保形低溫密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了適用作3D外形上方的電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的保形密閉性電介質(zhì)膜。在實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障包括可通過原子層沉積ALD技術(shù)來沉積的諸如金屬氧化物之類的電介質(zhì)層，對(duì)于較薄的連續(xù)密閉性擴(kuò)散屏障而言，通過原子層沉積ALD技術(shù)沉積的電介質(zhì)層的保形度和密度大于通過PECVD工藝沉積的傳統(tǒng)的基于二氧化硅的膜中可實(shí)現(xiàn)的保形度和密度。在其它實(shí)施例中，擴(kuò)散屏障是例如雙層的包括高k電介質(zhì)層和低k或中等k電介質(zhì)層的多層膜，以減小擴(kuò)散屏障的介電常數(shù)。在其它實(shí)施例中，通過在保持較高的膜保形度和密度的同時(shí)調(diào)節(jié)硅酸鹽的硅含量來將高k電介質(zhì)層中的硅酸鹽(例如金屬硅酸鹽)形成為減小擴(kuò)散屏障的k值。
【專利說明】保形低溫密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及保形電介質(zhì)擴(kuò)散屏障。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如包含金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（M0SFET)的集成電路等之類的微電子器件通 過減小相鄰特征之間的節(jié)距并且結(jié)合三維晶體管結(jié)構(gòu)（例如，finFET (鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）） 而不斷縮小。隨著晶體管的密度和非平面性增加以及互連金屬化的增加，增大互連電容并 且進(jìn)行電隔離更加困難。最近十年的互連工藝越來越多地包含"低k"膜（例如，低于?3.2 的膜）作為層間電介質(zhì)（ILD)的選材，從而部分進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了氣隙形成，由此有意引入了相 鄰金屬線之間的ILD內(nèi)的空隙。另外，由于基本3D結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致外形會(huì)引起需要被保形電介 質(zhì)層密封/覆蓋的空隙和/或缺陷。
[0003] 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝通常用于低k互連應(yīng)用中的電介質(zhì)沉 積，但沒有提供高保形度/階梯覆蓋率。例如，PECVD低k膜通常具有小于55%的保形度 (例如，僅僅對(duì)于沉積/蝕刻/沉積型順序有接近75%的保形度），其中，電介質(zhì)在垂直（例 如，側(cè)壁）表面上沉積的厚度小于電介質(zhì)在水平（例如，頂）表面上沉積的厚度的55%。〇0) 或低壓CVD (LPCVD)技術(shù)提供了更高的保形度，但需要比低k互連應(yīng)用通常允許的溫度較高 的溫度。
[0004] 常常期望的是，用電介質(zhì)層提供密閉性密封，例如防止金屬（例如，Cu)從金屬互 連線向外擴(kuò)散進(jìn)入周圍的ILD材料，以及防止?jié)駳夂蜐窕瘜W(xué)品從周圍的ILD(或者從氣隙形 成工藝中的空隙）向內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)入3D結(jié)構(gòu)（例如，金屬線、晶體管等）中。由于難以在3D外 形上實(shí)現(xiàn)完美覆蓋率和膜致密度，導(dǎo)致因此需要電介質(zhì)擴(kuò)散屏障是最小厚度。
[0005] 因此，用以減小電介質(zhì)擴(kuò)散屏障最小厚度的材料和技術(shù)是有利的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 以舉例方式而非限制方式說明了本發(fā)明的實(shí)施例，可以在結(jié)合附圖進(jìn)行考慮時(shí)參 照下面的【具體實(shí)施方式】來更充分地理解本發(fā)明的實(shí)施例，其中：
[0007] 圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的形成電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的方法的流程圖；
[0008] 圖2A、圖2B、圖2C、圖2D、圖2E、如2F和圖2G示出了通過根據(jù)圖1中示出的方法 實(shí)施例構(gòu)造的1C的橫截面的側(cè)視圖；
[0009] 圖3A至圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電介質(zhì)擴(kuò)散屏障實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的 線狀圖；以及
