專利名稱：經(jīng)過(guò)改進(jìn)的用于雙鑲嵌工藝的間隙填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及用于雙鑲嵌工藝的間隙填充方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)方面的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了 IC代，其中每個(gè)代都具有比上一個(gè)代更小和更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步增加了加工和制造IC的復(fù)雜度，因此，為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要在IC加工和制造方面的同樣發(fā)展。在IC發(fā)展過(guò)程中，功能密度(即每芯片面積上互連器件的數(shù)量)大幅增加了而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以做出的最小組件(或線))降低了。為形成越來(lái)越多的互連部件如通孔和金屬線已開發(fā)了雙鑲嵌工藝。雙鑲嵌工藝涉及形成間隙或者開口。傳統(tǒng)雙鑲嵌工藝采用種子層加鍍銅工藝來(lái)填充間隙。然而，隨著半導(dǎo)體器件尺寸繼續(xù)縮小，這種方法可能遇到問(wèn)題。例如，在20納米(nm)制造工藝中，間隙 可能變得太窄，從而可能導(dǎo)致采用常規(guī)雙鑲嵌工藝不能進(jìn)行合適的填充。間隙的頂部可能被阻塞了，在下面可能形成空隙。結(jié)果，降低了半導(dǎo)體器件的性能。因此，雖然目前的雙鑲嵌工藝大體上足以實(shí)現(xiàn)它們的預(yù)期用途，但在各方面仍不是完全令人滿意的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括形成具有多個(gè)第一開口的經(jīng)圖案化的介電層；在所述經(jīng)圖案化的介電層上方形成導(dǎo)電襯層，所述導(dǎo)電襯層部分地填充所述第一開口 ；在所述導(dǎo)電襯層位于所述第一開口外的部分上方形成經(jīng)圖案化的溝槽掩模層，從而形成多個(gè)第二開口，其中，所述第二開口的至少一個(gè)子集設(shè)置在所述第一開口的上方；在所述第一開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)通孔，以及在所述第二開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)金屬線；以及去除所述溝槽掩模層。在上述方法中，進(jìn)一步包括在去除所述溝槽掩模層之后，去除所述導(dǎo)電襯層的未被所述金屬線覆蓋的部分；在部分所述經(jīng)圖案化的介電層的上方以及在所述金屬線的側(cè)壁上形成介電阻擋層，從而形成多個(gè)第三開口 ；用低k介電材料填充所述第三開口 ；以及對(duì)所述低k材料實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光工藝。在上述方法中，其中，形成所述導(dǎo)電襯層包括原子層沉積工藝和化學(xué)汽相沉積工藝之一 O在上述方法中，其中，形成所述導(dǎo)電阻擋層包括原子層沉積工藝、化學(xué)汽相沉積和物理汽相沉積工藝之一。在上述方法中，其中，所述沉積包括以以無(wú)電電鍍工藝、電鍍工藝或是物理汽相沉積工藝沉積銅作為所述導(dǎo)電材料。在上述方法中，進(jìn)一步包括，在形成所述經(jīng)圖案化的介電層之前在襯底上方形成互連層，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線；以及在所述互連層上方形成蝕刻停止層；其中形成所述經(jīng)圖案化的介電層包括在所述蝕刻停止層上形成所述經(jīng)圖案化的介電層；以及所述經(jīng)圖案化的介電層包含低k介電材料。在上述方法中，進(jìn)一步包括在形成所述導(dǎo)電襯層之前，在所述經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電阻擋層；并且其中，在所述導(dǎo)電阻擋層上形成所述導(dǎo)電襯層。在上述方法中，進(jìn)一步包括在形成所述導(dǎo)電襯層之前，在所述經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電阻擋層，并且其中，在所述導(dǎo)電阻擋層上形成所述導(dǎo)電襯層，其中所述導(dǎo)電襯層包括非銅金屬材料，以及所述導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。在上述方法中，進(jìn)一步包括在形成所述導(dǎo)電襯層之前，在所述經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電阻擋層，并且其中，在所述導(dǎo)電阻擋層上形成所述導(dǎo)電襯層，其中，所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層每一個(gè)都薄于約50埃。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上方形成互連層，所述互連層包括多個(gè)第一金屬線組件；在所述互連層上方形成蝕刻停止層；在所述互連層上方形成第一低k介電層，所述第一低k介電層包含多個(gè)第一開口 ；在所述第一低k介電層上方形成導(dǎo)電阻擋層；在所述導(dǎo)電阻擋層上方形成導(dǎo)電襯層，所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層部分地填充所述第一開口，其中，形成所述導(dǎo)電襯層采用化學(xué)汽相沉積工藝和原子層沉積工藝之一進(jìn)行實(shí)施；在所述導(dǎo)電襯層上方以及所述第一開口上方形成溝槽掩模層，所述溝槽掩模層包含多個(gè)第二開口，其中，所述第二開口的至少一個(gè)子集與其下面的所述第一開口對(duì)準(zhǔn)；在所述第一開口中形成多個(gè)通孔以及在所述第二開口中形成多個(gè)第二金屬線組件；之后去除所述溝槽掩模層；之后在去除所述溝槽掩模層的位置形成介電阻擋層，所述介電阻擋層包含多個(gè)第三開口；以及用第二低k介電層填充所述第三開口。