專利名稱：互連結(jié)構(gòu)和無電鍍引入互連結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路工藝，而且特別涉及集成電路上互連的引入與加工圖形。
相關(guān)技術(shù)的描述現(xiàn)代的集成電路利用導(dǎo)電的互連將芯片上的單個器件進(jìn)行連接或是向芯片外部發(fā)送和/或接收信號。通用型的互連包括鋁合金互連(線)和銅互連(線)，它們與包括經(jīng)通道互連的其它互連(線)在內(nèi)的單個器件耦連。
形成互連，特別是形成銅互連的一種典型方法就是鑲嵌工藝。一項典型的鑲嵌工藝包括在一層電介質(zhì)中形成通向下面諸如一個晶體管或是一個互連的電路器件的通道和在上覆蓋的溝槽。然后將通道和溝槽襯以一層諸如氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)的難熔材料阻擋層。阻擋層的作用，一個方面是要阻止隨后將會引入通道和溝槽內(nèi)的互連材料向電介質(zhì)中擴散。其次，在通道和溝槽的單壁或多壁上淀積一層合適的引接(seed)材料。用于淀積銅互連材料的合適引接材料包括銅(Cu)、鎳(Ni)和鈷(Co)。接著，通過電鍍或是物理淀積將諸如銅之類的互連材料按足夠的數(shù)量引入填充通道與溝槽并完成此互連結(jié)構(gòu)。一旦被引入，可使互連結(jié)構(gòu)平面化并在此互連結(jié)構(gòu)上引入一層電介質(zhì)材料(包括一層夾層電介質(zhì)材料)用以適當(dāng)?shù)馗綦x此結(jié)構(gòu)。
由于包括具有比鋁或鋁合金更低電阻率在內(nèi)的各種原因，銅已經(jīng)成為互連材料的普遍選擇。然而，銅互連材料也有其自身的限制。一項限制就是銅與電介質(zhì)材料的附著不良。上述在通道和溝槽側(cè)壁上的阻擋材料為鄰近的電介質(zhì)材料提供了粘附性。但在前述鑲嵌工藝中，并無阻擋材料出現(xiàn)在互連材料的頂部，從而通常是銅與電介質(zhì)材料直接接觸。銅材料與電介質(zhì)材料的附著不良造成例如在流過電流時產(chǎn)生銅材料的電遷移。
銅互連材料遇到的第二個問題包括難于將銅材料完全填進(jìn)通道。在一般的電鍍引入工藝中，能在通道內(nèi)出現(xiàn)空隙。空隙往往會聚集和產(chǎn)生互連的可靠性問題。空隙也增加了通道的電阻。
另一項當(dāng)前通常引入銅互連材料的限制是一般在形成晶片級集成電路器件中會遇到的在隨后的退火步驟中形成與氣泡的互連或是形成小丘的傾向。這些氣泡和小丘使晶片上經(jīng)不同情況平面化的互連層斷裂。
為了改進(jìn)互連結(jié)構(gòu)的引入與特性，我們需要什么樣改進(jìn)的互連結(jié)構(gòu)與技術(shù)呢？附圖簡述

圖1為按本發(fā)明一項實施方案的一互連結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面示意圖。
圖2為在引入一分路材料的帽蓋之后圖1的結(jié)構(gòu)示圖。
圖3為按本發(fā)明第二實施方案在一電介質(zhì)材料中并嵌入阻擋材料形成的一互連結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面示意圖。
圖4為在阻擋材料上引入分路材料之后的圖3結(jié)構(gòu)的示圖。
圖5為在分路材料上引入引接材料之后的圖4結(jié)構(gòu)的示圖。
圖6為在引接材料上引入互連材料之后的圖5結(jié)構(gòu)的示圖。
圖7為在引入一分路材料帽蓋之后的圖6結(jié)構(gòu)的示圖。
圖8為包含有基本填充了分路材料的通道與由分路材料包封住的互連材料的一互連結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面示意圖。
詳細(xì)說明公開了一種集成電路以及形成這種電路的方法。在一項實施方案中，描述了一種包含一導(dǎo)電分路材料的互連結(jié)構(gòu)。分路材料可以譬如覆蓋互連材料，諸如覆蓋溝槽和通道內(nèi)的銅互連材料；諸如通過嵌入溝槽和通道的側(cè)壁包圍互連材料；以及/或者基本填充通道和溝槽互連結(jié)構(gòu)的通道。選用導(dǎo)電的分路材料，在一個方面要歸因于有助于改進(jìn)互連結(jié)構(gòu)。譬如，就含銅的互連結(jié)構(gòu)而言，這種歸因包括，但不限于，改進(jìn)了與電介質(zhì)材料的附著性、減少小丘或氣泡、以及減少電遷移。