[0010] 圖4是可以結(jié)合根據(jù)圖1和圖2A至圖2G所示的方法構(gòu)造的1C的移動(dòng)計(jì)算平臺(tái) 的功能框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 在下面的描述中，闡述了眾多細(xì)節(jié)，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，可在沒有 這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在一些情形下，公知的方法和裝置是以框圖形式而非 以細(xì)節(jié)示出的，以避免混淆本發(fā)明。在整個(gè)本說明書中提及"實(shí)施例"意指結(jié)合實(shí)施例描述 的具體的特征、結(jié)構(gòu)、功能或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)本說明 書中的多處出現(xiàn)短語"在實(shí)施例中"未必是指本發(fā)明的同一實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施例中，可按任何合適方式組合具體的特征、結(jié)構(gòu)、功能或特性。例如，第一實(shí)施例和第二實(shí) 施例可以在這兩個(gè)實(shí)施例互不排他的情況下任意組合。
[0012] 在本文中可使用術(shù)語"耦合"和"連接"連同它們的衍生詞來描述組件之間的結(jié)構(gòu) 關(guān)系。應(yīng)該理解，這些術(shù)語不旨在是彼此的同義詞。確切地，在具體實(shí)施例中，"連接"可用 于指示兩個(gè)或更多個(gè)元件彼此直接物理或電接觸。"耦合"可用于指示兩個(gè)或更多個(gè)元件彼 此直接或間接（其間有其它居間元件）物理或電接觸，和/或兩個(gè)或更多個(gè)元件彼此協(xié)作 或相互作用（例如，如同因果關(guān)系一樣）。
[0013] 本文所用的術(shù)語"上方"、"下方"、"在…之間"和"上"是指一個(gè)材料層相對(duì)于其它 層的相對(duì)位置。如此，例如，設(shè)置在另一個(gè)層上方或下方的一個(gè)層可直接接觸另一個(gè)層或者 可具有一個(gè)或多個(gè)居間層。此外，設(shè)置在兩個(gè)層之間的一個(gè)層可直接接觸這兩個(gè)層或者可 具有一個(gè)或多個(gè)居間層。與此相對(duì)，第二層"上"的第一層直接接觸第二層。
[0014] 本文描述的是適用于3D外形上的電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的保形密閉性電介質(zhì)膜。在實(shí) 施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障是通過原子層沉積（ALD)技術(shù)沉積的電介質(zhì)層，相比于能夠具有 不超過75%保形度的、（例如）通過PECVD或通過重復(fù)性的沉積/濺射等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相沉積（PECVD)工藝沉積的傳統(tǒng)基于二氧化硅/氮化物/碳化物的膜中可以實(shí)現(xiàn)的保形 度，ALD針對(duì)較薄連續(xù)擴(kuò)散屏障實(shí)現(xiàn)的保形度是至少95%。因?yàn)锳LD電介質(zhì)層可具有比這 種PECVD膜相對(duì)更高的介電常數(shù)，所以可反直覺地在對(duì)電容敏感的結(jié)構(gòu)中采用這種材料， 然而，已發(fā)現(xiàn)某些"高k"電介質(zhì)層材料的優(yōu)異階梯覆蓋率和較大質(zhì)量/原子密度能夠得到 厚度減小的密閉性擴(kuò)散屏障。通常，此高質(zhì)量和/或高原子密度意味著無（或非常低的） 孔隙率，其中，屏障材料中的空隙的間隔是使得難以使原子擴(kuò)散穿過屏障材料（即，更曲折 的擴(kuò)散路徑）這樣的小尺寸。
[0015] 因此，針對(duì)擴(kuò)散屏障，可以優(yōu)選地進(jìn)行僅僅具有中等好的階梯覆蓋率和密閉性的 中等k膜與具有更好的階梯覆蓋率和密閉性的更高k膜之間的折衷。例如，在某些應(yīng)用中， 擴(kuò)散屏障的厚度的這種減小通過增大了極低電介質(zhì)可用的體積（例如，氣隙的體積）而實(shí) 現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)（例如，互連ILD層）的電容的凈減小。
[0016] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，擴(kuò)散屏障的介電常數(shù)有利地減小，由此，屏障形成為包括相 對(duì)高k ALD層和低k或中間k電介質(zhì)層（例如，雙層）的多層膜。在其它實(shí)施例中，相對(duì)高 k ALD層中的硅酸鹽被形成為利用ALD電介質(zhì)的保形度和密度，但通過調(diào)節(jié)硅酸鹽中的硅 含量來降低擴(kuò)散屏障的k值。
[0017] 圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的用于形成電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的方法100的流程圖，在該實(shí) 施例中，ILD中的互連金屬化包含在同一金屬層（例如，金屬線）的相鄰金屬結(jié)構(gòu)之間的氣 隙。電介質(zhì)擴(kuò)散屏障設(shè)置在金屬線的氣隙側(cè)壁之間，用于保護(hù)互連金屬化。雖然示例性的 互連實(shí)施例用作可用的說明，但要注意，示例性互連背景下描述的電介質(zhì)擴(kuò)散屏障材料和 沉積技術(shù)可應(yīng)用于其中在苛刻3D外形上需要致密的保形密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的許多其 它背景下。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地實(shí)現(xiàn)本文提供的教導(dǎo)，以形成設(shè)置在finFET上 的擴(kuò)散屏障、淺溝槽隔離區(qū)域的襯墊、光電子集成電路中的波導(dǎo)的鈍化層等。本文提供的教 導(dǎo)也可應(yīng)用于諸如以雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成非常薄的密閉性Cu蓋帽層之類的一些2D應(yīng)用。
