TWI239055B - Ti liner for copper interconnect with low-k dielectric - Google Patents

Description

1239055 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之技術領域係關於使用銅互連及低介電值之電介 質作爲後端來製造積體電路，尤其指含有鎢或其他对熔金 屬接觸之積體電路，該等鎢或其他对溶金屬接觸與銅線在 機械及電氣上相連接。 【先前技術】 在開發一種在積體電路後端用銅來替代鋁之工藝過程 中，技術人員很快便發現：須將銅加襯塾或密封以防止其 擴散或泄漏並與該電介質反應，並且/或者與污染物發生反 應0 在試驗多種襯墊之後，人們已瞭解不同材料組合之強度 及缺陷。一般而言，鈕/氮化钽（Ta/TaN)之組合較令人滿意。 然而在低介電值層間電介質之特殊情形下，形成溝道及 通孔來以鑲嵌（Damascene)之形狀支撐銅互連之製程，將導 致碳從介電材料中釋放（譬如透過濺射）並沈積於下層導體 之暴露表面上。而該碳係導致兩互連層之間之介面斷路 (open circuit)之重要原因，特別在|接觸與下一層銅之間尤 其明顯。 已經發現鈦（Ti)具有有效吸收碳 〜· Η工且丹亦可吸斗 和氮。但不幸的是，正如熟習此項技術者所熟知，鈦1 銅發生反應而生成高電阻之化合物。故熟習 爲鈦不適合用作向銅互連加襯墊之材料。 此項技術者認 如果該襯墊 此外，由於尺寸縮小，該襯墊薄係重要的

O:\89\89045.DOC 1239055 旱則鋼將太窄’且有較高之電阻。該襯墊内之每一附 加層均可減少銅之數量，並由此而增加該互連之電阻。 。口此，熟習此項技術者目前尚不能解決爲嵌於低介電值 包’丨貝之鋼互連提供襯墊之問題。而用於氧化物電介質之 解决方案一组/氮化组亦不適合。 【發明内容】 本^明係關於一種用於銅互連之襯墊，該銅互連與嵌入 至3有妷成分之低介電值電介質中之下層之耐熔材料相接 觸。 本發明之一特徵係使用其上覆有一氮化鈦層之鈦下層。 本發明之另一特徵係採用鈦/化學氣相沈積_氮化鈦/鈕 (Τι/CVD-TiN/Ta)之三層結構。 【實施方式】 圖1顯不依照本發明之一後端之部分，其中於電介質 2〇(譬如氧化物）上以小孔之形式形成w接觸％，用於與基板 ίο上所形&之電晶體或其他元件（device)之電極相接觸。 本發明所解決之問題係於接觸5〇之上表面與下一互連声 之間形成接觸，該接觸係欲入低介電值電介質2 $中之銅 譬如SiLK(TM)。熟習此項技術者須明瞭，如其它許多低 電值之電介質一樣，該電介質含有碳。在形成用於：其 部沈積（該術語包括電鍍、濺射、化學氣相沈積、物理氣 沈積等等）銅構件66之小孔之製程中，碳會濺射或以其他 式釋放。此外，氧和/或氮亦可黏著或以化合物之形式存 於該表面上。此兩種因素亦會降低該電接觸之品質。

O:\89\89045.DOC 1239055 依妝本發明，組合襯墊62(示意性表示一個或多個襯墊） 斤匕括之第一襯墊層或薄膜係由鈦形成，其沈積至一標稱 冰度，該深度足以吸收附著於該接觸5〇上表面之碳、氧和 鼠。此〉可染之主要機制係從該電介質中濺射出，但亦有可 月匕來自其他來源和機制。作爲示例，該第一層之厚度可係2 示米（nm)且可用物理氣相沈積或化學氣相沈積方法沈 積而成。 然後再譬如用化學氣相沈積方法於組合襯墊62内沈積一 卜气匕鈦襯塾層。δ亥層之功能係防止鈦與銅相接觸，並 舍生反應而形成一高電阻率層。 由於碳能沈積在容納銅之該溝道之整個底部，故應沿該 溝運之整個底部沈積鈦。雖然職塾之導電 觸相接之介面處起㈣，但碳污染之問題並非僅限2 區域。 視情況，可沈積一厚度爲1〇至2〇奈米之第三鈕襯墊層。 使用组有利於形成一能與銅良好接觸之介面，即蟲晶，里 有較好之電遷移耐性。另外，該组層亦係—阻障層。因此、， 若將該㈣闕組合阻障層以及介面改良層，則可排除具 有腐蝕危險之氮化鈦。 熟習此項技術者可明瞭，如果需要，亦可利用其他視情 況之步驟，譬如對接觸50之表面進行濺射清潔或其它清潔 等。通常’亦可將—鋼晶種層置於最終形成之襯墊層上。 與當前175-190奈米技術之構件6〇之標稱厚度相比，該兩 層具有8奈米之組合厚度。該襯墊厚度對於銅互連總厚度之