在另一實施方案中，描述了引入一分路材料的技術(shù)。該技術(shù)包括一種化學(xué)引發(fā)的氧化-還原反應(yīng)工藝，它是作為一項無電的工藝進(jìn)行描述的。無電工藝使得，在諸如在表面上這類能夠產(chǎn)生氧化-還原反應(yīng)的所需要的地方，可以有選擇地引入分路材料。這里所述的無電工藝還無需為引入分路材料進(jìn)行預(yù)先的活化步驟。此外，通過控制包含在氧化-還原或無電工藝中的成分(例如，還原劑、螯合劑、pH調(diào)節(jié)劑、催化劑等等)減少了向互連材料或分路材料中引入的雜質(zhì)種類。
圖1示出一典型的集成電路結(jié)構(gòu)，諸如在一硅晶片上的微處理器芯片的局部。一個諸如微處理器芯片之類的典型集成電路可能有，譬如四或五層互連層或由電介質(zhì)材料彼此分隔開的層次。結(jié)構(gòu)100包含在基片110上的互連線?；?10可以是晶片基片，它有包含在其上的晶體管以及一層或多層到器件的互連的電路器件。圖1示出接觸點120，它可能是形成在晶片上或其內(nèi)的電路器件，也可能是形成在晶片上面與晶片上的器件相連的互連線。要理解到這里所描述的是可能應(yīng)用于集成電路中的各式各樣互連的技術(shù)，它包括與電路器件以及其它互連的相互連接。就此意義而言，接觸點120代表作了互連接觸的地方的這種器件或互連。
圖1繪示一基片局部的側(cè)視剖面。覆蓋在基片110上的是電介質(zhì)材料130。電介質(zhì)材料130譬如是，由四乙基原硅酸酯(TEOS)或等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)源形成的二氧化硅(SiO2)。電介質(zhì)材料130還可以是一種介電常數(shù)比SiO2的介電常數(shù)更低的材料(例如，一種“低k”材料)，它包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的聚合物。
圖1示出穿過電介質(zhì)材料130露出接觸點110的通道170。圖1還示出了形成在部分電介質(zhì)材料130中通道170上面的溝槽175?？梢园凑找阎夹g(shù)形成溝槽和通道，譬如開始用一光刻掩模之類的掩模界定通道窗孔的面積(例如，剖面的面積)并用譬如是CH3/CF4或C4F8之類用于SiO2化學(xué)刻蝕的合適化合物刻蝕出通道。然后將此掩模去除(如用氧氣等離子體去除光刻膠)并用第二次加工圖形的掩模界定更大面積的(例如，更大的剖面面積)溝槽窗孔。隨后采用掩蔽和刻蝕形成溝槽并去除第二次掩模留下圖1中所示的基片。
圖1還示出基片有沿著通道和溝槽窗孔的側(cè)壁形成的阻擋材料140。在一項實施方案中，根據(jù)對阻擋材料特性的要求，阻擋材料140的淀積厚度在約10-15納米(nm)的范圍內(nèi)。例如，在一項實施方案中，阻擋材料140經(jīng)過選擇會有效地阻止互連材料的擴散，如象阻止銅向電介質(zhì)材料130中的擴散。阻擋材料140還可能要為它與電介質(zhì)材料130的粘附特性經(jīng)受選擇。適合作阻擋材料140的材料包括鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化硅鉭(TaSiN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、氮化硅鎢(WSiN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化硅鈦(TiSiN)以及鈷(Co)?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相淀積之類的常規(guī)技術(shù)引入阻擋材料140。在一項實施方案中，引入的阻擋材料140是作為覆蓋在電介質(zhì)材料130上面并沿著通道170的側(cè)壁和底部以及沿著溝槽175側(cè)壁的一層覆蓋層。
參照圖1，作為一層覆蓋層覆蓋著包含沿通道170和溝槽175的側(cè)壁和底部的阻擋材料140的是引接材料150。使用引接材料150，在某種意義上說，它與隨后的電鍍工藝一起形成通道170與溝槽175中的互連。當(dāng)阻擋材料可能是象鈦的化合物之類的導(dǎo)電材料時，它就能被在電鍍工藝中利用來輸送電流，阻擋材料140也可能不是一個優(yōu)良的導(dǎo)體并可能造成不均勻電流流過，它還可能對電鍍工藝和互連的可靠性造成有害的影響。就另一方面而言，引接材料150一般是在電鍍中提供均勻電流。而且，引接材料150在隨后形成的互連與基片之間提供增強的粘附力。
