[发明专利]半导体装置

说明书

半导体装置，包含嵌在第一金属化层中的互连结构，第一金属化层包含介电材料。互连结构包含第一金属材料。半导体装置包含嵌在第一金属化层中的第一衬垫结构。第一衬垫结构沿着第一金属化层中的互连结构的一或多个边界延伸。第一衬垫结构包含与一或多种掺质反应的第二金属材料，第二金属材料不同于第一金属材料。

技术领域

本发明实施例涉及半导体制造技术，特别是涉及互连结构及其制造方法。

背景技术

本发明实施例总体而言关于半导体装置，特别是关于铜互连结构及其制造方法。

半导体装置用于各种电子应用中，作为范例，例如个人电脑、手机、数码相机和其他电子装置。随着技术的进展，对于具有改进效能的较小的半导体装置的需求也增加。随着部件密度增加，导线的宽度和产线后段(back-end of line，BEOL)互连结构的导线之间的间距也需要缩减。

为了满足这些需求，半导体装置设计正摆脱过去使用的传统材料。举例来说，为了降低电阻电容(RC)时间延迟，开始使用铜作为互连材料，而非铝。将铜用于半导体装置互连的优点包含能够更快地操作并制造更细的导线，因为铜具有比铝更低的电阻率和更高的电迁移电阻。铜互连的形成经常使用镶嵌制程而非通过直接蚀刻。镶嵌制程通常是单镶嵌或双镶嵌，其包含通过图案化和蚀刻金属间介电(inter-metal dielectric，IMD)层形成开口并用铜填充开口。因为铜容易扩散到某些介电材料中，所以在形成铜之前，通常在镶嵌开口的内壁上沉积扩散阻障层(例如由难熔金属的氮化物形成)。然而，在铜镶嵌结构中使用这种阻障层存在一些挑战，举例来说，要达到良好的热稳定性、对铜互连的耐久附着力等。

因此，需要改善铜互连及其形成方法。

发明内容

根据一些实施例提供半导体装置。此半导体装置包含嵌在第一金属化层中的互连结构，第一金属化层包含介电材料。互连结构包含第一金属材料。

此半导体装置包含嵌在第一金属化层中的第一衬垫结构。第一衬垫结构沿着第一金属化层中的互连结构的一或多个边界延伸。第一衬垫结构包含与一或多种掺质反应的第二金属材料，第二金属材料不同于第一金属材料。

根据另一些实施例提供半导体装置。此半导体装置包含嵌在第一金属化层中的互连结构，第一金属化层包含介电材料。互连结构包含第一金属材料。此半导体装置包含嵌在第一金属化层中的第一衬垫结构。第一衬垫结构沿着第一金属化层中的互连结构的一或多个边界延伸。第一衬垫结构包含与第一金属材料不同的多个第二金属材料中的至少第一个和第二个的合金。

根据又另一些实施例提供半导体装置的形成方法。此方法包含形成至少部分地延伸穿过介电层的空腔。此方法包含形成沿着空腔延伸的衬垫结构。衬垫结构包含通过等离子体制程钝化的第一金属材料或第二金属材料和第三金属材料的合金。此方法包含用第四金属材料填充空腔以形成互连结构。第四金属材料不同于第一金属材料、第二金属材料和第三金属材料中的每一个。

附图说明

通过以下的详细描述配合所附图式，可以更加理解本发明实施例的内容。需强调的是，根据产业上的标准惯例，许多部件并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种部件的尺寸可能被任意地增加或减少。

图1根据一些实施例绘示用于形成半导体装置的例示性方法的流程图。

图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10根据一些实施例绘示在通过图1的方法制造的各个制造阶段期间的例示性半导体装置的剖面图。

图11根据一些实施例绘示用于形成半导体装置的例示性方法的流程图。

图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18根据一些实施例绘示在通过图11的方法制造的各个制造阶段期间的例示性半导体装置的剖面图。

其中，附图标记说明如下：