TWI853169B - 形成裝置結構的方法及裝置結構 - Google Patents

Abstract

一種形成裝置結構的方法，其中腔體可在上覆於基板的介電材料層中形成。包括金屬阻障層襯裡、金屬填充材料層、及金屬覆蓋材料的層堆疊可在腔體中且在介電材料層上方沉積。位於包括介電材料層的頂表面的水平面之上的層堆疊的部分可經移除。層堆疊的剩餘材料部分的連續集合包括無凹坑表面的金屬互連結構。

Description

形成裝置結構的方法及裝置結構

本揭示案是關於一種形成裝置結構的方法及裝置結構。

化學機械研磨製程用於在半導體製造期間提供平坦化製程。希望精確控制晶圓上的研磨厚度及研磨速率的均勻性以提供具有均勻厚度分佈的研磨薄膜。

根據本揭示案的一些實施例，一種形成裝置結構的方法，包含以下步驟。在基板上方形成介電材料層，在介電材料層內形成腔體，接著在腔體內且在介電材料層上方沉積一層堆疊。層堆疊包括金屬阻障層襯裡層、具有第一楊氏模數的金屬填充材料層、及包含具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數的金屬材料的金屬覆蓋材料層。接著，移除位於包括介電材料層的頂表面的水平面之上的層堆疊的多個部分，其中層堆疊的多個剩餘材料部分的連續集合包含金屬互連結構，其中金屬填充材料層包含第一原子百 分數的鋁，且金屬覆蓋材料層不含鋁或包含小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。

根據本揭示案的一些實施例，一種裝置結構包含位於一基板上方的一介電材料層，以及嵌入在介電材料層中的金屬互連結構。金屬互連結構包含金屬阻障層襯裡、金屬填充材料部分以及金屬嵌體結構。金屬阻障層襯裡包含導電金屬材料。金屬填充材料部分位於金屬阻障層襯裡內且具有第一楊氏模數。金屬嵌體結構嵌入在金屬填充材料部分內且具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數，其中金屬嵌體結構具有在包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的多個最頂表面的水平面內的頂表面，且金屬嵌體結構與金屬阻障層襯裡和金屬填充材料部分之間的介面側向間隔開來，其中金屬填充材料部分包含鋁基金屬填充材料部分，鋁基金屬填充材料部分包括第一原子百分數的鋁，且金屬嵌體結構不含鋁或包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。

根據本揭示案的一些實施例，一種裝置結構包含位於基板上方的介電材料層，以及嵌入在介電材料層中的鋁基金屬互連結構。鋁基金屬互連結構包含金屬阻障層襯裡、鋁基金屬填充材料部分以及金屬嵌體結構。金屬阻障層襯裡包含導電金屬材料。鋁基金屬填充材料部分位於金屬阻障層襯裡內且包含大於90%的第一原子百分數的鋁。金屬嵌體結構嵌入在鋁基金屬填充材料部分內且包含含鋁合金，含鋁合金包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁 且包括大於0.1%的原子百分數的非鋁元素，其中金屬嵌體結構具有在包括金屬阻障層襯裡及鋁基金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的頂表面，且金屬嵌體結構與金屬阻障層襯裡和該鋁基金屬填充材料部分之間的介面側向間隔開來。

9:基板

42A:金屬阻障層襯裡層/鋁互連層金屬阻障層襯裡

42B:金屬填充材料層

42C:金屬覆蓋材料層

49:腔體

52C:金屬覆蓋材料層

100:記憶體陣列區

200:週邊區

601:接觸層介電材料層

610:第一金屬接線層介電材料層

612:裝置接觸通孔結構

618:第一金屬接線結構

620:第二接線-通孔層介電材料層

622:第一金屬通孔結構

628:第二金屬接線結構

630:第三接線-通孔層介電材料層

632:第二金屬通孔結構

638:第三金屬接線結構

638A:金屬阻障層襯裡/銅互連層金屬阻障層襯裡/附加金屬阻障層襯裡

638B:銅基金屬填充材料部分

640:基於金屬堆疊互連層介電材料層

642:金屬互連結構

642A:金屬阻障層襯裡

642B:金屬填充材料部分

642C:金屬嵌體結構

652C:金屬嵌體結構

700:CMOS電路系統

720:淺溝槽隔離結構

732:源極區

735:半導體通道

738:汲極區

742:源極側金屬半導體合金區

748:汲極側金屬半導體合金區

750:閘極結構

752:閘極介電質

754:閘極電極

756:介電質閘極間隔物

758:閘極帽介電質

910:步驟

920:步驟

930:步驟

940:步驟

本揭示案的態樣將在結合附圖閱讀時自以下詳細描述最佳地瞭解。應注意，根據行業中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，各種特徵的尺寸可為了論述清楚經任意地增大或減小。

第1圖為根據本揭示案實施例的在形成互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide-semiconductor，CMOS)電晶體、嵌入在介電材料層中的金屬互連結構、及連接通孔層介電層之後的示例性結構的垂直橫截面圖。

第2A圖至第2C圖為根據本揭示案實施例的在第一組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

第2D圖為第2C圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。

第3A圖及第3B圖為根據本揭示案實施例的在第二組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

第3C圖為第3B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。

第4A圖及第4B圖為根據本揭示案實施例的在第三組態中 形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

第4C圖為第4B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。

第5A圖及第5B圖為根據本揭示案實施例的在第四組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

第5C圖為第5B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。

第6圖為圖示用於製造本揭示案的金屬互連結構的處理步驟序列的流程圖。

以下揭示內容提供用於實施所提供標的物的不同特徵的許多不同實施例或實例。組件及配置的特定實例將在下文描述以簡化本揭示案。當然，這些僅為實例且不欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中第一特徵於第二特徵上方或上的形成可包括第一及第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭示案在各種實例中可重複參考數位及/或字母。此重複為出於簡單及清楚的目的，且本身並不指明所論述的各種實施例及/或組態之間的關為。

此外，為了方便用於描述如諸圖中圖示的一個元件或特徵與另一元件(多個)或特徵(多個)的關為的描述，在本文中可使用空間相對術語，諸如「在......下面」、「在...... 之下」、「下部」、「在......之上」、「上部」及類似者。空間相對術語意欲涵蓋除了諸圖中所描繪的定向以外的元件在使用或操作時的不同定向。設備可另外定向(例如，旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對描述符可類似地加以相應解釋。