[0018] 方法100先開始操作110,形成低k ILD結(jié)構(gòu)。圖2A示出根據(jù)方法100的實(shí)施例 構(gòu)造的通過諸如微處理器或其它邏輯器件的集成電路（1C)的橫截面的側(cè)視圖。在圖2A中， 1C的晶體管設(shè)置在襯底201中。襯底201可包括任何傳統(tǒng)的半導(dǎo)體襯底（例如，硅、Ge、 SiGe、SiC、GaAs、InP、GaN等）（無論是主體格式還是SOI格式）以及聚合物襯底（例如， TFT應(yīng)用中）。設(shè)置在襯底201中的晶體管可以是任何傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，例如但不限于平面或非 平面M0SFET、平面或非平面高電子遷移率晶體管（HEMT)等。
[0019] 在襯底201上方設(shè)置包括低k電介質(zhì)層210的低k ILD結(jié)構(gòu)，例如通過本領(lǐng)域已 知的任何雙鑲嵌工藝在低k電介質(zhì)層210中嵌入第一金屬互連級(jí)205。在示例性實(shí)施例 中，低k電介質(zhì)層210是根據(jù)孔隙率其電介質(zhì)常數(shù)的范圍是2. 5-3. 2的碳摻雜的氧化物 (SiOC:H)。當(dāng)然，也可利用其它已知的低k ILD材料，事實(shí)上，在低k電介質(zhì)層210的某些 方面被犧牲（如本文其它地方討論的）的示例性實(shí)施例中，還可以使用傳統(tǒng)的中等k電介 質(zhì)材料（諸如，Si0 2、PSG、BPSG、SiOF等）層取代低k電介質(zhì)層210。在實(shí)施例中，各金屬 互連線205包括諸如鉭（Ta)屏障層或TiN屏障層之類的屏障層和諸如銅（Cu)或鎢（W)之 類的填充金屬。
[0020] 繼續(xù)進(jìn)行方法100,在操作130中，在低k ILD中環(huán)繞金屬互連部蝕刻出溝槽。通 常，出于在金屬互連線之間的間隔中引入空隙的緣故，操作130必須致使平面鑲嵌層成為 非平面的。正是這樣引入了嚴(yán)格外形，該外形示例性地促使形成本文中描述的高度保形電 介質(zhì)擴(kuò)散屏障。作為形成這種溝槽的一個(gè)示例，圖2B示出通過在低k ILD結(jié)構(gòu)上方沉積 了硬掩模層220A之后的圖2A中示出的集成電路（1C)的橫截面的側(cè)視圖。硬掩模層220A 可以是本領(lǐng)域已知的適于這種目的的任何材料，例如但不限于低k SiN:H、SiC:H、SiOC:H、 SiCN:H或SiOCN:H(因?yàn)橥ǔＭㄟ^PECVD沉積硬掩模層220A，所以大量的氫被包含到膜 中）。硬掩模層220A的厚度范圍可以是約2-50nm并且材料的介電常數(shù)（k)的范圍可以是 4-7。在示例性實(shí)施例中，厚度約為8nm并且k約為4.8。值得注意，除了輔助進(jìn)行圖案化之 夕卜，硬掩模層220A還用于在構(gòu)造期間保護(hù)金屬互連部的頂表面免于被氧化和腐蝕。在示例 性實(shí)施例中，硬掩模層220A是非犧牲性的，原位保留以使得金屬互連部的（Cu)表面鈍化并 且因此應(yīng)該具有好的附著性以使機(jī)械故障和電遷移故障最少。
[0021] 繼續(xù)進(jìn)行操作130的示例性實(shí)現(xiàn)方式。圖2C示出沉積附加的掩模層來形成多層 掩模并且將多層掩模圖案化。在硬掩模層220A上方設(shè)置第二硬掩模層220B，諸如（但不限 于）非晶碳（a _C:H)、TiN或TaN。在第二硬掩模層220B上方的是任何傳統(tǒng)的光致抗蝕劑 220C和有機(jī)抗反射涂層（ARC)、和/或電介質(zhì)ARC(DARC)220D，諸如（但不限于）像二氧化 硅、氮化硅、摻雜碳的氧化物等的含硅材料。進(jìn)行圖案化，使得在低k電介質(zhì)層210上方在 兩條相鄰金屬互連線（例如，205A和205B)之間的間隔中形成開口 225。
[0022] 圖2D完成了操作130的示例性實(shí)現(xiàn)方式，其中，在設(shè)置于相鄰金屬互連線205A、 205B之間的低k電介質(zhì)210中蝕刻出了溝槽230?？衫弥T如（但不限于）氟化化學(xué)品 (CF 4、C2F6、CF3H等）之類的任何基于等離子體的蝕刻劑來蝕刻出溝槽230,溝槽230從低k 電介質(zhì)層210的頂表面至少部分地延伸穿過（部分犧牲的）低k ILD層210,并且可完全延 伸穿過低k電介質(zhì)層210以暴露出襯底201。當(dāng)然要理解，還可通過諸如（但不限于）離子 銑削和激光消融的任何其它已知技術(shù)形成溝槽230。然后，使用本領(lǐng)域已知的干等離子體蝕 刻和濕化學(xué)品清洗的任何組合（通常，通過在氧等離子體或氫等離子體之后進(jìn)行濕清洗）， 去除光致抗蝕劑220C、第二硬掩模層220B (例如TiN)和其它圖案化材料。在完成操作130 之后，如圖2D中所示，低k ILD結(jié)構(gòu)現(xiàn)在包括嚴(yán)格3D外形，其中，金屬互連線（例如，Cu)環(huán) 繞其中已被去除了部分低k電介質(zhì)層210的嵌入金屬互連線205內(nèi)的溝槽（通孔）向上延 伸。在實(shí)施例中，溝槽230在示例性實(shí)施例中具有至少5:1且大于7:1的高寬比。值得注 意地，盡管在示例性實(shí)施例中硬掩模層220A保持為非犧牲層，但硬掩模層220A可能由于在 蝕刻溝槽230期間進(jìn)行的拐角倒圓而無法保持完好或者可能通過后續(xù)處理而被完全去除。
[0023] 返回圖1，方法100繼續(xù)進(jìn)行保形地沉積密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障。在示例性互連實(shí) 施例中，圖2E中的圖示表明，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240在溝槽230中形成連續(xù)襯墊，跨越相鄰金 屬互連線205A、205B之間的間隔并且同時(shí)覆蓋硬掩模層220A。
