本公開內(nèi)容涉及集成電路器件、包括鎢的金屬合金、半導體器件金屬化、半導體器件金屬襯墊(liner)層、以及半導體器件覆蓋層。

背景技術：

對越來越小的集成電路(IC)器件的期望對用于構(gòu)造器件的材料有許多性能要求?？偟膩碚f，IC器件也被稱為微芯片、半導體芯片、IC芯片、或芯片。在各種常見設備(舉例來說，例如，計算機中的微處理器、蜂窩電話、飛機、汽車、電視、洗衣機、和MP3播放器(以及許多其它設備))中找到IC芯片。多個IC芯片通常構(gòu)建在硅晶圓(薄硅盤，具有例如300mm的直徑)上，并且在處理之后晶圓被切開以創(chuàng)建個體芯片。具有大約90nm左右的特征尺寸的1cm²IC芯片可以包括億萬個部件。當前的技術正推動特征尺寸甚至小于22nm。

附圖說明

提供了所描述和例示的材料以例證一些方面并且并非意味著限制范圍。為了例示的簡單和清楚起見，附圖中所例示的元件并非必須按比例繪制。在附圖中：

圖1是例示了集成電路芯片的部件器件之間的電互連件的橫截面視圖的示意圖。

圖2是例示了具有襯墊層的集成電路芯片的部件器件之間的另外的電互連件的橫截面視圖的示意圖。

圖3是例示了具有覆蓋層的電互連件的橫截面視圖的示意圖。

圖4A和圖4B分別示出了在退火之前和之后來自包括鈷鎢合金的結(jié)構(gòu)的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。

圖5是根據(jù)半導體器件中的鎢合金的實施方式構(gòu)建的計算設備。

具體實施方式

在以下描述中，闡述了各個方面和例示性實施方式，以便提供理解。然而，如對于本領域技術人員而言將顯而易見的是，可以在沒有所描述的具體細節(jié)中的一個或多個細節(jié)的情況下實施實施例，并且一個實施例的頻繁的具體細節(jié)可以利用其它所公開的實施例來實施。在其它實例中，未詳細描述公知的特征，以便不會混淆例示性實施方式。

集成電路(IC)芯片中的部件電子器件之間的電子連接當前通常使用銅金屬或銅金屬的合金來創(chuàng)建。部件電子器件包括例如晶體管、半導體閘流管、電阻器、和電容器。其它類型的器件是可能的，先前的器件列表被提供用于例示。IC芯片中的器件不僅可以跨IC芯片的表面被放置，而且器件還可以被疊置在IC芯片上的多個層中。組成IC芯片的部件電子器件之間的電互件連通常使用填充有導電材料的過孔和溝槽來制造。絕緣材料(通常為低k電介質(zhì)材料)層將IC芯片中的部件器件分隔開。

描述了并且在半導體器件中采用了包括鈷和鎢的導電合金以及包括鎳和鎢的導電合金。這些合金可以例如被用作為部件器件之間的金屬互連件、被用作為用于傳統(tǒng)的銅或銅合金互連件的襯墊層、以及被用作為覆蓋層。合金可以使用無電鍍工藝來沉積。在一些實施例中，導電鈷-鎢合金包括15到45原子百分比的鎢、50到80原子百分比的鈷、以及1到5原子百分比的硼。在替代的實施例中，導電鈷-鎢合金包括20到40原子百分比的鎢、55到75原子百分比的鈷、以及1到5原子百分比的硼。在另外替代的實施例中，導電鈷-鎢合金包括25到35原子百分比的鎢、60到70原子百分比的鈷、以及1到5原子百分比的硼。在另外的實施例中，導電鎳-鎢合金包括15到45原子百分比的鎢、50到80原子百分比的鎳、以及1到5原子百分比的硼。在替代的實施例中，導電鎳-鎢合金包括20到40原子百分比的鎢、55到75原子百分比的鎳、以及1到5原子百分比的硼。在另外替代的實施例中，導電鎳-鎢合金包括25到35原子百分比的鎢、60到70原子百分比的鎳、以及1到5原子百分比的硼。