通常，諸如金屬墊的金屬互連結構可藉由在介電材料層中形成凹部腔體、藉由在凹部腔體中沉積金屬材料、及藉由執行平坦化製程來形成，在平坦化製程中，可自包括介電材料層的頂表面的水平面之上移除金屬材料的過量部分。金屬材料的沉積一般使用物理氣相沉積製程來執行，物理氣相沉積為可提供高沉積速率的高效沉積製程。物理氣相沉積製程為一種各向異性沉積製程。因此，沉積金屬材料可具有鄰近凹部腔體的各頂部週邊的輪廓頂表面。特別地，沉積金屬材料的頂表面可具有接縫剖面，其中接縫為在凹部腔體區域內的沉積鋁基材料的輪廓頂表面的凹陷部分的週邊部分處形成。此類接縫在化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程中捕獲漿料，且在CMP製程之後移除漿料時，在金屬互連結構的表面上提供局部凹坑，局部凹坑可為沉積金屬材料的剩餘部分。

根據本揭示案的態樣，可經由使用雙金屬材料沉積製程來防止此類局部凹坑的形成。具體地，在形成的凹部腔體中沉積金屬材料之後，可在金屬材料上方沉積金屬覆蓋材料。金屬覆蓋材料可具有比金屬材料更大的硬度，且 可在CMP製程中提供更高的研磨阻力。金屬覆蓋材料可為鋁基的，或可包含導電金屬氮化物材料，或可包含鎢或鈦，且可、或可不存在於沉積金屬材料的剩餘部分中。藉由消除金屬互連結構的表面上的局部凹坑的形成，本文揭示的各種實施例的結構及方法可提供具有更高可靠性及耐久性的金屬互連結構。現在參考附圖來描述各種實施例方法及結構。

第1圖為根據本揭示案實施例的在互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide-semiconductor，CMOS)電晶體、形成在介電材料層內的金屬互連結構、及連接通孔層介電層形成之後的示例性結構的垂直橫截面圖。示例性結構可包括互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide-semiconductor，CM OS)電晶體及形成在介電材料層中的金屬互連結構。具體地，示例性結構可包括基板9。基板9可為電晶體基板，諸如可商售的矽晶圓。包括諸如氧化矽的介電材料的淺溝槽隔離結構720可形成在基板9的上部部分。合適的摻雜半導體井，諸如p型井及n型井，可在可由淺溝槽隔離結構720的一部分側向封閉的各區域內形成。場效電晶體可在基板9的頂表面上方形成。舉例而言，各場效電晶體可包括源極區732、汲極區738、包括在源極區732與汲極區738之間延伸的基板9的表面部分的半導體通道735、及閘極結構750。各閘極結構750可包括閘極介電質752、閘極電極754、閘極帽介電質758、及介電質閘極間隔物756。 源極側金屬半導體合金區742可形成在各源極區732上，且汲極側金屬半導體合金區748可形成在各汲極區738上。雖然在附圖中圖示了平面場效電晶體，但本文明確設想了實施例，其中場效電晶體可額外地或替代地包括鰭式場效電晶體(fin field effect transistor，FinFET)、環繞閘極場效電晶體(gate-all-around field effect，GAA FET)、或任何其他類型的場效電晶體(field effect transistor，FET)。

第1圖中繪示的示例性結構可包括隨後可在其中形成記憶體元件陣列(例如，後段製程(back-end-of-line，BEOL)裝置及元件)的記憶體陣列區100、及可在其中形成支援記憶體元件陣列的操作的邏輯裝置的週邊區200。在一個實施例中，記憶體陣列區100中的裝置(諸如場效電晶體)可包括提供對隨後形成的記憶體單元的底部電極的存取的底部電極存取電晶體。在這個處理步驟中，可在週邊區200中形成提供對隨後形成的記憶體單元的頂部電極的存取的頂部電極存取電晶體。週邊區200中的裝置(例如場效電晶體)可提供操作隨後形成的記憶體單元陣列所需的功能。具體地，週邊區200中的裝置可用以控制記憶體單元陣列的程式化操作、擦除操作、及感測(讀取)操作。舉例而言，週邊區200中的裝置可包括感測電路系統及/或頂部電極偏置電路系統。在基板9的頂表面上形成的裝置可包括互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide-semiconductor， CMOS)電晶體及任選的附加半導體裝置(諸如電阻器、二極體、電容器、等)，且統稱為CMOS電路系統700。

形成在介電材料層內的各種金屬互連結構可隨後在基板9及裝置(諸如場效電晶體)上方形成。介電材料層可包括，舉例而言，接觸層介電材料層601、第一金屬接線層介電材料層610、第二接線-通孔層介電材料層620、及第三接線-通孔層介電材料層630。金屬互連結構可包括形成在接觸層介電材料層601中且接觸CMOS電路系統700的相應組件的裝置接觸通孔結構612、形成在第一金屬接線層介電材料層610中的第一金屬接線結構618、形成在第二接線-通孔層介電材料層620的下部部分中的第一金屬通孔結構622、形成在第二接線-通孔層介電材料層620的上部部分中的第二金屬接線結構628、形成在第三接線-通孔層介電材料層630的下部部分中的第二金屬通孔結構632、及形成在第三接線-通孔層介電材料層630的上部部分中的第三金屬接線結構638。

介電材料層(601、610、620、630)中之各者可包括介電材料，諸如未摻雜矽酸鹽玻璃、摻雜矽酸鹽玻璃、有機矽酸鹽玻璃、非晶氟化碳、其多孔變體、或其組合。金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)中之各者可包括至少一種導電材料，導電材料可為金屬襯裡層(諸如金屬氮化物或金屬碳化物)與金屬填充材料的組合。各金屬襯裡層可包括氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、及碳化鎢(WC)， 且各金屬填充材料部分可包括鎢(W)、銅(Cu)、鈷(Co)、釕(Ru)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、其合金、及/或其組合。其他合適的金屬襯裡及金屬填充材料可在考慮的揭露範圍內。在一個實施例中，第一金屬通孔結構622及第二金屬接線結構628可藉由雙大馬士革製程來形成為整合的接線-通孔結構，及/或第二金屬通孔結構632及第三金屬接線結構638可形成為整合的接線-通孔結構。

