[发明专利]用于具有掺杂浓度水平梯度的互连结构的铜种子层

说明书

技术领域

本公开涉及用于制造集成电路的方法，并且更具体而言，涉及一种制造集成电路的互连结构的金属种子层的方法。

背景技术

用于形成集成电路中的互连结构(诸如金属线、通孔和其他互连部)的大马士革工艺和双大马士革工艺对本领域技术人员是熟知的。这些工艺通常要求在晶片表面上方(包括在需要金属互连结构的位置处产生的任意沟槽结构的底部和侧壁上)形成金属种子层。需要种子层以便提供低阻电路径，所述低阻电路径支持在待完成的晶片表面上方的后续的均匀金属电镀。金属电镀工艺填充加衬沟槽结构，并且限定生成的用于集成电路的金属化层的互连结构。

现在参见图1A-图1F(未按比例绘制)，其示出根据现有技术的用于形成集成电路的金属化互连结构的处理步骤。已知的大马士革工艺可以一般性地描述如下：如图1A所示，形成晶片10，晶片10包括半导体衬底12，半导体衬底12包括形成在衬底(未示出)中和/或上的集成电路器件、位于衬底之上的预金属电介质(PMD)层14和诸如延伸通过PMD层到达集成电路器件的钨插塞等的多个电接触元件16。例如使用化学机械抛光(CMP)来将预金属电介质(PMD)层14平坦化，来提供用于支持集成电路器件的金属化层的平坦表面。接着，在PMD层14之上提供低k金属间电介质层18(图1B)，电介质层18例如由多层结构形成，该多层结构包括低k层和一个或多个掩膜层(例如，包括TEOS掩膜和氮化钛掩膜)。该低k金属间电介质层18也被平坦化。然后，沟槽20形成为延伸到低k金属间电介质层18中以及可能穿通低k金属间电介质层18(图1C)。沟槽20被提供在互连结构所处的位置处，并且在一种优选实施方式中，将具有足以暴露下接电接触元件16的底表面的深度。然后在晶片(包括在低k金属间电介质层18的顶部之上和在沟槽20的侧壁以及底部上)上进行扩散阻挡层22的匀厚形成(图1D)。该扩散阻挡层22用来阻挡随后沉积的用于互连结构的金属原子迁移到低k金属间电介质层中，以及阻挡污染物从低k金属间电介质层反向扩散到互连结构中。接着，在扩散阻挡层22上方使用任意合适的沉积工艺(诸如溅射)，在晶片上形成金属种子层24(图1E)。种子层24覆盖低k金属间电介质层18的顶表面上的以及沟槽20的侧部和底部上的扩散阻挡层22。可选地，金属衬垫层(未示出)可以沉积在扩散阻挡层22和金属种子层24之间。更为可选地，可以执行种子层回刻蚀(未示出)以减少在沟槽20的顶角处悬置的金属。然后，在晶片上执行电镀工艺，以使得沟槽20的剩余开出部分被金属26填充(图1E)。电镀的金属也可以产生在晶片的顶部之上。然后，执行化学机械抛光(CMP)以去除扩散阻挡层22的过量部分和不想要的部分、位于沟槽外部的金属种子层22和电镀金属26(图1G)。抛光操作还为晶片提供了适于进一步的集成电路加工的平坦顶表面。作为所述进一步加工的一部分，可以在平坦顶表面上沉积电介质层覆盖层28以保护低k金属间电介质层和金属层以及形成金属线和互连的材料(图1H)。

然后，可以根据需要重复图1B-1H的工艺，以形成用于集成电路器件的附加金属化层。在本文中，应理解到下方的电接触元件16由此可以包括下方的金属化层的金属填充的沟槽，并且电介质帽层28由此可以包括在低k金属间电介质层18内的层中的一个。

选择用于金属种子层24和电镀金属26的金属通常是铜。扩散阻挡层22通常是氮化钽。当然，应理解到也可以选取其他材料作为代替。

本领域中已知，将掺杂剂材料添加到在金属种子层24的沉积中所使用的铜溅射靶(即，溅射靶由铜与其他材料合金形成)。例如，掺杂剂可以包括锰(Mn)或铝(A1)。添加的掺杂剂材料通常基本上均匀地遍布沉积的铜种子层24分布。换句话说，参考图3中的实心线302，存在与金属种子层24的沟槽深度有关的相对均匀的掺杂浓度。