[0024] 在實(shí)施例中，利用ALD工藝來沉積密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的至少一部分。盡 管ALD通常是本領(lǐng)域已知的，但在應(yīng)用中受到因可接受前體的可用性造成的實(shí)際約束的限 制，所述可接受前體能夠進(jìn)行自限制反應(yīng)以形成期望組分的膜。因此，雖然某些前體的普遍 可用性使得ALD能夠變成形成柵電介質(zhì)層的普及技術(shù)，但對(duì)于在典型互連隔離能力中采用 的電介質(zhì)材料而言，并非如此。為此原因，將等離子增強(qiáng)ALD(PEALD)(準(zhǔn)ALD技術(shù)）作為 沉積各式各樣材料的方式進(jìn)行研究，但通過這種技術(shù)制作的膜被發(fā)現(xiàn)僅在厚度大于約16nm 時(shí)是均勻密閉性的，因此對(duì)于電介質(zhì)擴(kuò)散屏障而言，準(zhǔn)ALD技術(shù)并不是特別有利。對(duì)于厚度 小于5nm的密閉性屏障，只可以用PECVD/PEALD技術(shù)，在該技術(shù)中，因?yàn)樵诔练e處理或?yàn)R射 處理期間通過離子轟擊造成的膜的致密性，所以膜沉積在完全平坦的表面上。然而，因?yàn)檫@ 種離子轟擊具有高度方向性，所以沉積在離子遮蔽表面（例如，接近垂直表面）上的膜具有 較小的密度并且不是密閉性的。在本文描述的示例性實(shí)施例中，采用真實(shí)的ALD工藝形成 厚度小于l〇nm(更具體地小于8nm，最具體地小于6nm)的密閉性的電介質(zhì)擴(kuò)散屏障。因?yàn)?ALD工藝的高保形度（例如，95%或更大），可以在嚴(yán)格3D外形（extreme 3D topography) 上建立具有這些非常小的膜厚度的連續(xù)無針孔膜。
[0025] 在實(shí)施例中，在沉積電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240之前，通過PECVD來沉積電介質(zhì)材料，以 避免可能當(dāng)直接暴露于ALD前體時(shí)而受到不利影響的金屬互連線（例如，Cu)的任何所暴 露的表面被直接暴露。如果硬掩模220A完全原位并且某個(gè)量的低k ILD保留在互連線側(cè) 壁上，則互連線的頂表面和襯墊會(huì)受到保護(hù)。然而，由于瑕疵，導(dǎo)致部分低k ILD可能沒有 保留在側(cè)壁上并且頂部互連表面會(huì)暴露于對(duì)硬掩模220進(jìn)行的拐角剪切、局部蝕刻或完全 去除。另外，低k ILD是傾注屏障并且不管怎樣互連襯墊（Ta/TaN)都仍有被氧化的可能 性。適于此目的的示例性電介質(zhì)材料包括但不限于SiN:H、SiCN:H、SiC:H、SiC0:H(例如， 具有本文別處針對(duì)硬掩模層220A描述的介電常數(shù)范圍）并且可通過PECVD來沉積至優(yōu)選 地小于2nm的厚度，但替代實(shí)施例包括將低k互連鈍化膜沉積至更大的厚度（例如，4nm至 16nm)〇
[0026] 在實(shí)施例中，密閉性電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的至少一部分是相比于基于硅的PECVD 膜具有相對(duì)高的介電常數(shù)（例如，大于6)的ALD電介質(zhì)材料。本領(lǐng)域已知的許多這種膜是 可用ALD技術(shù)形成的并且通?？刹捎眠@些膜中的任何膜作為電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240或作為電 介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的一部分。在示例性實(shí)施例中，高k電介質(zhì)材料是全都具有大大超過10 的介電常數(shù)的金屬氧化物，諸如（但不限于）八1203、1%02和!1?) 2。在替代實(shí)施例中可利用同 時(shí)與ALD技術(shù)相容的諸如，Ti02、Ta02和Zr02之類的其它過渡金屬氧化物。
[0027] 通過采用真實(shí)ALD技術(shù)，在操作140期間依次執(zhí)行自限制反應(yīng)。例如，可通過順 序地脈動(dòng)三甲基（TMA)和H 20蒸氣，沉積6-10nm的A1203作為電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240,每個(gè)前 體參與自限制反應(yīng)，反復(fù)地形成非常保形的膜。在比LPCVD工藝中保形地沉積電介質(zhì)所需 的溫度低的溫度下，這些順序的自限制反應(yīng)為電介質(zhì)擴(kuò)散賦予了有利的高保形度。另外， 有利地，鋁原子是與鄰近的氧原子形成大的緊密鍵合，以形成在厚度低于8nm且甚至低于 6nm(例如，3-4nm)時(shí)能夠具有密閉性的致密膜。雖然已通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了 A1203的示例性實(shí) 施例，但預(yù)期Mg02和Hf0 2具有類似的性能，還可預(yù)期本領(lǐng)域中已知的其它高k膜具有類似 的性能以具有近似的原子密度。因此，在示例性實(shí)施例中，利用ALD來實(shí)現(xiàn)位于嚴(yán)格3D外 形上方甚至厚度在5-10nm的范圍內(nèi)的連續(xù)電介質(zhì)膜，在ALD技術(shù)中所采用的物質(zhì)是形成能 夠以最小厚度提供密閉性的致密膜的物質(zhì)，所述最小厚度是在當(dāng)前外形上方形成物理連續(xù) 膜所需的厚度。