在一個實施例中，金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)的金屬填充材料部分可基於除了鋁以外的金屬元素。在一個實施例中，金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)的金屬填充材料部分可為銅基的。在這個實施例中，金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)的金屬填充材料部分可包括大於50%的原子百分數的銅，原子百分數可大於90%及/或可大於98%。通常，可形成嵌入在介電材料層(601、610、620、630)中的金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)集合。金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)集合可基於除了鋁以外的金屬。在一個實施例中，金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)集合可為過渡金屬基的，即基於過渡金屬，且可包括大於50%的原子百分數的過渡金屬，諸如大於90%及/或大於98%。舉例而言，金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)集合可為銅基的。雖然本揭示案為使用其中過渡金屬基金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)中存在 三個接線層的實施例來描述，但本文明確考慮了一些實施例，其中在形成金屬互連結構之前可形成較少數目或較多數目的金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)。

根據本揭示案的態樣，介電材料層可在過渡金屬基金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)上方形成。金屬互連結構642可隨後形成在介電材料層中，且因此，介電材料層在此被稱為基於金屬堆疊互連層介電材料層640。基於金屬堆疊互連層介電材料層640可包括諸如未摻雜矽酸鹽玻璃或摻雜矽酸鹽玻璃的介電材料，且可具有自200nm至2,000nm範圍內的厚度，諸如自400nm至1000nm，儘管亦可使用較小及較大的厚度。基於金屬堆疊互連層介電材料層640可例如藉由化學氣相沉積來沉積。

可使用隨後描述的一組處理步驟來形成金屬互連結構642。金屬互連結構642可包括金屬通孔結構、金屬接線結構、金屬墊結構、及/或整合的金屬接線-通孔結構。雖然本揭示案使用其中金屬互連結構642可形成為金屬墊結構的實施例來描述，但是本文明確地考慮其中金屬互連結構642可形成為金屬通孔結構、金屬接線結構、及/或整合的金屬接線-通孔結構的實施例。

第2A圖至第2C圖為根據本揭示案實施例的在第一組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

參考第2A圖，圖示了經由基於金屬堆疊互連層介 電材料層640形成腔體49之後的示例性結構的一部分。腔體49可例如藉由在基於金屬堆疊互連層介電材料層640上方施加光阻劑層(未示出)而形成，光刻圖案化光阻劑層以形成貫穿其中的開口，使得開口上覆於如第1圖中所示的下伏過渡金屬基金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)中的相應一者(諸如第三金屬接線結構638)，且藉由執行各向異性蝕刻製程(例如反應離子蝕刻製程)經由基於金屬堆疊互連層介電材料層640轉移光阻劑層中的開口的圖案，直至過渡金屬基金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)中的相應一者的頂表面可經物理暴露為止。隨後可例如藉由灰化移除光阻劑層。

在一個實施例中，過渡金屬基金屬互連結構(612、618、622、628、632、638)可包含銅基金屬互連結構。舉例而言，腔體49下面物理暴露的金屬互連結構(例如第三金屬接線結構638)可包含金屬阻障層襯裡638A與嵌入在金屬阻障層襯裡638A中的銅基金屬填充材料部分638B的組合。金屬阻障層襯裡638A亦稱為銅互連層金屬阻障層襯裡638A。金屬阻障層襯裡638A可具有自5nm至100nm範圍內的厚度，諸如自10nm至50nm，儘管亦可使用較小及較大的厚度。銅基金屬填充材料部分638B可包含大於50%、及/或大於90%、及/或大於98%的原子百分數的銅。

腔體49可包括側壁，側壁自基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面垂直延伸至下伏過渡金屬基金屬 互連結構(612、618、622、628、632、638)的頂表面，過渡金屬基金屬互連結構可為銅基金屬互連結構。

參考第2B圖，可沉積自底至頂包括金屬阻障層襯裡層42A、及金屬填充材料層42B的層堆疊。金屬填充材料層42B可包含大於90%的第一原子百分數的鋁，且可具有第一楊氏模數。層堆疊可進一步包含金屬覆蓋材料層42C。金屬覆蓋材料層42C可包含具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數的金屬材料，金屬材料可在腔體49中且在基於金屬堆疊互連層介電材料層640上方沉積。

金屬阻障層襯裡層42A包括導電金屬阻障層材料，諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、鎢(W)、或鈦(Ti)。金屬阻障層襯裡層42A亦可稱為鋁互連層金屬阻障層襯裡。可藉由物理氣相沉積或化學氣相沉積來沉積金屬阻障層襯裡層42A。金屬阻障層襯裡層42A的厚度可在自5nm至100nm範圍內，諸如自10nm至50nm，儘管亦可使用較小及較大的厚度。

金屬填充材料層42B包括具有第一楊氏模數的金屬材料。通常，金屬填充材料層42B可包括鋁基材料、銅基材料、或鎢基材料。在一個實施例中，金屬填充材料層42B可為鋁基金屬填充材料層，鋁基金屬填充材料層可包括在自90%至100%範圍內的第一原子百分數的鋁。在一個實施例中，第一原子百分數可在自95%至99.99%範圍內，諸如自98%至99.9%及/或自99.0%至99.8%。在 一個實施例中，金屬填充材料層42B可基本上由鋁組成。替代地，金屬填充材料層42B可包括含有鋁及除了鋁以外的至少一種附加元素的鋁合金。舉例而言，至少一種附加元素可包括銅(Cu)、錳(Mn)、矽(Si)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、硼(B)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)、鉑(Pt)、及金(Au)中的至少一種。添加至少一種附加元素可提高機械強度(如藉由楊氏模數所量測)、化學成分均勻性、熱穩定性、及/或電移電阻。替代地，金屬填充材料層42B可包括銅基材料(包括大於50%的原子百分數的銅)，或可包括鎢基材料(包括大於50%的原子百分數的鎢)。

可藉由執行第一物理氣相沉積製程來沉積金屬填充材料層42B。沉積金屬填充材料層42B的第一物理氣相沉積製程的持續時間可經選擇，使得金屬填充材料層42B的頂表面的最低區域形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面HP_T之下，而金屬填充材料層42B的頂表面的上覆於腔體49的中心區域的區域形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面HP_T之上。