在一項實施方案中，用標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)或物理的淀積技術(shù)引入了例如銅材料作引接材料。沿著通道170和溝槽175的側(cè)壁和底部的引接材料150的厚度以不超過3,000埃()為適宜。
圖1示出在將互連材料160例如銅材料填入通道170和溝槽175之后的結(jié)構(gòu)100。如上所述的銅互連材料的典型引入技術(shù)是電鍍工藝。舉例來說，典型的電鍍工藝包括將基片(例如晶片)引入一種諸如硫酸銅基溶液的含金屬離子的水溶液中，并通過在有引接材料160的基片與一有溶液的電鍍槽陽極之間加上電流使離子還原(還原氧化值)成金屬態(tài)。銅金屬就淀積到引接材料150上填充通道170與溝槽175并形成一層銅互連材料160。
在一項實施方案中，互連材料160為銅或一種銅的合金。合適的銅合金包括銅-錫(CuSn)、銅-銦(CuIn)、銅-鎘(CuCd)、銅-鋅(CuZn)、銅-鉍(CuBi)、銅-釕(CuRu)、銅-銠(CuRh)、銅-錸(CuRe)、銅-鎢(CuW)、銅-鈷(CuCo)、銅-鈀(CuPd)、銅-金(CuAu)、銅-鉑(CuPt)以及銅-銀(CuAg)。合金通常是用兩種方法之一形成的。一般情況是，銅-錫、銅-銦、銅-鎘、銅-鉍、銅-釕、銅-錸、銅-銠和銅-鎢是電鍍形成的。另一種方法是，可以通過在平面化銅互連材料的頂面上引進(jìn)一層接觸置換層并退火形成合金將諸如銀、鉑、錫、銠和釕之類的催化金屬摻進(jìn)銅(見下段)。
可以將結(jié)構(gòu)100進(jìn)行平面化，諸如通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的化學(xué)-機械拋光法去掉存在電介質(zhì)材料130頂面上的阻擋材料140、引接材料150以及任何互連材料160直至電介質(zhì)材料130。圖1示出具有通道170和溝槽175中引入的互連材料160、引接材料150和阻擋材料140的并且電介質(zhì)材料130和互連結(jié)構(gòu)的表面經(jīng)受過平面化的結(jié)構(gòu)100。
圖2示出在向互連結(jié)構(gòu)的上部或露出的表面進(jìn)一步引入導(dǎo)電分路材料180之后的圖1的基片。引入了分路材料180，在一個方面，用于提高互連材料160與隨后引入的一層電介質(zhì)覆蓋層之間的粘附力。通過提高互連結(jié)構(gòu)與隨后引入的電介質(zhì)之間的粘附力，互連結(jié)構(gòu)的電遷移，特別是在電流流經(jīng)互連結(jié)構(gòu)時的電遷移，可以比現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)得到改進(jìn)。在第二方面，在互連材料160上面出現(xiàn)分路材料180減少了以后在集成電路制造中由退火步驟引發(fā)互連材料160的氣泡或小丘形成的傾向。包含分路材料180的好處還在于這種材料可以在以后對互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行的刻蝕操作中用作阻刻物。
經(jīng)化學(xué)引發(fā)的氧化-還原反應(yīng)引入分路材料180的一項技術(shù)在這里亦稱為無電鍍技術(shù)。與電鍍工藝不一樣，無電鍍工藝不是由外加電流來實現(xiàn)的，而是代之以依賴鍍膜工藝的組成(例如，鍍液的組成)去啟動和進(jìn)行鍍膜工藝。一項技術(shù)包含將結(jié)構(gòu)100置于含一種或多種金屬離子的鍍液中，這些金屬離子是要作為分路材料180鍍到或引入到露出的導(dǎo)電表面(例如，導(dǎo)電材料160、引接材料150以及阻擋材料140)上的；鍍液并含用以還原金屬離子氧化值的一種或多種還原劑。如前所述，將難熔、貴重和/或過渡金屬以具有正氧化值的離子態(tài)引入。由于金屬是處于具有正氧化值的離子態(tài)，它們在某種意義上就是分路材料的前體。
