TW200818318A

TW200818318A - Integrated process for sputter deposition of a conductive barrier layer, especially an alloy of ruthenium and tantalum, underlying copper or copper alloy seed layer

Info

Publication number: TW200818318A
Application number: TW096130200A
Authority: TW
Inventors: rong-jun Wang; Hua Chung; Xianmin Tang; Jenn Yue Wang; Wei D Wang; Yoichiro Tanaka; Jick M Yu; Praburam Gopalraja
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2008-04-16
Also published as: WO2008027186A2; WO2008027186A3; US20070059502A1

Description

200818318 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】

本發明大體上是關於電氣内連線，包括阻障層於半導 I#藉I* 金 ' 胃路中。特別是，本發明是關於未遭氧化的導電性金屬阻陪 #層，例如無定形金屬阻障層、或氧化後具導電性的金屬随障層、以及其濺鍍沉積。術技前先、錢或稱為物理氣相沉積（physical vapor depost ion， PVD) ’為最普遍用來沉積金屬層與矽積體電路製造相關之材料的方法。應用到先進積體電路製造的挑戰之一為，濺鏡沉積薄襯層於鋼金屬化結構的垂直電氣内連線中，其通常稱為通道（via)。第1圖繪示一習知磁電管濺鍍反應器1〇的戴面，具有不同的標靶，以有效濺鍍銅（Cu)、鈕（Ta)、氣化纽（TaN)、和其他材料薄膜至高深寬比的孔洞中，並可進一步用於電漿清洗基材。反應器10包括大致對稱中心軸 14配置的真空室1 2。真空幫浦系統1 6抽吸真空室1 2内部而達1 (Γ6托耳（T 0 r Γ)的極低底壓。然而，經由流量控制器 2〇連接腔室的氬氣（Ar)氣體源18提供氬氣做為濺鍍工作氣體。真空室1 2内的氬氣壓力一般維持在低的亳托耳範圍。當沉積金屬氮化物時，第二氣體源2 2透過第二流量控制器24提供氮氣（N2)至腔室中。配置於中心軸14周圍的基座30托住晶圓32或其他欲賤鍍塗佈的基材。一未繪示之钳環或靜電吸座可用來支撐 200818318 %

晶圓3 2於基座3 0上。RF電源供應器3 4經由電容耦合電路3 6連接基座30，其具導電性且當作電極。存有電漿時，電容 RF 偏壓之基座 30 形成負直流（DC)自我偏壓 (seIf-bias)，藉以有效吸引及加速電漿中的正離子。電性接地護罩36避免藏鍵沉積在室壁和基座30側邊。選取的沉積材料標靶3 8置於基座3 0對面，並真空密接真空室12 且由絕緣件40電氣隔開。至少標靶3 8的正面是由待沉積至晶圓3 2上的金屬材料組成，就傳統觀層材料而言’其為鈦或钽。 DC電源供應器42相對接地護罩3 6施加負偏壓於標靶3 8，導致氬氣排入電漿，使帶正電荷的氬離子被負偏壓之標靶3 8吸引並從其濺鍍出標靶材料。有些濺鍍原子會落在晶圓3 2上且沉積形成標靶材料層。反應性濺鍍钽或其他金屬時，反應性氮氣另從氮氣氣體源1 8流入真空室1 2並與藏鐘钽反應而沉積氮化组層於晶圓32上。將磁電管44放置在標靶38背面可大幅提高標靶濺鍍速率和濺鍍離子化比例。磁電管44最好為小型、堅固且不均衡。既小又強可提高磁場密度，繼而增加離子化比例，且不均衡狀態會將磁場射入處理區域，以造成至少二作用：引導濺鍍離子至晶圓、和減少電漿消失於壁面。此種磁電管包括順著中心軸1 4且具一磁性的内部磁極4 6和圍繞内部磁極4 6且具相反磁性的外部磁極4 8。於標靶3 8正面之磁極46、48間延伸的磁場在標靶3 8正面附近形成高密度電漿區50，因而大幅提高濺鍍速率。不均衡磁電管44 7 200818318

可使外部磁極 4 8的總磁場強度，即其總面積上方的磁通量，實質上大於内部磁極4 6，例如二倍或以上。不均衡的磁場從標靶3 8投向晶圓32而延伸電漿，以引導濺鍍離子至晶圓3 2及減少電漿擴散至側邊。磁電管44可為圓形、三角形、或不對稱中心軸14的弧形；在不同應用中，其實質上可自中心軸14延伸到標靶3 8有用區域的外圍極限，或可置於標靶38周圍區域的中央。馬達52驅動轉軸54, 其沿著中心軸 1 4延伸且固定於支撐磁極 4 6、4 8的板子 56，使磁電管44繞著中心軸14轉動，並產生方位均一的時均磁場。若磁極4 6、4 8分別由相反極性的圓柱形永久磁鐵形成，則板子5 6由諸如軟磁不鏽鋼等磁性材料構成有利於做為磁性軛。可添加額外元素來增進性能。輔助RF感應線圈由RF 電源供應器72啟動；電磁線圈陣列74，例如4個排成矩陣的環狀線圈，各自由DC電源供應系統7 6啟動。線圈陣列 74在腔室的位置比前述低，其至少部分軸向位於晶圓 32背面。也可增設電浮護罩和側壁磁鐵。其他護罩結構亦可採用。傳統銅/钽襯層通道結構80繪示於第2圖的截面。導電特徵82形成在下介電層84。就銅内層内連線而言，導電特徵82可為埋置下介電層84内的銅層。上介電層86 沉積於導電特徵82和下介電層84露出的頂面上。二氧化矽為介電層8 4、8 6的傳統介電材料，但已研發其他低介電常數（k)材料，然目前仍多選用氧化物材料，通常為含氫的 8 200818318 多孔矽氧碳化物。通孔8 8蝕穿上介電層8 6而位於導電特徵82上且露出導電特徵82。通孔88將做為導電特徵82 和其他導電特徵與形成於上介電層86内和上之水平内連線間的垂直電氣連線。鋼為目前用於先進積體電路之各種電氣連線的較佳材料。然而，銅無法直接接觸介電層86。銅與氧化物的黏附性不佳。銅也會擴散到上介電層86，導致介電層86喪失絕緣特性，進而造成製作裝置短路。同樣地，氧會從介電氧化物擴散到銅，以致降低鋼的導電性。因此，Ta/TaN雙層襯層常置於氧化物與鋼之間；但某些應用只需Ta層。雙層襯層包括TaN阻障層90和Ta黏著層92。TaN阻障層 90黏附於氧化介電層86，用以阻擋擴散；Ta黏著層92良好附著於其下的TaN和其上的銅。較佳地，TaN阻障層90 和Ta黏著層92為覆蓋通孔88側壁但不覆蓋底部，此乃因 TaN的電阻很高而Ta的導電性只屬中等。然某些應用不需