在一個實施例中，金屬覆蓋材料層42C的金屬材料包含、及/或基本上由含鋁合金組成，含鋁合金包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁，且包括大於0.1%的原子百分數的至少一種非鋁元素。第二原子百分數可在自80%至99.9%範圍內。在一個實施例中，第二原子百分 數可在自90%至99.9%範圍內，諸如自95%至99.8%、及/或自98.0%至99.5%。金屬覆蓋材料層42C可包含除了鋁以外的至少一種附加元素。舉例而言，至少一種非鋁元素可包括銅(Cu)、錳(Mn)、矽(Si)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、硼(B)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)、鉑(Pt)、及金(Au)中的至少一種。其他合適的非鋁元素在考慮的揭露範圍內。金屬覆蓋材料層42C內的至少一種非鋁元素可提高機械強度(如藉由楊氏模數所量測)、化學成分的均勻性、熱穩定性、及/或電移電阻。特別地，至少一種非鋁元素可經選擇，使得金屬覆蓋材料層42C的材料的第二楊氏模數比金屬填充材料層42B的材料的第一楊氏模數至少大1%，諸如大5%以上及/或大10%以上及/或大20%以上。楊氏模數的增加通常與化學機械研磨製程期間形成凹坑的阻力有關，且減少漿料在凹坑中的捕獲。替代地，金屬覆蓋材料層42C可不含鋁。在這個實施例中，金屬覆蓋材料層42C可包含、及/或可基本上由氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、或鎢(W)組成。

在一些實施例中，金屬填充材料層42B可包括銅基材料(包括大於50%的原子百分數的銅)或鎢基材料(包括大於50%的原子百分數的鎢)，金屬覆蓋材料層42C的材料可經選擇，使得金屬覆蓋材料層42C的材料的第二楊氏模數比金屬填充材料層42B的材料的第一楊氏模數至少 大1%，諸如大5%以上及/或大10%以上及/或大20%以上。在一個實施例中，金屬覆蓋材料層42C可包含、及/或可基本上由氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、或鎢(W)組成。

可藉由執行第二物理氣相沉積製程來沉積金屬覆蓋材料層42C。沉積金屬覆蓋材料層42C的第二物理氣相沉積製程的持續時間可經選擇，使得金屬覆蓋材料層42C的整個頂表面形成在包括金屬覆蓋材料層42C的頂表面的水平面之上。在一個實施例中，用於沉積金屬填充材料層42B的沉積製程及用於沉積金屬覆蓋材料層42C的沉積製程可在同一處理腔室中執行。用於沉積金屬填充材料層42B及金屬覆蓋材料層42C的兩個沉積製程可合併為單一沉積製程，單一沉積製程包括兩個不同的沉積步驟，其中沉積材料的材料成分突然或逐漸改變，前提為金屬填充材料層42B與金屬覆蓋材料層42C之間的成分變化提供如上所述的足夠的楊氏模數變化。

第2D圖為第2C圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。在一個實施例中，金屬覆蓋材料層42C的頂表面面積與金屬互連結構642的頂表面面積之比可在自0.01至0.3範圍內，諸如自0.02至0.2及/或自0.03至0.1。

參考第2C圖及第2D圖，位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上的層堆疊(42A、42B、42C)的部分，可藉由執行化學機械研磨製程來移除。根據本揭示案的態樣，金屬覆蓋材料層42C的 材料提供比金屬填充材料層42B的材料更大的研磨阻力(即，較低的拋光率)。因此，位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面下面的金屬覆蓋材料層42C的部分仍然嵌入在金屬填充材料層42B的相應剩餘部分中。層堆疊(42A、42B、42C)的剩餘材料部分的各連續集合包含金屬互連結構642。

各金屬互連結構642可包含金屬阻障層襯裡642A、金屬填充材料部分642B、及金屬嵌體結構642C。金屬阻障層襯裡642A為金屬阻障層襯裡層42A的圖案化剩餘部分。金屬填充材料部分642B為金屬填充材料層42B的圖案化剩餘部分。金屬嵌體結構642C為金屬覆蓋材料層42C的圖案化剩餘部分。金屬嵌體結構642C可嵌入在金屬填充材料部分642B內，金屬填充材料部分642B為金屬填充材料層42B的剩餘部分。

金屬阻障層襯裡642A、金屬填充材料部分642B、及金屬嵌體結構642C的最頂表面可形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面內(如第2C圖所示)。在一個實施例中，金屬填充材料部分642B可包含輪廓頂表面，輪廓頂表面包括物理暴露在金屬嵌體結構642C的封閉外周之外的外表面部分、物理暴露在金屬嵌體結構642C的封閉內周之內的內表面部分、及與金屬嵌體結構642C的輪廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分的輪廓連接表面部分。

各金屬互連結構642的頂表面的外周、及/或水平 橫截面形狀可具有正方形、圓角正方形、矩形、圓角矩形、或具有閉合週邊的任何二維曲線形狀。在一個實施例中，各金屬互連結構642的頂表面的外周、及/或水平橫截面形狀可具有平行於第一水平方向hd1的一對第一側面及平行於第二水平方向hd2的一對第二側面。該對第一側面可、或可不直接鄰接於該對第二側面。各第一側面的側向尺寸可在自300nm至60,000nm範圍內，諸如自1,000nm至10,000nm，儘管亦可使用較小及較大的側向尺寸。

金屬阻障層襯裡642A的頂表面的內周可自金屬阻障層襯裡642A的頂表面的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的外周可與金屬阻障層襯裡642A的頂表面的內周重合。金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的內周可自金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的外周可與金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的內周重合。金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的內周可自金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的內表面部分的周邊可與金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的內周重合。

根據本揭示案的實施例，提供了一種裝置結構，其包含：位於基板9上方的介電材料層(諸如基於金屬堆疊互連層介電材料層640)；以及形成在介電材料層內的金屬互 連結構642，其包含：包含導電金屬材料的金屬阻障層襯裡642A；位於金屬阻障層襯裡642A內且包含大於90%的第一原子百分數的鋁的金屬填充材料部分642B；以及嵌入在金屬填充材料部分642B內且包含含鋁合金(包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁且包括大於0.1%的原子百分數的非鋁元素)的金屬嵌體結構642C，其中金屬嵌體結構642C具有在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的頂表面，且金屬嵌體結構642C與金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面經側向間隔開。

在一個實施例中，金屬填充材料部分642B包含可大於90%的第一原子百分數的鋁。金屬嵌體結構642C包含、及/或基本上由含鋁合金組成，含鋁合金包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。金屬嵌體結構642C包括大於0.1%的原子百分數的至少一種非鋁元素。金屬嵌體結構642C具有在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的頂表面，且與金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面經側向間隔開。

在一個實施例中，金屬嵌體結構642C具有比金屬填充材料部分642C更大的楊氏模數值，舉例而言，大至少1%、及/或大至少5%、及/或大至少10%、及/或大至少20%。在一個實施例中，非鋁元素包含選自銅(Cu)、錳(Mn)、矽(Si)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、硼(B)、鈦(Ti)、 鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)、鉑(Pt)、及金(Au)的元素中的至少一種元素。

