專利名稱：包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)及其制備方法，特別是關(guān)于一種包含阻障層的銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中該阻障層具有一氮化娃銅(CuSiN)層。
背景技術(shù)：
鋁(Al)及其合金已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于制備集成電路結(jié)構(gòu)的電路連線。隨著電路元件的尺寸縮小，電路連線的元件數(shù)目持續(xù)增加，因而需要使用非常細(xì)電路連線的先進(jìn)電路設(shè)計(jì)。然而，在高密度電路連線的應(yīng)用上，使用鋁及其合金會(huì)造成填隙(gap fill)問(wèn)題(例如通道(via)的底切(undercut)及懸突(overhung)結(jié)構(gòu))。
為了修補(bǔ)集成電路中的通道底切結(jié)構(gòu)，需改善習(xí)用阻障層(例如利用物理氣相沉積(PVD)方法形成的TiOx+TiN或Ta/TaN)中的底部及角落的階梯覆蓋性(bottom andcorner step coverage)。然而,增加阻障層中的底部及角落的階梯覆蓋性,會(huì)造成更嚴(yán)重的問(wèn)題，亦即會(huì)于通道頂部形成懸突結(jié)構(gòu)，最嚴(yán)重的情況下，會(huì)造成鋁的填隙失敗。現(xiàn)有用以避免鋁的填隙問(wèn)題的方法中，有減少阻障層厚度方式或增加形成阻障層的偏壓功率以減輕懸突結(jié)構(gòu)問(wèn)題。然而，所述現(xiàn)有方法仍然存在著其他側(cè)邊效應(yīng)(sideeffects)的問(wèn)題，例如過(guò)薄的阻障層造成銅/鋁混合，或增加偏壓功率會(huì)造成較差的角落覆蓋效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，以減少阻障層厚度及防止填隙(gap fill)問(wèn)題(例如懸突(overhung)及其他側(cè)邊效應(yīng)(sideeffects))。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)包括一銅層；一包含氮化硅銅層的阻障層，設(shè)置于該銅層上；一鋁層，設(shè)置于該阻障層的上方相對(duì)位置 '及一濕潤(rùn)層，設(shè)置于該阻障層與該鋁層之間。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，以減少阻障層厚度及防止填隙問(wèn)題(例如懸突及其他側(cè)邊效應(yīng))。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法包含以下步驟提供一銅層；形成一包含氮化硅銅層的阻障層于該銅層上；形成一濕潤(rùn)層于該阻障層上；及形成一鋁層于該濕潤(rùn)層上。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，以減少阻障層厚度及防止填隙問(wèn)題(例如懸突及其他側(cè)邊效應(yīng))。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法包含以下步驟形成一第二介電層于一第一介電層及位于該第一介電層中的一銅層上，以形成一孔洞，該孔洞顯露該銅層；形成一包含氮化硅銅層的阻障層于顯露的該銅層上；形成一濕潤(rùn)層于該阻障層上；及形成一鋁層于該孔洞中且于該濕潤(rùn)層上。上文已相當(dāng)廣泛地概述本發(fā)明的技術(shù)特征，俾使下文的本發(fā)明詳細(xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求標(biāo)的的其它技術(shù)特征將描述于下文。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)了解，可相當(dāng)容易地利用下文揭示的概念與特定實(shí)施例可作為修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或工藝而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者亦應(yīng)了解，這類等效建構(gòu)無(wú)法脫離后附的權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍。