TaN阻障層90 TaN阻障層9〇和Ta黏著層92均可由第1 S的磁電管錢鍍反應器1〇沉積而得，其中標乾38的至少一濺鍍面組成為钽。或者，利用化學氣相沉積（cvd)類型的原子層 >儿積（ALD)可形成非常薄的TaN阻障層。藉著交替供應Ta前驅物和N前驅物，ALD可一次形成TaN或其他化合物單層。鋼金屬化結構的沉積較佳是採用電化學電鍍（ECp)。然 CP而要電鐘電極且受惠於銅的成核或晶種層。故薄的銅曰曰種層94 一般沉積在Ta黏著層92上。鋼晶種層亦可 200818318 由第1圖中具標靶38的磁電管濺鍍反應器ι〇沉積而得。銅Ba種層9 4期連續覆盍通孔8 8側壁達一定厚度，以形成電和及k供ECP製程良好的傳導路徑，並使ECp銅均勻成核。如以下所述，銅的連續性已變成主要的問題之一。應理解鋼可摻入10wt%以下的合金元素，例如鋁或鎂，但也可選用其他摻質。接著，進行ECP將銅填入通孔88其餘部分，及進行化予機械研磨（CMP)移除殘留在通孔以外之結構表面的銅。多數鋼金屬化結構採取雙嵌結構，其中上介電層86 經蝕刻形成垂直區隔結構，其下半部具有許多垂直延伸的通孔88，上半部具有水平延伸的溝渠以連接對應的通孔以，如此可提供垂直内連線與水平内連線、和用於另一金屬化層或最上層接墊的水平延伸接線。雙層襯層阻障層90、Ta黏著層92)和銅晶種層94通常利用一組步驟形成在通道與溝渠中，而利用單一 Ecp步驟沉積銅於垂直通道和溝渠的水平内連線中。下介電層84的導電特徵82可形成在下介電層84的溝渠中。磁電管濺鍍已成功應用於現今積體電路世代來沉積 Ta/TaN概層阻障層和鋼晶種層。側壁覆蓋性的改善方法為產生高比例的離子化錢鍍粒子及施加顯著的rf偏壓至第 1圖的晶圓基座30,其中當存有電漿時，電源供應器的電合輕合電路35產生負DC自我偏壓。負偏壓吸引帶正電何的濺鍍離子深入通孔8 8。然隨著通孔8 8寬度從目前90奈米（nm)節點的寬度縮小成32nm節點的更小寬度 10 200818318 (32nm節點之金屬 1層（metal-l)中的通道寬度預測將為 5 0nm)，且介電層86厚度仍保持為約1微米的情況下，未來積體電路世代將面臨更大的困難。提高孔洞的深寬比會引起數個問題。通道側壁上的阻障層90、黏著層92、和晶種層94，甚至是側壁下方，皆需有足夠的厚度才能達到其功能，例如最少為2nm或3 nm。這三層的總厚度開始填滿通孔8 8。

由於通孔8 8頂部易形成突出物9 6，濺鍍銅晶種層變得越來越困難。突出物96會大幅提高通孔88的深寬比，因而難以濺鍍沉積銅於側壁上。即使突出物9 6未封閉通孔 88，通孔88窄口處的限制孔徑亦會阻礙ECP期間的電解液流動。降低晶種層94的厚度可降低突出物96的跨度。但側壁的覆蓋均勻度總是不如毯覆式沉積於Ta黏著層92 頂面的平坦寬敞區域9 8，因此較薄的晶種層9 4可能會使銅晶種擴散成小球 1 00，而在小球 1 00間留下側壁孔隙 1 02。部分銅可沿著側壁上下擴散，但不足以沿著钽濕潤層擴散。側壁孔隙102露出底下的钽，露出的Ta黏著層92 在晶圓傳送到電鍍設備時可能會氧化成氧化钽。氧化會引起二個主要問題。銅不能良好黏附於氧化钽，也無法快速流過氧化钽。即使填入銅可連接氧化物上的側壁孔隙 1 02，其仍被氧化物隔開，因而造成可靠度問題。氧化和銅結塊均會降低銅溝填的能力。若側壁孔隙1 02太大以致周圍相連，可能會中斷電鍍的電流路徑。雖然Ta黏著層92 氧化後稍具導電性，但仍為有效絕緣體來阻擋電鍍電流流 11 200818318 至露出表面和通孔8 8下部。即氧化的钽阻障層會增加電鍍銅的難度，且形成的ECP銅常有孔隙，其直接源自突出物 96或源自通孔88下方2/3或1/2處不連續的晶種層94。

已知用來減少突出物 9 6的方法會在濺鍍沉積或個別氬氣濺鍍蝕刻步驟期間施加強大偏壓至晶圓，因而在晶圓上產生高負DC自我偏壓。偏壓加速離子高能移向晶圓。無論是氬離子或濺鍍離子，移向晶圓的高能離子會先蝕刻露出的角落。介電層86頂面之寬敞區域9 8上的銅同樣會被#刻而減少寬敞區域的銅厚度。但此區域期有較厚的銅層以提供晶圓邊緣至中心的電鍍電流。另外，先進裝置不期有強大的晶圓偏壓，否則高能離子可能會破壞薄層。钽和銅就像大多數的金屬一樣，通常為多晶材料。Ta 黏著層 92和銅晶種層 94的多晶形態可能會引起數個問題。钽晶粒邊界提供了銅擴散的路徑，故只有TaN阻障層 90具阻障功能。積體電路使用時的熱循環會引起不同程度的熱膨脹，使得Ta黏著層92可能沿著其晶粒邊界裂開，裂缝擴及TaN阻障層90而引起可靠度問題。釕已建議取代Ta黏著層92和銅晶種層94。釕不會快速氧化，即便如此，其會形成導電氧化釕。釕可黏附TaN 和銅，且可同時當作電鍍電極和晶種層。但釕技術難以實行。多數試圖採行化學氣相沉積，但速度缓慢且化學前驅物不易取得。滅，鏡訂似乎是未來可行的方法。純釕為多晶金屬，其微晶相當小，表面上看小於5nm。然釕層於製造或使用時容易碎裂。故就32nm節點、尤其是22nm節點應 12 200818318 用而言，釕的使用也需考量前述多晶钽的可靠度與擴散問題。即使在可氧化的Ta黏著層92上附加釕層，釕層厚度也必須減至最小，因通孔8 8内已有多層膜層。因此薄釕層本身並非為完美的解決方案。故需要更佳的阻障結構，其更可利用濺鍍而得。【發明内容】

本發明之一態樣包括一襯層結構，用於通孔介電質（例如氧化物）中的銅金屬化結構。襯層結構包括一阻障層，例如沉積在介電質上的氮化钽。非氧化耐火貴金屬合金層或氧化後具導電性的耐火貴金屬層沉積在阻障層上。耐火貴金屬合金可為釘组合金。本發明之另一態樣包括耐火貴金屬合金，例如沉積在介電質上的釕钽合金.，具有氮化鈦之氮化物的優點或除耐火貴金屬合金氮化物外之其他材料的優點。此外，諸如氮化釕组（RuTaN)的耐火貴金屬合金氮化物沉積在介電質上；耐火貴金屬合金則再沉積其上。本發明之又一態樣包括财火貴金屬合金，其為釕钽合金，原子比例如為5 : 95至95 : 5。鉑族中其他VIIIB族金屬（鐵除外）可代替釕。其他IVB族、VB族、VIB族金屬可代替钽。銅晶種層可沉積在耐火貴金屬上，用以電鍍銅於其上。耐火貴金屬本身可當作晶種與電鍍層。耐火貴金屬合金層可為無定形且實質上不具晶粒邊界，以做為有效阻障層。原子比為3 5 : 6 5至6 5 : 3 5的釕 13