在一個實施例中，金屬嵌體結構642C具有垂直橫截面剖面，其中金屬嵌體結構642C的寬度隨著自包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面向下的垂直距離而嚴格減小。如本文所使用的，作為變數函數的量的「嚴格的增大」(或「嚴格增大」)意味著函數值針對變數值的每一增大而增大。作為變數函數的量的「嚴格的減小」(或「嚴格減小」)意味著函數值針對變數值的每一增大而減小。因此，金屬嵌體結構642C的寬度隨著自包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面向下的垂直距離的每一增大而減小。金屬嵌體結構642C的頂表面的外周與金屬嵌體結構642C的頂表面的內周之間的均勻間隔可在自2nm至200nm範圍內，諸如自6nm至60nm，儘管亦可使用較小及較大的寬度。

在一個實施例中，金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內具有封閉的週邊。金屬嵌體結構642C包含在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部642B的最頂表面的水平面內的封閉外周。

在一個實施例中，裝置結構包含：位於基板9與 介電材料層(諸如基於金屬堆疊互連層介電材料層640)之間的附加介電材料層(諸如第三接線-通孔層介電材料層630)；以及銅基金屬互連結構(例如第三金屬接線結構638)，銅基金屬互連結構包含附加金屬阻障層襯裡638A及嵌入在附加金屬阻障層襯裡638A中且與金屬阻障層襯裡642A的底表面接觸的銅基金屬填充材料部分638B，其中銅基金屬填充材料部分638B包含大於50%的原子百分數的銅，諸如大於90%及/或大於98%。

層堆疊(42A、42B、42C)的剩餘材料部分的各連續集合包含金屬互連結構642。各金屬互連結構642可包含金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B。金屬阻障層襯裡642A為金屬阻障層襯裡層42A的圖案化剩餘部分。金屬填充材料部分642B為金屬填充材料層42B的圖案化剩餘部分。金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面可形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面內。金屬填充材料部分642B的頂表面可在位於包括金屬互連結構642的頂表面的水平面內的金屬阻障層襯裡642A的內周之內連續延伸而無任何開口。

第3A圖及第3B圖為根據本揭示案實施例的在第二組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

參考第3A圖，示例性結構的第二組態可藉由增加金屬填充材料層42B的厚度自第2B圖中圖示的示例性結 構的第一組態推導得到。特別地，可增加金屬填充材料層42B的厚度，使得金屬填充材料層42B的頂表面的最底部分形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上、之處、或稍之下。金屬覆蓋材料層42C可隨後沉積在金屬填充材料層42B上方。在一些實施例中，金屬填充材料層42B的頂表面的最底部分可形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面稍之下，隨後可採用過研磨製程以提供金屬覆蓋材料層42C的完全移除。

第3C圖為第3B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。參考第3B圖及第3C圖，可執行第2C圖及第2D圖的處理步驟，以移除位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上的層堆疊(42A、42B、42C)的部分。由於金屬填充材料層42B與金屬覆蓋材料層42C之間的介面的整體可位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上，因此可在化學機械研磨製程期間移除金屬覆蓋材料層42C的整體，如第3B圖及第3C圖中所圖示。

根據本揭示案的態樣，金屬覆蓋材料層42C的材料提供比金屬填充材料層42B的材料更大的研磨阻力(即，較低的拋光率)。由於在化學機械研磨製程的最終步驟之前存在金屬覆蓋材料層42C，因此在金屬覆蓋材料層42C的底部分的區域內，即在腔體49的區域內，漿料的有害嵌入可減少。與不使用金屬覆蓋材料層42C的示例性化學機械 研磨製程相比，金屬填充材料部分642B的頂表面可具有減小的表面粗糙度。

第4A圖及第4B圖為根據本揭示案實施例的在第三組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

參考第4A圖，示例性結構的第三組態可自第2B圖中圖示的示例性結構的第一組態推導得到，其方法為藉由將示例性結構的第一組態的金屬覆蓋材料層42C替換為包含導電過渡金屬合金或諸如鈦(Ti)、鉭(Ta)、或鎢(W)的導電金屬的金屬覆蓋材料層52C。在一個實施例中，金屬覆蓋材料層52C可包括諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、或氮化鎢(WN)的導電金屬氮化物材料、或諸如碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、或碳化鎢(WC)的導電金屬碳化物材料、或諸如鈦(Ti)、鉭(Ta)、或鎢(W)的過渡金屬。在一個實施例中，金屬覆蓋材料層52C可具有比金屬填充材料層42B的材料更高的楊氏模數。金屬覆蓋材料層52C可藉由物理氣相沉積或化學氣相沉積來沉積。金屬覆蓋材料層52C的厚度可在自5nm至100nm範圍內，諸如自10nm至50nm，儘管亦可使用較小及較大的厚度。

在一個實施例中，沉積金屬填充材料層42B的物理氣相沉積製程的持續時間可經選擇，使得金屬填充材料層42B的頂表面的最低區域形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面HP_T之下，而金屬填充材料層42B的頂表面的上覆於腔體49的中心區域的 區域形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上。金屬覆蓋材料層52C的厚度可經選擇，使得金屬覆蓋材料層52C的整個頂表面位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面HP_T之上。

第4C圖為第4B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。參考第4B圖及第4C圖，可執行第2C圖及第2D圖的處理步驟，以移除位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上的層堆疊(42A、42B、52C)的部分。

根據本揭示案的態樣，金屬覆蓋材料層52C的材料提供比金屬填充材料層42B的材料更大的研磨阻力(即，較低的拋光率)。因此，金屬覆蓋材料層52C的位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面下面的部分仍然嵌入在金屬填充材料層42B的相應剩餘部分內。層堆疊(42A、42B、52C)的剩餘材料部分的各連續集合包括金屬互連結構642，其中鋁的平均原子百分數至少為50%。

各金屬互連結構642可包含金屬阻障層襯裡642A、金屬填充材料部分642B、及金屬嵌體結構652C。金屬阻障層襯裡642A為金屬阻障層襯裡層42A的圖案化剩餘部分。金屬填充材料部分642B為金屬填充材料層42B的圖案化剩餘部分。金屬嵌體結構652C為金屬覆蓋材料層52C的圖案化剩餘部分。金屬嵌體結構652C嵌入 在金屬填充材料部分642B內，金屬填充材料部分642B為金屬填充材料層42B的剩餘部分。