在一項實施方案中，分路材料包含鈷或鎳，或者一種鈷或鎳的合金。適合的鈷合金包括(但不限于)鈷-磷(CoP)、鈷-硼(CoB)、鈷-磷-硼(CoPB)、鈷-金屬-磷(CoMeP)、鈷-金屬-硼(CoMeB)以及鈷-金屬-磷-硼(CoMePB)。這里所用的“Me”包括(但不限于)鎳(Ni)、銅(Cu)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、銥(Ir)、錸(Re)和鎢(W)。使用難熔金屬(例如，W、Re、Ru、Rh、Cr、Mo、Ir)通過提高分路材料的粘附特性以及分路材料180的機械硬度提高分路材料180的特性。將Co和/或Ni與一種貴重金屬(如Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru)相組合使貴重金屬在向Cu和Cu合金的線/通道上進(jìn)行無電鍍時起到催化表面的作用。使用諸如Ni、Cu、Cd、Zn、Pd、Au、Ag、Pt、Sn、Rh和Ru這類金屬使得能在阻擋材料上直接引入(如，淀積)分路材料。磷(P)和硼(B)被加入了分路材料中是由于還原劑氧化的結(jié)果。P和B會改進(jìn)分路材料的阻擋和腐蝕特性。
不愿受理論的束縛，相信結(jié)構(gòu)100上露出的導(dǎo)電表面當(dāng)其裸露在鍍液成分中時是經(jīng)受著一次氧化-還原(REDOX)反應(yīng)。被引入的分路金屬元素的金屬離子氧化值被減小，與此同時還原劑的氧化值則增大。諸如Au、Ag、Pt、Pd、Rh和Ru之類的貴重金屬還能取代結(jié)構(gòu)100中露出的銅金屬，所取代的銅金屬被氧化成銅離子(如，接觸置換)。關(guān)于引入鈷的金屬離子，是通過氯化鈷、硫酸鈷等提供諸如鈷的金屬離子(分路材料前體)，在一項實施方案中引入的濃度范圍約為每升10-70克(g/l)，單獨的離子成分或是按所需合金構(gòu)成增加含此金屬(如Ni、Cu、Cd、Zn等)離子的化合物。適宜加入的化合物實例包括鎢酸銨(用于含W的合金)、高錸酸銨(用于含Re合金)等等。增加化合物的適宜濃度范圍包括0.1至10g/l。
要在諸如銅、鉭或鈦之類的導(dǎo)電表面上引入金屬離子，就要減少引入金屬離子的氧化值。要減少金屬離子的氧化值，就要在鍍液中包含一種或多種還原劑。在一項實施方案中，還原劑是選用濃度范圍在約2-30g/l的諸如次磷酸銨、硼酸二甲胺(DMAB)和/或二羥乙酸之類的無堿性金屬還原劑。鍍液也可包含濃度范圍在約5至70g/l的諸如檸檬酸、氯化銨、甘氨酸、醋酸和/或丙二酸之類的一種或多種無堿性金屬螯合劑，供在一個方面絡(luò)合銅。再進(jìn)一步，還可以包含一種或多種有機添加劑以便于氫氣的逸出。合適的有機添加劑包括濃度范圍在約0.01至5g/l的Rhodafac RE-610TM、胱氨酸、Triton x-100TM、聚丙二醇(PPG)/聚乙二醇(PEG)(在約200至10,000的分子范圍內(nèi))。還可在鍍液中包含諸如氫氧化銨(NH4OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、四乙基氫氧化銨(TEAH)、四丙基氫氧化銨(TPAH)和/或四丁基氫氧化銨(TBAH)之類的無堿性金屬pH調(diào)節(jié)劑，以實現(xiàn)pH值如3至14這樣合適的pH范圍。諸如所述的無電鍍鍍液的具有代表性的工藝溫度大約30至90℃。
通過使用無金屬的還原則、添加劑和pH調(diào)節(jié)劑，鍍液中不含需鍍以外的金屬。有意義的是，在一項實施方案中，鍍液不含現(xiàn)有鍍膜技術(shù)中一般用到的鉀或鈉。在鍍液中出現(xiàn)鉀和鈉之類的金屬離子能沾污所鍍的材料。通過使用無金屬的成分就減少了沾污的危險。上述鍍液和無電鍍工藝的另一優(yōu)點是它可以不經(jīng)過在以往一般鍍膜工藝中所要采用的活化步驟來完成鍍膜操作。再有就是，使用一種以上的還原劑能夠引入各種合金作為分路材料180。
如上所述，化學(xué)引發(fā)的氧化-還原反應(yīng)或無電鍍工藝向露出的導(dǎo)電表面(如金屬)引入(如鍍上)分路材料180適合于一種化學(xué)引發(fā)的氧化-還原反應(yīng)。在鍍膜操作之前，可以對結(jié)構(gòu)100上露出的導(dǎo)電材料表面進(jìn)行處理以提高無電鍍分路材料180的均勻性。在為提高無電鍍分路材料的均勻性對露出的導(dǎo)電表面進(jìn)行表面處理的情況下，對露出的導(dǎo)電材料可以用諸如體積為百分之1至20的氫氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、磺酸的一種試劑進(jìn)行表面處理，用以清潔銅的互連材料，其中的磺酸有如甲磺酸(MSA)、乙磺酸(ESA)、丙磺酸(PSA)和/或苯磺酸(BSA)。