在上述方法中，其中，形成所述溝槽掩模層的步驟以使至少一些所述第二開口比在其下面設(shè)置的相應(yīng)第一開口更寬的方式實(shí)施。在上述方法中，其中，形成所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)第二金屬線組件的步驟通過(guò)以無(wú)電電鍍工藝、電鍍工藝或是物理汽相沉積工藝沉積銅材料實(shí)施。在上述方法中，其中所述導(dǎo)電襯層包含無(wú)銅的金屬材料；以及所述導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。在上述方法中，其中，所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層每一個(gè)都不厚于約50埃。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括層，包括與多個(gè)蝕刻停止部相間錯(cuò)雜的多個(gè)導(dǎo)電阻擋部；多個(gè)第一介電部，分別被設(shè)置在所述蝕刻停止部的上方；多個(gè)導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電阻擋部的上方，其中，部分所述導(dǎo)電襯部被設(shè)置在所述第一介電部的側(cè)壁上；多個(gè)介電阻擋部，分別被設(shè)置在所述第一介電部的上方，其中，所述介電阻擋部包含多個(gè)開口 ；多個(gè)第二介電部，分別填充所述開口 ；多個(gè)通孔，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電襯部的上方；以及多個(gè)金屬線組件，其中，所述金屬線組件的第一子集的每一個(gè)都被設(shè)置在相應(yīng)的所述通孔之一的上方，以及所述金屬線組件的第二子集被設(shè)置在相應(yīng)的所述第一介電部之一的上方。在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述金屬線組件與所述第二介電部相間錯(cuò)雜。在上述半導(dǎo)體器件中，其中所述導(dǎo)電襯部的每一個(gè)都包括無(wú)銅的金屬材料；以及所述導(dǎo)電阻擋部的每一個(gè)都包括選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。在上述半導(dǎo)體器件中，其中，每個(gè)導(dǎo)電阻擋部和每個(gè)導(dǎo)電襯部都不厚于約50埃。在上述半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括襯底；層間介電(ILD)層，被設(shè)置在所述襯底的上方；以及互連層，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線組件；其中，包括所述導(dǎo)電阻擋部的所述層被設(shè)置在所述互連層的上方。在上述半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括襯底；層間介電(ILD)層，被設(shè)置在所述襯底的上方；以及互連層，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線組件；其中，包括所述導(dǎo)電阻擋部的所述層被設(shè)置在所述互連層的上方，其中，所述互連層進(jìn)一步包括多個(gè)另外的導(dǎo)電阻擋部，被設(shè)置在所述ILD層的上方；多個(gè)另外的導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電阻擋部的上方；多個(gè)另外的介電阻擋部，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述另外的介電阻擋部包含多個(gè)另外的開口 ；以及多個(gè)第三介電部，分別填充所述另外的開口 ；其中所述另外的金屬線組件分別被設(shè)置在所述另外的導(dǎo)電襯部的上方；以及所述 另外的金屬線部件與所述第三介電部相間錯(cuò)雜。在上述半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括襯底；層間介電(ILD)層，被設(shè)置在所述襯底的上方；以及互連層，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線組件；其中，包括所述導(dǎo)電阻擋部的所述層被設(shè)置在所述互連層的上方，其中所述第一介電部、第二介電部、和第三介電部全都包含低k介電材料；以及所述介電阻擋部全都包含是化合物的材料，所述化合物由多個(gè)選自由硅、氧、碳、氮、和硼組成的的組的元素構(gòu)成。


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(méi)有按比例進(jìn)行繪制。實(shí)際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面制造半導(dǎo)體器件以減小臨界尺寸(criticaldimension)的方法的流程圖。圖2至圖10是根據(jù)圖I的方法的各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體器件的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)了解為了實(shí)施各個(gè)實(shí)施例的不同部件，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。