金屬阻障層襯裡642A、金屬填充材料部分642B及金屬嵌體結構652C的最頂表面可形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面內。在一個實施例中，金屬填充材料部分642B可包含輪廓頂表面，輪廓頂表面包括物理暴露在金屬嵌體結構652C的封閉外周之外的外表面部分、物理暴露在金屬嵌體結構652C的封閉內周之內的內表面部分、及與金屬嵌體結構652C的輪廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分的輪廓連接表面部分。在一個實施例中，金屬覆蓋材料層652C的頂表面面積與金屬互連結構642的頂表面面積之比可在自0.01至0.3範圍內，諸如自0.02至0.2及/或自0.03至0.1。

各金屬互連結構642的頂表面的外周、及/或水平橫截面形狀可具有正方形、圓角正方形、矩形、圓角矩形、或具有閉合週邊的任何二維曲線形狀。在一個實施例中，各金屬互連結構642的頂表面的外周、及/或水平橫截面形狀可具有平行於第一水平方向hd1的一對第一側面及平行於第二水平方向hd2的一對第二側面。該對第一側面可、或可不直接鄰接於該對第二側面。各第一側面的側向尺寸可在自300nm至60,000nm範圍內，諸如自1,000nm至10,000nm，儘管亦可使用較小及較大的側向尺寸。

金屬阻障層襯裡642A的頂表面的內周可自金屬 阻障層襯裡642A的頂表面的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的外周可與金屬阻障層襯裡642A的頂表面的內周重合。金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的內周可自金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的外周可與金屬填充材料部分642B的頂表面的外表面部分的內周重合。金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的內周可自金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的外周向內側向偏移。金屬填充材料部分642B的頂表面的內表面部分的周邊可與金屬填充材料部分642B的頂表面的輪廓連接表面部分的內周重合。

在一個實施例中，金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內具有封閉的週邊。金屬嵌體結構652C包含在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的封閉外周。在一個實施例中，金屬填充材料部分642B包含大於90%的原子百分數的鋁。

根據本揭示案的態樣，可提供一種裝置結構，其包含：位於基板9上方的介電材料層(諸如基於金屬堆疊互連層介電材料層640)；以及嵌入在介電材料層中的金屬互連結構642，其包含：包含導電金屬材料的金屬阻障層襯裡642A；位於具有第一楊氏模數的金屬阻障層襯裡642A內 的金屬填充材料部分642B；以及嵌入在金屬填充材料部分642B內且具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數的金屬嵌體結構652C，其中金屬嵌體結構652C具有在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的頂表面，且與金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面經側向間隔開。

在一個實施例中，金屬填充材料部分可包括鋁基金屬填充材料部分(包括大於90%的第一原子百分數的鋁)；且金屬嵌體結構可不含鋁或包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。

在一個實施例中，鋁基金屬填充材料部分可包括鋁銅合金(包括大於0.2%的原子百分數的銅)。

在一個實施例中，金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內具有封閉的週邊；且金屬嵌體結構652C包含在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的封閉外周。

在一個實施例中，金屬嵌體結構652C的封閉外周與金屬阻障層襯裡642A與金屬填充材料部分642B之間的介面的封閉週邊經側向間隔開。

在一個實施例中，金屬嵌體結構652C包含在包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內的封閉內周；封閉內周與封閉外周藉由 整個封閉內周內的均勻間隔而經側向間隔開。

在一個實施例中，金屬嵌體結構652C具有垂直橫截面剖面，其中金屬嵌體結構652C的寬度隨著自包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面向下的垂直距離而減小。金屬嵌體結構652C的頂表面的外周與金屬嵌體結構652C的頂表面的內周之間的均勻間隔可在自2nm至200nm範圍內，諸如自6nm至60nm，儘管亦可使用較小及較大的寬度。

在一個實施例中，金屬填充材料部分642B的頂表面包含：位於包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構652C的封閉外周之外的外表面部分；位於包括金屬阻障層襯裡642A及金屬填充材料部分642B的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構652C的閉合內周之內的內表面部分；以及與金屬嵌體結構652C的輪廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分的輪廓連接表面部分。

在一個實施例中，金屬嵌體結構652C包含、及/或基本上由選自氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、及鎢(W)的材料組成。在一個實施例中，金屬阻障層襯裡642A包含、及/或基本上由選自氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、及鎢(W)的材料組成。

在一個實施例中，金屬填充材料部分642B包含、 及/或基本上由鋁銅合金(包括大於0.2%的原子百分數的銅)組成。

在一個實施例中，裝置結構包含：位於基板9與介電材料層(例如基於金屬堆疊互連層介電材料層640)之間的附加介電材料層(諸如第三接線-通孔層介電材料層630)；以及銅基金屬互連結構(諸如第三金屬接線結構638)，銅基金屬互連結構包含附加金屬阻障層襯裡638A及嵌入在附加金屬阻障層襯裡638A中且與金屬阻障層襯裡642A的底表面接觸的銅基金屬填充材料部分638B，其中銅基金屬填充材料部分638B包含大於50%的原子百分數的銅，諸如大於90%及/或大於98%。

第5A圖及第5B圖為根據本揭示案實施例的在第四組態中形成金屬互連結構期間的示例性結構的一部分的順序的垂直橫截面圖。

參考第5A圖，示例性結構的第四組態可藉由增加金屬填充材料層42B的厚度自第4A圖中圖示的示例性結構的第三組態推導得到。具體地，可增加金屬填充材料層42B的厚度，使得金屬填充材料層42B的頂表面的最底部分形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之處、之上或稍之下。金屬覆蓋材料層52C隨後沉積在金屬填充材料層42B上方。在一些實施例中，金屬填充材料層42B的頂表面的最底部分可形成在包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之下，隨後可採用過研磨製程以提供金屬覆蓋材料層52C的完全 移除。

第5C圖為第5B圖中圖示的示例性結構的部分的俯視圖。參考第5B圖及第5C圖，可執行第4B圖及第4C圖的處理步驟，以移除位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上的層堆疊(42A、42B、52C)的部分。由於金屬填充材料層42B與金屬覆蓋材料層52C之間的介面的整體可位於包括基於金屬堆疊互連層介電材料層640的頂表面的水平面之上，因此可在化學機械研磨製程期間移除金屬覆蓋材料層52C的整體。