圖1例示了用在IC芯片的部件器件之間的互連件中的導電合金。在圖1中，僅示出了IC芯片的一小部分。器件之間的互連件可以采用溝槽或過孔的形式。術語溝槽和過孔通常用于描述導電互連特征。但是，總的來說，形成金屬互連件的特征可以是形成在襯底或已經(jīng)被沉積在襯底上的層中的具有任何形狀的凹陷部。在半導體處理過程期間，電介質(zhì)層被圖案化以創(chuàng)建一個或多個溝槽和/或過孔(或其它特征)，在該溝槽和/或過孔內(nèi)形成器件之間的導電互連件。特征隨后被填充有金屬互連材料。溝槽和/或過孔可以使用傳統(tǒng)的濕法或干法蝕刻半導體處理技術來圖案化(創(chuàng)建)。電介質(zhì)材料用于將金屬互連件與周圍的部件電隔離。但是，通常在金屬互連件與電介質(zhì)材料之間使用阻擋層以防止金屬(例如，銅)遷移到周圍的材料中，在本發(fā)明的實施例中不存在阻擋層。使用阻擋(襯墊)層是因為可能發(fā)生器件故障，例如當銅金屬與電介質(zhì)材料接觸時，這是因為銅金屬會電離并滲入電介質(zhì)材料中。有利地，本發(fā)明的實施例可以避免使用銅以及這些相關聯(lián)的問題。

在圖1中，電介質(zhì)層(或襯底)105包括凹陷部110。圖1中的電互連結(jié)構(gòu)可以是溝槽互連結(jié)構(gòu)。過孔也是可能的，并且在該情況下，凹陷部將通常被創(chuàng)建為穿過電介質(zhì)層105。如本文中更充分討論的，電介質(zhì)層105可以是諸如舉例來說二氧化硅、低k電介質(zhì)、氮化硅、和氮氧化硅之類的材料。電介質(zhì)層105可以是單層或多層。電介質(zhì)層105可以是單材料層或不同材料的層。電介質(zhì)層105包含凹陷部110，其具有填充物120，如本文中討論的，填充物120是導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金。凹陷部110是例如溝槽結(jié)構(gòu)。可選地，在圖1中，導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金材料與電介質(zhì)材料105直接接觸，而不需要中間的襯墊層或阻擋層。不具有襯墊層或阻擋層簡化了為制造IC器件所執(zhí)行的工藝并提供了性能上的改進，這是因為襯墊層可以呈現(xiàn)比用于互連件的導電材料更高的電阻。在替代的實施例中，在導電合金與電介質(zhì)層105之間存在可選的襯墊層115?？蛇x的襯墊層115可以排列在凹陷部110的內(nèi)部?？蛇x的襯墊層115由與鈷-鎢合金或鎳-鎢合金不同的材料構(gòu)成。

圖2例示了在用于半導體器件中的電互連件的襯墊層中采用的導電合金。在圖2中，示出了IC芯片的一小部分。在圖2中，電介質(zhì)層(或襯底)205包括凹陷部210。圖2中的電互連結(jié)構(gòu)可以是溝槽互連結(jié)構(gòu)。過孔也是可能的，并且在該情況下，凹陷部將通常被創(chuàng)建為穿過電介質(zhì)層205。如本文中更充分地討論的，電介質(zhì)層205可以是諸如舉例來說二氧化硅、低k電介質(zhì)、氮化硅、和/或氮氧化硅之類的材料。電介質(zhì)層205可以是單層或多層。電介質(zhì)層205可以是單材料層或不同材料的層。電介質(zhì)層205包含凹陷部210，該凹陷部210具有襯墊層215。凹陷部210是例如溝槽結(jié)構(gòu)。如本文中所描述的，襯墊層215由導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金構(gòu)成?；ミB件填充物220包括導電材料，舉例來說，例如銅或銅的合金。襯墊層215具有小于100A的厚度。在另外的實施例中，襯墊層215具有在30A與100A之間的或者在30A與50A之間的厚度。由鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金構(gòu)成的襯墊層可以是防止銅擴散的阻擋體。

導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金也可以是用于電互連件的覆蓋層，舉例來說，例如包含互連件的銅。這些合金可以用作防止銅擴散的阻擋體。在處理期間，非常薄的無電鍍鈷-鎢合金或鎳-鎢合金(例如，30A至50A厚的層)可以選擇性地沉積到銅互連件的暴露出的銅表面(在化學機械拋光之后)上。薄的無電鍍鈷-鎢合金覆蓋層已經(jīng)證明了銅電子遷移電阻的5-100倍的改進。在實施例中，覆蓋層可以小于100A厚。圖3示意性地例示了具有覆蓋層的電互連件。在圖3中，襯底305(可以是襯底上的電介質(zhì)層305(未示出))具有形成在電介質(zhì)層305中的凹陷部310中的電互連結(jié)構(gòu)。電互連結(jié)構(gòu)包括可選的襯墊層315、導電填充物320和覆蓋層325。導電填充物320可以例如是銅或銅合金。襯墊層315可以是如本文中所描述的導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金或者不同的材料。覆蓋層325是如本文中所描述的導電鈷-鎢合金或?qū)щ婃?鎢合金。過孔也是可能的，并且在該情形下，凹陷部通常被創(chuàng)建為穿過電介質(zhì)層305。如本文中更充分地討論的，電介質(zhì)層305可以是諸如舉例來說二氧化硅、低k電介質(zhì)、氮化硅、和/或氮氧化硅之類的材料。電介質(zhì)層305可以是單層或多層。電介質(zhì)層305可以是單材料層或不同材料的層。