在無電鍍工藝之前，還可以對互連材料160摻雜。在用譬如鈀對銅的互連材料摻雜的情況下，可以通過引入鈀的活化溶液來實現(xiàn)摻雜。合適的活化溶液包括氯化鈀(0.01至2g/l)和鹽酸(每升0.01至30毫升(ml/l))、醋酸(100-600ml/l)、氫氟酸或氟化銨(1至70g/l)。如若需用金(Au)、鉑(Pt)、銀(Ag)、錫(Sn)、銠(Rh)和/或釕(Ru)對銅線摻雜，可以從含有金屬鹽以及諸如鹽酸、氫氟酸、硫酸和硝酸之類的酸的溶液中通過接觸置換將這樣一些金屬引入銅互連材料。
圖2示出具有分路材料作為帽蓋或覆蓋結(jié)構(gòu)的互連結(jié)構(gòu)。作為非限定的示例，具有約5至300納米(nm)厚度的一層分路材料是合適的。
圖3-6繪示第二實施方案，其中的導(dǎo)電分路材料被用于包封互連材料。參照圖3，示出了與圖1對應(yīng)描述的類似集成電路結(jié)構(gòu)的部分剖面。結(jié)構(gòu)200包含有接觸點220的基片210，接觸點220是如一晶體管或一下層互連結(jié)構(gòu)之類的電路器件。通道270和溝槽275形成在覆蓋結(jié)構(gòu)210的電介質(zhì)材料230中。阻擋材料240譬如鉭、氮化鉭、氮化硅鉭、鎢、氮化鎢、氮化硅鎢、鈦、氮化鈦、氮化硅鈦或鈷嵌入通道270和溝槽275的側(cè)壁和底部。任選地還可將一層引接材料(未示出)覆蓋住阻擋材料240以及通道270和溝槽275。
圖4示出在引入分路材料280A之后的圖3結(jié)構(gòu)200。參照圖2及其連帶的有關(guān)引入分路材料180的正文，可以用類似的方式通過化學(xué)引發(fā)氧化還原反應(yīng)或無電鍍工藝的途徑，在結(jié)構(gòu)200露出的導(dǎo)電表面上引入分路材料280A。在一項實施方案中，結(jié)構(gòu)200露出的導(dǎo)電表面包括阻擋材料240或覆蓋在阻擋材料240上的一層引接材料以及可能的接觸點200。用于分路材料280A的合適材料類似于前面所述的那些，它包括無電鍍敷的金屬，諸如鈷和鎳，以及它們的合金，包括含貴重和難熔金屬以及如磷和硼之類準(zhǔn)金屬的合金。參照圖4，分路材料280A嵌入通道270和溝槽275的側(cè)壁和底部。
接在引入分路材料280A之后，可以在通道270和溝槽275周圍保形的狀況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)200的退火以提高分路材料280A與阻擋材料240的粘附性。在一項實施方案中，結(jié)構(gòu)200是在諸如氮和氫、單獨的氫或氬和氫之類的還原氣氛中進(jìn)行退火的。另一種方法，可以在真空中進(jìn)行結(jié)構(gòu)200的退火。
接在引入分路材料280A和隨后的退火之后，如圖5中所示在分路材料280A上面引入引接材料290，它在某種意義上是為了提高在分路材料280A和以后引入的互連材料之間的粘附性。一種對銅的互連材料合適的引接材料是銅基的引接劑。在一項實施方案中，可以按照無電鍍工藝引入銅基的引接材料。經(jīng)無電鍍工藝引入銅的一項方法是將結(jié)構(gòu)200浸沒在鍍液中，這種鍍液含有銅離子(如，1-5g/l)、EDTA(10-60g/l)、用作還原劑的二羥乙酸(2-20g/l)以及諸如四甲基氫氧化銨(TMAH)和/或氫氧化銨(NH4OH)之類的pH調(diào)節(jié)劑。在無電鍍引接材料290之后，可將此結(jié)構(gòu)再進(jìn)行退火以提高引接材料290與以后引入的互連材料之間的粘附性。在一項實例中，退火是在還原氣氛(氮/氫、單獨的氫或氬/氫)或是真空中進(jìn)行的。
圖6示出在引入互連材料260之后的結(jié)構(gòu)200。在一項實施方案中，互連材料260是銅或如前所述的一種銅合金。在如前述的合金情況下，合金可以是鍍上或是引入銅并摻雜。接在引入例如銅或銅合金的互連材料260之后，可將結(jié)構(gòu)200平面化，如若需要，通過例如一次化學(xué)-機械拋光露出電介質(zhì)材料230并確定互連結(jié)構(gòu)。