在下面描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不打算用于限定。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括其中可以在第一和第二部件之間形成額外的部件，使得第一和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)明和清楚，而且其本身不指定各個(gè)實(shí)施例和/或所討論的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。圖I中示出了用于改進(jìn)雙鑲嵌工藝的間隙填充性能的方法10的流程圖。圖2至圖10是示出了在各個(gè)制造階段期間半導(dǎo)體器件的實(shí)施例的橫截面視圖。半導(dǎo)體器件可以是集成電路(IC)芯片、芯片上系統(tǒng)(SoC)、或其部分，其可以包括各種無(wú)源和有源微電子器件如電阻器、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)晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS (LDMOS)晶體管、大功率MOS晶體管、或者其它類型的晶體管。應(yīng)當(dāng)理解為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念簡(jiǎn)化了圖2至圖10。因此，應(yīng)當(dāng)注意到在圖I的方法10之前、期間和之后可以提供額外的工藝，以及在本文中對(duì)其它一些工藝僅進(jìn)行簡(jiǎn)述。參考圖1，方法10開始于框15，在框15中，形成具有多個(gè)第一開口的經(jīng)圖案化的介電層。方法10繼續(xù)到框20，在框20中，在經(jīng)圖案化的介電層上方形成導(dǎo)電襯層。導(dǎo)電襯層部分地填充第一開口。方法10繼續(xù)到框25，在框25中，在第一開口外面的部分導(dǎo)電襯層的上方形成溝槽掩模層，從而形成多個(gè)第二開口，第二開口的一個(gè)子集形成于第一開口的上方。方法10繼續(xù)到框30，在框30中，在第一開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)通孔，以及在第二開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)金屬線。方法10繼續(xù)到框35，在框35中，去除溝槽掩模層。應(yīng)當(dāng)理解，在框15至框35之前、期間、和之后可以實(shí)施其它工藝以完成半導(dǎo)體器件的制造，但是為了簡(jiǎn)明起見，在本文中沒(méi)有示出這些工藝。 圖2至圖10是在各個(gè)制造階段時(shí)的一部分半導(dǎo)體器件50的示意性片段橫截面?zhèn)纫晥D。參考圖2,半導(dǎo)體器件50包括襯底60。襯底60可以是半導(dǎo)體晶圓的一部分。例如，襯底60可以包含硅。襯底60可以可選地由其它一些合適的元素半導(dǎo)體，如金剛石或鍺；合適的化合物半導(dǎo)體，如碳化硅、砷化銦、或磷化銦；或者合適的合金半導(dǎo)體，如碳化硅鍺、磷化鎵砷、或磷化鎵銦制成。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底60包括用于各種微電子組件如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CM0SFET)、成像傳感器、存儲(chǔ)器單元、和/或電容組件的各種摻雜的部件。在襯底60上形成層間介電(ILD)層70。ILD層70包含介電材料，例如硅酸鹽玻璃(USG)或者磷硅酸鹽玻璃(PSG)。在ILD層70上方形成互連層80?；ミB層80也可以被稱為金屬層。在實(shí)施例中，互連層80是金屬-I (Ml)層。互連層80包括介電層90。在實(shí)施例中，介電層90包含低k材料，例如，由下列元素的一個(gè)子集組成的化合物娃(Si)、氧(O)、碳(C)、和氫⑶。例如，該化合物可以是氧化硅或者碳化硅。在實(shí)施例中，介電層90具有小于約1000埃的厚度。在示出的實(shí)施例中，介電層90包括多個(gè)部。介電層90的每個(gè)部至少部分地被介電阻擋層100圍繞或者環(huán)繞。在實(shí)施例中，介電阻擋層100包括由下列元素的一個(gè)子集組成的化合物Si、0、c、氮(N)、和硼(B)。例如，該化合物可以是氮化硅或碳化硅。在實(shí)施例中，介電阻擋層100具有小于約50埃的厚度。介電阻擋層100起減少金屬擴(kuò)散的作用。互連層80還包括導(dǎo)電阻擋層110。導(dǎo)電阻擋層110包含導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料選自由下列物質(zhì)組成的組鉭(Ta)、氮化鉭(TaNx)Ji (Ti)、氮化鈦(TiNx)、氧化錳(MnOx)、及其組合。在實(shí)施例中，導(dǎo)電阻擋層110具有小于約50埃的厚度。在示出的實(shí)施例中，導(dǎo)電阻擋層110包括多個(gè)部。導(dǎo)電阻擋層110的每個(gè)部被設(shè)置在ILD層70的上方和介電層90的部之間?；ミB層80還包括導(dǎo)電襯層120。導(dǎo)電襯層120包含導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是金屬，例如釕(Ru)、鈷(Co)、鎢(W)、或其組合。在實(shí)施例中，導(dǎo)電襯層120具有小于約50埃的厚度。在示出的實(shí)施例中，導(dǎo)電襯層120包括多個(gè)部。導(dǎo)電襯層120的每個(gè)部被設(shè)置在導(dǎo)電阻擋層110上和介電層90的部之間?；ミB層80還包括導(dǎo)電層130。導(dǎo)電層130包含導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是Cu。