根據本揭示案的態樣，金屬覆蓋材料層52C的材料提供比金屬填充材料層42B的材料更大的研磨阻力(即，較低的拋光率)。由於在化學機械研磨製程的最終步驟之前存在金屬覆蓋材料層52C，因此在金屬覆蓋材料層52C的底部分的區域內，即在腔體49的區域內，漿料的有害嵌入可減少。與不使用金屬覆蓋材料層52C的示例性化學機械研磨製程相比，金屬填充材料部分642B的頂表面可具有減小的表面粗糙度。

第6圖為圖示用於形成本揭示案的金屬互連結構的方法的處理步驟序列的流程圖。

參考本揭示案的第1圖、第2A圖、第3A圖、第4A圖、及第5A圖及第6圖的步驟910，介電材料層(諸如基於金屬堆疊互連層介電材料層640)可在基板9上方形成。

參考本揭示案的第1圖、第2A圖、第3A圖、第 4A圖、及第5A圖及第6圖的步驟920，腔體49可在介電材料層內形成。

參考本揭示案的第1圖、第2B圖、第3A圖、第4A圖、及第5A圖及第6圖的步驟930，可在腔體49內且在介電材料層上方沉積層堆疊，層堆疊包括包含導電金屬氮化物材料的金屬阻障層襯裡層42A、包含大於90%的第一原子百分數的鋁且具有第一楊氏模數的金屬填充材料層42B、及包含具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數的金屬材料的金屬覆蓋材料層(42C或52C)。

參考本揭示案的第1圖、第2C圖及第2D圖、第3B圖及第3C圖、第4B圖及第4C圖、及第5B圖及第5C圖、及第6圖的步驟940，位於包括介電材料層的頂表面的水平面之上的層堆疊{42A、42B、(42C或52C)}的部分可例如藉由執行化學機械研磨製程來移除。層堆疊{42A、42B、(42C或52C)}的剩餘材料部分的連續集合包含金屬互連結構642。

本揭示案的金屬互連結構642可沒有在化學機械研磨製程期間由含鋁材料層的凹陷表面中漿料的捕獲而導致的凹坑。因此，本揭示案的金屬互連結構642可在包含金屬互連結構642的裝置結構的後續使用期間提供減小的表面粗糙度及增強的可靠性及耐久性。在一些實施例中，金屬互連結構642可用作連接接合線的接合墊。

根據本揭示案的一些實施例，一種裝置結構包含位於一基板上方的一介電材料層，以及嵌入在介電材料層中 的金屬互連結構。金屬互連結構包含金屬阻障層襯裡、金屬填充材料部分以及金屬嵌體結構。金屬阻障層襯裡包含導電金屬材料。金屬填充材料部分位於金屬阻障層襯裡內且具有第一楊氏模數。金屬嵌體結構嵌入在金屬填充材料部分內且具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數，其中金屬嵌體結構具有在包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的多個最頂表面的水平面內的頂表面，且金屬嵌體結構與金屬阻障層襯裡和金屬填充材料部分之間的介面側向間隔開來。在一些實施例中，金屬填充材料部分包含鋁基金屬填充材料部分，鋁基金屬填充材料部分包括大於90%的第一原子百分數的鋁，金屬嵌體結構不含鋁或包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。在一些實施例中，鋁基金屬填充材料部分包含鋁銅合金，鋁銅合金包括大於0.2%的原子百分數的銅。在一些實施例中，金屬阻障層襯裡和金屬填充材料部分之間的介面在包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內具有封閉週邊，金屬嵌體結構包含在包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的封閉外周。在一些實施例中，金屬嵌體結構的封閉外周與金屬阻障層襯裡和金屬填充材料部分之間的介面的封閉周邊側向間隔開來。在一些實施例中，金屬嵌體結構包含在包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的封閉內周，且封閉內周與封閉外周側向間隔開來。在一些實施例中，金屬嵌體結構具有垂直橫截面剖面，垂直橫截面剖面中的金屬嵌體 結構的寬度隨著自包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面向下的垂直距離而減小。在一些實施例中，金屬填充材料部分的頂表面包含外表面部分、內表面部分，以及輪廓連接表面部分。外表面部分位於包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構的封閉外周之外。內表面部分位於包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構的封閉內周之內。輪廓連接表面部分與金屬嵌體結構的輪廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分。在一些實施例中，金屬嵌體結構包含選自氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、及鎢(W)中的一材料。在一些實施例中，裝置結構進一步包含附加介電材料層以及銅基金屬互連結構，附加介電材料層位於基板與介電材料層之間，銅基金屬互連結構包含附加金屬阻障層襯裡及銅基金屬填充材料部分，銅基金屬填充材料部分嵌入在附加金屬阻障層襯裡中且與金屬阻障層襯裡的底表面接觸，其中銅基金屬填充材料部分包含大於50%的原子百分數的銅。

根據本揭示案的一些實施例，一種裝置結構包含位於基板上方的介電材料層，以及嵌入在介電材料層中的鋁基金屬互連結構。鋁基金屬互連結構包含金屬阻障層襯裡、鋁基金屬填充材料部分以及金屬嵌體結構。金屬阻障層襯裡包含導電金屬材料。鋁基金屬填充材料部分位於金屬阻 障層襯裡內且包含大於90%的第一原子百分數的鋁。金屬嵌體結構嵌入在鋁基金屬填充材料部分內且包含含鋁合金，含鋁合金包括小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁且包括大於0.1%的原子百分數的非鋁元素，其中金屬嵌體結構具有在包括金屬阻障層襯裡及鋁基金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的頂表面，且金屬嵌體結構與金屬阻障層襯裡和該鋁基金屬填充材料部分之間的介面側向間隔開來。在一些實施例中，金屬嵌體結構具有比鋁基金屬填充材料部分更大的楊氏模數值。在一些實施例中，非鋁元素包含選自銅(Cu)、錳(Mn)、矽(Si)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、硼(B)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、銥(Ir)、鉑(Pt)、及金(Au)中的至少一種元素。在一些實施例中，金屬阻障層襯裡和鋁基金屬填充材料部分之間的介面具有在包括金屬阻障層襯裡及鋁基金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的封閉週邊。金屬嵌體結構包含在包括金屬阻障層襯裡及鋁基金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內的封閉外周。在一些實施例中，鋁基金屬填充材料部分的頂表面包含外表面部分、內表面部分，以及輪廓連接表面部分。外表面部分位於包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構的封閉外周之外。內表面部分位於包括金屬阻障層襯裡及金屬填充材料部分的最頂表面的水平面內且位於金屬嵌體結構的封閉內周之內。輪廓連接表面部分與金屬嵌體結構的輪 廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分。

