本發(fā)明總體涉及微電子器件的互連結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明涉及用于通過在互連中創(chuàng)造缺陷以增強(qiáng)雜質(zhì)分凝來提高電遷移抗性的方法和結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
電遷移是在導(dǎo)體中由于電流所引起的金屬原子遷移。金屬原子遷移意指金屬原子從第一區(qū)移動(dòng)至第二區(qū)。結(jié)果，遷移的金屬原子在第一區(qū)中留下空洞。空洞可以隨著時(shí)間生長到足以增加互連的電阻的尺寸；或者空洞可以在互連中形成開路。無論哪種方式，互連都會(huì)失效。形成造成互連失效的空洞所需的時(shí)間被稱為電遷移壽命。在微電子器件中所使用的銅互連中，電遷移壽命由銅與電介質(zhì)覆蓋層之間的介面處的質(zhì)量輸送所確定。相應(yīng)地，許多提高電遷移抗性(electromigrationresistance)的方案旨在提高電介質(zhì)帽與銅之間的粘附。一種方案在互連的頂表面上使用自對(duì)準(zhǔn)CuSiN蓋；另一種方案使用CoWP的自對(duì)準(zhǔn)金屬蓋，而其他方案使用合金籽層。在該合金方案中，在銅(Cu)籽層中引入了摻雜劑(雜質(zhì))。在隨后處理期間，雜質(zhì)分凝至電介質(zhì)蓋/Cu介面以形成雜質(zhì)氧化層。雜質(zhì)的量越多，電遷移抗性就越大(即更長的電遷移壽命)。然而，雜質(zhì)增加互連的電阻。此外，雜質(zhì)至介面的分凝被認(rèn)為受到雜質(zhì)氧化物形成的限制。因此，一旦形成所有雜質(zhì)氧化物，則不再存在雜質(zhì)分凝的驅(qū)動(dòng)力，并且雜質(zhì)就保留在本體銅中，由此增加了互連電阻。此外，隨著互連線寬縮小，需要更多雜質(zhì)以增長電遷移壽命，從而進(jìn)一步加劇了電阻增加的問題。因此，需要一種用于提高電遷移抗性的方法和結(jié)構(gòu)，其提高電遷移壽命而不過度增加銅互連的電阻。此外，該方法和結(jié)構(gòu)可以是可縮放的以適應(yīng)減小的互連線寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一般原理在于通過在銅互連的表面有意地創(chuàng)造晶格缺陷來提高電遷移壽命而不過分增加互連電阻的方法。該缺陷驅(qū)動(dòng)雜質(zhì)(摻雜劑)分凝至該區(qū)域。因此，可以使用雜質(zhì)的更高的原子百分比而不增加互連的電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)包括金屬氧化物部分、金屬部分、以及具有頂部區(qū)域的本體導(dǎo)體部分。金屬部分位于本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域，并且金屬氧化物部分在金屬部分的上方。在另一實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)包括氧化錳部分、金屬錳部分，以及具有頂部區(qū)域的銅部分。金屬錳部分位于銅的頂部區(qū)域，并且氧化錳部分在金屬錳部分的上方。一種形成具有提高的電遷移抗性的互連結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例包括：在襯底上的電介質(zhì)區(qū)域中形成開口、形成含雜質(zhì)層、用本體導(dǎo)體基本填充開口、對(duì)本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域加壓或者在本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域創(chuàng)造缺陷，以及對(duì)襯底進(jìn)行熱處理，由此在本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域形成含雜質(zhì)氧化物層和金屬雜質(zhì)層。附圖說明圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的互連結(jié)構(gòu)的截面圖；圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一互連結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是示出了用于創(chuàng)造圖1A的雙層互連結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例的流程圖；圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