本發(fā)明實(shí)施例涉及用于去除非銅溝槽中的雜質(zhì)的溝槽襯墊。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了多代IC，其中，每一代都具有比先前一代更小且更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步已經(jīng)增大了處理和制造IC的復(fù)雜程度，并且為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要IC處理和制造中的類似發(fā)展。在集成電路演化過程中，功能密度(即，每一芯片面積上互連器件的數(shù)量)通常在增大，而幾何尺寸(即，可以使用制造工藝產(chǎn)生的最小組件(或線))卻已減小。

作為半導(dǎo)體制造的一部分，可以形成導(dǎo)電元件以對(duì)IC的各個(gè)組件提供電互連。通常，通過在各個(gè)層中蝕刻溝槽+通孔或開口并且利用導(dǎo)電材料填充這些溝槽+通孔來形成這些導(dǎo)電元件。然而，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷演進(jìn)，關(guān)鍵尺寸變得如此小以至于使利用導(dǎo)電材料填充溝槽+通孔可能不容易。很多時(shí)候，在溝槽+通孔的填充期間會(huì)出現(xiàn)諸如空隙或突出部分的問題。這些問題可以降低半導(dǎo)體器件的性能并且甚至可以導(dǎo)致器件故障。

因此，雖然傳統(tǒng)的填充技術(shù)對(duì)于它們的預(yù)期目的通常已經(jīng)能夠滿足，但是它們不是在每個(gè)方面都已完全令人滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的開口；在所述開口的表面上形成阻擋層；在所述開口中的阻擋層上方形成襯墊層，其中，所述阻擋層和所述襯墊層具有不同的材料組分；以及利用非銅金屬材料填充所述開口，其中，所述非銅金屬材料形成在所述襯墊層上方。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的溝槽，其中，所述溝槽包括第一節(jié)段和形成在所述第一節(jié)段上方的第二節(jié)段，并且其中，所述第二節(jié)段比所述第一節(jié)段寬；在所述溝槽的表面上形成阻擋層；在所述溝槽中的阻擋層上方形成襯墊層，其中，所述阻擋層和所述襯墊層具有不同的材料組分；以及利用鈷材料填充所述溝槽，其中，在所述襯墊層上形成所述鈷材料，并且其中，所述鈷材料包含一個(gè)或多個(gè)氣隙；對(duì)所述鈷材料進(jìn)行退火，從而去除所述鈷材料中的一個(gè)或多個(gè)氣隙；以及在所述退火之后，對(duì)所述鈷材料執(zhí)行拋光工藝，從而形成互連結(jié)構(gòu)的通孔和金屬線，其中，由填充所述溝槽的第一節(jié)段的所述鈷材料的第一部分形成所述通孔，并且其中，由填充所述溝槽的第二節(jié)段的所述鈷材料的第二部分形成所述金屬線。

根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底；多個(gè)層，設(shè)置在所述襯底上方；開口，設(shè)置在所述多個(gè)層中；阻擋層，設(shè)置在所述開口的表面上；襯墊層，設(shè)置在所述阻擋層上，其中，所述阻擋層和所述襯墊具有不同的材料組分；以及非銅金屬材料，設(shè)置在所述阻擋層上并且填充所述開口，其中，所述非銅金屬材料基本不含雜質(zhì)和氣隙。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1至圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的處于各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件的截面圖。

圖7A至圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于去除雜質(zhì)的化學(xué)式和化學(xué)反應(yīng)。

圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗糜趯?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。

作為半導(dǎo)體制造的一部分，需要形成電互連件以電互連半導(dǎo)體器件的各個(gè)微電子元件(如，源極/漏極、柵極等)。通常，這涉及在層中(諸如在電絕緣層中)形成溝槽，并且隨后利用導(dǎo)電材料填充溝槽。然后拋光導(dǎo)電材料以形成諸如金屬線或通孔的電互連件。