在實(shí)施例中，導(dǎo)電層130具有小于約900埃的厚度。在示出的實(shí)施例中，導(dǎo)電層130包括多個(gè)部。導(dǎo)電層130的每個(gè)部被設(shè)置在導(dǎo)電襯層120的相應(yīng)部上以及在介電層90的部之間。導(dǎo)電層130的部充當(dāng)互連層80中的金屬線?；ミB層80具有行間距135。在實(shí)施例中，行間距小于約64納米(nm)。在互連層80上方形成蝕刻停止層140。蝕刻停止層包含介電材料。在實(shí)施例中，蝕刻停止層140包含由下列元素的一個(gè)子集組成的化合物Si、0、C、N、和B。例如，該化合物可以是氮化硅、碳化硅、或者氧化硅。選擇蝕刻停止層140的材料以使其對(duì)介電層90具有足夠的蝕刻選擇性。換句話說(shuō)，蝕刻停止層140和介電層90包含不同的材料組分。在實(shí)施例中，蝕刻停止層140具有小于約300埃的厚度。在蝕刻停止層140的上方形成介電層150。在實(shí)施例中，介電層150包含低k材 料，例如由下列元素的一個(gè)子集組成的化合物Si、0、C和H。例如，該化合物可以是氧化硅或碳化娃。在實(shí)施例中，介電層150具有小于約1000埃的厚度?，F(xiàn)在參考圖3，對(duì)半導(dǎo)體器件50實(shí)施圖案化工藝200以在介電層150中形成多個(gè)開口。圖案化工藝200可以包括采用工藝如光刻、浸入式光刻、離子束書寫、或者其它合適的工藝形成經(jīng)圖案化的光刻膠層(未示出)。例如，光刻工藝可以包括旋轉(zhuǎn)涂布、軟烘焙、暴露、后烘焙、顯影、沖洗、干燥、以及其它合適的工藝。圖案化工藝還可以包括蝕刻工藝，在蝕刻工藝中，經(jīng)圖案化的光刻膠層可以用作掩模以在介電層140和層150中蝕刻開口。為了簡(jiǎn)明起見，在本文中僅示出了開口 210至216，但是可以理解形成了許多其它開口。開口 210至216每一個(gè)都與下面的導(dǎo)電層130的部中的對(duì)應(yīng)部大概對(duì)準(zhǔn)(垂直)。在實(shí)施例中，開口 210至216可以比導(dǎo)電層130的部略微更寬。在實(shí)施例中，開口 210至216的最小寬度是約32nm，或者是行間距135的約1/2。此時(shí)，可以說(shuō)介電層150構(gòu)成“僅有通孔的結(jié)構(gòu)(via-only structure)”。換句話說(shuō)，保留開口 210至216用于在隨后的工藝中形成通孔，但不用于形成金屬線。這與常規(guī)雙鑲嵌工藝是不同的，在常規(guī)雙鑲嵌工藝中形成包含溝槽的結(jié)構(gòu)，該溝槽保留用于形成通孔以及位于通孔上方的金屬線?，F(xiàn)在參考圖4，實(shí)施沉積工藝230以在介電層150上方形成導(dǎo)電阻擋層240，并部分地填充開口 210至216。導(dǎo)電阻擋層240還形成于開口 210至216中的介電層150的側(cè)壁上。導(dǎo)電阻擋層240位于這些側(cè)壁上的部分是薄的，因此為了簡(jiǎn)明起見在本文中不具體示出。在實(shí)施例中，沉積工藝230包括化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝。在另一實(shí)施例中，沉積工藝230包括原子層沉積(ALD)工藝。導(dǎo)電阻擋層240包含導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料選自由下列物質(zhì)組成的組鉭(Ta)、氮化鉭(TaNx)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiNx)、氧化猛(MnOx)、及其組合。在實(shí)施例中，導(dǎo)電阻擋層240具有小于約50埃的厚度。現(xiàn)在參考圖5，實(shí)施沉積工藝250以在導(dǎo)電阻擋層240上方形成導(dǎo)電襯層260，并部分填充開口 210至216。在實(shí)施例中，沉積工藝250包括CVD工藝。在另一實(shí)施例中，沉積250包括ALD工藝。導(dǎo)電襯層260包含導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是金屬,該金屬可以是非銅材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電襯層260具有小于約50埃的厚度。與用于電鍍工藝的傳統(tǒng)種子層相比，導(dǎo)電襯層260具有更低的導(dǎo)電性。由于更低的導(dǎo)電性，其可以用于無(wú)電電鍍工藝，將在下面對(duì)無(wú)電電鍍工藝進(jìn)行更詳細(xì)的討論。現(xiàn)在參考圖6，對(duì)半導(dǎo)體器件50實(shí)施圖案化工藝280，以形成溝槽掩模層290。在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽掩模層290包含光刻膠材料，采用與上面參考圖3所討論的相類似的光刻工藝對(duì)其進(jìn)行圖案化。在另一個(gè)實(shí)施例中，溝槽掩模層290包含介電材料，例如氧化硅，可以通過(guò)經(jīng)圖案化的光刻膠層對(duì)其進(jìn)行圖案化。溝槽掩模層290的形成實(shí)際上建立了多個(gè)額外的開口 210A至216A。開口 210A至216A的子集分別被設(shè)置在開口 210至216的上方(并與開口 210至216對(duì)準(zhǔn))。可選地，開口 210A至216A的子集可以被視為開口 210至216的延伸。開口 210A至216A也可以被稱為溝槽。在示出的實(shí)施例中，開口 210A、212A、和216A比開口 211A、213A至215A更寬。保留開口 210A至216A用于在隨后的工藝中形成金屬線組件，而保留開口 210至216用于在隨后的工藝中形成通孔。現(xiàn)在參考圖7，對(duì)半導(dǎo)體器件50實(shí)施雙鑲嵌沉積工藝300。雙鑲嵌沉積工藝300沉積導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是Cu。