200818318 钽合金在適當的沉積條件下易形成無定形結晶結高標靶功率或既小又強之磁電管可產生高離子化他無定形合金可具有金屬級導電性，且大部分的；小於 1 n m 〇耐火貴金屬合金的沉積可利用磁電管濺鍍或學氣相沉積等方法。在本發明之再一態樣中，RuTaN阻障層可沉質上，沉積方法為利用反應性濺鍍或化學氣相沉原子層沉積。本發明亦包括濺鍍耐火責金屬合金層做為阻般為濺鍍釕钽合金。本發明還包括濺鍍標靶，其含釕组合金。本發明之另一態樣採用耐火貴金屬合金層，钽合金，以做為鄰接介電質的阻障層。其可搭配使用，或者本身即做為電鍍銅的晶種層。本發明之又一態樣包括合鑄RuTa或相關阻著層與鋁。退火時，鑄成的氧化鋁當作阻擋水氣散粒子（特別是來自多孔低k介電質的粒子）的層。將鋁摻入釕的類似方法也可形成有效界面阻本發明之再一態樣包括一接觸襯層結構，用矽化層上的銅接觸金屬化結構，其中不同合金比< 接觸孔襯層亦覆蓋孔洞底部，且各合金比例為選適合底下矽層之摻雜類型的工作函數。貴金屬銅合金晶種層可由銅和 VIIIB族元- 構，例如比例。其 i晶（若有）其他如化積在介電積，例如障層，一濺鑛面包特別是釕銅晶種層障層和黏與其他擴界面阻障障層。於硬層或 Η 的 R u T a 用來產生 t之一（鐵 14 200818318 除外）組a。貴金屬_合金較佳為封_。合金比例可自由選擇，但含銅量最好小於25at%，甚至達^%或〇〇iat%。貴金屬銅合金晶種層可做為電鍍電極，尤其適用於銅。【實施方式】第3圖繪示鋼内連線襯層結構11〇之第一實施例的截面：釕钽（RuTa)合金的阻障層112直接沉積在上介電層86 和通孔88側壁上。RuTa合金為稍後將討論的耐火貴金屬合金種類之一。耐火貴金屬合金為金屬，故其具導電性且可利用預定合金纟且成之標靶進行磁電管濺鍍沉積而得。銅晶種層1 14沉積在RuTa阻障層112上，做為電鍍電極和晶種’以藉由電化學電鍍（ECP)將銅填入通孔88其餘部分。接著利用化學機械研磨（CMP)移除通孔88頂面上多餘的鋼。雖然Sun等人已於公開號為2〇〇6/〇〇63 375-ai的美國專利申請案提到RuTa層可當作晶種與電鍍層，但個別形成鋼晶種層於RuTa阻障層上的效果較好。此結構具有數個優點。含釕量可多到使RuTa合金不會快速氧化，或者氧化後因形成導電Ru〇而仍具導電性。如此，銅晶種層114底下的RuTa阻障層！ i 2或其他導電阻障層露出的部分可當作電鍍電極，更可將電鍍電流傳導至通孔8 8下部。

RuTa合金可形成各種結晶形態。在許多情況下，以以合金為多晶材料，其在本發明的許多態樣中仍保有優勢。然根據本發明之一態樣，可濺鍍沉積RuTa合金為導電無 15 200818318 定形金屬，此又稱為玻璃態金屬。即RuTa阻障層丨】〇曰Α 2實質上不含電子顯微鏡可觀察之至少大於i或2nm的微曰故RuTa阻障層112不含有效晶粒邊界。無定形眚全金另具有其他優點。實質上不含晶粒邊界代表實際上不"" 發生擴散通過無定形金屬合金層的行為。RuTa合金亦_ 黏附於氧化物。基於上述兩點，無定形責金屬合金

TaN阻障層。玻璃態RuTa合金就像大多數的玻璃態〜、兔屬

一樣’不會快速氧化。RuTa阻障層11 2的無定形形態 '5jp a 減少或消除許多涉及晶粒邊界的失效機制。無定形壓迫時稍具塑性，而不會將應力集中在晶粒邊界。過去廣泛應用玻璃態金屬，例如電漿喷塗至噴射引擎渦町耐火塗層。但將其應用於半導體產業實屬新意。由於合金比例5 0 : 5 0之無定形RuTa的導電性接近3 相的组，因此不需移除通孔8 8底部的阻障層。阻障層的電阻隨著Ru/Ta的比例增加而降低。但可視情況移除底部的阻障層。多晶RuTa仍帶來需多優於先前技術的好處。右RuTa黏著層形成於Ta或TaN上，則濺鍍沉積在 RuTa上的鋼晶種層已發現比形成於習知黏著層上還具更強的<111>結晶結構。在施加強大晶圓偏壓下提高RuTa濺鍍原子的離子化比例更易讓特定的耐火貴金屬組成變成無定形形態。提高離子化比例的方法可利用高標靶功率和既小又強之磁電管達成。藉由增加功率密度和改善磁性均勻性，Giing等人於 16 200818318 μ

美國專利證書號7，Ό 18,515中描述的LDR磁電管可將沉積層的結晶結構從多晶轉變成無定形。濺鍍可施行於各種錢鍍反應器。其一為從美國加州聖克拉拉之應用材料公司 (Applied Materials，Inc·)取得的 EnCoRe n Ta(N)腔室，此並說明於Gung等人提出之美國專利申請案號 10/950,349、西τϋ 2004年9月23曰申請、公開號為 2005/0263389-A1的申請案、和美國專利申請案號 1 1/1 19,350、西元2005年4月29曰申請、公開號為 2005/0263390-A1的申請案。以上三個申請案皆一併附上供作參考。如RuTa的耐火貴金屬合金，不論是多晶或無定形，都具有數個優點。不論是無定形或多晶，耐火釕合金的應力均小於純釕，故長期與短期的可靠度較佳。銅可良好黏附於釕、鈕、或RuTa，因此鋼晶種層1 14可視需求直接濺鍍沉積至RuTa阻障層112上。如同前述，不論是多晶或無定形，含釕量高的RuTa不會快速氧化，即便氧化也具相當高的導電性。減少氧化可更碟實濕、潤（w e 11 i n g)及結合銅。銅與釕和其合金的濕潤性佳可使銅較不會附聚結塊於 RuTa上，如此可沉積較薄的銅晶種層且連續形成於通道側壁。钽的比例太高並不利，因為钽極易氧化。但若氧化問題可由其他手段克服，例如保證形成連續的銅晶種層，則想必提高濕潤性可促進鋼在通道側壁上擴散’即使含釕量低也能增進銅的填洞能力。一般而言，增加釕的比例可改善填洞能力，但釕增加至1 00%會引發自身的缺點。另外， 17