然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)代代持續(xù)按比例縮小工藝，由于不斷減小的溝槽尺寸，所以以上討論的溝槽填充工藝會(huì)有問題。例如，盡管在過去的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)(例如，10nm或以上)中銅是用于填充溝槽(以形成金屬線和/或通孔)的良好的候選材料，但是其性能不能滿足于更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)(例如，5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或以下)。例如，對(duì)于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或以下，難以實(shí)現(xiàn)銅晶種在溝槽中的薄的且共形的沉積。電遷移也會(huì)成為一個(gè)問題。因此，如果仍然使用傳統(tǒng)的金屬填充技術(shù)(諸如銅填充)，那么更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)(例如，5nm及以下)下的半導(dǎo)體器件制造會(huì)遭受各個(gè)間隙填充問題。間隙填充問題可以危害半導(dǎo)體器件的性能并且甚至導(dǎo)致器件故障。

為了克服以上討論的間隙填充問題，本發(fā)明提出了用于利用非銅材料 填充溝槽的新方法和結(jié)構(gòu)，以用于更先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)，諸如5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或以下?，F(xiàn)在將參考圖1至圖8更詳細(xì)地討論本發(fā)明的各個(gè)方面。

圖1至圖6是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的處于各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件50的不連續(xù)的示意截面圖。在5nm或更低的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)下制造半導(dǎo)體器件50。半導(dǎo)體器件50可以包括集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)或其部分，并且可以包括各個(gè)無源和有源微電子器件，諸如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散的MOS(LDMOS)晶體管、高功率MOS晶體管或其他類型的晶體管。

半導(dǎo)體器件50包括襯底60。在一些實(shí)施例中，襯底60是摻雜有p型摻雜劑(諸如硼)的硅襯底(例如，p型襯底)。可選地，襯底60可以是另一合適的半導(dǎo)體材料。例如，襯底60可以是摻雜有n型摻雜劑(諸如磷或砷)的硅襯底(n型襯底)。襯底60可以包括諸如鍺和金剛石的其他元素半導(dǎo)體。襯底60可以可選地包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。此外，襯底60可以包括外延層(epi層)，其可以被拉緊以增強(qiáng)性能，并且該襯底可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，襯底60是基本導(dǎo)電或是半導(dǎo)電的。電阻率可以小于約10³歐姆-米。在一些實(shí)施例中，襯底60包含金屬、金屬合金或具有通式MX_a的金屬氮化物/硫化物/硒化物/氧化物/硅化物，其中M是金屬，X是N、S、Se、O、Si，以及其中“a”在從約0.4至2.5的范圍內(nèi)。例如，襯底60可以包含Ti、Al、Co、Ru、TiN、WN₂或TaN。

在一些其他的實(shí)施例中，襯底60包含具有在從約1至約40的范圍內(nèi)的介電常數(shù)的介電材料。在一些其他的實(shí)施例中，襯底60包含Si、金屬氧化物或金屬氮化物，其中通式為MX_b，其中M是金屬或Si，X是N或O，以及其中“b”在從約0.4至2.5的范圍內(nèi)。例如，襯底60可以包含SiO₂、氮化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭。

應(yīng)該理解，可以在襯底60中形成多個(gè)漏極/源極，并且可以在襯底60上方形成多個(gè)柵極。然而，出于簡(jiǎn)明的理由，本文未具體示出這些漏極/源極或柵極。

在襯底60上方形成介電層70?？梢允褂贸练e工藝形成介電層70。在各個(gè)實(shí)施例中，介電層70可以包含低k介電材料。低k介電材料可以指具有比二氧化硅的介電常數(shù)(為約3.9)低的介電常數(shù)的介電材料。作為非限制性的實(shí)例，低k介電材料可以包括摻雜氟的二氧化硅、摻雜碳的二氧化硅、多孔二氧化硅、多孔摻雜碳的二氧化硅、旋涂有機(jī)聚合物介電材料或旋涂硅基聚合物介電材料。