在一個(gè)實(shí)施例中，雙鑲嵌工藝300包括無(wú)電電鍍工藝(ELD)工藝。在另一實(shí)施例中，雙鑲嵌沉積工藝300可以包括電鍍工藝(ECP)。在另一實(shí)施例中，雙鑲嵌沉積工藝300可以包括物理汽相沉積工藝(PVD)。隨后在雙鑲嵌 沉積工藝300之后實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。作為雙鑲嵌工藝和后續(xù)的CMP工藝的結(jié)果，在開口 210至216中形成多個(gè)通孔310至316，以及在開口 210A至216A中形成多個(gè)金屬線320至326。在導(dǎo)電襯層260上形成通孔310至316。在通孔310至316上形成金屬線320至326。在實(shí)施例中，在其上形成的通孔314和金屬線324可以被視為單個(gè)通孔。對(duì)于通孔315和金屬線325同樣也可以這么說(shuō)。以相間錯(cuò)雜或者交錯(cuò)的方式設(shè)置金屬線320至326和溝槽掩模層290。以雙鑲嵌工藝形成通孔的傳統(tǒng)方法涉及采用物理汽相沉積(PVD)工藝來(lái)形成種子層。采用PVD工藝形成的這種種子層可能具有較差的一致性，意為其在一些部分中可能較薄，同時(shí)其它部分可能基本上較厚。如果種子層在側(cè)壁部分太薄了(例如小于約50埃)，則其不足以實(shí)施接種(seeding)功能。另一方面，如果在側(cè)壁部分形成足夠厚(例如大于約50埃)的種子層，則其可能具有同樣太厚的頂角落，引起阻塞溝槽開口 210至216 (圖5)的突出端(overhangs)。突出端可能阻止后續(xù)的通孔沉積,并可能導(dǎo)致形成空隙。相比之下，本文所公開的導(dǎo)電襯層260容許使用化學(xué)沉積工藝形成通孔310至316。這也可以被稱為直接鍍工藝。不像形成通孔的常規(guī)工藝，對(duì)于這種工藝不需要種子層。也可以對(duì)本文用于形成導(dǎo)電襯層260的ALD或者CVD工藝進(jìn)行調(diào)諧以具有良好的均勻性控制。因此，可以形成薄的(小于50埃)且對(duì)于底部和側(cè)壁部分是共形的導(dǎo)電襯層260。這減少了突出端的可能性和存在，容許開口在后續(xù)雙鑲嵌沉積工藝300中更容易被通孔310至316填充。此外，因?yàn)闇喜垩谀?90在形成導(dǎo)電襯層260之后形成，所以在溝槽掩模層290的側(cè)壁上不形成導(dǎo)電襯層260的部分。這也容許溝槽開口比常規(guī)方法更寬，在常規(guī)方法中在限定通孔上方的金屬線的形狀的介電層的側(cè)壁上形成種子層。出于上面所討論的這些原因，通過(guò)本發(fā)明的方法改進(jìn)了溝槽填充性能?，F(xiàn)在參考圖8，去除溝槽掩模層290。之后，以使部分介電層150被暴露出來(lái)的方式去除未被金屬線320至326覆蓋的導(dǎo)電阻擋層240和導(dǎo)電襯層260的部分。現(xiàn)在參考圖9，在介電層150的暴露部分的上方以及在金屬線320至326的頂部和側(cè)壁上形成介電阻擋層350。介電阻擋層350包含是化合物的材料，該化合物由選自由Si、0、C、N、和B組成的組的多個(gè)元素組成。使介電阻擋層350成形以形成多個(gè)開口 370至377。可以說(shuō)在去除溝槽掩模層290 (圖7)的位置形成介電阻擋層350 (和開口 370至377)?，F(xiàn)在參考圖10，在介電阻擋層350上方形成介電層380，其填充開口 370至377。在實(shí)施例中，介電層380包含低k材料。然后在介電層380上實(shí)施CMP工藝，直到介電層380的上表面基本上與金屬線320至326共平面。介電層380包含至少部分地被介電阻擋層350圍繞或者環(huán)繞的多個(gè)部。介電阻擋層350起到減少相鄰的金屬結(jié)構(gòu)如金屬線320至326之間的金屬擴(kuò)散的作用。在采用常規(guī)雙鑲嵌工藝形成的金屬層中可能沒(méi)有這種介電阻擋層350。在該制造方面，以與介電層380的部相間錯(cuò)雜或者交錯(cuò)的方式設(shè)置金屬線320至326，介電層380的部填充介電阻擋層350的開口 370至377。上面所討論的工藝實(shí)際上建立了互連層400，互連層400包括金屬線320至326和介電層380的部。互連層400被認(rèn)為是位于互連層80的上方。因此，在互連層80是金屬-I層的實(shí)施例中，互連層400是金屬-2 (M2)層。通孔310至316將上面的互連層400 中的金屬線320至326和下面的互連層80中的金屬線130電連接在一起。在示出的實(shí)施例中，通孔310至316可以被認(rèn)為是設(shè)置在通孔-I層內(nèi)。盡管沒(méi)有詳細(xì)討論互連層80的制造工藝，但應(yīng)當(dāng)理解可以以相似的方式實(shí)施用于形成互連層400的工藝來(lái)同樣形成互連層80。例如,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,在ILD層70上形成導(dǎo)電阻擋層110。在導(dǎo)電阻擋層110上形成導(dǎo)電襯層120。在導(dǎo)電襯層120上形成溝槽掩模層(與溝槽掩模層290相似)。然后圖案化該溝槽掩模層以形成多個(gè)開口或者溝槽。形成金屬線130，以沉積工藝接著以后續(xù)CMP工藝填充這些開口。然后去除溝槽掩模層，并實(shí)施一個(gè)或者多個(gè)蝕刻工藝來(lái)去除未被金屬線130保護(hù)的導(dǎo)電襯層120和導(dǎo)電阻擋層110的部分。之后，形成介電阻擋層100。然后形成被介電阻擋層100圍繞的介電層90。也應(yīng)當(dāng)理解可以應(yīng)用用于形成互連層80和互連層400 (以及它們之間的通孔層)的方法在互連層400的上方形成額外的互連層和通孔層，例如金屬-3層或金屬-4層。本文所公開的實(shí)施例提供了優(yōu)于常規(guī)雙鑲嵌方法的優(yōu)勢(shì)。