705、707、709、711和713，其中兩個(gè)臺(tái)駐留在每一腔室中。 鄰近于腔室717、719和721的含有自動(dòng)裝置的腔室715提供用于將晶片裝載到臺(tái)中和從臺(tái) 中卸載晶片的機(jī)制?？刂破?23提供用于操作多臺(tái)設(shè)備701的指令。一個(gè)腔室內(nèi)的各個(gè)臺(tái) 可彼此隔離，且可實(shí)行相同或不同操作。在一個(gè)實(shí)施例中，同時(shí)將兩個(gè)晶片轉(zhuǎn)移到駐留在一 個(gè)腔室721中的臺(tái)703和705，且其同時(shí)經(jīng)歷相同操作，包含預(yù)清潔、源層沉積、鈍化層的形 成和銅摻雜。在完成此工藝之后，將所述兩個(gè)晶片從腔室721移除，且同時(shí)引入到駐留在腔 室709中的臺(tái)707和709。在此腔室中，同時(shí)沉積擴(kuò)散勢(shì)壘材料層。接著將所述晶片從腔室 719移除，且引入到駐留在腔室717中的臺(tái)711和713，在臺(tái)711和713中接下來(lái)是進(jìn)一步 的處理。在一些實(shí)施例中，可用在不同腔室中執(zhí)行的不同子工藝(例如，源層沉積、鈍化、摻雜劑擴(kuò)散)在多腔室設(shè)備中執(zhí)行保護(hù)加蓋層的形成。存在多種可在多臺(tái)工具中實(shí)施加蓋工藝的方式，例如圖6和圖7所示的那些。一 般來(lái)說(shuō)，所描述的工藝容易集成到鑲嵌流程中，不需要對(duì)襯底進(jìn)行消耗大量資源的處置，且 可在與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘沉積相同的設(shè)備中執(zhí)行。此外，經(jīng)由對(duì)摻雜劑的受控釋放的電阻控 制特別有利。所描述的方法還可用于形成具有銅與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘之間的改進(jìn)的粘合的互 連件?，F(xiàn)在將通過(guò)具體實(shí)例來(lái)說(shuō)明所描述的方法的若干實(shí)施例。實(shí)驗(yàn)實(shí)例將參看實(shí)驗(yàn)實(shí)例來(lái)說(shuō)明具有摻雜有硼的保護(hù)蓋以及含有硼和氮的鈍化層的銅互 連件的制造。在所描述的實(shí)例中，通過(guò)等離子體預(yù)清潔操作來(lái)開(kāi)始所述工藝。在CMP操作之后 獲得具有在超低k電介質(zhì)(k = 2.5; 5,000 A厚)中的銅線的暴露圖案的部分制造的半導(dǎo) 體裝置，且將其放置到PECVD VECTOR 設(shè)備的處理腔室中。在四臺(tái)設(shè)備的一個(gè)臺(tái)處執(zhí)行整 個(gè)加蓋工藝。首先，將襯底預(yù)加熱到350°C，且在4000sCCm的流動(dòng)速率下將H2引入到處理 腔室中。使H2在4托的壓力下從工藝時(shí)間的0秒流動(dòng)到30秒。在工藝時(shí)間的30秒處，點(diǎn) 燃HF RF等離子體，且在1. 23ff/cm2的功率下一直保持到工藝時(shí)間的45秒。在用H2等離子 體預(yù)清潔襯底之后，切斷H2流和等離子體功率，并將IH6以與氬的混合物的形式引入到處 理腔室中?；旌衔镏蠭H6的濃度為約5體積百分比，且將所述混合物以約3600sCCm的流動(dòng) 速率連同以MOOsccm流動(dòng)速率引入的隊(duì)一起引入。使氣體從工藝時(shí)間的45秒流動(dòng)到85 秒，在此期間在襯底上沉積含有BHx的源層。在約350°C的溫度下且在約2. 3托的壓力下 執(zhí)行沉積。估計(jì)沉積在銅頂部上的源層的厚度為約215 A,而估計(jì)沉積在電介質(zhì)頂部上的源 層的厚度為約159 A。在已沉積了源8氏層之后，使硼烷流停止，且使層鈍化以形成(BNH)X。 鈍化是在工藝時(shí)間的85秒與90秒之間執(zhí)行，且涉及將NH3以約7000SCCm的流動(dòng)速率連同 2800sccm的流動(dòng)速率下的N2 —起引入。點(diǎn)燃具有0. 80ff/cm2的功率電平下的HF組分和功 率電平為0. 37ff/cm2的LF組分的等離子體，并將其從90秒維持到96秒。在約350C的溫度 下和約2. 3托的壓力下執(zhí)行鈍化。估計(jì)駐留在電介質(zhì)上的BHx層的整個(gè)厚度轉(zhuǎn)變?yōu)?BNH)x, 且駐留在銅上的源層的約25%的厚度轉(zhuǎn)變?yōu)?BNH)x。稍后，通過(guò)FT頂光譜學(xué)來(lái)分析(BNH) x 層。