在介電層70上方形成蝕刻停止層80。此后，在蝕刻停止層80上方形成正硅酸乙酯(TEOS)層90。然后，在蝕刻停止層80上方形成另一介電層100。介電層100也可以包含低k介電材料。在一些實(shí)施例中，介電層100和介電層70可以具有類似的材料組成或相同的材料組成。

在介電層100上方形成層110。在一些實(shí)施例中，層110是TEOS層或不含氮的抗反射涂(NFARC)層。在層110上方形成氮化鈦(TiN)層120。在TiN層120上方形成NFARC層130。

應(yīng)該理解，本文中形成的各個(gè)層70-130僅是實(shí)例，并且不旨在限制。在其他的實(shí)施例中，可以省略或用不同的材料來代替層70-130中的一個(gè)或多個(gè)，或者可以將一個(gè)或多個(gè)附加的層添加至以上參考圖1所討論的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在參考圖2，對(duì)半導(dǎo)體器件50執(zhí)行圖案化工藝200，以形成開口(或溝槽)220。形成開口220的圖案化工藝200可以包括一次或多次蝕刻工藝。開口220形成為每一個(gè)開口都具有垂直尺寸230(例如，從開口220的頂部測(cè)量至介電層70的上表面的深度)。開口220還形成為包括具有不同橫向尺寸(例如，寬度)的兩個(gè)部分或節(jié)段(segment)。如圖2所示，每一個(gè)開口220都包括更寬的上部和更窄的下部。更寬的上部具有橫向尺寸240，并且更窄的下部具有橫向尺寸250。如以上所討論的，在5nm半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)(或更低)下制造本文中的半導(dǎo)體器件50。如此，尺寸230、240和250較小。例如，在一些實(shí)施例中，垂直尺寸230在從約至約的范圍內(nèi)，橫向尺寸240在從約至約的范圍內(nèi)，以及橫向尺寸250在從約至約的范圍內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖3，執(zhí)行多次沉積工藝300，以形成阻擋層320和襯墊層350。在通過開口220暴露的各個(gè)層的表面上形成阻擋層320?？梢酝ㄟ^物 理汽相沉積(PVD)工藝、化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝形成阻擋層320。在一些實(shí)施例中，阻擋層130包含氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)或其他合適的材料。除此之外，阻擋層320可以用于防止金屬擴(kuò)散的目的。

在阻擋層320上形成襯墊層350。可以通過物理汽相沉積(PVD)工藝、化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝形成襯墊層350。襯墊層350和阻擋層320具有不同的材料組分。配置襯墊層350的材料組分，使其用作化學(xué)反應(yīng)中的催化劑以去除諸如在隨后的填充開口220的沉積工藝中的配體的雜質(zhì)。在一些實(shí)施例中，襯墊層350包含銠(Rh)。在一些其他的實(shí)施例中，襯墊層350包含銅(Cu)。在又一其他的實(shí)施例中，襯墊層350包含鈷(Co)。在又一實(shí)施例中，襯墊層350包含鎳(Ni)。在一些實(shí)施例中，襯墊層基本由Rh或Cu或Co或Ni制成，并且除了Rh或Cu或Co之外基本不含其它材料。

襯墊層350還具有厚度360。厚度360可以配置為在一范圍內(nèi)，該范圍具有足夠的厚度以足以用作催化劑來去除隨后的沉積工藝中的雜質(zhì)，同時(shí)也足夠薄，從而使其不阻擋開口220的填充或以其他方式干擾制造工藝流程。在一些實(shí)施例中，襯墊層350的厚度360在從約至約的范圍內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖4，執(zhí)行沉積工藝400，以利用非銅導(dǎo)電材料420填充開口220。導(dǎo)電材料420是鈷，并且此后導(dǎo)電材料420可以可交換地稱為鈷材料420。在一些實(shí)施例中，沉積工藝400可以包括化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝。圖7A示出了用于形成鈷材料420的CVD工藝的示例性前體材料(二鈷六羰基丁基乙炔[Co₂(CO)₆:(HC≡CtBu)，CCTBA])的化學(xué)式。在其他的實(shí)施例中，鈷前體包括但不限于Co₂(CO)₆:(HC≡CtBu)、Co(MeCp)₂(其中，Cp表示環(huán)戊二烯基基團(tuán))、Co(CO)₃(NO)、Co(CO)₂Cp、CoCp₂、Co₂(CO)₆:(HC≡CPh)、Co₂(CO)₆:(HC≡CH)、Co₂(CO)₆:(HC≡CCH₃)和Co₂(CO)₆:(CH₃C≡CCH₃)。

