專利名稱：用于beol的同質(zhì)銅互連的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件，并且更特別地涉及在生產(chǎn)線后端(back end of the lineBEOL)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中所使用的銅互連。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體芯片包括一連串的器件。這些器件與下面的硅基底層連接，并且與上面的疊置布線層(即互連層或互連)連接。這些互連將硅基底層中的這些器件連接?；ミB層交替有一層的銷線路(pin-line)連接，即通孔或過孔，和第二層的布線連接，即線路。雙鑲嵌是最常見的互連產(chǎn)生技術(shù)，它涉及一種用導(dǎo)體同時(shí)填充兩個(gè)結(jié)構(gòu)(即過孔和溝槽)的工藝。雙鑲嵌方法節(jié)省步驟，并且因此節(jié)省成本。
按照雙鑲嵌方法形成的銅互連廣泛地用于生產(chǎn)線后端(“BEOL”)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中。在絕緣層中蝕刻出過孔和溝槽。然后，在沉積任何銅之前，在絕緣層上布置阻擋層。因?yàn)殂~能通過絕緣層向下擴(kuò)散到硅層，這樣由于銅不利地影響硅的電導(dǎo)率而有問題，所以在所蝕刻的絕緣層的頂上沉積阻擋層。該阻擋層還使種子層和絕緣層粘附。關(guān)于阻擋層的更多細(xì)節(jié)能在美國(guó)專利No.6,709,562、6,380,628、6,339,258和6,337,151中找到，這里將它們的全部?jī)?nèi)容通過參考引入。在阻擋層之上，沉積純銅種子層。該純銅種子層使得從電鍍銅的銅成核容易。來自電鍍銅液(bath)的電鍍銅然后填充過孔和溝槽。然后，通過化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)除去額外銅，并且使銅互連平坦化。不同于種子層，電鍍銅液包括不純銅。
圖1描繪出一個(gè)蝕刻特征，包括在絕緣層115(例如電介質(zhì))中使用雙鑲嵌而蝕刻成的溝槽110和過孔120。圖2描繪出一個(gè)用純銅種子層240形成的不完全的現(xiàn)有技術(shù)互連。圖3描繪出一個(gè)添加了電鍍銅350的完全的現(xiàn)有技術(shù)互連，它填充溝槽和過孔，并且已通過CMP使之關(guān)于絕緣層平坦化(planarize)。在圖3中，應(yīng)清楚的是，在現(xiàn)有技術(shù)互連中種子層240和填充溝槽與過孔的電鍍銅350的成分不同。更明確地，種子層240包括純銅，而電鍍銅350包括雜質(zhì)。歷史上，因?yàn)橐阎冦~比鋁具有更大的電導(dǎo)率，所以使用純銅種子層。然而，圖3清楚地描繪出了與現(xiàn)有技術(shù)互連相關(guān)的缺陷，這里將在以下更詳細(xì)地討論。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)利用純銅種子層。在工業(yè)中，這樣的銅典型地為99.999％的純度。不純銅比純銅具有更大的晶粒尺寸，因此，不純銅比純銅具有更小的電阻率和更大的電導(dǎo)率，這樣產(chǎn)生一個(gè)更快的銅互連。在CMP期間，與不純銅相比，純銅以較慢的速率拋光。然而除CMP速率外的更嚴(yán)重問題是純銅允許沿互連的邊緣產(chǎn)生缺陷，這在CMP期間形成。更明確地，在純銅種子層中導(dǎo)致許多突起，即樹枝狀(dendritic)形成，并且在CMP期間互連邊緣被侵蝕。圖3a清楚地描繪了被侵蝕的互連邊緣。
圖3a描繪了圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)銅互連邊緣的分解圖。如圖3a所示，純銅種子層的使用帶來現(xiàn)有技術(shù)互連的侵蝕。侵蝕390在純銅種子層240中開始，并且延伸到現(xiàn)有技術(shù)互連的電鍍銅350中。圖3a清楚地描繪了侵蝕。除邊緣侵蝕390外，圖3a還突出顯示了與現(xiàn)有技術(shù)銅互連相關(guān)的另一個(gè)缺陷，即樹枝狀形成。在純銅種子層的邊緣上，形成稱為樹枝狀體(dendrity)395的許多突起?；ミB邊緣侵蝕和樹枝狀形成兩者是與現(xiàn)有技術(shù)銅互連相關(guān)的問題。