在 IR 光譜上觀察到在 3430cm—1 ( υ N_H) ,2560cm"1 ( υ B_H)和 1375cm-1 ( υ B_N)下的峰值。允許硼擴(kuò)散到銅線中以形成摻雜有硼的加蓋層。應(yīng)了解，硼的擴(kuò)散可在已使源層 的頂部部分氮化(鈍化)之前和之后發(fā)生。估計(jì)駐留在銅線內(nèi)的摻雜有硼的蓋的厚度為約 25 A到75 A。在350°C的溫度下在單個(gè)臺(tái)中執(zhí)行整個(gè)加蓋工藝。隨后，在350°C下在等離子體中 使用四甲基硅烷、氨和氮作為過(guò)程氣體在PECVD設(shè)備的三個(gè)不同臺(tái)中在襯底上沉積SixCyNz 擴(kuò)散勢(shì)壘層(約500 A)。三個(gè)臺(tái)中的每一者中沉積碳化物層的厚度的三分之一。使用四點(diǎn)彎曲粘合測(cè)試來(lái)測(cè)量具有和不具有含硼的蓋的 Cu (5,000 A)-SixCyN2 (500 Α)夾層的粘合能量。與對(duì)于不具有摻雜有B的蓋的常規(guī)夾層結(jié) 構(gòu)獲得的僅15. 3J/m2的粘合能量相比，在通過(guò)上述方法獲得的夾層中觀察到28. 4J/m2的較 高粘合能量。已知改進(jìn)的粘合通常與改進(jìn)的電遷移性能有關(guān)。還針對(duì)含有摻雜有硼的保護(hù)蓋和(BNH)x鈍化層的結(jié)構(gòu)測(cè)量泄漏電流和飽和電容。觀察到這些參數(shù)大體上不受所描述的加蓋程序影響。 雖然為了清晰起見(jiàn)省略了各種細(xì)節(jié)，但可實(shí)施各種替代設(shè)計(jì)方案。因此，當(dāng)前的實(shí) 例應(yīng)被視為說(shuō)明性的而非限制性的，且本發(fā)明不限于本文中給出的細(xì)節(jié)，而是可在所附權(quán) 利要求書(shū)的范圍內(nèi)加以修改。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括(a)在至少約350°C的襯底溫度下使具有暴露的無(wú)氧化物的銅或銅合金區(qū)和暴露的電 介質(zhì)區(qū)的襯底與包括鋁的化合物接觸，以在所述電介質(zhì)和所述銅或銅合金層兩者上形成包 括鋁的第一層；(b)以化學(xué)方法對(duì)所述第一層的至少一部分進(jìn)行改性以形成包括鋁的鈍化層；以及(c)在所述鈍化層上沉積電介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(a)之前，清潔所述襯底表面以從銅或銅合金的 表面完全移除氧化銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述清潔選自由以下各項(xiàng)組成的群組直接等離 子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理，以及在包括N2、NH3和H2中的至少一者的氣體中的 熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)包括在無(wú)等離子體的情況下使所述襯底與有 機(jī)鋁化合物接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中(a)包括在至少約400°C的襯底溫度下使所述襯 底與有機(jī)鋁化合物接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述有機(jī)鋁化合物為三甲基鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(b)包括在不允許鋁大量擴(kuò)散到所述銅中的情況 下使駐留在所述銅或銅合金上的所述第一層大體上完全鈍化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(b)包括在允許鋁部分?jǐn)U散到所述銅中的情況下 使駐留在所述銅或銅合金上的所述第一層部分鈍化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(b)中形成所述鈍化層包括形成包括Al-N鍵的 大體上穩(wěn)定的化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中(b)包括用含氮試劑處理所述襯底，其中所述處 理選自由以下各項(xiàng)組成的群組直接等離子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理和熱處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中(b)包括在無(wú)等離子體的情況下用含氮試劑處 