在其他的實(shí)施例中，沉積工藝400可以包括電化學(xué)鍍(ECP)工藝而不是CVD工藝，以形成鈷材料420。

再次參考圖4，盡管銅(Cu)通常是傳統(tǒng)的溝槽填充工藝中所選擇的材料，但是其不是用于制造本文中的半導(dǎo)體器件50的較小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)(5nm或以下)的可選的候選材料。如以上所討論的，使用銅填充開口220可以導(dǎo)致各個(gè)間隙填充問題。而且，在這種較小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，銅的薄層電阻(Rs)會(huì)太高。因此，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，鈷代替銅作為填充開口220的材料。鈷具有良好的溝槽填充性能，并且對(duì)于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)(或以下)，與銅相比，使用鈷的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，在5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)(或更小)下，鈷的薄層電阻Rs比銅的薄層電阻Rs小。由鈷提供的更小的薄層電阻Rs提高了半導(dǎo)體器件50的器件性能。

然而，用于形成作為開口220中的導(dǎo)電材料420的鈷的沉積工藝400可以導(dǎo)致諸如配體材料的雜質(zhì)。例如，在阻擋層320上直接形成鈷材料420，會(huì)在鈷材料420內(nèi)部形成雜質(zhì)。結(jié)果，這些雜質(zhì)將導(dǎo)致低質(zhì)量的鈷填充開口220，例如，鈷材料420具有不能消除的空隙或間隙。

因此，本發(fā)明首先在阻擋層320上形成襯墊層350，隨后在襯墊層350上形成鈷材料420。如以上所討論的，配置襯墊層350的材料組分，使其用作與鈷材料420的雜質(zhì)(例如，配體)的化學(xué)反應(yīng)中的催化劑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖7B示出了該化學(xué)反應(yīng)(下文也會(huì)再次出現(xiàn))，稱為氫甲酰化(Oxo)催化作用。

如圖7B所示，配體材料的化學(xué)式在催化劑(襯墊層350，其可以包含Rh或Co或者甚至包含Cu或Ni)的左側(cè)，并且催化劑的右側(cè)示出了反應(yīng)產(chǎn)物。作為化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，將配體雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w產(chǎn)物(例如，醛)， 然后可以從半導(dǎo)體器件50去除該氣體產(chǎn)物。例如，可以通過真空泵或壓力泵或通過其他合適的制造工具去除氣體產(chǎn)物。在該方式中，填充開口220的鈷材料420具有提高的質(zhì)量(例如，基本不含諸如配體的雜質(zhì))。這允許之后去除鈷材料420中的間隙或空隙。

再次參考圖4，請(qǐng)注意，空隙或間隙450可以存在填充開口220的鈷材料420中。空隙或間隙450沒有必要具有如圖4所示的筆直的矩形形狀?？障痘蜷g隙450可以是沉積工藝400(其為共形沉積工藝)的結(jié)果，或者是其他工藝缺陷的結(jié)果。無論如何，將在下文所討論的隨后的工藝中去除這些空隙或間隙450。

現(xiàn)在參考圖5，執(zhí)行退火工藝500，以對(duì)半導(dǎo)體器件50進(jìn)行退火。在一些實(shí)施例中，退火工藝500具有在從約200℃至約500℃的范圍內(nèi)的工藝溫度，并且工藝持續(xù)時(shí)間從約30秒至約12000秒。作為退火工藝的結(jié)果，消除了鈷材料420內(nèi)部的空隙或間隙450(如圖4所示)。