本領(lǐng)域所需要的是一種在CMP期間既不被侵蝕也不能產(chǎn)生樹枝狀體的銅互連。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種銅互連，它包括不純銅種子層。該不純銅種子層從電鍍銅液得到，沉積在阻擋層上。該阻擋層防止銅大量(substantial)擴(kuò)散通過而到達(dá)下覆的絕緣層。從電鍍銅液得到的不純銅然后填充在絕緣層中的開口。
由于存在不純銅種子層，本發(fā)明產(chǎn)生一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)互連具有相同橫截面的銅互連，但是消除了邊緣侵蝕和樹枝狀形成的缺陷。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的銅互連比現(xiàn)有技術(shù)互連具有更大的電導(dǎo)率，而不改變已有的互連制造工藝。


本發(fā)明特有的特征和元素在所附權(quán)利要求書中特別地陳述。附圖僅為了說明目的，而不是按比例畫出。而且，在附圖中相同標(biāo)號(hào)表示相同特征。然而，通過參考以下連同附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明本身關(guān)于操作的組織和方法兩者可以得到最好的理解，其中圖1描繪出由絕緣層115中的溝槽110和過孔120組成的蝕刻特征；圖2描繪出按照現(xiàn)有技術(shù)方法對(duì)圖1的蝕刻特征添加了阻擋層230和純銅種子層240而形成的不完全互連；圖3描繪出對(duì)圖2的不完全互連添加了電鍍銅350的完全的現(xiàn)有技術(shù)互連；圖3A描繪出圖3的完全的現(xiàn)有技術(shù)互連的邊緣的分解圖；圖4描繪出按照本發(fā)明而形成有阻擋層430和不純銅種子層440的不完全互連；圖5描繪出對(duì)按照本發(fā)明所形成的圖4的不完全互連添加了電鍍銅350的完全互連；和圖5A描繪出按照本發(fā)明所形成的圖5的完全互連的邊緣的分解圖。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明。在圖中，按簡(jiǎn)化方式表示和示意描繪了結(jié)構(gòu)的不同方面，以更清楚地描述和說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
作為概述和說明，本發(fā)明公開一種不純銅種子層的利用，該不純銅種子層具有與完全銅互連中的電鍍銅基本相同的成分。不純銅種子層的不純銅和電鍍銅兩者都從不純銅種子源(即靶)得到，其雜質(zhì)含量按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％，或換成數(shù)學(xué)語言，0.001％＜雜質(zhì)含量≤1.20％。這樣的不純銅源在本領(lǐng)域中一般是公知的。種子層的沉積影響不純銅中的微量元素，即雜質(zhì)。例如，沉積種子層的一種方法稱為濺射。不純銅種子層中的雜質(zhì)將不會(huì)如電鍍銅液電鍍中的雜質(zhì)那樣被精確地濺射。因此，不純銅種子層中的銅和電鍍銅的成分將稍微不同。雖然濺射是不純銅層沉積的一種方法，但是其他方法可以包括物理汽相沉積(“PVD”)、化學(xué)汽相沉積(“CVD”)、電離物理汽相沉積(“IPVD”)和原子層沉積(“ALD”)。PVD包括但不限于各種蒸發(fā)和濺射技術(shù)，例如DC或RF等離子體濺射、偏置濺射、磁控管濺射、離子鍍敷或電離金屬等離子體濺射。CVD包括但不限于熱CVD、等離子體增強(qiáng)CVD、低壓CVD、高壓CVD和金屬有機(jī)CVD?？傊?，沉積影響不純銅的成分。然而，不純銅種子層和電鍍銅的成分保持為基本上類似，因?yàn)椴患冦~種子層中的銅和電鍍銅兩者都從一個(gè)源得到，該源的雜質(zhì)含量按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。
電鍍銅具有主要由金屬和有機(jī)材料組成的多種雜質(zhì)。一些這樣的雜質(zhì)包括但不限于Ag、As、C、Cd、Cl、Co、Cr、Fe、In、Mg、Mn、N、Ni、O、Pb、S、Sn、Tl和Zn。這樣的雜質(zhì)增強(qiáng)了互連，因?yàn)樵撾s質(zhì)減小了互連的電阻率。
形成與電鍍銅基本相同成分的銅種子層的優(yōu)選方法包括使用不純銅靶，以及在阻擋層上沉積靶材料，這通過利用用于填充BEOL互連的相同類型的銅鍍槽對(duì)靶進(jìn)行電鍍而完成。如上所述，阻擋層防止銅擴(kuò)散通過而到達(dá)絕緣層。可選擇地，純銅種子源可以煉制有雜質(zhì)，然而這將需要仔細(xì)地監(jiān)視，以便煉制的銅不會(huì)成為電阻性的。