然而，應(yīng)當(dāng)理解不同的實(shí)施例可能提供其它優(yōu)勢(shì)，并且沒(méi)有特定優(yōu)勢(shì)是所有實(shí)施例所必需的。一個(gè)優(yōu)勢(shì)是如上面所討論的，本文所公開的實(shí)施例容許通過(guò)形成“僅有通孔”結(jié)構(gòu)的方式形成較寬的溝槽，以及通過(guò)利用CVD或者ALD形成相對(duì)共形的導(dǎo)電襯層。不再需要厚的銅種子層。鑒于此，可以基本上減緩溝槽突出端問(wèn)題，并改進(jìn)間隙(溝槽)填充性能。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是本文所討論的工藝與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造流程兼容。因此，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施成本并不高。本發(fā)明的一個(gè)較廣泛的形式涉及制造半導(dǎo)體的方法，該方法包括形成具有多個(gè)第一開口的經(jīng)圖案化的介電層；在經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電襯層，該導(dǎo)電襯層部分地填充第一開口 ；在第一開口外面的部分導(dǎo)電襯層的上方形成經(jīng)圖案化的溝槽掩模層，從而形成多個(gè)第二開口，其中，第二開口的至少一個(gè)子集被設(shè)置在第一開口的上方；在第一開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)通孔，以及在第二開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)金屬線；以及去除溝槽掩模層。在實(shí)施例中，該方法包括在去除溝槽掩模層之后，去除導(dǎo)電襯層的未被金屬線覆蓋的部分；在部分經(jīng)圖案化的介電層的上方以及在金屬線的側(cè)壁上形成介電阻擋層，從而形成多個(gè)第三開口 ；用低k介電材料填充第三開口 ；以及對(duì)低k材料實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
在實(shí)施例中，形成導(dǎo)電襯層包括原子層沉積工藝和化學(xué)汽相沉積工藝之一。在實(shí)施例中，沉積包括以無(wú)電電鍍工藝、電鍍工藝或是物理汽相沉積工藝沉積銅作為導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在形成經(jīng)圖案化的介電層之前在襯底上方形成互連層，該互連層包含多個(gè)另外的金屬線；以及在互連層上方形成蝕刻停止層；其中形成經(jīng)圖案化的介電層包括在蝕刻停止層上形成經(jīng)圖案化的介電層；以及經(jīng)圖案化的介電層包含低k介電材料。在實(shí)施例中，該方法包括在形成導(dǎo)電襯層之前，在經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電阻擋層；并且其中，在導(dǎo)電阻擋層上形成導(dǎo)電襯層。在實(shí)施例中，導(dǎo)電襯層包含非銅金屬材料；以及導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。
在實(shí)施例中，導(dǎo)電阻擋層和導(dǎo)電襯層每一個(gè)都薄于約50埃。本發(fā)明的另一個(gè)較廣泛的形式涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在襯底上方形成互連層，該互連層包括多個(gè)第一金屬線組件；在互連層上方形成蝕刻停止層；在互連層上方形成第一低k介電層，該第一低k介電層包含多個(gè)第一開口 ；在第一低k介電層上方形成導(dǎo)電阻擋層；在導(dǎo)電阻擋層上方形成導(dǎo)電襯層，該導(dǎo)電阻擋層和該導(dǎo)電襯層部分地填充第一開口，其中形成導(dǎo)電襯層采用化學(xué)汽相沉積工藝和原子層沉積工藝之一進(jìn)行實(shí)施；在導(dǎo)電襯層上方以及在第一開口上方形成溝槽掩模層，該溝槽掩模層包含多個(gè)第二開口，其中第二開口的至少一個(gè)子集與其下面的第一開口對(duì)準(zhǔn)；在第一開口中形成多個(gè)通孔以及在第二開口中形成多個(gè)第二金屬線組件；之后去除溝槽掩模層；之后在去除溝槽掩模層的位置形成介電阻擋層，該介電阻擋層包含多個(gè)第三開口 ；以及用第二低k介電層填充第三開口。在實(shí)施例中，形成溝槽掩模層以使至少一些第二開口比在其下面設(shè)置的相應(yīng)第一開口寬的方式實(shí)施。在實(shí)施例中，形成多個(gè)通孔和多個(gè)第二金屬線組件通過(guò)以化學(xué)鍍工藝沉積銅材料實(shí)施。在實(shí)施例中，導(dǎo)電襯層包含無(wú)銅的金屬材料；以及導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電阻擋層和導(dǎo)電襯層每一個(gè)都不厚于約50埃。本發(fā)明的又一個(gè)較廣泛的形式涉及一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括層，包括與多個(gè)蝕刻停止部相互交叉的多個(gè)導(dǎo)電阻擋部；多個(gè)第一介電部，分別被設(shè)置在蝕刻停止部的上方；多個(gè)導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在導(dǎo)電阻擋部的上方，其中部分導(dǎo)電襯部被設(shè)置在第一介電部的側(cè)壁上；多個(gè)介電阻擋部，分別被設(shè)置在所述第一介電部的上方，其中介電阻擋部包含多個(gè)開口 ；多個(gè)第二介電部，分別填充開口 ；多個(gè)通孔，分別被設(shè)置在導(dǎo)電襯部的上方；以及多個(gè)金屬線組件，其中，金屬線組件的第一子集每一個(gè)都被設(shè)置在相應(yīng)的通孔之一的上方，以及金屬線組件的第二子集被設(shè)置在相應(yīng)的第一介電部之一的上方。在實(shí)施例中，金屬線組件與第二介電部相間錯(cuò)雜。在實(shí)施例中，導(dǎo)電襯部每一個(gè)都包含無(wú)銅的金屬材料；以及導(dǎo)電阻擋部每一個(gè)都包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料。