[0028] 雖然采用ALD電介質(zhì)層的實(shí)施例當(dāng)然可包括不止一種類型的電介質(zhì)材料（例如， 不同高k材料的雙層），但在示例性實(shí)施例中，ALD電介質(zhì)層與介電常數(shù)比ALD材料的介電 常數(shù)低的不同電介質(zhì)材料層結(jié)合。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240包括至少 一種金屬氧化物（諸如，八1 203、1%02和!1?)2)和介電常數(shù)比金屬氧化物的介電常數(shù)低但比 周圍的低k電介質(zhì)層（例如，低k ILD210)的介電常數(shù)高的中等k材料。在示例性實(shí)施例 中，中等k材料是SiON (C) : H。在此實(shí)施例中，通過首先通過PECVD沉積SiO (C) : Η膜然后 用包括氮源（例如，ΝΗ3、Ν2中的一種或多種）的等離子體濺射蝕刻該SiO(C) :Η膜來形成 SiON(C):H層，所述等離子體濺射掉非保形沉積材料的部分并且將其重新分配到外形側(cè)壁 (例如，溝槽230的側(cè)壁）上。雖然濺射蝕刻使SiOC:H膜致密并且包含形成SiON(C) :H的 氮，但這種膜自身在離子遮蔽表面上將不是密閉性的，除非超過15nm(例如，16nm和更大厚 度）。然而，在ALD膜增強(qiáng)了密閉性并且這個(gè)中等k材料的介電常數(shù)在4. 4-5. 5的范圍內(nèi)的 情況下，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240可具有減小的總電容。
[0029] 在實(shí)施例中，Si0N(C) :H和ALD電介質(zhì)形成雙層，其中Si0N(C) :H形成第一層或者 ALD電介質(zhì)形成第一層。在示例性實(shí)施例中，雙層電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240包括SiON (C) : Η的第 一層和設(shè)置在第一層上的作為第二層的ALD電介質(zhì)。雙層電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的示例性厚 度在5nm和10nm之間，其中，Si0N(C) :Η在3nm和6nm之間（例如，略大于電介質(zhì)擴(kuò)散屏障 240的總厚度的一半）。在首先沉積電介質(zhì)層（例如，Si0C:H)以在形成ALD電介質(zhì)層之前 使金屬互連線鈍化的一個(gè)實(shí)施例中，可通過執(zhí)行基于氮的濺射蝕刻工藝來以鈍化電介質(zhì)層 的一部分轉(zhuǎn)換成更致密、更保形的SiON(C) :H膜來將鈍化電介質(zhì)層的沉積物轉(zhuǎn)變成電介質(zhì) 擴(kuò)散屏障240的第一層。
[0030] 在其它實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240是三層膜疊置體，在該三層膜疊置體中， ALD電介質(zhì)材料設(shè)置在PECVD沉積膜（例如，如雙層實(shí)施例的情況中一樣的SiON (C) : Η的基 體層和SiON(C) :Η的蓋帽層）之間，這樣可改善后續(xù)操作中沉積的上覆層中的附著和蝕刻 分布。
[0031] 在另一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240包括金屬氧化物的硅合金。通過ALD形 成示例性實(shí)施例中的金屬氧化物的硅合金（與通過離散沉積的膜疊置體的固態(tài)擴(kuò)散而形 成的合金形成對(duì)照）。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，至少一種金屬氧化物與硅結(jié)合地沉積，形成 保形金屬硅酸鹽膜。在這種實(shí)施例中，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240內(nèi)所包含的硅的量被選擇為范 圍在1%至90% (原子數(shù)）以實(shí)現(xiàn)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的介電常數(shù)如期望地減小。例如， 在金屬氧化物是A1203的一個(gè)實(shí)施例中，引入硅來生成AlhSiyOx電介質(zhì)膜。在一個(gè)示范性 AlhSiyOx實(shí)施例中，硅含量是至少50% (原子數(shù)）以將合金的介電常數(shù)減小至低于7,同時(shí) 在厚度小于15nm(優(yōu)選地，小于10nm)時(shí)仍然提供密閉性密封。例如，在操作140期間，可在 變化TMA和SiH 4的占空比以實(shí)現(xiàn)期望硅含量的情況下執(zhí)行TMA/H20/SiH4/H20的ALD順序。 在替代實(shí)施例中，可通過包含其它示例性金屬氧化物（例如，Mg0 2、Hf02等）的類似ALD工 藝制作其它金屬硅酸鹽。在替代實(shí)施例中，采用除了硅之外的其它合金物質(zhì)來減小電介質(zhì) 擴(kuò)散屏障240的介電常數(shù)。例如，可利用B 203、Be02、Li20、Na20中的任一種或多種。
[0032] 如同金屬氧化物層一樣，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240中利用的合金化電介質(zhì)除了包 括ALD金屬硅酸鹽層之外還可包括底PECVD層和/或頂PECVD層。例如，金屬硅酸鹽層 (AlhSiyOj 可設(shè)置在 SiN:H、SiC:H、SiOC:H 或 SiCN:H 膜上或者被 SiN:H、SiC:H、SiOC:H 或 SiCN:H膜覆蓋。作為另一個(gè)示例，金屬硅酸鹽層（Al^SiyOj設(shè)置在SiN:H、SiC:H、SiOC:H 或SiCN:Η中的任一個(gè)的蓋帽層層和基底層之間。