參照圖7，分路材料280B在這里可以是任意選取引入包封互連材料260的。用作分路材料280B的合適材料與前面所說的那些相似，它包括鈷和鎳以及它們的合金，這些合金包括含貴重和難熔金屬以及如磷和硼之類準(zhǔn)金屬的合金。引入分路材料280B可以如前所述參照圖2和分路材料180經(jīng)過諸如一次化學(xué)引發(fā)的氧化還原反應(yīng)或無電鍍工藝來實現(xiàn)。
包封的互連結(jié)構(gòu)，即帶有包封的互連材料260的互連結(jié)構(gòu)為支撐互連材料260提供了一個機械框架。包封的互連材料260改進(jìn)了電遷移性能，特別是在電介質(zhì)材料230屬于低k電介質(zhì)材料的地方就更是如此，那種材料可能比SiO2更軟。包封的互連結(jié)構(gòu)還提供了一層包圍互連材料260的附加阻擋層。在銅互連材料的情況下，已經(jīng)觀測到電遷移性能受到沿著銅互連線的表面擴散的限制。通過用分路材料280A和280B包封銅材料，可以限制住表面擴散從而改進(jìn)電遷移性能。
對應(yīng)于包封結(jié)構(gòu)的前述無電鍍工藝還描述了無電引入銅引接材料。無電鍍引接材料能取代傳統(tǒng)的物理淀積引入引接材料。
除對應(yīng)于包封結(jié)構(gòu)的前述好處之外，在參照圖2及其正文中的分路材料帽蓋所見到的好處也被圖7中所示的包封結(jié)構(gòu)所感受。也就是分路材料280B將會提高互連結(jié)構(gòu)與一層覆蓋電介質(zhì)材料的粘附性，這一層覆蓋電介質(zhì)材料包括通常作為一層夾層材料引入的氮化硅阻刻蝕層。當(dāng)分路材料280B能夠用作阻刻蝕層時，分路材料280B還能免去對增加一層如氮化硅之類的阻刻蝕層的需要。按照這種方式，改進(jìn)的電介質(zhì)材料，包括改進(jìn)的低k電介質(zhì)材料可用來隔離互連結(jié)構(gòu)。還有如前面所提到過的，分路材料280B還會減少以后退火工藝中的小丘或氣泡形成而且還會改進(jìn)互連材料260的成品電阻。
圖8示出另一實施方案的互連結(jié)構(gòu)。圖8所示結(jié)構(gòu)300是與前述的結(jié)構(gòu)100和200類似的集成電路結(jié)構(gòu)的一部分。結(jié)構(gòu)300包括具有接觸點320的基片310，此接觸點320譬如是包括一晶體管或一互連的電路器件。覆蓋住接觸點320的是形成在通過電介質(zhì)材料330的通道370和溝槽375內(nèi)的一個互連結(jié)構(gòu)。互連結(jié)構(gòu)包括引入通道370內(nèi)的分路材料380A。在此實施方案中，分路材料380A基本上填充了通道370。分路材料380A可以通過化學(xué)引發(fā)的氧化還原反應(yīng)或無電鍍工藝引入，利用接觸點320作為起動鍍膜工藝的表面。另一種方法是，在引入分路材料380A之前，可以沿著溝槽和通道370的側(cè)壁與基底引入如前所述一層阻擋材料。
圖8示出沿著溝槽375的側(cè)壁和基底引入的阻擋材料340。在此實施方案中，從通道中省略掉阻擋/引接材料，而且代之以分路材料380A基本上填充著通道370。覆蓋著阻擋材料340的是任意選用的分路材料380B。覆蓋著分路材料380B的是任意選用的譬如無電鍍銅的引接材料390?；ミB材料360，譬如是銅或一種銅合金的，被引入溝槽375內(nèi)填充溝槽。與參照圖2的前述分路材料帽蓋類似，分路材料380C任選地引入包封互連材料360。用作分路材料380A、分路材料380B和分路材料380C的合適材料與前面所述的那些類似，并包括鈷和鎳以及它們的合金，這些合金包括含有貴重和過渡金屬以及磷和硼的合金。
用分路材料有選擇地填充通道370的優(yōu)點包括通過取消了在管栓和金屬層之間的一層界面使所形成的互連結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低的接觸電阻，其中的這種管栓(如鎢)可能是在現(xiàn)有工藝技術(shù)中使用到的。特別是通過化學(xué)引發(fā)的氧化還原反應(yīng)或無電鍍工藝，在通道370中引入分路材料380A還減少了在現(xiàn)有技術(shù)中向通道中鍍銅所見到的間隙填充問題。減少了間隙填充的問題改善了通道電阻從而改善了互連的性能。在不愿受理論束縛的同時，寧可相信間隙填充的問題可以避免，這是由于無電鍍工藝基本上是從位于下方的導(dǎo)電表面的表面輝光生成分路材料280A，從而減少這種通道形成的可能性。