200818318 當鋼被阻斷時，減少氧化及利用氧化釕的合金層提供可靠的電鍍電流傳導路徑。因蓋。具穿孔的鋼矩陣圖案仍符合要求，只以供ECP銅成核。即使鋼於沉積或進一步出的非氧化或至少部分導電的RuTa層仍垂直與水平的傳導路徑。銅突出物96仍可能形成，但因晶種^ 較不可能封閉通孔8 8窄口處。再者，促使側壁擴散也可能將突出材料扯入通孔88 物的寬度。如此，可免除進行較具侵略担出物生成或移除突出物。即使薄銅晶種層壁孔隙1 2 0的結境11 8而露出含r u阻障 1 20也是露出大體上非氧化或至少部分導如RuTa。然因含RU阻障層丨丨2的濕潤性和孔隙1 2 0可減少。阻障層提供了電鍍電鍍下部。濺鍍蝕刻銅可於寬敞區域上形居此可促進電鍍電流從晶圓邊緣流動。第4圖繪示可靠度較佳之通道襯層與 RuTaN阻障層132沉積在上介電層86上壁。RuTaN與氧化介電層86的黏附性| 擋銅和氧的漂移。RuTaN的含氮量可為 (at%)至25at%。RuTa阻障層112接著沉層1 32上。藉由在沉積氮化物時選擇性令一濺鍍反應器中濺鍍沉積HuTa阻障層1 導電性可使RuTa 此銅不需完全覆要矩陣的密度足 •處理時結塊，露舊提供電鍍電流 i 1 1 4較薄，故其 .含舒層上的銅於内，因而減少突出 :的方法來防止突 ’ Π 4擴散成具側層11 2，側壁孔隙 ;電的阻障層，例較佳，故結塊11 8 才δ和通孔8 8的電 ί較厚的銅層，如匕構1 3 0的截面。，包括通孔8 8側 L好，更能有效阻〇 · 〇 1原子百分比積在RuTaN阻障令應氮氣，可在同 12和RuTaN阻障 18 200818318 層 1 3 2。濺鍍沉積（PVD)不同金屬於二氧化矽（Si02)基材上的平面結構將進行一連串的彎折黏著測試。黏著強度Gc由4 點彎折測試測得。測試結杲列於表1。表1

Gc (J/m2) Si02 / PVD Ru <3 Si02 / PVD RuTa 10 Si02 / PVD Ta 12 Si02 / PVD RuTaN 24

數據顯示純釕的脆度，而含90at%Ru的RuTa合金幾乎像純.钽一樣堅固。重要的是，RuTaN層的強度為Ta或 RuTa的兩倍。類似的測試判斷銅晶種層和填充層與三種金屬的黏附性。結果均顯示彎折強度超過20焦耳/平方公尺 (J/m2) 〇在驗證測試中，已濺鍍沉積數個此類型的襯層結構。 RuTa合金可利用由钽區與釕區組成之馬賽克式標靶共同濺鍍而得、或採用個別的Ru與Ta濺鍍來源，其合金比例受控於施加至Ru與Ta標靶的相對功率。離子束濺鍍或脈衝雷射沉積（pulsed laser deposition，PLD)亦有助於錢鐘混合標靶。然為降低成本及簡化操作，期使用均勻的RuTa 標靶，其含有預定的合金比例、但釕與钽不相混。第5圖 19 200818318 局部截面繪示> <具質均勻的RuTa標耙14〇可藉由一起燒結混合比例^ ^ 應預定RuTa合金百分比的純釕粉末與純钽粉末混合物來^ 彤成。混合粉末和燒結劑注入燒結鑄模。鑄桓經兩溫和撰披、擇性高壓處理，以形成獨立的RuTa標靶盤 1 42，其斜邊 4 4對應護罩3 6且一者間存有電漿暗區。燒結製程為標為^之， '、產業所熟知。高壓高溫下進行擴散接合及使用玻璃金屬处人

写％合層可將標靶盤142黏接至例如由黃銅組成的背板146，甘、他標靶結合方式也很常見。部分背板1 46 並未覆蓋，以私* 从做為將標靶140裝設到濺鍍室上的凸緣。 R u T a m m ^ ^層或類似阻障層的合金比例以釕與鈕的原子百分比表矛π人、了；I於5 : 95至95 : 5之間。咸信幾乎等量的原子百分 (即50: 50的RuTa合金）可形成無定形形態。但含釕量即伟炎r 之為5at%有時仍具優勢。然而，釕很昂貴、脆日易〇另方面，钽會氧化，所以含量不能太高。一些實驗已發規人-1« 3有80at%或甚至70at%的釕會形成很小的微晶，但仔細調整濺鍍離子化比例和晶圓偏壓後，可沉積得到80 _ 20的無定形RuTa。57at%的釕已發現在適當條件下可形成玻璃態合金層。因此’ 2〇 : 8〇 # : 2〇為無定形尺❿的合金比例極限，此範圍内就算形成多晶RuTa也不易氧化。含釕量大於8〇at%預期可避免任何氧化發生。阻障材料的選擇，尤其是含釘量，會影響ECP鋼的溝填能力。—厚的金屬或金屬合金阻障層形成比為 5的100nm通道和深寬比為3的7〇nm溝渠，以> 一’一列的結構。晶種層的厚度可為15nm至形成系。結果列於表 20 200818318 2，其中”0”表示溝填能力不足，”X”表示溝填能力良好。表2

銅晶 Ta Ta〇.5Ru〇.5 Ta〇.2Ru〇.8 Ta〇. 05RU0.95 種層通溝通溝通溝通溝厚度道渠道渠道渠道渠 (nm) 150 0 X 0 X X X X X 300 0 X X X X X X X 450 0 X X X X X X X 600 0 X X X X X X X 800 0 X X X X X X X

