半導體構造和在開口內提供導電材料的方法技術

一些實施例包括當保持所沉積含銅材料的溫度大于100℃時利用所述含銅材料的物理氣相沉積來沉積所述含銅材料的方法。一些實施例包括如下方法：用含金屬組合物給開口加襯，當含銅材料的溫度不大于約0℃時在所述含金屬組合物上方物理氣相沉積所述含銅材料，且然后當所述含銅材料處于約180℃到約250℃的范圍內的溫度下時使所述含銅材料退火。一些實施例包括用含有金屬和氮的組合物給開口加襯且用含銅材料至少部分地填充所述經加襯開口的方法。一些實施例包括半導體構造，其沿開口的側壁周邊具有金屬氮化物襯墊，且在所述開口內直接抵靠所述金屬氮化物襯墊具有含銅材料。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。
技術介紹
制造集成電路可涉及跨越半導體襯底形成導電線。可利用鑲嵌工藝形成所述線。圖1到3圖解說明實例性現有技術鑲嵌工藝。參照圖1，半導體構造10包含基底12和在基底上方所形成的電絕緣材料14。基底可包含單晶硅。絕緣材料14可包含(例如)以下中的一者或一者以上:二氧化硅、氮化硅和各種摻雜氧化硅(例如，硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、氟硅酸鹽玻璃(FSG)等)中的任一者。絕緣材料14可為均質的(如圖所示)，或可在離散層中包含多種材料。形成多個延伸到材料14中的開口 16到18。所述開口可通過以下方式來形成:利用圖案化光致抗蝕劑掩模(未顯示)界定開口的位置，利用一種或一種以上蝕刻劑將開口延伸到所述位置中，且然后移除光致抗蝕劑掩模以留下在圖1中所顯示的結構。參照圖2，在開口內提供材料20和22以給開口加襯，且然后用銅24填充經加襯開□。材料20可包含氮化鈦、氮化鉭、鉭/釕、鉭或氧化鈦，且可用作屏障以封阻銅擴散。材料22可包含(例如)釕和氮，或作為另一實例可由釕組成。材料22可以層片(stratum)形式用于粘附隨后沉積的銅24。參照圖3，使構造10經受拋光處理(例如，化學-機械拋光)，以在開口 16到18內從材料20、22和24形成多個電隔離導線25到27。在圖3中所顯示的導線25到27是理想化形式，其中銅24完全且實質上均勻地填充開口 16到18中的每一者。在實踐中，在試圖用銅實質上均勻地填充開口時可能會遇到困難，在開口隨著整合水平變高而逐漸變窄時尤其如此。圖4圖解說明在開口 16到18內形成銅24期間可能出現的問題。具體來說，銅未均勻地沉積在開口內，并且因此在一些開口中形成空隙28。如圖所示，空隙可具有不同大小，并且因此開口內最終形成的各個導線的導電性將各不相同。所述導電性的不均勻性可損害或破壞包含所述導線的集成電路的可操作性和/或可靠性。因此，期望研發制造導電線的經改進方法
技術實現思路
附圖說明圖1到3是在現有技術制造工藝的各個階段半導體晶片的一部分的圖解性剖視圖。圖4是半導體晶片的一部分的圖解性剖視圖，其顯示在一些現有技術工藝中可能出現的問題。圖5到8是在實例性實施例制造工藝的各個階段顯示的半導體晶片的一部分的圖解性剖視圖。圖9是正在反應室中物理氣相沉積到晶片上的材料的圖解性剖視圖。圖10到13是在另一實例性實施例制造工藝的各個階段顯示的半導體晶片的一部分的圖解性剖視圖。圖14到16是在另一實例性實施例制造工藝的各個階段顯示的半導體晶片的一部分的圖解性剖視圖。具體實施例方式在一些實施例中，利用銅來填充窄開口。可使銅經受在銅內產生足夠移動性的條件(例如，表面擴散)以使銅能夠流入開口中。在特定實施例中，開口可足夠窄以產生幫助將銅帶入開口中的毛細管力。可相對于銅的移動性達成平衡(例如，其可為表面傳輸型機制)，以使銅具有足夠動態性以流入開口中，但具有足夠靜態性(或受約束)以避免凝聚。