[0033] 返回圖1，方法100繼續(xù)進(jìn)行操作150,其中，非保形地沉積低k或中等k(例如， Si02、PSG、BPSG、SiOF、聚合物等）ILD。在示例性互連實(shí)施例中，在操作150中進(jìn)行這種非 保形沉積，從而將在外形特征之間保留的間隔內(nèi)生成氣隙，以相對(duì)于圖2A中示出的ILD結(jié) 構(gòu)減小互連電容。如圖2F中所示，由于低k ILD250的非保形性，導(dǎo)致在溝槽230未被電介 質(zhì)擴(kuò)散屏障240占據(jù)的區(qū)域中相鄰的金屬互連線205A、205B之間形成氣隙255。因此，應(yīng) 該清楚，電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240的厚度減小1個(gè)單位（例如，8nm)可使氣隙255的寬度增大2 個(gè)單位（例如，16nm)，因此導(dǎo)致電容的凈改善（即，減?。?，即使在電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240內(nèi)可 一定程度地引入高k材料。
[0034] 仍然參照?qǐng)D2F，在實(shí)施例中，低k ILD 250是介電常數(shù)在2. 5-3. 1的范圍內(nèi)的 Si0C:H。在某些其它實(shí)施例中，低k ILD250是介電常數(shù)低于約2. 5的多孔膜。如本領(lǐng)域中 已知的，可采用化學(xué)-機(jī)械平面化（CMP)工藝來將低k ILD250的表面平面化。
[0035] 返回圖1，方法100繼續(xù)進(jìn)行操作160,在操作160中，用本領(lǐng)域中已知的傳統(tǒng)處理 和制造技術(shù)完成器件。例如，如圖2G中所示，在低k ILD250中設(shè)置另外一層的金屬互連部 260。如所不出的，金屬互連部260通過被金屬（Cu)填充的通孔結(jié)合金屬互連部205,所述 通孔穿過電介質(zhì)擴(kuò)散屏障240和任何保留下來的硬掩模層220。然后，可在第二級(jí)金屬互連 部中形成另外的氣隙，基本上如在操作110-150的內(nèi)容中在本文中別處描述地一樣。
[0036] 圖3A至圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于對(duì)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障實(shí)施例進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)評(píng)價(jià)的線狀圖。收集膜疊置體的應(yīng)力測(cè)量值，所述膜疊置體包括厚吸濕氧化物上方的 電介質(zhì)擴(kuò)散屏障處理，這樣表示了通過晶圓翹曲度測(cè)得的與濕氣含量相關(guān)的應(yīng)力變化。圖 3A示出用作濕氣擴(kuò)散屏障（密閉性屏障）的6nm和更厚的A1A的ALD層的平坦線趨勢(shì)。 對(duì)于小于6nm的厚度，晶圓翅曲度隨時(shí)間而變化，這表明濕氣正在滲透A1 203層。圖3B是 Si0N(C) :H/A10X雙層電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的線狀圖。如可看出的，6nm的Si0N(C) :H層/2nm的 八10!￡層表現(xiàn)出極小的吸濕度。這表明形成保形屏障所需的高k A1203的厚度減小了超過 60%，因此可有利地減小電容，同時(shí)仍然提供極薄的密閉性屏障（例如，8nm)。作為參考， 需要至少14nm的Si0N(C)來提供近似的結(jié)果。參照硅合金化的金屬氧化物擴(kuò)散屏障（例 如，金屬硅酸鹽）的實(shí)施例，盡管在圖線中沒有明確描繪，但要注意，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)氧含量是 氮含量?jī)杀兜腟iON層以保持與SiN組分等同的密閉性，所以預(yù)期的是，其中金屬物質(zhì)的高 達(dá)50%被Si取代的金屬硅酸鹽（例如，鋁硅酸鹽、Al^SiA、鎂硅酸鹽（M gl_ySiyOx)等）膜 也將保持對(duì)應(yīng)金屬氧化物的密閉性。
[0037] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的計(jì)算裝置1000。計(jì)算裝置1000容納板 1002。板1002可包括多個(gè)組件，包括（但不限于）處理器1004和至少一個(gè)通信芯片1006。 處理器1004與板1002物理地電結(jié)合。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，至少一個(gè)通信芯片1006也與板 1002物理地電結(jié)合。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，通信芯片1006是處理器1004的部分。
[0038] 根據(jù)計(jì)算裝置1000的應(yīng)用，計(jì)算裝置1000可包括可或不可與板1002物理地電結(jié) 合的其它組件。這些其它組件包括（但不限于）易失性存儲(chǔ)器（例如，DRAM)、非易失性存 儲(chǔ)器（例如，ROM)、閃存存儲(chǔ)器、圖形處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、密碼處理器、芯片組、天線、 顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全 球定位系統(tǒng)（GPS)裝置、羅盤、加速計(jì)、陀螺儀、揚(yáng)聲器、相機(jī)和大容量存儲(chǔ)裝置（諸如，硬盤 驅(qū)動(dòng)器、壓縮盤（⑶）、數(shù)字通用盤（DVD)等）。