數據顯示TaRu合金阻障層的溝填能力優於Ta阻障層。然如上所述，就最薄的銅晶種層而言，即使含釕比例達0 · 5，溝填能力仍不佳。純Ru阻障層已証實太脆。以上數據顯示，Ru : Ta的合金比例以原子百分比表示，較佳為大於50: 50至95: 5，更佳為80: 20至95: 5。但RuTa 含1-99at%的釕仍具有本發明的一些優點。第6圖概述形成内層金屬化結構之整合製程的流程。選擇性預洗步驟1 50清洗晶圓上的殘留物與氧化物，晶圓可能已存放在無塵室的大氣環境中。預洗方式有很多。氫氣電漿可形成於濺鍍室或其他含有晶圓的清洗室，或可由遠端電漿源（remote plasma source，RPS)產生、再傳送到處 21 200818318 理室，其具有移除氫離子的作用並倚靠氫自由基進行清洗。清洗方式可為在氫氣環境中進行熱退火。或者，清洗、 $式可使用以低能氬離子轟擊晶圓的氬氣電漿。 . 標準氮化物阻P早層沉積步騍1 52沉積RuTaN之氮化物阻障層；標準合金阻障層沉積步驟154沉積RuTa之合金阻障層。方便起見一私準阻障層沉積步驟1 5 2、1 5 4是在具預定含釕量之RuTa標靶的濺鍍室中進行。氮氣於氮化馨物阻P早層’/儿積^驟1 5 2期間引入腔室。二阻障層沉積步驟 152、154採取中等晶圓偏壓和高標靶功率，使得濺鍍離子被吸引至高深寬比的通孔内，且能量仍夠低來減少晶圓的濺鍍蝕刻量，特別是露出的寬敞區域。然這些條件同樣有利於沉積阻障層至通孔底部，因而降低底下導電特徵的接觸阻抗。二步驟得到的厚度在毯覆區域例如為2nm，但厚度也可為更小或高達約1 〇nm。穿通（punch through)步驟156移除通孔底部的阻障層。穿通方式可使用氬氣電漿或強烈持久的金屬標靶離子 ® 自行藏鍍’並配合強晶圓偏壓來吸引高能氬離子或金屬離子至通孔底部及濺鍍形成阻障層。穿通步驟156可於RuTa 賤錢室中進行，其裝有RF電源感應線圈與施加至標乾的最小DC功率。寬敞區域的濺鍍蝕刻深度例如為牦❿，藉此可移除寬敞區域的所有阻障層且亦應移除了通道底部的阻障層，此阻障層通常覆蓋不均。然也可視阻障層厚度採用4nm以下或以上的蝕刻深度。在強大的晶圓偏壓下，因 • 幾何形狀作用之故，至少可減少蝕刻高深寬比的通孔上部 22 200818318 侧壁。

RuTa快閃（flash)步驟158重新沉積RuTa至寬敞區域和通孔洞口周圍，以確保阻障材料覆蓋穿通步驟丨5 6所露出的下介電質。RuTa快閃沉積的進行條件為低能且大致等向性沉積例如Ru與Ta中性濺鍍離子，其可藉由降低標靶功率和降低晶圓偏壓達成。快閃步驟丨5 8可在同樣的RuTa 賤鍍室中進行。快閃步驟得到的厚度在寬敞區域例如為 2nm，但厚度也可為更小或高達約1〇ηιη。在銅晶種沉積步驟丨60中，大致共形的銅晶種層沉積在通孔内和寬敞區域上。晶種層厚度例如為2〇nm，但也可視幾何形狀採用更小或高達約1 〇〇nm的厚度。若可得到適當的側壁覆蓋性，濺鍍銅晶種層較佳為使用銅標靶。或者，

、一/ /小 4 /E 積（ALD)、或無電電鍍。雖然在某些應用中，以丁③層^ 作晶種與電鍍電極，但此時以個別的鋼晶種層為佳。

最後在ECP步驟丨62中，利用晶種層做為晶種與^ 電極，以進行電化學電鍍來將銅填入通孔其餘部分。] 步驟162還過填通孔及覆蓋寬敞區域頂面。在一未繪力步驟中，進行化學機械研磨（CMp)移除多餘的鋼，使矣與寬敞區域頂面齊平。將銅填入孔洞的方式電鍍或無電電鍍。用J 第6圖的基本流程可發展出數個變化實例。如第7 θ 所示’當選擇性合金阻障層沉積步驟164取代標準: 障層沉積步驟154時，可省略穿通步驟156。選擇性沉積 23 200818318 步驟1 64選擇性蝕刻通道底部，且沉積於通道側辟上。此可採用產生高濺鍍原子離子化比例的高標乾功率和強曰口偏壓達成。在這些條件下，通道側壁會被覆蓋， _通道底部和也許寬敞區域會被蝕刻。選擇性RuTa濺鲈_ 哎戴 >儿積步驟 164得到的厚度在寬敞區域例如為2nm，但最終、广積度障層沉積步驟可層而不會一直沉積步驟164後為

也可為-2nm至+ 5nm。由於選擇性合金p且移除免》敞區域上至少部分的 RuTaN阻障積在寬敞區域，因此選擇性RuTa濺鍍沉進行RuTa快閃沉積步驟1 5 8。，，又…貝 ρί邛小〇 m /jti , 命、s 不牙通步驟156

RuTa快閃步驟1 5 8均可省略。在此實 4甲，標準氮化物障層沉積步驟1 5 2以於選擇性蝕刻佟杜^ „ ^ 件下施行的選擇性化物阻障層沉積步驟1 66代替，其最故、'為钱刻通道底部，有/儿積至覓敞區域。此達成方式 .^ 合使用強晶圓偏和兩機鐘離子化比例，並保有大量的中性較沉積，後與寬敵區域的離子化濺錢刻相衡，但因幾何形狀㈣故，不會沉積至通道底部。接著，樟 ^ 知準RuTa沉積步驟！沉積HuTa至通道底部和寬敞區域、^ P人气牛· 故不兩進行RuTa 門步驟1 5 8。寬敞區域可能鉦氮介 ”、、鼠化物阻障層區 =題’因寬敞區域在形成後續的金屬化層前已臂電貝或其他非金屬層。覆盍上又一變化實例繪示於第9圖的的流程，穿福快閃步驟1 5 8均可省略。但在逸〜步驟1 5 6和一#逆仃標準氮介步驟152前，先在選擇性蝕刻條阻障層沉積 "、牛下進行選擇性合金阻障 24 200818318 層沉積步驟 164，其最終為蝕刻通道底部且沒有沉積或實質沉積RuTa(正值）於寬敞區域。寬敞區域的RuTa厚度例如為2nm。

以上整合製程中的標準沉積和配合適當蝕刻的選擇性沉積說明兩種錢鐘沉積方式。標準沉積RuTa與RuTaN的製程參數範例列於表3。標準沉積實質上為意圖最終沉積在寬敞區域、通道侧壁、和通道底部。DC功率為施加於標靶的DC功率。偏壓功率為施加於基座的RF功率。有益地，偏壓功率可分發給以 400kHz至 13.56MHz、較佳以 13.56MHz操作的低頻率（LF)源、和以高於60MHz操作的超高頻率（VHF)源。表中尚列出氬氣與氮氣流入腔室的流量。此外，4sccm的氬氣流到晶圓背面做為熱傳氣體。參數範圍乃適用300毫米的腔室。表3

RuTaN RuTa DC功率（kW) 10 - 40 10 - 40 偏壓功率（W) 0-1000 0 - 1000 氬氣（seem) 4 4 氮氣（seem) 4-100 0 一般而言，標乾功率為高，而晶圓偏壓功率為低，使錢鑛離子不會大幅加速移向晶圓。若有晶圓偏壓，快閃步驟將具不多。是否供應氮氣決定了濺鍍沉積 RuTaN或 25 200818318

RuTa 〇配合適當餘刻的選擇性沉積製程參數範例列於表4。表4

RuTaN RuTa DC功率（kW) 5-40 5-40 偏壓功率（W) 400-2000 400 - 2000 氬氣（seem) 4 4 氮氣（seem) 4 - 100 0