將無電鍍用于引入上述材料和結(jié)構(gòu)的一套方法包括將要鍍膜的基片(晶片)浸沒進(jìn)一種無電鍍液中。一般情況是將晶片固定在一裝置中，此裝置要封閉成能防止晶片背側(cè)曝露在鍍膜的化學(xué)物質(zhì)中(因此減少了晶片背側(cè)金屬沾污的可能)。晶片固定裝置可以使晶片的器件一側(cè)(這一側(cè)已形成或者要形成電路)面朝下或面朝上地固定晶片，這就可少減少鍍膜工藝中由于氣體逸出而造成淀積的復(fù)雜性。通過加熱晶片、加熱鍍液或者兩者組合加熱達(dá)到能促進(jìn)所需反應(yīng)要求的溫度。在另一實施方案中，適合一種配送鍍膜。在此工藝中，將化學(xué)物質(zhì)配送在晶片的器件一側(cè)上，同時再度保護住背面免于暴露。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以限制氧化和還原劑與設(shè)在很接近加工晶片處的管道與其它裝置之間的相互作用。從而，很少或是沒有因鍍液的分解而出現(xiàn)耗費金屬離子的淀積。再就是，反應(yīng)的溫度是通過加熱晶片、鍍膜的化學(xué)物質(zhì)或它們兩者達(dá)到的。另一實施方案中，無電淀積是在一晶片擦洗器上進(jìn)行的。擦洗器一般由圓柱狀的旋轉(zhuǎn)盤組成，它從晶片的兩側(cè)機械地去除碎屑。擦洗步驟一般是一次化學(xué)機械拋光(CMP)工藝的最終步驟。由于前述分路材料的引入一般接著CMP進(jìn)行，在晶片擦洗器5上的無電引入能使無電工藝與單一的CMP工具集合在一體。
在前面的詳細(xì)描述中陳述了加入一層分路材料的改進(jìn)的互連結(jié)構(gòu)以及形成這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)。本發(fā)明是參照它的具體實施方案描述的。然而顯然可見，在不超出權(quán)利要求中宣布的本發(fā)明更廣闊的精神與范圍的情況下可以對其作出各色各樣的修改與變動。因而，說明書與附圖只能認(rèn)為是解說性的，并無限定意義。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在穿過一接觸點上的一電介質(zhì)的一窗孔內(nèi)引入一互連結(jié)構(gòu)的一部分；并且經(jīng)過化學(xué)引發(fā)的氧化一還原反應(yīng)鄰近此互連結(jié)構(gòu)的此部分引入一導(dǎo)電的分路材料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中引入分路材料包括在存在一還原劑情況下引入一種分路材料的前體。
3.權(quán)利要求2的方法，其中還原劑包括一種無堿性金屬的材料。
4.權(quán)利要求2的方法，其中引入分路材料的前體包括在存在一種非金屬螯合劑的情況下引入此分路材料的前體。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括在用一無堿性金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH的堿性環(huán)境中引入分路材料。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括在引入分路材料之前，改變互連結(jié)構(gòu)的露出表面。
7.權(quán)利要求6的方法，其中改變互連結(jié)構(gòu)的表面包括用剝離劑剝離和用摻雜劑摻雜兩者之一。
8.權(quán)利要求1的方法，其中引入互連結(jié)構(gòu)包括引入一阻擋材料和一互連材料，并且在引入互連材料之前引入和還原分路材料。
9.權(quán)利要求8的方法，其中引入互連結(jié)構(gòu)還包括在引入阻擋材料之后引入一引接材料。
10.權(quán)利要求8的方法，其中穿過電介質(zhì)材料的窗孔包括一個具有一截面面積和一容積的通道，以及一條通向通道具有比通道更大截面面積的溝槽，而且引入分路材料包括引入分路材料達(dá)到基本填滿通道的容積。
11.權(quán)利要求2的方法，其中引入分路材料包括將包含互連結(jié)構(gòu)的基片放入包含分路材料前體的一種鍍液中。
12.權(quán)利要求11的方法，還包括，在將基片放入鍍液之前，防止基片的一部分暴露在鍍液組分中。