[0039] 通信芯片1006能夠進(jìn)行無線通信，傳遞進(jìn)出計(jì)算裝置1000的數(shù)據(jù)。可使用術(shù)語 "無線"及其衍生詞來描述可通過使用穿過非固態(tài)介質(zhì)的經(jīng)調(diào)制電磁輻射進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的 電路、裝置、系統(tǒng)、方法、技術(shù)、通信信道等。所述術(shù)語不是意味著相關(guān)裝置不包含任何布線， 盡管在一些實(shí)施例中相關(guān)裝置可不包含任何布線。通信芯片1006可實(shí)現(xiàn)多種無線標(biāo)準(zhǔn)或 協(xié)議中的任一種，包括（但不限于）Wi-Fi (IEEE802. 11系列）、WiMAX(IEEE802. 16系列）、 IEEE802. 20、長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、 DECT、Bluetooth (藍(lán)牙）、其衍生物、以及被指定為3G、4G、5G和更高一代的任何其它無線 協(xié)議。計(jì)算裝置1〇〇〇可包括多個(gè)通信芯片1006。例如，第一通信芯片1006可專用于諸如 Wi-Fi和Bluetooth的較短距離無線通信并且第二通信芯片1006可專用于諸如GPS、EDGE、 GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO和其它的較長(zhǎng)距離無線通信。
[0040] 計(jì)算裝置1000的處理器1004包括被封裝在處理器1004內(nèi)的集成電路晶粒。在 本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式中，處理器的集成電路晶粒包括一個(gè)或多個(gè)裝置，諸如，如本文別處 描述的其中設(shè)置有電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的金屬互連部。術(shù)語"處理器"可指處理來自寄存器和/ 或存儲(chǔ)器的電子數(shù)據(jù)的任何裝置或裝置的一部分，用于將電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成可被存儲(chǔ)在寄存 器和/或存儲(chǔ)器中的其它電子數(shù)據(jù)。
[0041] 通信芯片1006還包括被封裝在通信芯片1006內(nèi)的集成電路晶粒。根據(jù)本發(fā)明的 另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，通信芯片的集成電路晶粒包括一個(gè)或多個(gè)器件，諸如，如本文別處描述的 其中設(shè)置有電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的金屬互連部。
[0042] 在其它實(shí)現(xiàn)方式中，被容納在計(jì)算裝置1000內(nèi)的另一個(gè)組件可包含集成電路晶 粒，所述集成電路晶粒包括一個(gè)或多個(gè)器件，諸如，如本文別處描述的其中設(shè)置有電介質(zhì)擴(kuò) 散屏障的金屬互連部。
[0043] 在各種實(shí)現(xiàn)方式中，計(jì)算裝置1000可以是膝上型計(jì)算機(jī)、網(wǎng)本、筆記本、超級(jí)本、 智能電話、平板、個(gè)人數(shù)字助理（PDA)、超移動(dòng)PC、移動(dòng)電話、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)、 掃描儀、監(jiān)視器、機(jī)頂盒、娛樂控制單元、數(shù)碼相機(jī)、便攜式音樂播放器或數(shù)字錄像機(jī)。在其 它實(shí)現(xiàn)方式中，計(jì)算裝置1000可以是處理數(shù)據(jù)的任何其它電子裝置。
[0044] 以上的描述是示例性的，并非限制性的。例如，雖然附圖中的流程圖示出了通過本 發(fā)明的某些實(shí)施例執(zhí)行的特定次序的操作，但應(yīng)該理解，并非要求這種次序（例如,替代實(shí) 施例可按不同次序執(zhí)行操作，組合某些操作，交疊某些操作等）。此外，在閱讀和理解了以上 描述后，許多其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。盡管已經(jīng)參照具體示 例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于描述的實(shí)施例，而可以在所附權(quán)利 要求書的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行修改和變化的情況下實(shí)踐本發(fā)明。因此，應(yīng)該參照所附權(quán)利要 求書連同該權(quán)利要求書的等同形式的全部范圍來確定本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種微電子器件，所述微電子器件包括： 設(shè)置在襯底上方的一對(duì)相鄰的金屬互連線，所述一對(duì)互連線分隔開一間隔； 低k層間電介質(zhì)（ILD)材料，所述低k層間電介質(zhì)材料設(shè)置在所述金屬互連線之間的 所述間隔中； 氣隙，所述氣隙設(shè)置在所述ILD材料內(nèi)；以及 連續(xù)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障，所述連續(xù)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障跨越所述間隔并設(shè)置在所述氣隙與所 述金屬互連線中的每條金屬互連線的側(cè)壁之間，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障包括金屬物質(zhì) 和氧。