現(xiàn)在參考圖6，對(duì)半導(dǎo)體器件50執(zhí)行拋光工藝600。在一些實(shí)施例中，拋光工藝600可以包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。作為拋光工藝600的結(jié)果，去除了鈷材料420的位于開口220外部的多余部分。換句話說，填充開口220的鈷材料420將具有與層130的上表面基本共面的上表面。

此時(shí)，由鈷材料的設(shè)置在開口220的更寬上部中的節(jié)段420A形成金屬線(多層互連結(jié)構(gòu)的金屬線)，同時(shí)由鈷材料的設(shè)置在開口220的更窄下部中的節(jié)段420B形成通孔(多層互連結(jié)構(gòu)的通孔)。由于這些鈷金屬線420A和通孔420B形成在襯墊材料350上，而不是直接形成在阻擋層320上，所以通過化學(xué)反應(yīng)去除鈷中的雜質(zhì)，在該化學(xué)反應(yīng)中襯墊層350的材料用作催化劑。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的制造半導(dǎo)體器件的方法800的流程圖。作為用于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或更小的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)的制造工藝的一部分，執(zhí)行方法800的一個(gè)或多個(gè)步驟。

方法800包括形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的溝槽的步驟810。溝槽包括第一節(jié)段和形成在第一節(jié)段上方的第二節(jié)段。第二節(jié)段比第一節(jié)段寬。

方法800包括在溝槽的表面上形成阻擋層的步驟820。

方法800包括在溝槽中的阻擋層上方形成襯墊層的步驟830。阻擋層和襯墊層具有不同的材料組分。在一些實(shí)施例中，襯墊層的形成包括形成以下中的一個(gè)：銠襯墊層、鈷襯墊層、銅襯墊層或鎳襯墊層。

方法800包括利用鈷材料填充溝槽的步驟840。在襯墊層上形成鈷材料。鈷材料包含一個(gè)或多個(gè)氣隙。

方法800包括對(duì)鈷材料進(jìn)行退火的步驟850，由此去除鈷材料中的一個(gè)或多個(gè)氣隙。

方法800包括在退火之后對(duì)鈷材料執(zhí)行拋光工藝的步驟860，由此形成互連結(jié)構(gòu)的通孔和金屬線。由填充溝槽的第一節(jié)段的鈷材料的第一部分形成通孔。由填充溝槽的第二節(jié)段的鈷材料的第二部分形成金屬線。

在一些實(shí)施例中，襯墊層的形成包括包括配置襯墊的材料組分，從而使得：當(dāng)鈷材料與襯墊層物理接觸時(shí)，通過化學(xué)工藝去除來自鈷金屬材料的雜質(zhì)，在該化學(xué)工藝中襯墊層用作催化劑。

應(yīng)該理解，可以在方法800的步驟810至860之前、期間或之后執(zhí)行附加的工藝，以完成半導(dǎo)體器件的制造。例如，方法800可以包括切割、封裝或測(cè)試工藝。出于簡(jiǎn)明的理由，本文中不詳細(xì)討論這些附加的制造步驟。

基于以上討論，可以看出，本發(fā)明提供了優(yōu)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)，并且提供了具有低k介電材料制造的器件。然而，應(yīng)該理解，其他的實(shí)施例可以提供附加的優(yōu)勢(shì)，并且本文沒有必要公開所有的優(yōu)勢(shì)，以及沒有特定優(yōu)勢(shì)是所有實(shí)施例都必需的。一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，可以改善溝槽填充問題，以用于諸如5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或更小的半導(dǎo)體制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于過去的技術(shù)節(jié)點(diǎn)(例如，大于5nm節(jié)點(diǎn))，使用銅的傳統(tǒng)的溝槽填充技術(shù)可能是足夠的。然而，由于器件尺寸隨著每一個(gè)技術(shù)時(shí)代而變得更小，所以對(duì)于諸如5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或以下的更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，銅填充的溝槽會(huì)具有間隙填充問題。另外，對(duì)于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，銅的薄層電阻Rs會(huì)太高。