用於選擇性沉積的標靶功率稍低，而偏壓功率實質上較高’如此可造成部分濺鍍蝕刻，特別是對通道底部和寬敞區域。沉積至晶圓上的RuTa層厚度可自由選擇。但於介電質平坦頂面之寬敞區域測量的厚度較佳為1 〇 · 1 5 nm，然助長測試（encouraging test)已下達7nm。RUTa層厚度預計可減為1 nm，但目前最好為5 -1 5 nm。適當燒結條件下的側壁覆蓋性已發現可達1 0-2 0%。寬敞區域的銅晶種層厚度可約為3 0nm，但此厚度期可更小。 ίΤ和其他鉑族金屬將提升溝填高深寬比之孔洞的能力。然而舒报昂貴，故其用量宜降至最低。第1〇圖截面繪示的通道襯層結構〗8 〇包括單一金屬氮化物阻障層〗8 2和位於上方的近責金屬耐火合金層184。鋼（Cu)晶種層114 ’几積在近貝金屬耐火合金層1 8 4上。單一金屬氮化物阻障 26 200818318 層1 82可包括多種耐火金屬氮化炎备1一目刖較佳的氮化物為1化纽（TaN)，雖然氮化鈦（TiN)與氮化鎢（wn)和含㈣的合金已引起高度關注。近貴金屬耐火合金層i84可由別組成’但目前較佳的合金為RuTa。金屬組成的差異減鐘沉積兩層材料。因第一腔室需用來沉積㈣二182,短層可利用使用组標……冗積而得、或乂 =利用化學氣相沉積（CVD)沉積而得、或更佳為利用形、非常薄的TaN声，& t TaN的技術且可沉積共 m 而非使用昂貴且其他氮化物組成+，貝且尚未開發完全的釕。可代替。备 R 11 T 〇·、合金層是利用PVD、田 a或其他近貴金屬耐火來移除通道底部的積而得，選擇性沉積至少可用於最初 J TaN。參照第1 1圖幾，先進雷跋夕做為介電層8 6。目 < 夕可能採用低k介電材料碳化物。冑度多孔/較佳的㉟k介電材料為多孔氫化矽氧孔洞t，尤其是* "降低有效"電常數，但水氣易陷入备餘刻通道么士沐盖時。極其期望通道^ ~苒在金屬化前接觸到空氣爾層可阻, 散到銅晶種層1 14 备- "電層86中的水分子擴第11圖繪示的诵、皆、將鋁摻入近貴金屬上 97通道襯層結構190藉由耐火合金而有效定實施例中，氮儿戍丨且揞水氣擴散。在一特 1匕物阻障層192 (AlRuTaN)，三的組成為氣化釘 &金層1 9 4的組成兔同前述，含氮量可发从馬釕鈕鋁（AlRixTa)。如 4 〇.〇l-25at%。阻隆昆均可從AlRuTa榡知· 丨障層192和合金層194 " 幾錢而得。或去通道襯層結構2〇〇可’第12圖截面繪示的匕括氮化物阻隆息早層1 82，例如由ALD生 27 200818318 成於三元合金層202(如AlRuTa)與介電層86之間的TaN。銘為水的強效還原劑。故對通道襯層結構1 9 0或2 0 〇的實施例而言，不管水氣從低k介電層8 6擴散出來並抵達含銘的阻障層192或合金層202，都會快速形成氧化鋁（Al2〇3) 表層，其相當密實，而可防止晶圓的任一漂移現象。第12及13圖的襯層結構190、200可修改成以A1Ru 層取代八11^11丁&合金層194、202，並以八111111^層取代

AlRuTaN 阻障層 192。在鋁合金的實施例中，某些應用可省略氮化物阻障層 1 92、1 82 ’讓合金直接接觸介電質而提供所需的阻障功能。沉積阻障層192、合金層194或阻障層182、合金層 2 0 2後’低k介電層中的水可隨著個別在如2 5 0 °C進行的退火步驟開始擴散。上述實施例已描繪内層界電質（ILD)的金屬化結構，即二金屬層間的垂直内連線。另一方面，接觸金屬化結構垂直相連半導體矽底下任一結晶主動區域或MOS通道上方的多晶閘極。昔日，鎢已慣用於接觸金屬化結構。但預期銅接觸金屬化結構將應用於32nm節點。用於互補式金氧半導體（CMOS)電路的接觸襯層結構 2 1 0第——實施例繪示於第i 3圖的截面。矽基材2丨2包括矽蠢晶層214’其内植入p型半導體摻質的p井區 (P-WELL)216和η型半導體摻質的η井區（N-WELL)218。淺溝渠隔離結構（STI)220電氣隔開二井區216、218。圖式僅概要說明，其並未繪出各井區216、218中完整的典型 28 200818318 MO S電晶題，體耦接構成e月確地°兄為一 PM〇S電晶體與一 NM〇S電晶摻雜濃度铰！M0S電路，其中摻雜濃度較低的通道區連通極接觸區^的源極/汲極區。每一電晶體的獨立源極與汲 (CoSi)、_〜般為矽化物，例如矽化鎳（NiSi)、矽化鈷具有高k bl)另外在先進裝置中，通道上方極。圖式r介電質，以於源極與汲極間的通道上形成閘

介電層未繪示源極/汲極區的重摻雜部分。 L 222形成在包括二摻雜井區21 6、218的磊晶層 2 1 4上0 就奴 ^八/接觸層而言，介電層222通常由非低k材料的 ;“特料組成。p接觸孔224和η接觸孔226分別蝕穿介電層而扣 JL ία 犯Ρ开& 216和η井區218。就ρ接觸孔224 而。田含舒的RuTaN層228(組成以Ru + Ta-N表示）沉積在P接觸孔224側壁，且最好不沉積在底部。富含釕的RuTa 層230〉儿積在P接觸孔224側壁上之富含釕的RuTaN層 228上’並直接覆蓋p井區216而形成p接觸層232。就^ 接觸孔226而言，缺乏釕的RuTaN層234(組成以Ru.Ta+N 表示）沉積在η接觸孔226側壁，且最好不沉積在底部。缺乏釕的RuTa層236沉積在η接觸孔226側壁上之缺乏舒的RuTaN層234上，並直接覆蓋η井區218而形成η接觸層238。缺乏釕的RuTa層236或RuTaN層234或可描述成富含鈕。接點240隔開通常位於淺溝渠隔離結構上寬敞區域之富含釕的RuTaN層228、RuTa層230和缺乏釕的 RuTaN層234、RuTa層236。不同組成更可簡潔地表達成，富含釕的Ru + Ta·合金比缺乏釕的合金還具有更高的 29 200818318 含釕比例與更低的含钽比例。形成不同組成之阻障層的方法包括使用多個光罩和沉積步驟、及可蝕刻已形成的阻障層。銅晶種層1 1 4可以單一步驟沉積至p接觸孔2 2 4與n 接觸孔226中。隨後，ECP填入銅至接觸孔224、226内，及CMP移除接觸孔224、226外的銅，以分別形成p井區 216和η井區218的銅接觸金屬化結構。

