[发明专利]用于互连结构的夹入式扩散阻挡和金属衬垫

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造半导体电路的方法，并且具体地涉及制造用于集成电路的互连结构的扩散阻挡和金属衬垫的方法。

背景技术

本领域技术人员熟知用于形成集成电路中的诸如金属线、过孔和其它互连之类的互连结构的大马士革工艺和双大马士革工艺。这些工艺典型地需要在晶片表面上方(包括在其中希望金属互连结构的位置处制作的任意沟槽结构的侧表面和平面上)形成扩散阻挡和金属衬垫。扩散阻挡层提供对于不期望的迁移的阻挡，并且金属衬垫提供粘合层。接下来，在扩散阻挡和金属衬垫上方沉积金属种子层，以便提供低电阻电气路径，支持后续将完成的在晶片表面上方的均匀金属电镀。金属电镀工艺填充加衬的沟槽结构，并且限定所产生的用于集成电路的金属化层的互连结构。

现在参照图1A至图1I(未按比例绘制)，这些图图示了根据现有技术的用于形成集成电路的金属互连结构的工艺步骤。已知的大马士革工艺通常可以描述如下：如图1A所示，形成晶片10，晶片10包括半导体衬底12、覆盖在该衬底上方的预金属电介质(PMD)层14以及多个电接触部件16，半导体衬底12包括形成在该衬底中和／或该衬底上的集成电路器件(未示出)，电接触部件16诸如延伸通过PMD层以到达集成电路器件的钨塞等。使用例如化学机械抛光(CMP)对预金属电介质(PMD)层14进行平坦化，以提供用于支撑集成电路器件的金属化层的平坦表面。

接下来，在PMD层14上方提供低k金属间电介质层18(图1B)，电介质层18例如由包括低k层和一个或多个掩膜层(例如包括TEOS硬掩膜和氮化钛硬掩膜)的多层结构形成。也对该多层低k金属间电介质层18进行平坦化。然后，将沟槽20形成为延伸到低k金属间电介质层18的多层中并且可能穿过这多层(图1C)。在将定位互连结构的位置处提供沟槽20，并且在优选实现中，沟槽20将具有足以露出下层电接触部件16的顶表面的深度。

然后，在晶片上(包括在低k金属间电介质层18的顶部上方以及沟槽20的侧壁和底部上)匀厚形成扩散阻挡层22(图1D)。扩散阻挡层22用于阻挡随后沉积的用于互连结构的金属原子迁移到低k金属间电介质层，以及阻挡杂质从低k金属间电介质层到互连结构的相反方向上的扩散。扩散阻挡层22典型地由氮化钽制成。

接下来，在扩散阻挡层22上方沉积金属衬垫层23(图1E)。金属衬垫层23用作辅助增加后续沉积层的粘合的粘合层。金属衬垫层23典型地由钽、钴或钌制成。

然后，使用诸如在金属衬垫层23上方的溅射之类的任意合适沉积工艺，在晶片上形成金属种子层24(图1F)。种子层24覆盖低k金属间电介质层18的顶表面上以及沟槽20的侧壁和底部上的金属衬垫层23。任选地，可以执行种子层回刻蚀(未示出)，以减少沟槽20的顶角处的金属悬置。

然后在晶片上执行电镀工艺，以使得利用金属26填充沟槽20的剩余开口部分(图1G)。在晶片的顶部上方也制作电镀金属。然后执行化学机械抛光(CMP)，以去除位于沟槽外部的扩散阻挡层22、金属种子层24和电镀金属26的多余且不想要的部分(图1H)。抛光操作进一步提供准备用于进一步集成电路处理的晶片的平坦顶表面。作为该进一步处理的一部分，可以在该平坦顶表面上沉积电介质帽层28，以保护所形成的金属线和互连的材料及金属层和低k金属间电介质层(图1I)。

然后可以根据需要重复图1B至图1I的工艺，以形成用于集成电路器件的附加金属化层。在本上下文中，将理解到，下接电接触部件16因而可以包括下接金属化层的金属填充沟槽，并且电介质帽层28因而可以包括低k金属间电介质层18内的层之一。

被选择用于金属种子层24和电镀金属26的金属典型地为铜。当然将理解到，可以代替选择其它材料。

本领域已知将掺杂剂材料添加到用在金属种子层24的沉积中的铜溅射靶(即，溅射靶由与另一材料合金的铜形成)。例如，掺杂剂可以包括锰(Mn)或铝(A1)。添加的掺杂剂材料典型地将基本均匀地遍及整个沉积的铜种子层24而分布。在用于形成电介质帽层28的高温工艺期间，以及在与集成电路的完成制造相关联的进一步的其它热循环和处理操作(诸如进一步的金属化层的添加)期间，本领域技术人员理解到，添加的掺杂剂种类可以从铜种子层24迁移并扩散通过电镀铜金属26填充，以形成位于电介质帽层28与填充沟槽20的电镀铜金属26之间的界面30处的自对准金属帽。