[发明专利]用于铜阻挡层应用的掺杂的氮化钽

说明书

领域

本发明一般涉及半导体装置中的阻挡层和形成该阻挡层的方法。更特定言之，所公开的方法涉及包含TaN与选择的掺杂剂的薄膜。

背景

微电子装置(如半导体或集成电路)可以包括数以百万计的电子电路装置，所述电子电路装置诸如是晶体管、电容器等。为了进一步提高集成电路上的装置密度，需要甚至更小的特征尺寸。为了实现这些更小的特征尺寸，必须缩小导线、过孔与互连结构、栅极等的尺寸。也需要可靠地形成多层次互连结构结构来提高电路密度和品质。制造技术的进展已使得可用铜形成导线、互连结构、过孔和其他结构。然而，随着特征尺寸缩小和铜互连结构的使用增加，互连结构结构中的电迁移变成了需要克服的更大障碍。

氮化钽(TaN)在膜厚大于10A时是铜阻挡层，其中该薄膜是连续的。然而，因为Ta原子的直径约为4A，故约5A厚的TaN薄膜是不连续的。对于需要更薄的TaN的较小节点，TaN本身可能是不连续的薄膜，因而限制了TaN的铜阻挡性能。目前的方法是在TaN层顶部上包括Ta层，Ta层作为铜的湿润层，并提供阻挡薄膜的连续性。然而，对于较小的节点(小于32nm)，此方法会导致较大的线电阻，因此不是适当的解决方案。

因此，需要可作为有效的铜阻挡层的薄层。

发明概述

本发明的一个态样涉及一种在微电子装置中形成互连结构的方法，该方法包括以下步骤：提供上面设置有介电层的基板，该介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，该沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；在至少一部分该沟槽和/或过孔的该侧壁和/或底部上沉积阻挡层，该阻挡层包含TaN和一种或更多种掺杂剂，以提供内衬的沟槽和/或过孔；和在该内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。根据此态样的一个或更多个实施例，所述一种或更多种掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一些实施例中，该掺杂剂包含Mn。在其他的实施例中，该掺杂剂包含Ru、Cu和Co中之一或更多者。根据一个或更多个实施例，该导电材料进一步包含Mn。

一个或更多个实施例提供了沉积该阻挡层包括沉积交替的层，所述交替的层包含TaN和掺杂剂。在其他的实施例中，沉积该阻挡层包含沉积TaN层和使该掺杂剂扩散进入该TaN层。

在一个或更多个实施例中，该方法进一步包括在沉积该含Cu的导电材料之前使该阻挡层暴露于等离子体处理。在某些实施例中，该等离子体包含He、Ar、NH₃、H₂和N₂中之一或更多者。

本发明的另一个态样涉及一种在微电子装置中形成互连结构的方法，该方法包括以下步骤：提供上面配置有介电层的基板，该介电层具有一个或更多个沟槽和/或过孔，该沟槽和/或过孔具有开口、侧壁和底部；在至少一部分该沟槽和/或过孔的该侧壁和/或底部上沉积第一层，该第一层包含TaN和一种或更多种第一掺杂剂，以提供内衬的沟槽和/或过孔；在该第一层上沉积第二层，该第二层包含Ru和Co中之一或更多者；和在该内衬的沟槽和/或过孔中沉积含Cu的导电材料。

根据此态样的一个或更多个实施例，该一种或更多种第一掺杂剂选自Ru、Cu、Co、Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。在一些实施例中，该第一掺杂剂包含Mn。在其他的实施例中，该第一掺杂剂包含Ru、Cu和Co中之一或更多者。根据一个或更多个实施例，该导电材料进一步包含Mn。一个或更多个实施例提供了该第二层进一步包含一种或更多种第二掺杂剂，该第二掺杂剂选自Mn、Al、Mg、Cr、Nb、Ti和V。

在一个或更多个实施例中，该第一层是通过沉积交替的层所沉积，所述交替的层包含TaN和该第一掺杂剂。在某些实施例中，该第二层是通过沉积交替的层所沉积，所述交替的层包含Ru或Co和该第二掺杂剂。

根据一个或更多个实施例，此态样的方法进一步包括在沉积该导电材料之前使该第一层和/或第二层暴露于等离子体处理。在某些实施例中，该等离子体包含He、Ar、NH₃、H₂和N₂中之一或更多者。