接觸襯層結構2 5 0的第二實施例繪示於第1 4圖截面，包括二接觸孔224、226内的TaN阻障層1 82，其上為不同組成之近貴金屬耐火合金層230、236。因TaN阻障層182 一般可藉由ALD沉積至二接觸孔224、226中，故二合金層230、23 6之間只需一接點252。第1 5圖截面繪示的接觸襯層結構260第三實施例省略了 TaN阻障層 182。反之，二近貴金屬耐火合金層230、 23 6直接接觸介電層222和二井區216、218。本實施例的優點在於不需移除二接觸孔224、226底部的TaN阻障層。組成將更適當地分級使P接觸層232和η接觸層238 的工作函數各自相配ρ井區216和η井區218。富含钽的 RuTa合金（即Ru_Ta + )的工作函數一般更匹配η型石夕，富含釘的RuTa合金（即Ru + Ta-)的工作函數則更匹配ρ型石夕。尤其是成為無定形金屬的RuTa層可省略使用銅晶種層。第1 6圖截面繪示的銅金屬化結構2 7 0只包括位於介電層86與ECP沉積之銅填充層272間的RuTa合金層1 84，其可為無定形或多晶。RuTa合金層184做為阻障層、黏著 30 200818318 層、和ECP電極。銅易黏附於RuTa代表其將供ECP銅填充層272適當成核。視情況而定，RuTaN層可置於RuTa 合金層184與介電層86之間，以增進黏附性。Ε〇ρ後，如第17圖截面所示，CMp移除了通孔外的Ecp鋼填充層 272 ’而留下通孔内的鋼金屬化結構274。CMP製程可加以調整成留下或移除介電層86上寬敞區域中頗為堅硬的 a 口金層184。可理解雙嵌結構將形成一下部通道和一連接通道的上部溝準 ^ 此組合結構内填有襯層與ECP鋼。

RuTa合金的優點炎笑點為，钽已廣泛應用於半導體產業且釕的使用已密集研發。伯其他耐火貴金屬合金也可達到類似的效果。其他近貴金M a '屬或週期表中VIIIB族元素除鐵外的始族金屬可取代全部或忒部分的釕，即鈷（Co)、鎳（Ni)、铑 (Rh)、鈀（以）、锇（〇〇、銀（Ir)、和翻（pt)，然其中數種元素稀少且昂貴。選自调 %期表中IVB族、VB族、VIB族的耐火金屬，例如鈦（Ti、 ;、鉬（Mo)、鎢（W)，可代替全部或部分的钽。本發明可涵甚一 I二元或更多元的耐火貴金屬合金，本發明之耐火貴金屬人荀σ金亦可包含其他元素。雖然RuTaN最好θ <利用濺鍍沉積而得，但也可利用 CVD或ALD沉積，

既士、乂得到更共形、更薄的膜層。RuTaN 層亦可取代第2圖中習 a上自知結構的TaN阻障層90。RuTaN合金备作阻障層，且與介電質的黏附性佳。另一含Ru層繪示 ^ ^ _ 么弟18圖的截面。襯層結構280形成在前述通孔88中。f 、可包括傳統阻障層90，例如習知以ALD或濺鍍沉積榣、到的TaN薄層，其厚度例如為2nm 31 200818318 或更薄或者’阻障層90的组成可為RuTaN。貴金屬鋼 σ金阳種層2 8 2較佳是利用濺鍍沉積在阻障層9 〇上，其可月b曰开y成具大出物的晶種層282。責金屬銅合金晶種層282 的、及成可為釕鋼（RuCu)合金、或為銅與上述鉑族元素的合金。除了 Ru以外，摻質可包括銥、锇（〇s)、鈀（pd)、或/里的金（An)、鈷（Co)、或铑（Rh)。貴金屬銅合金也可包s其他組成，只要合金仍保持為導電金屬。含銅量最好不多，較佳為低於25am，更佳為低於1〇討％，但最小極限可達Ut%或0.01at%。另一方面，至少5_%的高含釘量可有效避免氧化，但本發明的含釕量可降至iat%。由於

RuCu具導電性，因此不太雲盈兹^ 个双而要移除通孔底部的RuCu。釕與銅幾乎不互混，故其在加埶處摞七热慝理或刼作期間有分離的趨勢。分離有助於銅島狀物形成在眚厶厪取社貝金屬鋼合金晶種層282 表面，並做為ECP銅層的成核盥缺人科 m 又核，…、°合點，用以直接覆蓋合金晶種層282而填入通孔88。在此不恭從a 你此不而獨立的銅晶種層，然也可視需求加入。另一方面’分離的針進—步當作阻障層和非氧化或至少導電的電鍍電極、及提供電鍍電流路徑。含5-10at%之Ru的RuCu晶種層p紐认禮已經檢驗得知，當此晶種層以4 0 0 °C退火處理時，其可奋八^ + 兄刀回流至通孔内且不會附聚結塊於側壁上。

RuCu或相關貴金屬鋼合金錢鍍擇知双知靶例如可以下述製造RuTa標輕的方法形成。RuCu可同_ M m J听眷用這些材料的成熟技術。濺鍍沉積RuTa或RuCu或其他釕金屬主屬合金為快速且容 32 200818318 易的施行方式。然以CVD或其他方法沉積的RuTa或RuCu 具有同樣良好的材料性質。儘管繪示之通道結構只包括幾層，然耐火貴金屬合金層或銅貴金屬合金層與介電層和銅填充層之間也可形成其他膜層。雖然本發明主要是有關用於銅金屬化結構的襯層，但所述之合金層亦可做為其他用途及用於其他金屬化結構。

相較於先前技術，本發明提供之襯層結構的性能實質上較佳且更簡單，其製造方法只需稍為改變現行的濺鍍技術即可。【圖式簡單說明】第1圖為習知磁電管濺鍍反應器的截面圖。第2圖為習知銅/钽通道結構的截面圖。第3圖為本發明一實施例之通道襯層結構的截面圖，包括耐火貴金屬合金層。 Φ 第 4圖為本發明第二實施例之通道襯層結構的截面圖，包括财火貴金屬合金層和其氮化物，例如RuTa/RuTaN。第5圖為用來濺鍍沉積RuTa之濺鍍標靶的截面圖。第6至9圖為四個實施例的流程圖，繪示形成第4圖之RuTa/RuTaN結構的方法。第1 0圖為本發明第三實施例之通道襯層結構的截面圖，包括單一金屬氮化物阻障層和金屬合金黏著層。表第11及1 2圖為本發明第四及第五實施例之通道襯層 33 200818318 結構的截面圖，包括銘三元合金阻障層或黏著層。第1 3、1 4及1 5圖為三個接觸襯層結構實施例的截面圖，其採用不同組成的近貴金屬耐火金屬合金，用於兩個導電類型相反的摻雜接觸孔。第1 6圖為本發明另一實施例之單層襯層結構的截面圖，包括耐火貴金屬合金層。第17圖顯示第16圖完成金屬化結構的截面。