參照圖5到16闡述一些實例性實施例。參照圖5，顯示半導體構造30包含基底32和在基底上方的電絕緣34。基底32和電絕緣材料34可分別包含與上文所論述的基底12和電絕緣14相同的組成。在一些實施例中，基底32可包含單晶硅、基本上由其組成或由其組成，且可稱為半導體襯底，或稱為半導體襯底的一部分。術語“半導電襯底”、“半導體構造”和“半導體襯底”意指任一包含半導電材料的構造，所述半導電材料包括(但不限于)諸如半導電晶片等體半導電材料(單獨或在包含其它材料的組合件中)和半導電材料層(單獨或在包含其它材料的組合件中)。術語“襯底”是指任一支撐結構，包括(但不限于)上文所闡述的半導電襯底。雖然顯示基底32為均質的，但在一些實施例中基底可包含許多層。舉例來說，基底32可對應于含有一個或一個以上與集成電路制造相關的層的半導體襯底。在所述實施例中，所述層可對應于耐火金屬層、屏障層、擴散層、絕緣體層等中的一者或一者以上。開口 40到42延伸到電絕緣材料34中。所述開口可利用與上文參照圖1所論述用于形成開口 16到18相同的工藝來形成。任選地在開口內提供屏障材料36以給開口加襯。屏障材料可包含上文參照圖2的屏障材料20所論述的組成中的任一者。在屏障材料36上方提供襯墊38。襯墊38是包含釕和鈷中的一者或兩者的含金屬材料。在一些實施例中，襯墊可基本上由釕和鈷中的一者或兩者組成，或由其組成。在其它實施例中，襯墊可包含一種或一種以上與釕和鈷中的一者或兩者形成合金的過渡金屬；且可包含(例如)與釕和鈷中的一者或兩者形成合金的鉭、基本上由其組成或由其組成。在一些實施例中，襯墊可包含氮與釕和鈷中的一者或兩者的組合。參照圖6，跨越構造30并在開口 40到42內沉積含銅材料44。含銅材料可包含銅、基本上由其組成或由其組成。顯示在形成具有如下構形的材料的條件下沉積含銅材料:較不均勻地填充開口 40到42，且在一些開口(具體來說，在所圖解說明實施例中是開口 40和41)中留下空隙和/或凹陷。在一些實施例中，含銅材料44可視為圖6中處理階段的含銅涂層，其中所述涂層不均勻地填充開口 40到42。優選在維持含銅材料內的較小粒度(具體來說，粒度小于或等于約四分之一間距)的條件下沉積所述材料以避免不期望的表面粗糙度。舉例來說，可在維持構造30和所沉積含銅材料的溫度低于或等于約40°C時物理氣相沉積含銅材料。物理氣相沉積可利用任一用于從靶濺射銅的適當技術，例如，利用自電離等離子體。物理氣相沉積可在適宜條件下實施適宜持續時間，以跨越構造30的上表面形成含銅材料44的連續層。參照圖7，可使含銅材料44經受熱條件，其使得所述材料能夠跨越構造30回流，且因而使得能用含銅材料實質上均勻地填充開口 40到42。含銅材料的熱處理可為退火，其使含銅材料達到在約180°C到約600°C范圍內的溫度(在一些實施例中，在約180°C到約4500C的范圍內，且在一些實施例中，在約350°C到約450°C的范圍內)，且其將含銅材料在所述溫度下維持適宜持續時間以使含銅材料能夠回流到開口中。實例性持續時間可為至少約I秒到小于或等于約30秒(例如，約20秒)。回流的銅可視為采取第二構形，其較圖6的第一構形在開口 40到42內更均勻。具體來說，當含銅材料回流以填充開口時，將圖6的開口 40和41內的空隙(或凹陷)從開口排出。雖然圖6和7闡述單一沉積/退火順序將開口 40到42填充到期望均勻性的實施例，但在其它實施例中，可實施兩個或兩個以上沉積/退火順序以將開口填充到期望均勻性。因此，圖6和7的處理可視為工藝順序的單一反復，且可將所述反復重復適當次數以使含銅材料形成期望厚度和均勻性。在一些實施例中，至少一次反復的溫度、時間和/或一個或一個以上其它條件可相對于另外至少一次反復有所不同。