在實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)電阻擋部和每個(gè)導(dǎo)電襯部都不厚于約50埃。在實(shí)施例中，權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括襯底；在襯底上方設(shè)置的層間介電(ILD)層；以及在ILD層上方設(shè)置的互連層，該互連層包含多個(gè)另外的金屬線組件；其中包含導(dǎo)電阻擋部的層被設(shè)置在互連層的上方。在實(shí)施例中，互連層進(jìn)一步包括多個(gè)另外的導(dǎo)電阻擋部，被設(shè)置在ILD層的上方；多個(gè)另外的導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在導(dǎo)電阻擋部的上方；多個(gè)另外的介電阻擋部，被設(shè)置在ILD層的上方，所述另外的介電阻擋部包含多個(gè)另外的開口 ；以及多個(gè)第三介電部，分別填充另外的開口 ；其中另外的金屬線組件分別被設(shè)置在另外的導(dǎo)電襯部的上方；以及另外的金屬線組件與第三介電部相間錯(cuò)雜。在實(shí)施例中，第一、第二、和第三介電部全都包含低k介電材料；以及介電阻擋部全都包含是化合物的材料，該化合物由多個(gè)選自由硅、氧、碳、氮、和硼的元素組成。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解隨后的具體 說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(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(lái)設(shè)計(jì)或更改其它工藝和結(jié)構(gòu)，用于達(dá)到與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同的優(yōu)勢(shì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效結(jié)構(gòu)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)行各種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 形成具有多個(gè)第一開口的經(jīng)圖案化的介電層； 在所述經(jīng)圖案化的介電層上方形成導(dǎo)電襯層，所述導(dǎo)電襯層部分地填充所述第一開Π ； 在所述導(dǎo)電襯層位于所述第一開口外的部分上方形成經(jīng)圖案化的溝槽掩模層，從而形成多個(gè)第二開口，其中，所述第二開口的至少一個(gè)子集設(shè)置在所述第一開口的上方； 在所述第一開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)通孔，以及在所述第二開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)金屬線；以及去除所述溝槽掩模層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括，在去除所述溝槽掩模層之后，去除所述導(dǎo)電襯層的未被所述金屬線覆蓋的部分，在部分所述經(jīng)圖案化的介電層的上方以及在所述金屬線的側(cè)壁上形成介電阻擋層，從而形成多個(gè)第三開口，用低k介電材料填充所述第三開口，以及對(duì)所述低k材料實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光工藝；或者 所述方法進(jìn)一步包括，在形成所述經(jīng)圖案化的介電層之前，在襯底上方形成互連層，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線，以及在所述互連層上方形成蝕刻停止層，其中形成所述經(jīng)圖案化的介電層包括在所述蝕刻停止層上形成所述經(jīng)圖案化的介電層，以及所述經(jīng)圖案化的介電層包含低k介電材料；或者 所述方法進(jìn)一步包括在形成所述導(dǎo)電襯層之前，在所述經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電阻擋層，并且其中，在所述導(dǎo)電阻擋層上形成所述導(dǎo)電襯層，其中所述導(dǎo)電襯層包括非銅金屬材料，以及所述導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料，所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層每一個(gè)都薄于約50埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，形成所述導(dǎo)電襯層包括原子層沉積工藝和化學(xué)汽相沉積工藝之一，形成所述導(dǎo)電阻擋層包括原子層沉積工藝、化學(xué)汽相沉積和物理汽相沉積工藝之一，形成所述導(dǎo)電材料沉積包括以無(wú)電電鍍工藝、電鍍工藝或是物理汽相沉積工藝沉積金屬銅。