理所述襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電介質(zhì)為ULK電介質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(b)中形成所述鈍化層包括形成包括Al-O鍵 的大體上穩(wěn)定的化合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中(b)包括用含氧試劑處理所述襯底，其中所述處 理選自由以下各項(xiàng)組成的群組直接等離子體處理、遠(yuǎn)程等離子體處理、UV處理和熱處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中(b)包括在無(wú)等離子體的情況下使所述襯底與 含氧試劑接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電介質(zhì)為ULK電介質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中(b)包括用選自由02為0、0)2和03組成的群組 的含氧試劑來(lái)處理所述襯底。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備中執(zhí)行(a)、(b)和(C)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(c)中沉積的所述電介質(zhì)層是蝕刻終止電介質(zhì)層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述蝕刻終止電介質(zhì)層包括選自由氮化硅和碳 化硅組成的群組的經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(c)中沉積的所述電介質(zhì)層是直接沉積到所述 鈍化層上的層間電介質(zhì)(ILD)層。
22.一種用于形成半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)處理腔室，其具有用于引入氣態(tài)或揮發(fā)性的含金屬反應(yīng)物的入口；(b)晶片支撐件，其用于在所述處理腔室中在晶片襯底上沉積含金屬層期間將晶片固 持在適當(dāng)位置；以及(c)控制器，其包括用于以下操作的程序指令(i)處理具有暴露的銅或銅合金和暴露的電介質(zhì)的襯底，以從所述暴露的銅或銅合金 移除氧化物；( )在至少約350°C的襯底溫度下使具有暴露的無(wú)氧化物的銅或銅合金區(qū)和暴露的 電介質(zhì)區(qū)的所述襯底與含鋁反應(yīng)物接觸，以在所述電介質(zhì)和所述第一金屬兩者上形成包括 鋁的第一層；以及(iii)以化學(xué)方法對(duì)所述第一層的至少一部分進(jìn)行改性以形成包括鋁的鈍化層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述控制器程序指令(ii)指定在無(wú)等離子體的 情況下使所述襯底與所述含鋁反應(yīng)物接觸。
全文摘要
使用駐留在金屬線與電介質(zhì)擴(kuò)散勢(shì)壘(或蝕刻終止)層之間的界面處的保護(hù)蓋來(lái)改進(jìn)互連件的電遷移性能。通過(guò)借助在至少約350℃的襯底溫度下在無(wú)等離子體的情況下用有機(jī)鋁化合物處理無(wú)氧化物的銅表面而將第一含鋁材料層沉積在暴露的銅線上，來(lái)形成保護(hù)蓋。所述所形成的含鋁層在化學(xué)轉(zhuǎn)化中被部分或完全鈍化，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化在所述層中形成Al-N、Al-O或Al-O與Al-N鍵兩者。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在無(wú)等離子體的情況下使具有暴露的第一層的襯底與含氧反應(yīng)物和/或含氮反應(yīng)物接觸來(lái)執(zhí)行鈍化?？稍诎ū┞兜腢LK電介質(zhì)的襯底上形成保護(hù)蓋。駐留在所述電介質(zhì)部分上的所述含鋁層通常將自發(fā)地形成包括Al-O鍵的非導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102130046SQ201110021170
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者喬治·安德魯·安東內(nèi)利, 塞莎賽義·瓦拉達(dá)拉詹, 巴爾特·范施拉文迪杰克, 曼蒂阿姆·斯里拉姆, 詹尼佛·奧洛克林, 阿南達(dá)·班納吉 申請(qǐng)人:諾發(fā)系統(tǒng)有限公司