[发明专利]用于互连的钌金属特征部填充

说明书

提供了一种用于至少部分地填充基底中的特征部的方法。该方法包括提供包括特征部的基底，沉积钌(Ru)金属层以至少部分地填充所述特征部，和热处理所述基底以使所述特征部中的Ru金属层回流。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求于2015年6月5日提交的美国临时申请第62/171,739号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及使用用于微电子器件的低电阻率钌(Ru)金属来无空隙填充特征部(例如，通孔和沟槽)的方法。

背景技术

集成电路包括多种不同的半导体器件和复数个导电金属路径，所述导电金属路径向半导体器件提供电力并允许这些半导体器件共享和交换信息。在集成电路中，金属层使用使金属层彼此绝缘的金属间和层间介电层堆叠在彼此之上。

通常，每个金属层必须形成通往至少一个另外的金属层的电接触。这种电接触通过蚀刻分离金属层的层间电介质中的特征部(即，通孔)并用金属填充所得通孔以产生互连来实现。金属层通常占据层间电介质中的蚀刻路径。“通孔”通常是指形成在介电层中的任何特征部如孔、线或其他类似特征部，其提供通过介电层到介电层下面的导电层的电连接。类似地，连接两个或更多个通孔的金属层通常被称为沟槽。

在用于制造集成电路的多层金属化方案中使用铜(Cu)金属由于电介质如SiO₂中Cu原子的高迁移率而产生问题，并且Cu原子可在Si中产生电缺陷。因此，Cu金属层、Cu填充的沟槽和Cu填充的通孔通常用阻挡材料封装以防止Cu原子扩散到电介质和Si中。阻挡层通常在Cu籽晶沉积之前沉积在沟槽和通孔侧壁和底部，并且可以包括优选为非反应性且不混溶于Cu的材料，提供对电介质良好的粘附并且可以提供低电阻率。

器件性能的提高通常伴随着器件面积的减小或器件密度的增加。器件密度的增加需要减小用于形成互连的通孔尺寸，包括较大的纵横比(即深度与宽度比)。随着通孔尺寸减小和纵横比增加，在通孔的侧壁上形成具有足够厚度的扩散阻挡层同时还为通孔中的金属层提供足够的体积变得越来越具有挑战性。另外，随着通孔和沟槽尺寸减小以及通孔和沟槽中的层的厚度减小，层和层界面的材料特性变得越来越重要。特别地，形成那些层的过程需要小心地集成到可制造的工艺顺序中，其中对工艺顺序的所有步骤保持良好的控制。

与在基底中越来越小的特征部中使用Cu金属相关的问题将需要用其他低电阻率金属代替Cu金属。

发明内容

提供了用于微电子器件中的互连的无空隙Ru金属特征部填充的方法。

根据本发明的一个实施方案，提供了一种通过以下步骤至少部分地填充基底中的特征部的方法：提供包括所述特征部的基底；沉积钌(Ru)金属层以至少部分地填充所述特征部；和热处理所述基底以使所述特征部中的所述Ru金属层回流(reflow)。

根据本发明的一个实施方案，提供了一种通过以下步骤填充基底中的特征部的方法：提供包括特征部的基底；沉积填充所述特征部的共形钌(Ru)金属层；和热处理所述基底以使所述特征部中的所述共形Ru金属层回流，其中所述共形Ru金属层在所述特征部中具有接缝空隙(seam void)，热处理将接缝空隙密封并增加所述特征部中的所述共形Ru金属层的晶粒尺寸。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种通过以下步骤至少部分地填充基底中的特征部的方法，所述方法包括：提供基底，所述基底包括形成在所述基底上的介电层中的特征部；在所述特征部中形成成核层；在所述成核层上沉积共形钌(Ru)金属层以至少部分地填充所述特征部；和热处理所述基底以使所述特征部中的所述共形Ru金属层回流，其中所述热处理减少特征部填充中的空隙并增加所述特征部中的所述共形Ru金属层的晶粒尺寸。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，对本发明的更完整的理解以及其许多伴随的优点将容易地获得，因为其变得更好理解，在附图中：