O:\89\89045.DOC -9- 1239055 影響不容忽視，且其對電路之Rc時間常數及電路其他特性 亦有顯著之影響。類似地，在接觸50之上表面，其標稱直 禋係120奈米，而該襯墊層佔有其中之16奈米。故增2 2第 三鈕襯墊層（標稱厚度爲10_20奈米）僅增加該厚度而已。弟 6該第一鈦襯墊層之最小厚度將依據吸收污染之需要來確 定；該第二氮化鈦襯墊層之最小厚度將依據阻障及隔離鈦 與銅相接觸之需要來確定。此等襯墊亦可用來對銅構成限 制，此亦爲除用於吸收及隔離鈦所需厚度之外之可增加所 需厚度之另一約束條件。在上述每一種情形下，設計者均 應增加一定餘量（margin)來允許製程中存在之波動。 實驗表明，依照本發明之W_Cu接觸之良率，要明顯高於 先前之氮化鈕/鈕技術之良率。在試驗中，依照本發明之_ 測試結構之良率爲100%，而相應之先前技術組合層之良率 則約爲80%。 與圖1類似，圖2顯示用於雙鑲嵌孔之對應結構，其中鋼 互連60,被置於共形層62,之上。如熟習此項技術者所知，該 ‘私/又有太大之區別，但調整了該襯墊沈積以改良該等襯 墊層的共形性。 熟習此項技術者須明瞭，除鎢以外之其他材料，譬如其 他对金屬或多晶石夕（統稱爲财溶材料）等，亦可用作下層連 接，譬如該基板上之MO、Ml或接觸區域等。該結構性組件 將被稱爲耐熔金屬接觸，由於感興趣之部分係該接觸表 面’故可忽略終止於該表面上之互連構件之形狀。此結構 類型並不限於積體電路，亦可使用本發明來製備採用相同 O:\89\89045.DOC -10- 1239055 材料之其他結構，譬如封裝結構或電機系統等。用來 此種結構之材料並不只限於矽， 他材料。 V 了使用純、_或其 ^只用了-個較佳具體實施例來對本發明進行說明， 但熟習此項技術者須綠 ^ 明瞭’在不背離後附中請專利範圍之 與乾圍之情形下，本發明亦可以其他各種不同之 來實行。 【圖式簡單說明】 圖1以局部圖不及示意圖之方式給出了—單鑲♦接觸之 截面圖。 ，、圖2以局部圖示及示意圖之方式給出了-雙鑲嵌接觸之 乾面圖。 【圖式代表符號說明】 10基板 20 電介質 25 低介電值之電介質 50 接觸 60 鋼構件 60?鋼互連 62 組合襯墊 62?共形層

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Claims (1)

1239055 拾、申請專利範圍： 1. 一種用於形成一電互連結構之方法，其包括以下步驟： 提供一組嵌入至一第一層間電介質中之耐熔材料 觸； 关 提供一設置於該第一層間電介質之上且七 〜丄且包含碳之第二 層間電介質； ~ 於該第一層間電介質上形成一組開口，1s , 六T主少有一 些開口使該等接觸中之一些接觸之上表面異雨 τ I路，出自包 括碳、氧及氮之該群組之一污染藉此沈積於該 、、今上表面 之上； 於該組開口内沈積一第一欽概塾層’藉此該鈦襯墊吸 收該污染； 於該第一襯墊層上沈積一第二阻障襯墊層；以及 於該等開口内之該第二襯墊層上沈積鋼以形成一、 層。 7 —互連 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該電互連結構係一積 體電路之一部分。 貝 3·如申請專利範圍第丨項之方法，其中於該組金屬接觸中至 少有一些係鎢。 4·如申請專利範圍第2項之方法，|中該、組金屬接觸中至少 有一些係鎢。 5. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該第一襯墊層具有一 足以吸收该專污染物之厚度。 6. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一概塾層具有一 O:\89\89045.DOC 1239055 足以吸收該等污染物之厚度。 7, 如申請專利範圍第4J1夕+ 摩㈣弟4項之方法’其中該第一襯墊層具有 足以吸收該等污染物之厚度。 8. :申請專利範圍第2項之方法，其中該第一襯塾層具有 大於2奈米之厚度。 9·如申請專利範圍第5項之方法，其中該第一襯塾層具有 大於2奈米之厚度。 大於2奈米之厚度 ★申 '專利靶圍第7項之方法，其中該第一襯墊層具有 ★申明專利範圍第4項之方法，其中該第二阻障襯墊層具 有一足以隔離該鈦與該銅之厚度。 ★申明專利|(1圍第1 i項之方法，其中該第二阻障襯墊層 之材料係從包括氮化鈦及鈕之該群組中選出。 13·如申請專利範圍第4項之方法，其另外還包括—沈積一第 三鈕襯墊層之步驟。 14. 如申凊專利範圍第4項之方法，#中該第—襯墊層係採用 物理氣相沈積與化學氣相沈積中之一種方法沈積而成。 15. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第二襯塾層係採用 化學氣相沈積方法沈積而成。 16 · —種互連結構，其包括： 一組嵌入於一第一層間電介質中之耐熔材料接觸； 一含有碳之第一層間電介質； 沈積於該第一電介質内一組開口中之一第一銅互連 層，其中至少有一些開口使該等耐熔材料接觸中之一此 O:\89\89045.DOC -2- 1239055 第一鋼互連層 接觸之上表面暴露給 該銅互連包括： 一於該組開口内之第-鈦襯墊層； 一沈積於該第一褊執 €上之第二氮化鈦概墊層；以及 一沈積於該開口内兮笛、 9 17.如申，專利一 墊層上之銅互連構件。 月專利乾圍弟16項之互連結構，其中： 該互連結構包含於_積體電路中。 18·如申請專利範圍第17項之互連結構，其中·· “熔材料係鎢’且該第-襯墊層包含從該等耐熔材 料接觸中之-些接觸之該等上表面上吸收之碳。材 19·如申料利範圍第18項之互連結構，其還包括： 一弟三组觀墊層。 2〇·如申請專利範圍第18項之互連結構，其中： 該第-襯塾層具有-足以吸收碳之厚度，且該第三概 塾層具有一足以隔離該欽與該銅之厚声。 O:\89\S9045.DOC