圖4A和圖4B例示了導電鈷-鎢合金的一些性質(zhì)。關于圖4A和圖4B，通過TOFSIMS(飛行時間次級離子質(zhì)譜)來探測包括二氧化硅層上的氮化硅覆蓋層、銅層、和鈷-鎢合金層的層的疊置體。圖4B是在400℃下退火30分鐘之后的與圖4A中的層疊置體類似的層疊置體。鈷-鎢合金具有55原子％的鈷、40原子％的鎢、以及3-5原子％的硼。在圖4A和圖4B中，銅跡線在基本上從圖4A到圖4B未改變，這證明退火并未造成銅遷移穿過鈷-鎢合金層進入二氧化硅電介質(zhì)層中，指示鈷-鎢合金能夠用作用于包含銅的互連件的阻擋層。

在實施例中有用的電介質(zhì)材料包括但不限于二氧化硅、低k電介質(zhì)、有機聚合物，舉例來說，例如八氟環(huán)丁烷或聚四氟乙烯、氮化硅、和/或氮氧化硅。電介質(zhì)層可選地包括小孔或其它孔隙以進一步減小其介電常數(shù)。通常，低k膜被認為是介電常數(shù)小于SiO₂(其具有大約3.9的介電常數(shù))的介電常數(shù)的任何膜。在半導體器件中通常采用具有大約3到大約2.7的介電常數(shù)的低k膜。集成電路器件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生常常還包括：在低k(低介電常數(shù))ILD(層間電介質(zhì))膜的表面上放置二氧化硅膜或?qū)?、或覆蓋層。低k膜可以是例如硼、磷、或碳摻雜的硅氧化物。碳摻雜的硅氧化物也可以被稱為碳摻雜的氧化物(CDO)。另外的材料包括氟硅酸鹽玻璃(FSG)、和有機硅酸鹽，例如倍半硅氧烷、硅氧烷、或有機硅酸鹽玻璃。

鈷-鎢合金和鎳-鎢合金可以例如在無電鍍工藝中形成在襯底上。無電鍍工藝是自動催化的并且不需要電能來沉積合金材料。用于鈷-鎢合金的無電鍍鍍液配方(formulation)包括：第一金屬源，其可以例如是硫酸鈷五水化物、氯化鈷、和/或氫氧化鈷，其以1-20g/L的濃度存在；第二金屬源，其可以例如是鎢酸鈉和/或鎢酸，其以1-20g/L的濃度存在；第一螯合劑，其可以例如是檸檬酸、EDTA(乙二胺四乙酸)、醋酸、甘氨酸、氨、或蘋果酸，其以20-100g/L的濃度存在；第二螯合劑，其可以例如是醋酸、甘氨酸、或氨，其以10-60g/L的濃度存在；其中，第一螯合劑與第二螯合劑不同，緩沖劑，其可以例如是硼酸，其以5-50g/L的濃度存在；以及表面活性劑，其可以例如是具有1,000到10,000的分子量的聚酯(poly)(乙二醇)和/或聚氧化烯烷基醚，其可以以多達1-2g/L毫克的總濃度存在。用于鎳-鎢合金的無電鍍鍍液配方包括：第一金屬源，其可以例如是硫酸鎳、氯化鎳、和/或氫氧化鎳，其以1-20g/L的濃度存在；第二金屬源，其可以例如是鎢酸鈉和/或鎢酸，其以1-20g/L的濃度存在；第一螯合劑，其可以例如是檸檬酸、EDTA(乙二胺四乙酸)、醋酸、甘氨酸、氨、或蘋果酸，其以20-100g/L的濃度存在；第二螯合劑，其可以例如是醋酸、甘氨酸、或氨，其以10-60g/L的濃度存在；其中，第一螯合劑與第二螯合劑不同，緩沖劑，其可以例如是硼酸，其以5-50g/L的濃度存在；以及表面活性劑，其可以例如是具有1,000到10,000的分子量的聚酯(乙二醇)和/或聚氧化烯烷基醚，其可以以多達1-2g/L毫克的總濃度存在。