本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例包括具有不純銅種子層填充的銅互連。在本發(fā)明的第一所述實(shí)施例中，在阻擋層上沉積不純銅種子層，并且來自電鍍銅液的不純銅填充絕緣層中的開口。相形之下，在本發(fā)明的這樣的可選實(shí)施例中，在阻擋層上沉積填充絕緣層中的開口的雜質(zhì)銅種子層。這樣的可選實(shí)施例消除了對(duì)從電鍍銅液得到不純銅來填充絕緣層中的開口的需要。代替地，不純銅種子層填充絕緣層中的開口。
圖4描繪出按照本發(fā)明形成的不完全銅互連。圖4的不完全銅互連包括不純銅種子層440。圖5描繪出按照本發(fā)明形成的對(duì)圖4的不完全互連添加了電鍍銅350的完全銅互連。在沉積之前，不純銅種子層440中的銅的成分與電鍍銅350基本相同，因?yàn)閮烧叨紡囊粋€(gè)源得到，該源的雜質(zhì)含量按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。不純種子層的沉積影響不純銅種子層中的一些雜質(zhì)。因此，在沉積之后，電鍍銅350中的一些雜質(zhì)不再在不純銅種子層440中存在。因此，不純銅種子層440和電鍍銅350的成分基本上類似。如圖5所示，不純銅種子層440的成分與電鍍銅350的成分基本上類似。
圖5a描繪出圖5所示本發(fā)明的完全銅互連的邊緣的分解圖。如圖5a所示，不純銅種子層的使用減少了圖3a所示的邊緣侵蝕。另外，圖5a還突出顯示了不純銅種子層的使用抑制了CMP期間的樹枝狀形成。因此，圖5a表明本發(fā)明的銅互連是一種消除了CMP期間的侵蝕和樹枝狀形成的銅互連。
雖然已經(jīng)結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施例和可選實(shí)施例特別地描述了本發(fā)明，但是很明顯，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)以上描述，許多選擇、修改和變化將是顯而易見的。因此旨在使所附權(quán)利要求書包括所有這樣落入本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神的各種選擇、修改和變化。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明在半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域內(nèi)有用，并且更特別地，對(duì)于在生產(chǎn)線后端的半導(dǎo)體制造中所使用的銅互連和形成這樣的銅互連的方法來說有用。
權(quán)利要求
1.一種銅互連，包括不純銅種子層(440)，從具有雜質(zhì)含量的不純銅源得到，沉積在阻擋層(230)上，所述阻擋層(230)防止銅大量擴(kuò)散通過而到達(dá)下覆的絕緣層(115)；和不純銅(350)，從具有雜質(zhì)含量的不純銅源得到，填充所述下覆的絕緣層(115)中的開口。
2.如權(quán)利要求1的銅互連，其中所述不純銅種子層(440)的所述銅源與所述不純銅(350)的所述銅源等同。
3.如權(quán)利要求1的銅互連，其中所述不純銅種子層(440)和所述不純銅(350)中的所述至少一個(gè)的所述雜質(zhì)含量包括按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。
4.如權(quán)利要求1的銅互連，其中在沉積之前，所述不純銅種子層(440)中的所述不純銅與所述不純銅(350)基本上等同。
5.如權(quán)利要求1的銅互連，其中所述不純銅源中的所述銅包括從Ag、As、C、Cd、Cl、Co、Cr、Fe、In、Mg、Mn、N、Ni、O、Pb、S、Sn、Tl和Zn的組中選擇的雜質(zhì)。
6.一種用于形成銅互連的方法，包括步驟在阻擋層(230)上沉積不純銅種子層(440)，所述不純銅種子層(440)從具有雜質(zhì)含量的不純銅種子源得到，所述阻擋層(230)防止所述銅大量擴(kuò)散通過而到達(dá)下覆的絕緣層(115)，并且給在所述下覆的絕緣層(115)中的開口加襯；和用從具有雜質(zhì)含量的不純銅種子源得到的不純銅(350)填充所述開口。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述不純銅種子層(440)的所述銅源與所述不純銅(350)的所述銅源等同。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中所述不純銅種子層(440)和所述不純銅(350)中的所述至少一個(gè)的所述雜質(zhì)含量包括按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。