13.權(quán)利要求2的方法，其中引入分路材料包括將分路材料的前體分送到互連結(jié)構(gòu)上。
14.權(quán)利要求2的方法，其中引入分路材料包括將包含互連結(jié)構(gòu)的基片放在一晶片擦洗器中；以及在晶片擦洗器中時將互連結(jié)構(gòu)暴露在分路材料的前體當(dāng)中。
15.一種方法，包括在穿過一接觸點上的一電介質(zhì)的一窗孔內(nèi)引入一互連結(jié)構(gòu)；在互連結(jié)構(gòu)的一露出表面上引入一種具有一氧化值的導(dǎo)電分路材料；以及還原分路材料的氧化值。
16.權(quán)利要求15的方法，還包括在還原分路材料的氧化值之前，引入一還原劑。
17.權(quán)利要求16的方法，其中還原劑包括一無堿性金屬的材料。
18.權(quán)利要求15的方法，還包括在存在一種非金屬螯合劑的情況下還原分路材料的氧化值。
19.權(quán)利要求15的方法，還包括在一堿性環(huán)境中還原分路材料的氧化值。
20.權(quán)利要求15的方法，還包括在引入分路材料之前，改變互連結(jié)構(gòu)的露出表面。
21.權(quán)利要求20的方法，其中改變互連的表面包括用剝離劑剝離和用摻雜劑摻雜兩者之一。
22.權(quán)利要求15的方法，其中引入互連結(jié)構(gòu)包括引入一阻擋材料和一互連材料，并且在引入互連材料之前引入和還原分路材料。
23.權(quán)利要求22的方法，其中引入互連結(jié)構(gòu)還包括在引入阻擋材料之后引入一引接材料。
24.權(quán)利要求22的方法，其中穿過電介質(zhì)材料的窗孔包括一具有一截面面積和一容積的通道，以及一條通向通道具有比通道更大截面面積的溝槽，而且引入分路材料包括引入分路材料達(dá)到基本填滿通道的容積。
25.一種裝置，包括一基片，包括一有接觸點的器件；一覆蓋器件的電介質(zhì)層，它有通至接觸點的一窗孔；以及一配置在窗孔內(nèi)的互連結(jié)構(gòu)，它包括一種互連材料和一不同的導(dǎo)電的分路材料。
26.權(quán)利要求25的裝置，其中分路材料覆蓋互連材料。
27.權(quán)利要求26的裝置，其中電介質(zhì)層是一層第一電介質(zhì)層，而且還包括有一通至分路材料的窗孔的一第二電介質(zhì)層。
28.權(quán)利要求25的裝置，其中互連結(jié)構(gòu)包括沿著窗孔側(cè)壁配置的一阻擋材料而且分路材料配置在阻擋材料和互連材料之間。
29.權(quán)利要求28的裝置，其中互連結(jié)構(gòu)包括一引接材料而且分路材料配置在引接材料和互連材料之間。
30.權(quán)利要求25的裝置，其中穿過電介質(zhì)材料的窗孔包括有一截面面積和一容積的一通道，以及有一比通道更大截面面積的通達(dá)通道的一溝槽，而且分路材料基本上填滿通道的容積。
31.權(quán)利要求30的裝置，其中互連結(jié)構(gòu)包括沿著窗孔側(cè)壁配置的一阻擋材料而且分路材料配置在阻擋材料和互連材料之間。
32.權(quán)利要求25的裝置，其中導(dǎo)電分路材料包括鈷和一種鈷合金兩者之一。
全文摘要
一種方法包括在一接觸點(120)上面在穿過一層電介質(zhì)的一個窗孔中引入一互連結(jié)構(gòu)，并經(jīng)一種化學(xué)引發(fā)的氧化－還原反應(yīng)引入一導(dǎo)電的分路材料(180)。一種方法包括在一接觸點上面在穿過一層電介質(zhì)的一個窗孔中引入一互連結(jié)構(gòu)，在互連結(jié)構(gòu)露出的表面上面引入有一氧化值的一導(dǎo)電分路材料，并還原此分路材料的氧化值。一種裝置包括一片含有帶接觸點的一器件的基片、一層蓋住器件并有一窗孔通向接觸點(120)的介質(zhì)層(130)、以及配置在含有一種互連材料和一種不同導(dǎo)電分路材料(180)的窗孔中的一互連結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/52GK1484856SQ01821577
公開日2004年3月24日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者P·J·麥克格雷戈爾, C·托馬斯, M·達(dá)塔, V·杜賓, P J 麥克格雷戈爾, 硭 申請人:英特爾公司