在上面構(gòu)建IC芯片的器件的襯底是例如硅晶圓、絕緣體上硅襯底、或藍寶石襯底。硅晶圓是通常用在半導體處理工業(yè)中的襯底，盡管本發(fā)明的實施例并不依賴于所使用的襯底的類型。襯底還可以由鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵、銻化鎵、和/或其它III-V族材料(不管是單獨地還是與硅或二氧化硅或其它絕緣材料組合)構(gòu)成。組成IC芯片的器件被構(gòu)建在襯底表面上。

襯底還包括多個層和其它器件，舉例來說，例如絕緣層、電互連件、和晶體管。晶體管(例如，金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET或簡單地MOS晶體管))可以制造在襯底上。在本發(fā)明的各個實施方式中，MOS晶體管可以是平面晶體管、非平面晶體管、或者它們的組合。非平面晶體管包括雙柵極晶體管、三柵極晶體管、和環(huán)柵晶體管，其中一些通常被稱為FinFET晶體管。

圖5例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計算設備1000。計算設備1000容納母板1002。母板1002可以包括多個部件，包括但不限于處理器1004和至少一個通信芯片1006。處理器1004物理耦合和電耦合到母板1002。在一些實施方式中，至少一個通信芯片1006也物理耦合和電耦合到母板1002。

取決于其應用，計算設備1000可以包括其它部件，這些部件可以物理耦合和電耦合到母板1002，也可以不存在這樣的耦合。這些其它部件包括但不限于易失性存儲器(例如，DRAM)、非易失性存儲器(例如，ROM)、圖形處理器、數(shù)字信號處理器、密碼協(xié)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)設備、羅盤、加速度計、陀螺儀、揚聲器、照相機、以及大容量儲存設備(例如，硬盤驅(qū)動器、光盤(CD)、數(shù)字多功能盤(DVD)等等)。

通信芯片1006實現(xiàn)了無線通信，以便將數(shù)據(jù)傳送到計算設備1000以及從計算設備1000傳送數(shù)據(jù)。術語“無線”及其派生詞可用于描述可通過使用經(jīng)調(diào)制的電磁輻射經(jīng)由非固態(tài)介質(zhì)來傳送數(shù)據(jù)的電路、設備、系統(tǒng)、方法、技術、通信信道等。該術語并非暗示所關聯(lián)的設備不包含任何線，盡管在一些實施例中它們可能不含有。通信芯片1006可以實施多種無線標準或協(xié)議中的任何無線標準或協(xié)議，這些無線標準或協(xié)議包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍牙、及其衍生物，以及被命名為3G、4G、5G及更高的任何其它無線協(xié)議。計算設備1000可以包括多個通信芯片1006。例如，第一通信芯片1006可以專用于較短距離的無線通信(例如，Wi-Fi和藍牙)，并且第二通信芯片1006可以專用于較長距離的無線通信(例如，GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO以及其它)。

計算設備1000的處理器1004包括封裝在處理器1004內(nèi)的集成電路管芯。在本發(fā)明的一些實施方式中，處理器的集成電路管芯包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的采用鈷-鎢或鎳-鎢合金的位于部件之間的導電互連件。術語“處理器”可以指代對來自寄存器和/或存儲器的電子數(shù)據(jù)進行處理以便將該電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以儲存在寄存器和/或存儲器中的其它電子數(shù)據(jù)的任何器件或器件的一部分。

通信芯片1006還包括封裝在通信芯片1006內(nèi)的集成電路管芯。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，通信芯片的集成電路管芯包括如本文中所描述的采用鈷-鎢或鎳-鎢合金的位于部件之間的導電互連件。

在另外的實施方式中，在計算設備1000內(nèi)所容納的另一個部件可以包括集成電路管芯，該集成電路管芯包括如本文中所描述的包括鈷-鎢和/或鎳-鎢合金的位于部件之間的導電互連件。

在各個實施方式中，計算設備1000可以是膝上型計算機、上網(wǎng)本、筆記本、智能電話、平板設備、個人數(shù)字助理(PDA)、超級移動PC、移動電話、臺式計算機、服務器、打印機、掃描儀、監(jiān)視器、機頂盒、娛樂控制單元、數(shù)碼相機、便攜式音樂播放器、或數(shù)字視頻錄像機。在另外的實施方式中，計算設備1000可以是處理數(shù)據(jù)的任何其它電子設備。

對所例示的實施方式的以上描述(包括在摘要中所描述的內(nèi)容)并非旨在是詳盡的。本領域技術人員意識到，貫穿本公開內(nèi)容，修改和變型是可能的，作為所示出和描述的各個部件的替代。貫穿本說明書對“一個實施例”或“實施例”的提及表示結(jié)合該實施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料、或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中，但是并非必須表示它們存在于每個實施例中?？梢园ǜ鞣N附加的層和/或結(jié)構(gòu)，和/或所描述的特征在其它實施例中可以省略。