在利用兩個或兩個以上沉積/退火順序的實施例中，可將襯底上的含銅材料維持在約180°C到約250°C的溫度范圍內。圖5到7的處理的優勢在于，隨著開口變得更窄，所述處理對于填充開口可變得越來越有效。具體來說，所述處理可利用窄開口內的毛細管力來幫助將回流的含銅材料抽吸到開口中。因此，除可用于填充目前半導體制造工藝的窄開口以外，圖5到7的方法還可容易地應用于填充在較當前工藝具有更高整合水平的未來工藝中所本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.20 US 12/860,7451.一種將含銅材料沉積在多個開口內的方法，其包含所述含銅材料在所沉積含銅材料的溫度大于100°c的條件下的物理氣相沉積。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述沉積包含以下序列的至少一次反復: 利用等離子體濺射沉積所述含銅材料，其中所濺射沉積材料的溫度大于100°c ;和當維持所述所濺射沉積材料的所述溫度大于100°c時，熄滅所述等離子體并提供足夠的持續時間以使所述所濺射沉積材料表面擴散到空腔中，從而避免夾斷所述空腔。3.根據權利要求1所述的方法，其中所述溫度在約300°C到約600°C的范圍內。4.根據權利要求1所述的方法，其中所述溫度在約500°C到約600°C的范圍內。5.根據權利要求1所述的方法，其中在所述物理氣相沉積期間利用稀有氣體從靶濺射含銅材料。6.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含在所述含銅材料的所述物理氣相沉積之前，在所述開口內形成含有金屬和氮的組合物以給所述開口加襯。7.根據權利要求6所述的方法，其中所述金屬包含釕和鈷中的一者或兩者。8.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含在所述含銅材料的所述物理氣相沉積之前，用包含釕和鈷中的一者或兩者的含金屬材料給所述開口加襯。9.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含在所述含銅材料的所述物理氣相沉積之前 用第一金屬給所述開口加襯；和 通過使所述第一金屬暴露于氮源來使所述第一金屬氮化。10.根據權利要求9所述的方法，其中所述金屬由釕和鈷中的一者或兩者組成。11.一種在多個開口內提供導電材料的方法，其包含: 用含金屬組合物給所述開口加襯；和 以下各項的至少一次反復: 在所述含金屬組合物上方物理氣相沉積含銅材料，所述物理氣相沉積是在維持所沉積銅的溫度低于或等于約0°c的條件下實施，以形成具有第一構形的含銅材料涂層；和 在所述含銅材料的溫度在約180°c到約250°C的范圍內的條件下使所述含銅材料涂層退火，以使所述涂層的所述含銅材料回流并由此形成所述含銅材料的第二構形。12.根據權利要求11所述的方法，其中所述含金屬組合物由釕和鈷中的一者或兩者組成。13.根據權利要求11所述的方法，其中所述含金屬組合物由氮與釕和鈷中的一者或兩者的組合組成。14.根據權利要求11所述的方法，其中所述含銅材料的所述第一構形在所述開口內留下一些空隙，且所述含銅材料的所述第二構形從所述開口移出所述空隙。15.—種在多個開口內提供導電材料的方法,其包含: 用含有金屬和氮的組合物給所述開口加襯；和 用含銅材料至少部分地填充所述經加襯開口。16.根據權利要求15所述的方法，其中所述用含銅材料至少部分地填充所述開口利用所述含銅材料在使所沉積含銅材料的溫度大于100°...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴爾·W·柯林斯，喬·林格倫，
申請(專利權)人：美光科技公司，
類型：
國別省市：