的實(shí)施例的在電介質(zhì)中的開口中形成的襯墊；圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的實(shí)施例的在電介質(zhì)中的開口中的本體導(dǎo)體；圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的實(shí)施例在本體導(dǎo)體的頂部部分創(chuàng)造晶格損傷；圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟另一實(shí)施例在本體導(dǎo)體的頂部部分創(chuàng)造晶格損傷；以及圖3E示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的實(shí)施例形成覆蓋層。本發(fā)明的其他目的、方面和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合對(duì)附圖的描述變得明顯，其中相同的標(biāo)號(hào)代表所有圖中的相同或相似的部分。具體實(shí)施方式結(jié)合圖1A-圖1B描述了本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。結(jié)合圖2-圖3E描述了用于形成本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例。參照?qǐng)D1A，示出了本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)100的實(shí)施例。互連結(jié)構(gòu)100包括本體導(dǎo)體130，該本體導(dǎo)體130具有頂部132和底部134區(qū)域?；ミB結(jié)構(gòu)100基本上嵌入電介質(zhì)110。在圖1A的實(shí)施例中，該本體導(dǎo)體被襯墊120三面包圍。在其他一些實(shí)施例中，可以沒有襯墊120，僅在側(cè)壁上存在襯墊120，或者在本體導(dǎo)體130的底部區(qū)域134上僅存在襯墊120的部分。在本體導(dǎo)體130的頂部區(qū)域132存在金屬部分140。在金屬部分140上方的是金屬氧化物部分150。在圖1A的優(yōu)選實(shí)施例中，金屬部分140和金屬氧化物部分150都在兩側(cè)具有襯墊120。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，互連包括本體導(dǎo)體130，其在頂部區(qū)域132具有雙層(金屬部分140和金屬氧化物部分150)，都被在電介質(zhì)110開口中的襯墊120所包圍，使得襯墊120、金屬氧化物部分150和電介質(zhì)110基本共面。圖1A還示出了電介質(zhì)110上方的覆蓋層160、襯墊120和氧化物部分150。在圖1B中所示的另一實(shí)施例中，電介質(zhì)110、襯墊120和金屬部分140基本共面。在此，金屬氧化物部分150在金屬部分140上方，但不以襯墊120為邊界?；ミB結(jié)構(gòu)具有互連線寬170。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本體導(dǎo)體130基本是銅，這意味著在本體導(dǎo)體中可以或很可能會(huì)存在雜質(zhì)，但是導(dǎo)體主要是銅。襯墊120可以包括一層或多層材料。襯墊120的功能在于提升本體導(dǎo)體130與電介質(zhì)110的粘附，和/或防止銅從本體導(dǎo)體130擴(kuò)散至電介質(zhì)110。襯墊材料可以包括元素周期表的IVB至VIB族元素、VIIIB族元素、本體導(dǎo)體的合金、金屬氧化物以及金屬氮化物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，襯墊120包括鉭(Ta)層以及氮化鉭(TaN)層。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，襯墊120包括Ta層、TaN層以及含錳(Mn)合金部分。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，金屬部分140是含有金屬鍵合狀態(tài)(與氧化鍵合狀態(tài)相對(duì))的金屬雜質(zhì)(摻雜劑)。金屬鍵合狀態(tài)存在于純金屬、金屬合金(即，兩種或更多種金屬的固溶體或混合物)，或金屬間化合物(即，存在固定的化學(xué)計(jì)量)中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，金屬雜質(zhì)(摻雜劑)是Mn。