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障是進(jìn)一步包括硅的 金屬娃酸鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電子器件，其中，所述金屬硅酸鹽是鋁硅酸鹽（AlhSiyCU 或鎂硅酸鹽（Mgl_ySiyOx)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障包括介電常數(shù)至少 為10的高k電介質(zhì)材料層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電子器件，其中，所述高k電介質(zhì)材料層的厚度小于8nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電子器件，其中，所述高k電介質(zhì)材料層包括Al203、Mg02和 Η--2中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微電子器件，其中，所述高k電介質(zhì)材料層實(shí)質(zhì)上由A1203、 Mg02和Hf02中的一種組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電子器件，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障是多層膜疊置體，所 述多層膜疊置體進(jìn)一步包括： 中等k電介質(zhì)材料層，所述中等k電介質(zhì)材料層的介電常數(shù)低于所述高k電介質(zhì)材料 的介電常數(shù)且高于所述低k電介質(zhì)材料的介電常數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微電子器件，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的厚度小于10nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微電子器件，其中，所述中等k電介質(zhì)材料包括碳摻雜的氮 氧化硅（SiON(C) :H)并具有小于4nm的厚度。
11. 一種制造微電子器件的方法，所述方法包括： 在襯底上方形成一對(duì)相鄰的金屬互連線，所述一對(duì)互連線分隔開一間隔； 在低k層間電介質(zhì)（ILD)材料內(nèi)形成氣隙，所述低k層間電介質(zhì)（ILD)材料設(shè)置在所 述金屬互連線之間的所述間隔中；以及 形成連續(xù)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障，所述連續(xù)電介質(zhì)擴(kuò)散屏障跨越所述間隔并且設(shè)置在所述氣 隙與所述金屬互連線中的每條金屬互連線的側(cè)壁之間，其中，形成所述擴(kuò)散屏障包括利用 原子層沉積（ALD)工藝來沉積電介質(zhì)層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，沉積所述電介質(zhì)層包括沉積高k電介質(zhì)材料 層，所述高k電介質(zhì)材料層的介電常數(shù)在8和10之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述高k電介質(zhì)材料層本質(zhì)上由八1203、]\%0 2和 Η--2中的一種組成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括通過在執(zhí)行所述高k電介質(zhì)材料的所述 ALD之前執(zhí)行SiCN:H、SiC:H或SiOC:H膜的PECVD沉積來使所述一對(duì)金屬互連線的暴露出 的表面鈍化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障進(jìn)一步包括將所述 高k電介質(zhì)材料與娃合金化，以形成介電常數(shù)低于7的金屬娃酸鹽。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將所述高k電介質(zhì)材料與娃合金化進(jìn)一步包 括：利用ALD工藝來周期性沉積A120 3層和Si02層以形成鋁硅酸鹽（AlySihOj，或者利用 ALD工藝來周期性沉積Mg02層和Si02層以形成鎂硅酸鹽（MgySihOj。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障進(jìn)一步包括：通過 PECVD來沉積中等k電介質(zhì)材料層，所述中等k電介質(zhì)材料層的介電常數(shù)低于所述高k電介 質(zhì)材料的介電常數(shù)且高于所述低k電介質(zhì)材料的介電常數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障被沉積至小于10nm的厚 度，并且其中，所述中等k電介質(zhì)材料包括碳摻雜的氮氧化硅。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成跨越所述間隔的所述連續(xù)電介質(zhì)擴(kuò)散屏 障進(jìn)一步包括： 在設(shè)置于所述一對(duì)金屬互連線之間的第一層低k ILD中蝕刻出溝槽；以及 利用所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障裝襯所述溝槽， 其中，形成所述氣隙進(jìn)一步包括利用非保形工藝來沉積第二ILD層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括：蝕刻出穿過所述電介質(zhì)擴(kuò)散屏障的設(shè) 置在所述互連金屬線中的一條互連金屬線上方的區(qū)域的開口，以及通過所述開口形成第二 級(jí)金屬互連過孔。
【文檔編號(hào)】H01L21/316GK104126220SQ201180076399
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月20日
【發(fā)明者】S·金, 俞輝在, S·科薩拉朱, T·格拉斯曼 申請(qǐng)人:英特爾公司