[发明专利]导电性阻障层、尤其是钌钽合金及其溅镀沉积方法

说明书

技术领域

本发明大体上是有关于在半导体集成电路中包括有一阻障层的电性介连接。特别地，本发明是有关于导电金属阻障物，其不会氧化(例如非结晶形金属阻障物)或被氧化时是可导电的，以及其溅镀沉积。

背景技术

溅镀，或被称为物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)，为在制造硅集成电路时沉积金属与相关材料的层次的最普遍方法。在制造先进集成电路时，一挑战性的应用即是在垂直电性介连接中(通常称为介层洞)溅镀沉积薄衬里层次以用在铜金属化。图1是绘示一传统的磁电管溅镀反应器10的截面图，其具有不同的标靶用以有效地溅镀铜、钽、氮化钽及其他材料的薄膜层至具有高深宽比的孔洞内，及用以等离子体清洁基材。反应器10包括一真空腔室12，其大体上是安排成围绕中心轴14而对称。一真空泵系统16可唧筒抽吸该腔室12至一10^-6托耳范围内的非常低的基底压力。然而，一经由一质流控制器20而连接至该腔室的气体源18会提供氩气以做为一溅镀工作气体。该腔室12内的氩压力一般是维持在低毫托耳范围内。当沉积一金属氮化物时，一第二气体源22会经由另一质流控制器24而提供氮气至该腔室。

一围绕中心轴14的台座30可以固持住晶片32或其他预备溅镀涂覆的基材。一未绘示出的夹持环或静电夹盘能被用来固持住晶片32至台座30。一射频(RF)电源供应34经由一电容耦合电路36连接至该台座30，该台座30是可导电的且做为一电极。在存在等离子体时，电容RF偏压的台座30会发展出一负DC自我偏压其可有效地吸引且加速等离子体中的正离子。一电性接地的屏蔽36是保护腔室壁与台座30的侧面不被溅镀沉积。一所选定沉积材料的标靶38被安排成与台座30相对且被真空密封，但通过一隔绝物40而电性隔离开腔室12。至少标靶38的前表面是由金属材料所组成用以被沉积在晶片32上，其对于传统的衬里材料则为铜或钽。

一DC电源供应42是对标靶38相对于接地屏蔽36施加偏压，以使氩气排出而进入等离子体，从而使带正电的氩离子粘附至被施加负偏压的标靶38与溅镀标靶材料，有些带正电的氩离子会调落在晶片32上且在晶片上沉积一层标靶材料。在钽的反应性溅镀中，反应性氮气是由氮气源18被额外地注入腔室12，以与被溅镀的钽反应而在晶片32上沉积一氮化钽层。

标靶溅镀速率与溅镀离子化比例可以通过在标靶38的背面置放一磁电管44来显著地增加。较佳地，磁电管44是小型化的、强烈性的与不平衡的。该小型化与强烈性会增加离子化比例，且不平衡性会投射一磁场至处理区域内，而具有导引被溅镀离子至晶片且减少等离子体至腔室壁的损失的至少两效应。这样的磁电管包括一沿着中心轴14而具有一磁极的内极46，以及一环绕该内极46且具有相对的磁极的外极48。在标靶38前方而于极46、48之间延伸的磁场会产生高密度等离子体区域50，该高密度等离子体区域50是邻近于标靶38的前表面，这会大大地增加溅镀速率。磁电管44是不平衡的，而使外极48的总磁密度(即积聚在其上方的磁通量)是实质上大于内极46的总磁密度，例如两倍或更多倍。不平衡的磁场由标靶38朝向晶片32投射，以延伸等离子体且导引被溅镀离子至晶片32且减少等离子体扩散至侧面。磁电管44可以为圆形、三角形或弧形，其是围绕着中心轴14而不对称，并且在不同应用中实质上由中心轴14向标码38有用区域的外界线延伸，或集中在标靶38的周围区域。马达52会驱动一旋转轴54，该旋转轴54是沿着中心轴14延伸且固定至一支撑磁极46、48的平板56，以将磁电管44围绕中心轴14旋转且产生一方位角均匀的时间平均的磁场。若磁极46、48是由相对的圆柱形永久磁铁的各自阵列所形成，则平板56较佳是由例如有磁性的软不锈钢的磁性材料所形成，以做为一磁轭铁(magnetic yoke)。

可以加入额外的构件以增加效能。辅助的RF感应线圈与电磁线圈的阵列已经被加入至钽溅镀腔室。电性飘浮屏蔽与侧壁磁铁已经被加入至铜溅镀腔室。其他屏蔽组态亦是可行的。

图2是绘示一传统的铜/钽衬里介层洞结构60的截面图。一导电特征62形成在一低位阶的介电层64中。一高位阶的介电层66是沉积在导电特征62与剩余所暴露出的低位阶介电层64的上表面。对于介电层64、66两者而言，是使用为传统介电材料的二氧化硅，但是也可使用其他低介电常数k材料，但是现今通常为氧化物材料。一介层洞68是被蚀刻穿过高位阶介电层66而位于导电特征62上方并暴露出导电特征62。介层洞68将做为介于导电特征62与其他导电特征及其他形成在高位阶介电层中与上方的水平介连接之间的一垂直电性连接。