[发明专利]用于铜互连金属化中的改善的阻挡结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及形成半导体结构中层之间的连接，更具体地，涉及改善的导电通路(via)形成技术，其在通路开口内利用第二氮化钽层上的铂族金属或合金。

背景技术

铜互连技术在满足相互矛盾的需求方面遇到了相当大的限制，该相互矛盾的需求为良好的铜的全部品质(full quality)、内衬金属(liner metal)中的电流冗余、抵抗铜扩散的良好的阻挡特性(特别是关于与低K电介质的集成)、节约成本、可制造性以及与现有沉积技术的兼容性。

发明内容

为了解决这些问题，本发明的实施例提供了一种方法，其在多层集成电路结构的低K绝缘层中图案化至少一个开口，从而铜导体在该开口的底部暴露。然后，该方法在第一腔中用第一氮化钽层装衬该开口的侧壁和底部并在第一腔中在第一氮化钽层上形成钽层。

接着，在第一腔中对该开口进行溅射蚀刻，从而在该开口的底部暴露导体。该溅射蚀刻可以包括例如氩溅射回蚀(etchback)。该溅射蚀刻在该开口的侧壁上留下部分第一氮化钽层和部分钽层。当该结构仍在第一腔中时，第二氮化钽层形成在导体、侧壁上以及在钽层和第一氮化钽层的保留部分上。

在第二氮化钽层形成之后，这里该方法将该结构移到不同的腔(第二腔)并在第二氮化钽层上形成包括铂族金属的闪光层(flash layer)。铂族金属包括钌、铑、钯、锇、铱和铂中的至少一种。在此工艺之后，该结构可以移到第三腔，在第三腔中沉积铜或形成铜籽晶于开口中的闪光层上直到开口在第三腔中用铜籽晶层涂覆。在沉积铜籽晶层(seed layer)之后，晶片然后将从真空系统移开并被电镀以铜，从而用铜充分地填充通路和内衬结构。等离子体气相沉积(PVD)籽晶层之后接着电镀铜金属，建立导体与在绝缘层的相对侧的第二导体之间的电连接。

当结合附图和下面的描述考虑时，将更好地理解和领悟本发明的实施例的这些和其他的方面。然而，应当理解，下面的描述在说明本发明的优选实施例及其许多特定细节的同时，以示例的方式给出而不是限制的方式。许多变化和修改可以在本发明的实施例的范围内进行而不背离本发明的精神，本发明的实施例包括所有此种修改。

附图说明

参照附图，本发明的实施例将从下面的详细描述更好地理解，附图中：

图1A-1D是部分完成的导电通路的示意性剖视图；

图2A-2D是部分完成的导电通路的示意性剖视图；

图3A-3E是部分完成的导电通路的示意性剖视图；

图4是导电通路的示意性剖视图。

具体实施方式

参照附图所示且在下面的说明中详细描述的非限制性实施例更充分地说明本发明的实施例及其各种特征和优点细节。应当注意，附图中示出的特征不一定按比例绘制。对公知的部件和加工技术的描述被省略以免不必要地模糊本发明的实施例。这里使用的示例仅意在便于理解可实践本发明的实施例的方式并进一步使本领域技术人员能够实践本发明的实施例。相应地，示例不应理解为对本发明的实施例的范围的限制。

标准的氮化钽/钽/回蚀/钽内衬阻挡物工艺顺序已描述于文献中(见，例如N.Kumar，et al.AMC 2004 Proceedings)且广泛应用于工业中。该工艺顺序在标准电迁移(electro-migration，EM)、应力迁移(SM)型可靠性测试中提供了良好的阻挡特性和良好的可靠性。此类源技术(source technology)已经发展了十几年，其已经实现了某些关键性能，例如用于特征覆盖的高离子化、用于氮化钽/钽再分布的原位重氩(Ar+)回蚀和通路底部蚀刻等。

然而，此阻挡物顺序遇到限制，因为靠近铜籽晶层/填充材料的界面层是钽。钽在铜润湿性方面劣于其他的候选材料，尤其是钌和其他的铂族金属(PGM’s)例如铱等。采用钌作为阻挡金属的不利方面是差的扩散阻挡特性(即使以氮化物的形式)和非常高的原材料成本。此外，存在有限的溅射技术基础设施，在该基础设施中铂族金属可以用作靶材料。