為了克服與銅填充相關(guān)的問題，本發(fā)明利用鈷代替銅，并且對(duì)于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或以下，鈷具有比銅小的薄層電阻并且具有相當(dāng)好的間隙填充性 能。形成溝槽襯墊，從而使得鈷材料可以直接形成在溝槽襯墊上，而不是形成在阻擋材料上。選擇溝槽襯墊的材料組分，從而使得溝槽襯墊用作催化劑以幫助去除鈷材料中的雜質(zhì)(例如，配體)。在沒有雜質(zhì)的情況下，可以在隨后的退火工藝中消除鈷材料中的空隙或間隙。因此，由鈷材料形成的電互連元件(例如，金屬線和通孔)可以形成為基本不含雜質(zhì)和空隙/間隙。因此增強(qiáng)了器件性能。另一優(yōu)勢(shì)在于，鈷互連元件具有比銅互連元件更好的電遷移性能。又一優(yōu)勢(shì)在于，本發(fā)明不需要對(duì)現(xiàn)有的制造方法的諸多改變。如此，如果會(huì)增加制造成本，本發(fā)明并不會(huì)顯著增加制造成本。

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的開口。在開口的表面上形成阻擋層。在開口中的阻擋層上方形成襯墊層。阻擋層和襯墊層具有不同的材料組分。利用非銅金屬材料填充開口。在襯墊層上方形成非銅材料。

本發(fā)明的另一方面涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的溝槽。溝槽包括第一節(jié)段和形成在第一節(jié)段上方的第二節(jié)段。第二節(jié)段比第一節(jié)段寬。在溝槽的表面上形成阻擋層。在溝槽中的阻擋層上方形成襯墊層。阻擋層和襯墊層具有不同的材料組分。利用鈷材料填充溝槽。在襯墊層上形成鈷材料。鈷材料包含一個(gè)或多個(gè)氣隙。對(duì)鈷材料進(jìn)行退火，由此去除鈷材料中的一個(gè)或多個(gè)氣隙。在退火之后對(duì)鈷材料執(zhí)行拋光工藝，由此形成互連結(jié)構(gòu)的通孔和金屬線。由填充溝槽的第一節(jié)段的鈷材料的第一部分形成通孔。由填充溝槽的第二節(jié)段的鈷材料的第二部分形成金屬線。

本發(fā)明的又一方面涉及一種半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括襯底。在襯底上方設(shè)置多個(gè)層。在多個(gè)層中設(shè)置開口。在開口的表面上設(shè)置阻擋層。在阻擋層上設(shè)置襯墊層。阻擋層和襯墊層具有不同的材料組分。在阻擋層上設(shè)置非銅金屬材料并且填充開口。非銅金屬材料基本不含雜質(zhì)和氣隙。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的開口；在所述開口的表面上形成阻擋層；在所述開口中的阻擋層上方形成襯墊層，其中，所述阻擋層和所述襯墊層具有不同的材料組分；以及利用非銅金屬材料填充所述開口，其中，所述 非銅金屬材料形成在所述襯墊層上方。

在上述方法中，作為用于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或更小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的制造工藝的一部分，執(zhí)行所述開口的形成、所述阻擋層的形成、所述襯墊層的形成和所述開口的填充中的至少一個(gè)。

在上述方法中，填充所述開口的非銅金屬材料包含一個(gè)或多個(gè)空隙，并且其中，所述方法還包括：通過對(duì)所述非銅金屬材料執(zhí)行退火工藝來去除所述一個(gè)或多個(gè)空隙。

在上述方法中，所述填充包括在所述開口中沉積作為所述非銅金屬材料的鈷。

在上述方法中，形成所述襯墊層包括配置所述襯墊層的材料組分，從而使得：在所述開口的填充期間，當(dāng)所述非銅金屬材料與所述襯墊層物理接觸時(shí)，去除來自所述非銅金屬材料的雜質(zhì)。