第 1 8圖為本發明又一實施例之通道襯層結構的截面圖，包括銅貴金屬合金層。【主要元件符號說明】 10 反應器 12 真空室 14 中心軸 16 真空幫浦系統 18、 22 氣體源 20 ^ 24 流量控制 30 基座 32 晶圓 34、 42、72 電源供應器 35 電路 36 護罩 38 標靶 40 絕緣件 44 磁電管 46、 4 8 磁極 5 0 電漿區 52 馬達 54 轉軸 56 板子 70 線圈 74 線圈陣列 76 電源供應系統 80 通道結構 82 導電特徵 84、 86 介電層 88 通孔 34 200818318

90 阻障層 92 黏著層 94 晶種層 96 突出物 98 寬敞區域 100 小球 102 孔隙 110 概層結構 112 阻障層 114 晶種層 118 結塊 120 孔隙 130 襯層結構 132 阻障層 140 標靶 142 標靶盤 144 斜邊 146 背板

150、 152、 154、 156、 158、 160、 162、 164、 166 步驟 18 0、 190 ' 200 襯層結構 182、 192 阻障層 184、 194、 202 合金層 210、 250，、260 襯層結構 212 基材 214 蠢晶層 216、 218 井區 220 STI 222 介電層 224、 226 接觸孔 228 - 234 RuTaN 層 230〜 236 RuTa層/合金層 232 ' 238 接觸層 240 ^ 252 接點 270 ^ 274 金屬化結構 272 填充層 280 襯層結構 282 晶種層 35

Claims

200818318 十、申請專利範圍： 1. 一種形成用於一銅金屬化結構之一襯層結構的方法，該方法至少包含：提供一基材，具有形成在一介電層中的一孔洞；

進行一第一步驟，以形成一第一阻障層於該孔洞的至少一側壁上，該第一阻障層包含由至少5at%之一耐火金屬與至少5at%之一鉑族金屬組成的一合金，該耐火金屬選自週期表中的IVB族、VB族和VIB族元素，該鉑族金屬選自週期表中除鐵外的VIIIB族元素；以及進行一第二步驟，以形成一銅晶種層於該第一阻障層上，且該銅晶種層不填滿該孔洞。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含進行一第三步驟，以形成一第二阻障層於該至少一側壁上，該第二阻障層包含該耐火金屬與該鉑族金屬衍生的一氮化物。

3.如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含進行一第三步驟，以形成一第二阻障層於該第一阻障層與該側壁之間，該第二阻障層包含氮化钽。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第三步驟包含進行氮化组之原子層沉積。 36

200818318 5. 如申請專利範圍第1-4項中任一項所述之方法，其第一阻障層接觸該介電層和該銅晶種層。 6. 如申請專利範圍第1-4項中任一項所述之方法，其銅晶種層包含銅與至少一的合金。 7.如申請專利範圍第1 -4項中任一項所述之方法，其孔洞為位於該基材之一 p型摻雜半導體區域上的一 p 孔，該合金包含一第一合金，該第一阻障層形成一第觸層於該p接觸孔的底部，且該基材更包含位於該基一 η型摻雜半導體區域上的一 η接觸孔，該方法更包成一第二阻障層於該η接觸孔的至少一側壁上、形成接觸層於該η接觸孔的底部、以及包含至少5 at%之一金屬與至少5at %之一鉑族金屬組成的一合金，該耐火選自週期表中的IVB族、VB族和VIB族元素，該鉑屬選自週斯表中除鐵外的VIIIB族元素，其中該第一層和該第二阻障層的組成不同且經選擇以對應該η型半導體區域和該Ρ型摻雜半導體區域的摻雜型態。 8.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第一阻和該第二阻障層包含钽及釕，其中該第一阻障層的釕高於該第二阻障層的釕比例，該第二阻障層的钽比例該第一阻障層的钽比例。中該中該中該接觸一接材之含形一 η 耐火金屬族金阻障摻雜障層比例高於 37 200818318 9.如申請專利範圍第1-4項中任一項所述之方法，其中該耐火金屬包含钽，該鉑族金屬包含釕。 10.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第一步驟和該第二步驟是在一單一濺鍍室中進行，該濺鍍室具有一包含釕及组的標靶。

11.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該阻障層包含大於50at%但不超過95at%的釕。 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該阻障層包含大於80at%但不超過95at%的釕。

13.如申請專利範圍第9項所述之方法，更包含進行一接續步驟，以利用一電化學電鍍製程將銅填入該孔洞。 1 4. 一種形成用於一銅金屬化結構之一襯層結構的方法，該方法至少包含：提供一基材，具有形成在一介電層中的一孔洞；進行一第一步驟，以形成一第一層於該孔洞的至少一側壁上，該第一層包含钽和大於8 Oat%但不超過95at%的釕。 38 200818318 1 5.如申請專利範圍第1 4項所述之方法，更包含先進行一第二步驟，以形成一第二層於該孔洞的該至少一側壁上，該第二層包含氮化釕鈕。 16.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，更包含在進行該第一步驟之後進行一第三步驟，以形成一銅晶種層於該第一層上，其中該銅晶種層不填滿該孔洞。

17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一步驟和該第二步驟是在一濺鍍室中進行，該濺鍍室具有一包含釕及短的標把。 18. 如申請專利範圍第14-17項中任一項所述之方法，更包含進行一接續步驟，以形成一銅晶種層於該孔洞内，其中該銅晶種層不填滿該孔洞。

19. 一種金屬化結構，該結構至少包含：一介電層，形成在一基材上，且包括一孔洞於該基材之一導電特徵上；一第一層，包含钽和80at%-95at%的釕，並形成在該孔洞的至少一側壁上。 20. 如申請專利範圍第19項所述之結構，更包含一第二 39 200818318 層，形成在該第一層與該孔洞之該至少一側壁間，該第二層包含氮化釕钽。 2 1 .如申請專利範圍第20項所述之結構，更包含一銅層，形成在該第一層上而位在該孔洞内但不填滿該孔洞。

22·如申請專利範圍第19項所述之結構，更包含一銅層，形成在該第一層上而位在該孔洞内但不填滿該孔洞。 2 3 · —種金屬化結構，其至少包含：一介電層，形成在一基材上，且包括一孔洞於該基材之一導電特徵上；一第一層，形成在該孔洞的至少一側壁上，且包含至少 5 at°/〇之一耐火金屬與至少 5 at%之一始族金屬組成的一合金，該耐火金屬選自週期表中的IVB族、VB族和VIB族元素，該鉑族金屬選自週期表中除鐵外的VIIIB族元素；以及一銅層，形成在該第一層上而位在該孔洞内但不填滿該孔洞。 2 4.如申請專利範圍第23項所述之金屬化結構，其中該合金另包含。 40 200818318 2 5.如申請專利範圍第2 3項所述之金屬化結構，其中該耐火金屬包含經，該鉑族金屬包含釕。 2 6.如申請專利範圍第25項所述之金屬化結構，其中該合金另包含銘。

2 7.如申請專利範圍第25項所述之金屬化結構，更包含一第二層，其包含氮化釕钽且形成在該第一層與該孔洞之該至少一側壁之間。 2 8,如申請專利範圍第25項所述之金屬化結構，其中該第一層包含大於50at%但不超過95at%的釕。 29.如申請專利範圍第28項所述之金屬化結構，其中該第一層包含至少80at%的釕。

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