通過(guò)參照前述說(shuō)明及下列圖式，本發(fā)明的技術(shù)特征得以獲得完全了解。圖I顯示本發(fā)明一實(shí)施例的銅-鋁電路連線的示意圖；圖2至圖5顯示本發(fā)明一實(shí)施例的集成電路結(jié)構(gòu)制備方法；及 圖6顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I顯示本發(fā)明一實(shí)施例的銅-鋁電路連線的示意圖。圖2-5顯示本發(fā)明一實(shí)施例的集成電路結(jié)構(gòu)制備方法。在圖I所示的實(shí)施例中，該銅-鋁電路連線10包括一銅層16、一包含氮化娃銅層501的阻障層50、一濕潤(rùn)層56及一招層52。該氮化娃銅層501為一導(dǎo)電層，該阻障層50設(shè)置于該銅層16上，該鋁層52設(shè)置于該阻障層50的上方相對(duì)位置，該濕潤(rùn)層56設(shè)置于該阻障層50與該鋁層52之間。配合參考圖1-5，在本發(fā)明一實(shí)施例中，一集成電路結(jié)構(gòu)100包括該銅-鋁電路連線10、一第一介電層14、一第二介電層18及一濕潤(rùn)層56。該銅層16設(shè)置于該第一介電層14中，該第二介電層18設(shè)置于該第一介電層14及該銅層16上且形成一孔洞20，該孔洞20顯露該銅層16，該阻障層50覆蓋該孔洞20。包含該氮化硅銅層501的阻障層50設(shè)置于該銅層16上且形成一凹部503。該鋁層52設(shè)置于該凹部501中且于該濕潤(rùn)層56上。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該第二介電層18形成于一基板12上,該基板12包含設(shè)置于該第一介電層14中的該銅層16，接著利用微影及蝕刻工藝于該第二介電層18中形成用以顯露該銅層16的孔洞20。在形成該銅層16之前，該基板12可另包含設(shè)置于該第一介電層14下方的硅基板、導(dǎo)體及絕緣材料。之后，該阻障層50形成于該孔洞20中且覆蓋顯露的銅層16，以形成該凹部503。該濕潤(rùn)層56 (例如一鈦層)覆蓋該阻障層50及該孔洞20的側(cè)壁，該鋁層52再設(shè)置于該凹部503中及該濕潤(rùn)層56上(位于該銅層16的上方相對(duì)位置)，如圖5所示。該阻障層50覆蓋該孔洞20的底面及側(cè)壁，以便防止該銅層16內(nèi)銅原子與該鋁層52內(nèi)鋁原子的交互擴(kuò)散。配合參考圖4及圖5，在形成該孔洞20于該第二介電層18內(nèi)部之后，進(jìn)行一第一處理程序，以一含娃源(例如娃燒(SiH4, silane))處理該銅層16以形成一娃銅(CuSix)層501A于該銅層16上，接著進(jìn)行一第二處理程序，以一含氮源(例如氨(NH3，ammonia))處理該CuSix層501A以形成該氮化硅銅層501于該銅層16上。較佳地，在該鋁層52設(shè)置于該凹部503中之前，可利用沉積方法形成該濕潤(rùn)層56于該阻障層50上，以強(qiáng)化該阻障層50與該鋁層52間的連結(jié)。圖6顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)200的示意圖，其中該銅-鋁電路連線IO具有一包含氮化硅銅層501的阻障層50。配合參考圖3、4及6，在形成該孔洞20于該第二介電層18內(nèi)部之后，進(jìn)行一第一處理程序，以一含硅源(例如硅烷(SiH4, silane))處理該銅層16以形成一 CuSix層501A于該銅層16上，接著進(jìn)行一第二處理程序，以一含氮源(例如氨(NH3,ammonia))處理該CuSix層501A以形成該氮化娃銅層501于該銅層16上。在該鋁層52設(shè)置于該凹部503中之前，利用沉積方法形成一氮化鈦層502于該氮化硅銅層501上以形成一阻障層50A，接著再利用沉積方法形成一濕潤(rùn)層56于該氮化鈦層502上。該氮化鈦層502對(duì)于鋁原子具有良好的阻障能力，可有效地阻障該鋁層52中的鋁 原子的擴(kuò)散。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該集成電路結(jié)構(gòu)中具有包含氮化硅銅層的阻障層，該氮化硅銅層可取代現(xiàn)有以物理氣相沉積方法形成的阻障層(例如TiOx+TiN或Ta/TaN)，由此可減少阻障層厚度及減輕鋁的填隙問(wèn)題(例如底切結(jié)構(gòu)、懸突結(jié)構(gòu)、銅/鋁混合及較差的角落覆蓋效果)。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)了解，在不背離后附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明的教示及揭示可作種種的替換及修飾。例如，上文揭示的許多工藝可以不同的方法實(shí)施或以其它工藝予以取代，或者采用上述二種方式的組合。此外，本案的權(quán)利范圍并不局限于上文揭示的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)了解，基于本發(fā)明教示及揭示工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟，無(wú)論現(xiàn)在已存在或日后開(kāi)發(fā)者，其與本案實(shí)施例揭示者是以實(shí)質(zhì)相同的方式執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能，而達(dá)到實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果，亦可使用于本發(fā)明。