在上述方法中，所述雜質(zhì)包括配體，并且其中，所述襯墊層用作所述配體的催化劑。

在上述方法中，所述襯墊層的形成包括形成銠襯墊層。

在上述方法中，所述襯墊層的形成包括形成鈷襯墊層。

在上述方法中，所述襯墊層的形成包括形成銅襯墊層。

在上述方法中，將所述開口形成為包括第一節(jié)段和設(shè)置在所述第一節(jié)段上方的第二節(jié)段，并且其中，所述第一節(jié)段比所述第二節(jié)段窄。

在上述方法中，填充所述開口的第一節(jié)段的所述非銅金屬材料是互連結(jié)構(gòu)中的通孔；以及填充所述開口的第二節(jié)段的所述非銅金屬材料是所述互連結(jié)構(gòu)中的金屬線。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：形成延伸穿過襯底上方的多個(gè)層的溝槽，其中，所述溝槽包括第一節(jié)段和形成在所述第一節(jié)段上方的第二節(jié)段，并且其中，所述第二節(jié)段比所述第一節(jié)段寬；在所述溝槽的表面上形成阻擋層；在所述溝槽中的阻擋層上方形成襯墊層，其中，所述阻擋層和所述襯墊層具有不同的材料組分；以及利用鈷材料填充所述溝槽，其中，在所述襯墊層上形成所述鈷材料，并且其中，所述鈷材料包含一個(gè)或多個(gè)氣隙；對(duì)所述鈷材料進(jìn)行退火，從 而去除所述鈷材料中的一個(gè)或多個(gè)氣隙；以及在所述退火之后，對(duì)所述鈷材料執(zhí)行拋光工藝，從而形成互連結(jié)構(gòu)的通孔和金屬線，其中，由填充所述溝槽的第一節(jié)段的所述鈷材料的第一部分形成所述通孔，并且其中，由填充所述溝槽的第二節(jié)段的所述鈷材料的第二部分形成所述金屬線。

在上述方法中，作為用于5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)或更小的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)的制造工藝的一部分，執(zhí)行所述溝槽的形成、所述阻擋層的形成、所述襯墊層的形成和所述溝槽的填充中的一個(gè)或多個(gè)。

在上述方法中，所述襯墊層的形成包括配置所述襯墊層的材料組分，從而使得：在所述溝槽的填充期間，當(dāng)所述鈷材料與所述襯墊層物理接觸時(shí)，通過化學(xué)工藝去除來自鈷金屬材料的雜質(zhì)，在所述化學(xué)工藝中所述襯墊層用作催化劑。

在上述方法中，所述襯墊層的形成包括形成以下中的一個(gè)：銠襯墊層、鈷襯墊層、銅襯墊層或鎳襯墊層。

根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底；多個(gè)層，設(shè)置在所述襯底上方；開口，設(shè)置在所述多個(gè)層中；阻擋層，設(shè)置在所述開口的表面上；襯墊層，設(shè)置在所述阻擋層上，其中，所述阻擋層和所述襯墊具有不同的材料組分；以及非銅金屬材料，設(shè)置在所述阻擋層上并且填充所述開口，其中，所述非銅金屬材料基本不含雜質(zhì)和氣隙。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述非銅金屬材料包括鈷。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述襯墊層包括銠。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述襯墊層包括銅。

在上述半導(dǎo)體器件中，所述開口包括第一節(jié)段和設(shè)置在所述第一節(jié)段上方的第二節(jié)段；所述第二節(jié)段比所述第一節(jié)段寬；填充所述第一節(jié)段的所述非銅金屬材料是互連結(jié)構(gòu)中的通孔；以及填充所述第二節(jié)段的所述非銅金屬材料是所述互連結(jié)構(gòu)中的金屬線。

上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí) 到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。