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，因?yàn)镸n與優(yōu)選為銅的本體導(dǎo)體130合鑄，所以Mn處于金屬鍵合狀態(tài)。因此，在該優(yōu)選實(shí)施例中，金屬部分140是CuMn。要注意的是，在先前對(duì)本體導(dǎo)體130的描述中，談到過本體導(dǎo)體可以具有雜質(zhì)。本體導(dǎo)體130中的雜質(zhì)可以是Mn。因此，在該優(yōu)選實(shí)施例中，具有Mn雜質(zhì)的本體導(dǎo)體130與金屬部分140之間的區(qū)別是金屬部分140中Mn的量大于本體導(dǎo)體130中Mn的量。因此，金屬部分140是互連結(jié)構(gòu)中的、已被金屬雜質(zhì)(摻雜劑)優(yōu)先分凝至的部分。雖然所優(yōu)選實(shí)施例描述了金屬部分140中的一種雜質(zhì)(摻雜劑)，但是在金屬部分140中可以存在多種雜質(zhì)(摻雜劑)。舉例而非限制而言，金屬部分140的雜質(zhì)(摻雜劑)可以包括一種或多種如下過渡金屬元素或其他金屬元素：Mn、Al、Ti、Zn、Sn和In。金屬氧化物部分150是包括金屬和氧的層。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，金屬是Mn，從而金屬氧化物部分是MnO。金屬氧化物部分150還可以包括除金屬和氧之外的元素，例如Si。因此，另一實(shí)施例可以是MnSiO。如圖1A所示，金屬部分140和金屬氧化物150在本體導(dǎo)體的頂部形成雙層。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，金屬氧化物部分150的金屬與金屬部分140的金屬為同一類型的金屬，即Mn。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本體導(dǎo)體130是具有Mn雜質(zhì)的銅。在該優(yōu)選實(shí)施例中，在雙層中所發(fā)現(xiàn)的Mn的量大于或等于在整個(gè)互連結(jié)構(gòu)中所發(fā)現(xiàn)的Mn的量的60％并且在其間變化。電介質(zhì)110可以包括一層或多層絕緣材料。絕緣材料通常包括純凈或摻雜的硅酸鹽玻璃；在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，摻雜是氟或碳。絕緣材料可以是有孔的。優(yōu)選地，電介質(zhì)110具有小于4的介電常數(shù)。覆蓋層160是含氮絕緣材料。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，覆蓋層160是SiCN。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，覆蓋層160具有比本體導(dǎo)體130的熱膨脹系數(shù)更大的熱膨脹系數(shù)。上述雙層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，更多的金屬摻雜劑(優(yōu)選為Mn)可以分凝到本體導(dǎo)體(優(yōu)選為銅)的頂表面。頂表面的雙層提供更強(qiáng)的覆蓋層-本體導(dǎo)體耦合，這阻礙銅遷移并且因此延長電遷移壽命。金屬氧化物(優(yōu)選為MnO或MnSiO)和金屬部分的雙層結(jié)構(gòu)提供更多地?fù)饺虢饘贀诫s劑(即雜質(zhì))而不過分增加本體導(dǎo)體的電阻。參照?qǐng)D2，呈現(xiàn)了用于創(chuàng)造圖1A的雙層結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例的流程圖。該方法包括如下步驟：提供具有開口的電介質(zhì)；形成襯墊；形成本體導(dǎo)體；拋光該導(dǎo)體；在本體導(dǎo)體中創(chuàng)造晶格損傷；以及形成覆蓋層。參照?qǐng)D3A，示出了具有開口115的電介質(zhì)110。電介質(zhì)110的開口115具有在其中形成的襯墊120。在此實(shí)施例中，襯墊120包括含雜質(zhì)(摻雜劑)合金。如先前結(jié)合圖1A和圖1B描述的，除含雜質(zhì)(摻雜劑)合金之外，其他層也可以被包括在襯墊120中。合金的雜質(zhì)(摻雜劑)可以包括一種或多種如下過渡金屬元素或其他金屬元素：Mn、Al、Ti、Zn、Sn和In。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，雜質(zhì)是Mn，從而合金是CuMn。合金中沉積的雜質(zhì)的百分比從約0.25原子百分比至約2.0原子百分比，并且在其間變化。襯墊120層可以通過一種或多種如下方法形成：化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)，以及物理氣相沉積(PVD)。