因此，以下的權(quán)利要求是用以涵蓋用以此類工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 一銅層(16)； 一包含氮化硅銅層(501)的阻障層(50A)，設(shè)置于該銅層(16)上； 一鋁層(52)，設(shè)置于該阻障層(50A)的上方相對(duì)位置；及 一濕潤(rùn)層(56)，設(shè)置于該阻障層(50A)與該鋁層(52)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該集成電路結(jié)構(gòu)另包括一介電層，設(shè)置于該銅層(16)上，該介電層具有一孔洞(20)，該孔洞(20)顯露該銅層(16)，該阻障層(50A)覆蓋顯露的該銅層(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該集成電路結(jié)構(gòu)另包括一基板(12)，該基板(12)包括一第一介電層(14)及一第二介電層(18),該銅層(16)設(shè)置于該第一介電層(14)中，該第二介電層(18)設(shè)置于該第一介電層(14)及該銅層(16)上且形成一孔洞(20)，該孔洞(20)顯露該銅層(16)，該阻障層(50A)覆蓋顯露的該銅層(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該基板(12)另包括設(shè)置于該第一介電層(14)下方的硅基板、導(dǎo)體及絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該濕潤(rùn)層(56)為一鈦層或一氮化鉭層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該阻障層(50A)另包括一氮化鈦層(502)，該氮化鈦層(502)設(shè)置于該氮化硅銅層(501)與該濕潤(rùn)層(56)之間。
7.一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 提供一銅層(16)； 形成一包含氮化硅銅層(501)的阻障層(50A)于該銅層(16)上； 形成一濕潤(rùn)層(56)于該阻障層(50A)上；及 形成一鋁層(52)于該濕潤(rùn)層(56)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，形成該氮化硅銅層(501)的工藝包含以下步驟 進(jìn)行一第一處理程序，以一含硅源處理該銅層(16)以形成一硅銅層(501A)于該銅層(16)上；及 進(jìn)行一第二處理程序，以一含氮源處理該硅銅層(501A)以形成該氮化硅銅層(501)于該銅層(16)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于該含娃源為娃燒。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于該含氮源為氨。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于在形成該濕潤(rùn)層(56)之前，形成該阻障層(50A)的工藝另包含形成一氮化鈦層(502)于該氮化娃銅層(501)上。
12.一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 形成一第二介電層(18)于一第一介電層(14)及位于該第一介電層(14)中的一銅層(16)上，以形成一孔洞(20)，該孔洞(20)顯露該銅層(16)； 形成一包含氮化娃銅層(501)的阻障層(50A)于顯露的該銅層(16)上； 形成一濕潤(rùn)層(56)于該阻障層(50)上；及 形成一鋁層(52)于該孔洞(20)中且于該濕潤(rùn)層(56)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，形成該氮化硅銅層(501)的工藝包含以下步驟 進(jìn)行一第一處理程序，以一含硅源處理該銅層(16)以形成一硅銅層(501A)于該銅層(16)上；及 進(jìn)行一第二處理程序，以一含氮源處理該硅銅層(501A)以形成該氮化硅銅層(501)于該銅層(16)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于該含娃源為娃燒。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于該含氮源為氨。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于在形成該濕潤(rùn)層(56)之前，形成該阻障層(50)的工藝另包含形成一氮化鈦層(502)于該氮化娃銅層(501)上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中該銅-鋁電路連線包含一氮化硅銅(CuSiN)層。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)制備方法，其包含以下步驟提供一銅層；形成一包含氮化硅銅層的阻障層于該銅層上；形成一濕潤(rùn)層于該阻障層上；及形成一鋁層于該濕潤(rùn)層上。本發(fā)明提供一種包含銅-鋁電路連線的集成電路結(jié)構(gòu)及其制備方法，以減少阻障層厚度及防止填隙問(wèn)題(例如懸突及其他側(cè)邊效應(yīng))。
文檔編號(hào)H01L29/41GK102760757SQ20111019667
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者劉獻(xiàn)文, 蘇國(guó)輝, 陳逸男 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司