9.如權(quán)利要求6的方法，其中所述不純銅源包括從Ag、As、C、Cd、Cl、Co、Cr、Fe、In、Mg、Mn、N、Ni、O、Pb、S、Sn、Tl和Zn的組中選擇的雜質(zhì)。
10.如權(quán)利要求6的方法，其中在沉積之前，所述不純銅種子層(440)中的所述不純銅與所述不純銅(350)基本上等同。
11.如權(quán)利要求6的方法，其中通過濺射、PVD、CVD、IPVD和ALD中的至少一種，沉積所述不純銅種子層(440)。
12.如權(quán)利要求6的方法，還包括步驟對(duì)所述不純銅種子層(440)、所述阻擋層(230)和所述不純銅(350)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，直到所述不純銅種子層(440)、所述阻擋層(230)和所述不純銅(350)關(guān)于所述絕緣層(115)平坦化。
13.一種銅互連，包括絕緣層(115)，具有開口；阻擋層(230)，防止銅大量擴(kuò)散通過而到達(dá)所述下覆的絕緣層(115)，所述阻擋層(230)沉積在所述下覆的絕緣層(115)上，并且給所述開口加襯；不純銅種子(350)，從具有雜質(zhì)含量的不純銅種子源得到，沉積在所述阻擋層(230)上，并且填充所述開口。
14.如權(quán)利要求13的銅互連，其中所述不純銅種子層(440)的所述雜質(zhì)含量包括按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。
15.如權(quán)利要求13的銅互連，其中來自所述不純銅種子源的所述不純銅(350)包括從Ag、As、C、Cd、Cl、Co、Cr、Fe、In、Mg、Mn、N、Ni、O、Pb、S、Sn、Tl和Zn的組中選擇的雜質(zhì)。
16.一種用于形成銅互連的方法，包括步驟沉積絕緣層(115)；在所述絕緣層(115)中蝕刻開口；沉積阻擋層(230)，防止銅擴(kuò)散通過而到達(dá)所述絕緣層(115)，所述阻擋層(230)給所述絕緣層(115)中的所述開口加襯；和利用從具有雜質(zhì)含量的不純銅種子源得到的不純銅種子(350)填充所述開口。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述不純銅種子中的所述至少一個(gè)的所述雜質(zhì)含量包括按重量不大于1.20％，并且按重量不小于或等于0.001％。
18.如權(quán)利要求16的方法，還包括步驟對(duì)所述不純銅種子(350)和所述阻擋層(230)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，直到所述阻擋層(230)和所述不純銅種子(350)關(guān)于所述絕緣層(115)平坦化。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中所述不純銅種子源包括從Ag、As、C、Cd、Cl、Co、Cr、Fe、In、Mg、Mn、N、Ni、O、Pb、S、Sn、Tl和Zn的組中選擇的雜質(zhì)。
20.如權(quán)利要求16的方法，其中通過濺射、PVD、CVD、IPVD和ALD中的至少一種，沉積所述不純銅種子(350)。
全文摘要
通過一種包括不純銅種子層(440)的互連，消除在生產(chǎn)線后端的半導(dǎo)體器件的銅互連邊緣上的缺陷。該不純銅種子層(440)覆蓋阻擋層(230)，該阻擋層(230)覆蓋具有開口的絕緣層(115)。電鍍銅填充在絕緣層(115)中的開口。通過化學(xué)機(jī)械拋光，使阻擋層(230)、從電鍍銅液得到的不純銅種子層(440)以及電鍍銅關(guān)于絕緣層(115)平坦化。
文檔編號(hào)H01L21/763GK101023514SQ200580031570
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者K·S·皮特拉爾卡, M·克里施南, M·洛法羅, K·P·羅德貝爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司