參照?qǐng)D3B，本體導(dǎo)體130被形成為填充并且溢出開口115。參照?qǐng)D3C和圖3D，本體導(dǎo)體130被拋光成：或者(1)與襯墊共面，如圖3C；或者(2)與電介質(zhì)110共面，如圖3D。在任一點(diǎn)處(在圖3C中的本體導(dǎo)體拋光之后或在圖3D中的襯墊拋光之后)，可以應(yīng)用晶格損傷技術(shù)260(由箭頭表示)中的一種。晶格損傷技術(shù)260包括向本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域加壓，以及在本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域中創(chuàng)造缺陷。向?qū)w的頂部加壓可以通過在本體導(dǎo)體之上形成具有比本體導(dǎo)體更低的熱膨脹系數(shù)的覆蓋層來實(shí)現(xiàn)。在此情況中形成了過度壓應(yīng)力。加壓還可以通過形成電介質(zhì)層和UV固化以在本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域中引起過度壓應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^如下方式創(chuàng)造缺陷：等離子轟擊本體導(dǎo)體130以嵌入原子(優(yōu)選為中性原子，例如氬)，對(duì)本體導(dǎo)體130進(jìn)行離子注入，對(duì)具有高初始偏置(bias)的覆蓋層進(jìn)行沉積以創(chuàng)造損傷，以及在氧化本體導(dǎo)體130之后進(jìn)行還原。氧化可以通過將本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域暴露在含氧的氛圍中來完成。還原可以通過將本體導(dǎo)體的頂部區(qū)域暴露在含氮或氫的環(huán)境中來完成。對(duì)同一結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用一種或多種晶格損傷技術(shù)260?？梢噪S覆蓋層160形成原位執(zhí)行晶格損傷技術(shù)，或者可以在覆蓋層160形成之前非原位執(zhí)行此類技術(shù)。對(duì)本體導(dǎo)體130應(yīng)用晶格損傷技術(shù)260的目的是在導(dǎo)體的頂部區(qū)域創(chuàng)造晶格缺陷。晶格缺陷將作為雜質(zhì)(摻雜)宿(sink)。參照?qǐng)D3E，形成了覆蓋層160。通過在從約300C至約400C并且在其間變化的溫度下進(jìn)行的等離子增強(qiáng)氣相沉積(PECVD)來形成該覆蓋層。升高的溫度將雜質(zhì)從襯墊120的含雜質(zhì)合金層和/或本體導(dǎo)體130驅(qū)向覆蓋層-本體導(dǎo)體層介面。在覆蓋層-本體導(dǎo)體介面處，雜質(zhì)與覆蓋層反應(yīng)形成金屬氧化薄膜160。即便覆蓋層是SiCN，仍會(huì)形成金屬氧化物薄膜160，因?yàn)閬碜杂诟采w工具真空系統(tǒng)中H2O的殘余分壓的偶生氧通常在蓋(cap)沉積處理的陳化和預(yù)清洗步驟期間引入Cu/蓋介面處。正常地，一旦形成金屬氧化物160，雜質(zhì)至覆蓋層-本體導(dǎo)體介面的遷移驅(qū)動(dòng)力在很大程度上得以滿足。然而，本體導(dǎo)體的頂部存在的晶格缺陷將雜質(zhì)的遷移進(jìn)一步驅(qū)向該介面。因此，雜質(zhì)繼續(xù)分凝至本體導(dǎo)體的頂表面132并且形成金屬部分140。結(jié)果，在襯墊層120將發(fā)現(xiàn)更少量的雜質(zhì)或無雜質(zhì)。晶格缺陷的附加分凝驅(qū)動(dòng)力意指雜質(zhì)(摻雜劑)主要被發(fā)現(xiàn)在雙層中而不是本體導(dǎo)體130中。結(jié)果，可以在襯墊120的合金籽層中使用更高百分比的摻雜劑。該更高百分比遷移至雙層而不增加本體導(dǎo)體的電阻。因此，通過使用這些晶格損傷方法以創(chuàng)造雙層的方式，可以達(dá)到更小線寬的電遷移抗性。在此，更小的線寬包括小于約100nm至約30nm的線寬和更低的線寬。雖然已經(jīng)參照目前所認(rèn)為的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，要理解的是本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋所附權(quán)利要求的精神和范圍所包括的各種修改和等同的布置。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)符合最廣義的解釋以便包含所有此類修改和等同的結(jié)構(gòu)和功能。