4.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底上方形成互連層，所述互連層包括多個(gè)第一金屬線組件； 在所述互連層上方形成蝕刻停止層； 在所述互連層上方形成第一低k介電層，所述第一低k介電層包含多個(gè)第一開口 ； 在所述第一低k介電層上方形成導(dǎo)電阻擋層； 在所述導(dǎo)電阻擋層上方形成導(dǎo)電襯層，所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層部分地填充所述第一開口，其中，形成所述導(dǎo)電襯層采用化學(xué)汽相沉積工藝和原子層沉積工藝之一進(jìn)行實(shí)施； 在所述導(dǎo)電襯層上方以及所述第一開口上方形成溝槽掩模層，所述溝槽掩模層包含多個(gè)第二開口，其中，所述第二開口的至少一個(gè)子集與其下面的所述第一開口對(duì)準(zhǔn)； 在所述第一開口中形成多個(gè)通孔以及在所述第二開口中形成多個(gè)第二金屬線組件； 之后去除所述溝槽掩模層； 之后在去除所述溝槽掩模層的位置形成介電阻擋層，所述介電阻擋層包含多個(gè)第三開口 ；以及用第二低k介電層填充所述第三開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述溝槽掩模層的步驟以使至少一些所述第二開口比在其下面設(shè)置的相應(yīng)第一開口更寬的方式實(shí)施； 其中形成所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)第二金屬線組件的步驟通過(guò)以無(wú)電電鍍工藝、電鍍工藝或是物理汽相沉積工藝沉積銅材料實(shí)施； 其中所述導(dǎo)電襯層包含無(wú)銅的金屬材料，以及所述導(dǎo)電阻擋層包含選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料； 其中所述導(dǎo)電阻擋層和所述導(dǎo)電襯層每一個(gè)都不厚于約50埃。
6.一種半導(dǎo)體器件，包括 層，包括與多個(gè)蝕刻停止部相間錯(cuò)雜的多個(gè)導(dǎo)電阻擋部； 多個(gè)第一介電部，分別被設(shè)置在所述蝕刻停止部的上方； 多個(gè)導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電阻擋部的上方，其中，部分所述導(dǎo)電襯部被設(shè)置在所述第一介電部的側(cè)壁上； 多個(gè)介電阻擋部，分別被設(shè)置在所述第一介電部的上方，其中，所述介電阻擋部包含多個(gè)開口 ； 多個(gè)第二介電部，分別填充所述開口 ； 多個(gè)通孔，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電襯部的上方；以及 多個(gè)金屬線組件，其中，所述金屬線組件的第一子集的每一個(gè)都被設(shè)置在相應(yīng)的所述通孔之一的上方，以及所述金屬線組件的第二子集被設(shè)置在相應(yīng)的所述第一介電部之一的上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬線組件與所述第二介電部相間錯(cuò)雜; 其中所述導(dǎo)電襯部的每一個(gè)都包括無(wú)銅的金屬材料，以及所述導(dǎo)電阻擋部的每一個(gè)都包括選自由鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、和氧化錳組成的組的材料； 其中每個(gè)導(dǎo)電阻擋部和每個(gè)導(dǎo)電襯部都不厚于約50埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括 襯底； 層間介電(ILD)層，被設(shè)置在所述襯底的上方；以及 互連層，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述互連層包含多個(gè)另外的金屬線組件； 其中，包括所述導(dǎo)電阻擋部的所述層被設(shè)置在所述互連層的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述互連層進(jìn)一步包括 多個(gè)另外的導(dǎo)電阻擋部，被設(shè)置在所述ILD層的上方； 多個(gè)另外的導(dǎo)電襯部，分別被設(shè)置在所述導(dǎo)電阻擋部的上方； 多個(gè)另外的介電阻擋部，被設(shè)置在所述ILD層的上方，所述另外的介電阻擋部包含多個(gè)另外的開口 ；以及 多個(gè)第三介電部,分別填充所述另外的開口 ； 其中 所述另外的金屬線組件分別被設(shè)置在所述另外的導(dǎo)電襯部的上方；以及 所述另外的金屬線部件與所述第三介電部相間錯(cuò)雜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述第一介電部、第二介電部、和第三介電部全都包含低k介電材料；以及所述介電阻擋部全都包含是化合物的材料，所述化合物由多個(gè)選自由硅、氧、碳、氮、和硼組成的的組的元素構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括形成具有多個(gè)第一開口的經(jīng)圖案化的介電層；在經(jīng)圖案化的介電層的上方形成導(dǎo)電襯層，該導(dǎo)電襯層部分地填充第一開口；在第一開口外面的部分導(dǎo)電襯層的上方形成溝槽掩模層，從而形成多個(gè)第二開口，第二開口的一個(gè)子集形成于第一開口的上方；在第一開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)通孔，以及在第二開口中沉積導(dǎo)電材料以形成多個(gè)金屬線；以及去除溝槽掩模層。本發(fā)明提供經(jīng)過(guò)改進(jìn)的用于雙鑲嵌工藝的間隙填充方法。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102832165SQ20121000377
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者林俊杰, 蘇鴻文, 蔡明興, 章勛明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司