[发明专利]在具有高薄层电阻的工件上的电化学沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年03月13日提交的美国专利申请第13/801786号的部分继续申请，该美国专利申请要求享有于2012年04月26日提交的美国临时申请第61/638851号的权益，通过引用将这些美国申请的公开内容全部明确地并入于此。

技术领域

本公开内容涉及用于在微电子工件的部件(例如，沟槽和过孔(via)，特别是镶嵌(Damascene)应用中的沟槽和过孔)中电化学沉积导电材料(例如金属，例如，铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、锡(Sn)、铝(Al)和以上各物的合金)的方法。

背景技术

集成电路是形成在半导体材料和覆盖半导体材料表面的电介质材料之内的器件的互连整体。可形成在半导体内的器件包括MOS晶体管、双极型晶体管、二极管和扩散电阻器。可形成在电介质之内的器件包括薄膜电阻器和电容器。器件通过形成在电介质之内的导体路径互连。通常，具有由电介质层分隔的连续级的两级或更多级的导体路径用作互连。在现行实践中，氧化硅和铜通常分别用于电介质和导体。

铜互连体中的沉积物(deposit)通常包括电介质层、阻挡层、种晶层、铜填充和铜覆盖(cap)。因为铜易于扩散到电介质材料中，所以阻挡层用于使铜沉积物与电介质材料分隔开。然而，应理解，对于除铜之外的其他金属互连体可以不需要阻挡层。阻挡层通常由耐火金属或耐火化合物构成，例如，钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)，氮化钽(TaN)等。其他合适的阻挡层材料可包括锰(Mn)和氮化锰(MnN)。通常使用称为物理气相沉积(PVD)的沉积技术形成阻挡层，但也可通过使用其他沉积技术(例如，化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD))形成阻挡层。

种晶层可沉积在阻挡层上。然而，还应理解，直接在阻挡层上(direct on barrier)(DOB)沉积也在本公开内容的范围内，所述直接在阻挡层上(DOB)沉积例如在由合金或共沉积(co-deposited)金属构成的阻挡层以及在所属领域的技术人员所熟知和/或所使用的其他阻挡层上的沉积，互连金属可沉积在由合金或共沉积金属构成的所述阻挡层上而不需要单独的种晶层，所述互连金属例如钛钌(TiRu)、钽钌(TaRu)、钨钌(WRu)。

在一个非限制实例中，种晶层可为铜种晶层。作为另一非限制实例，种晶层可为铜合金种晶层，例如，铜锰合金、铜钴合金或铜镍合金。在将铜沉积于部件中的情况下，对于种晶层有数个示例性选择。第一，种晶层可为PVD铜种晶层。参见例如用于说明包括PVD铜种晶沉积的工艺的图3。种晶层还可通过使用其他沉积技术(例如CVD或ALD)形成。

第二，种晶层可为堆叠膜，例如，衬垫层及PVD种晶层。衬垫层是用在阻挡层与PVD种晶之间缓解不连续种晶问题并改善PVD种晶粘附力的材料。衬垫通常是贵金属，例如钌(Ru)、铂(Pt)、钯(Pd)和锇(Os)，但该系列还可包括钴(Co)和镍(Ni)。当前，CVD Ru和CVD Co是常见的衬垫；然而，衬垫层也可通过使用其他沉积技术(例如，ALD或PVD)形成。

第三，种晶层可为二次种晶层。二次种晶层类似于衬垫层，是因为二次种晶层通常由贵金属(例如Ru、Pt、Pd和Os)形成，但该系列还可包括Co及Ni和最常见的CVD Ru及CVD Co。(像种晶层及衬垫层一样，二次种晶层还可通过使用其他沉积技术(例如ALD或PVD)形成。)不同之处在于：二次种晶层用作种晶层，而衬垫层是介于阻挡层与PVD种晶之间的中间层。参见例如用于说明包括二次种晶沉积的工艺的图5及图6，所述二次种晶沉积之后分别是图5中的ECD种晶沉积，如下文所描述，及图6中的快闪物沉积(flash deposition)。(“快闪物”沉积主要是在部件的区域(field)上及底部处，没有显著沉积在部件侧壁上。)

在已根据上述实例中的一个实例沉积种晶层之后，部件可包括种晶层增强(SLE)层，所述种晶层增强(SLE)层是沉积的金属(例如，厚度约2nm的铜)的薄层。SLE层也被称为电化学沉积种晶(或ECD种晶)。参见例如用于说明包括PVD种晶沉积及ECD种晶沉积的工艺的图4。参见例如用于说明包括二次种晶沉积及ECD种晶沉积的工艺的图5。如图4及图5中所见，ECD种晶可为共形沉积(conformally deposited)层。