根據本揭示案的一些實施例，一種形成裝置結構的方法，包含以下步驟。在基板上方形成介電材料層，在介電材料層內形成腔體，接著在腔體內且在介電材料層上方沉積一層堆疊。層堆疊包括金屬阻障層襯裡層、具有第一楊氏模數的金屬填充材料層、及包含具有大於第一楊氏模數的第二楊氏模數的金屬材料的金屬覆蓋材料層。接著，移除位於包括介電材料層的頂表面的水平面之上的層堆疊的多個部分，其中層堆疊的多個剩餘材料部分的連續集合包含金屬互連結構。在一些實施例中，金屬填充材料層包含大於90%的第一原子百分數的鋁，金屬覆蓋材料層不含鋁或包含小於第一原子百分數的第二原子百分數的鋁。在一些實施例中，金屬覆蓋材料層的該金屬材料包含選自氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、及鎢(W)中的一材料。在一些實施例中，在金屬互連結構內的金屬覆蓋材料層的剩餘部分包含嵌入在金屬填充材料層的剩餘部分內的金屬嵌體結構。在一些實施例中，在金屬互連結構內的金屬填充材料層的剩餘部分包含頂表面，頂表面包括外表面部分、內表面以及輪廓連接表面部分。外表面部分物理暴露在金屬嵌體結構的封閉外周之外。內表面部分物理暴露在金屬嵌體結構的封閉內周之內。輪廓連接表面部分與金屬嵌體結構的輪廓底表面接觸且連接外表面部分及內表面部分。

前述內容概述若干實施例的特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭示案的態樣。熟習此項技術者應瞭解，其可易於使用本揭示案作為用於設計或修改用於實施本文中引入的實施例的相同目的及/或達成相同優勢的其他製程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效構造並不偏離本揭示案的精神及範疇，且此類等效構造可在本文中進行各種改變、取代及替代而不偏離本揭示案的精神及範疇。

910:步驟

920:步驟

930:步驟

940:步驟

Claims (10)

1. 一種形成裝置結構的方法，該方法包含以下步驟：在一基板上方形成一介電材料層；在該介電材料層內形成一腔體；在該腔體內且在該介電材料層上方沉積一層堆疊，該層堆疊包括一金屬阻障層襯裡層、具有一第一楊氏模數的一金屬填充材料層、及包含具有大於該第一楊氏模數的一第二楊氏模數的一金屬材料的一金屬覆蓋材料層；以及移除位於包括該介電材料層的一頂表面的一水平面之上的該層堆疊的多個部分，其中該層堆疊的多個剩餘材料部分的一連續集合包含一金屬互連結構，其中該金屬填充材料層包含一第一原子百分數的鋁，且該金屬覆蓋材料層不含鋁或包含小於該第一原子百分數的一第二原子百分數的鋁。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一原子百分數為大於90%。
3. 如請求項1所述之方法，其中該金屬覆蓋材料層的該金屬材料包含選自氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、及鎢(W)中的一材料。
4. 如請求項1所述之方法，其中在該金屬互連結構內的該金屬覆蓋材料層的一剩餘部分包含嵌入在該金屬填充材料層的一剩餘部分內的一金屬嵌體結構。
5. 如請求項4所述之方法，其中在該金屬互連結構內的該金屬填充材料層的該剩餘部分包含一頂表面，該頂表面包括：一外表面部分，該外表面部分物理暴露在該金屬嵌體結構的一封閉外周之外；一內表面部分，該內表面部分物理暴露在該金屬嵌體結構的一封閉內周之內；以及一輪廓連接表面部分，該輪廓連接表面部分與該金屬嵌體結構的一輪廓底表面接觸且連接該外表面部分及該內表面部分。
6. 一種裝置結構，包含：一介電材料層，該介電材料層位於一基板上方；以及一金屬互連結構，該金屬互連結構嵌入在該介電材料層中且包含：一金屬阻障層襯裡，該金屬阻障層襯裡包含一導電金屬材料；一金屬填充材料部分，該金屬填充材料部分位於該金屬阻障層襯裡內且具有一第一楊氏模數；以及 一金屬嵌體結構，該金屬嵌體結構嵌入在該金屬填充材料部分內且具有大於該第一楊氏模數的一第二楊氏模數，其中該金屬嵌體結構具有在包括該金屬阻障層襯裡及該金屬填充材料部分的多個最頂表面的一水平面內的一頂表面，且該金屬嵌體結構與該金屬阻障層襯裡和該金屬填充材料部分之間的一介面側向間隔開來，其中該金屬填充材料部分包含一鋁基金屬填充材料部分，該鋁基金屬填充材料部分包括一第一原子百分數的鋁，且該金屬嵌體結構不含鋁或包括小於該第一原子百分數的一第二原子百分數的鋁。
7. 如請求項6所述之裝置結構，其中該第一原子百分數大於90%。
8. 如請求項7所述之裝置結構，其中該鋁基金屬填充材料部分包含一鋁銅合金，該鋁銅合金包括大於0.2%的一原子百分數的銅。
9. 一種裝置結構，包含：一介電材料層，該介電材料層位於一基板上方；以及一鋁基金屬互連結構，該鋁基金屬互連結構嵌入在該介電材料層中且包含：一金屬阻障層襯裡，該金屬阻障層襯裡包含一導電金屬材料； 一鋁基金屬填充材料部分，該鋁基金屬填充材料部分位於該金屬阻障層襯裡內且包含大於90%的一第一原子百分數的鋁；以及一金屬嵌體結構，該金屬嵌體結構嵌入在該鋁基金屬填充材料部分內且包含一含鋁合金，該含鋁合金包括小於該第一原子百分數的一第二原子百分數的鋁且包括大於0.1%的一原子百分數的一非鋁元素，其中該金屬嵌體結構具有在包括該金屬阻障層襯裡及該鋁基金屬填充材料部分的多個最頂表面的一水平面內的一頂表面，且該金屬嵌體結構與該金屬阻障層襯裡和該鋁基金屬填充材料部分之間的一介面側向間隔開來。
10. 如請求項9所述之裝置結構，其中：該金屬阻障層襯裡和該鋁基金屬填充材料部分之間的該介面具有在包括該金屬阻障層襯裡及該鋁基金屬填充材料部分的該些最頂表面的該水平面內的一封閉週邊；以及該金屬嵌體結構包含在包括該金屬阻障層襯裡及該鋁基金屬填充材料部分的該些最頂表面的該水平面內的一封閉外周。

Images