[发明专利]用于在半导体装置中产生互连的方法

说明书

一种用于在工件上产生互连的方法，所述方法包括获得具有特征结构的工件基板，在所述特征结构中沉积导电层以部分地或完全地填充所述特征结构，如果所述特征结构由所述导电层部分地填充则沉积铜填充物以完全地填充所述特征结构，施加铜覆盖物，热处理所述工件，以及移除所述覆盖物以暴露所述基板和金属化的特征结构。

本申请是申请日为2014年3月17日、申请号为201410099406.X、发明名称为“用于在半导体装置中产生互连的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

用于制造半导体装置的方法。

背景技术

本公开内容涉及在半导体装置中产生互连(interconnect)的方法。这些互连可由选择的金属和金属合金组成，所述金属和金属合金通过电镀和后面的热扩散被沉积在工件特征结构(feature)中。这样的互连可包括置于沟槽(trench)或过孔(via)之上的选择性金属帽(cap)。这些互连还可包括在过孔之上电镀蚀刻终止 (etch stop)物以构建对准容差(alignment-tolerant)过孔。

集成电路(IC)包括各种半导体装置，所述半导体装置形成在覆盖基板的介电材料层内或介电材料层上。可在介电层中或介电层上形成的这样的装置包括 MRS晶体管、双极晶体管、二极管和扩散电阻器。可在介电材料中或介电材料上形成的其他装置包括薄膜电阻器和电容器。金属线将所述半导体装置互连以驱动(power)这样的装置并且使这样的装置能够共享和交换信息。这样的互连在介电层内的各装置之间水平延伸，也在各介电层之间垂直延伸。这些金属线通过一系列互连彼此连接。电互连或金属线首先被图案化到介电层中以形成垂直的和水平的凹槽化(recessed)特征结构(过孔和沟槽)，所述凹槽化特征结构随后被填充有金属。包含金属填充线、存在于电介质中的所得层被称为金属化层。

接着，第二金属化层类似地形成在第一金属化层的顶上并且在这两个金属化层之间形成互连。可用这种工艺形成包含几个金属化层的堆叠，所述几个金属化层通过多个互连彼此电连接。这种工艺被称为镶嵌(Damascene)处理。镶嵌处理通常采用铜(Cu)作为金属化金属。然而，也可使用其他金属，包括铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、锡(Sn)和上述金属的合金。

例如由铜形成金属互连或金属线的典型工艺需要几个步骤。最初，在介电基板中图案化和形成垂直特征结构和水平特征结构(过孔和沟槽)。最后用铜填充过孔和沟槽，但是预先将阻挡层和种晶(seed)层施加到所述特征结构。因为铜倾向于扩散进入介电材料中，所以用阻挡层把铜沉积物与介电材料隔离。铜扩散进入周围的介电材料会导致线间泄露(line-to-line leakage)以及半导体装置的最后破坏。因此，通常用扩散阻挡物把铜线完全包围或封装起来。然而，如果将其他金属用于金属化，可以理解的是，阻挡层可以不需要。阻挡层通常由耐火金属或耐火化合物制成，例如钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN) 等。通常使用称为物理气相沉积(PVD)的沉积技术形成阻挡层，但也可使用诸如化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)之类的其他沉积技术形成阻挡层。

种晶层可沉积于阻挡层上。种晶层的目的可以是：提供低电阻电气路径，所述低电阻电气路径使阻挡层之上的电镀能够更均匀；和/或帮助铜或其他沟槽或过孔材料很好地附着于阻挡层，从而提供连续的可电镀膜以在上面电镀。因此，种晶层可由铜或者诸如铜锰、铜钴或铜镍之类的铜合金组成。种晶层也可由铝或铝合金组成。此外，对于沉积种晶层，存在多种选择，诸如使用PVD 用于铜种晶层沉积。也可通过使用诸如CVD或ALD之类的其他沉积技术形成种晶层。

种晶层可以是堆叠膜，例如衬垫(liner)层和PVD种晶层。衬垫层是用在阻挡层上的材料或用在阻挡层与PVD种晶层之间的材料，以减轻不连续的种晶问题并改善PVD种晶对阻挡层的粘附。衬垫层通常由诸如钌(Ru)、铂(Pt)、钯 (Pd)和锇(Os)之类的贵金属组成。衬垫也可由Co或Ni组成。目前，CVD Ru 和CVD Co通常被用于构建衬垫；然而，也可通过使用其他沉积技术(包括 ALD或PVD)形成衬垫层。