具有改良的铜内连线抗电致迁移能力之阻障层

摘要

本案所揭示的为可用来形成半导体装置之铜内连线及电接点的阻障层结构。该阻障层结构包含一TaNx的第一层其系直接施加于该基材上，其后接着的是一Ta的第二层。该TaNx/Ta阻障层结构提供被沉积于其上之铜层扩散的阻障物，且让具有高铜｛111｝结晶含量的铜层得以形成，使得该铜层之抗电致迁移能力的以提升。x范围在0.1至1.5之间之该TaNx层系足以用来防止铜扩散至底下的基材中之非晶体，该基材抵型地为矽或一介电质，如二氧化矽。该用作为内连线之TaNx及Ta层的厚度是根据特征(feature)尺寸及高宽比而定；典型地该TaNx层的厚度是在50埃至1000埃之间，而Ta层的厚度则是在20埃至500埃之间。对于一接点孔而言，在该孔壁上之可容许的层厚必需更加小心地根据特征(feature)尺寸及高宽比来加以控制；典型地该TaNx层的厚度是在10埃至3000埃之间，而Ta层的厚度则是在5埃至300埃之间。该铜层被沉积到适合该装置的需求之所需要的厚度。该铜层可使用用此技艺中知之技术来沉积。最好是，整个铜层，或至少是铜的种子层，是使用不同于CVD或电镀之物理气相沉积技术，如溅镀或蒸镀，来沉积。因为铜的结晶向位对于沉积温度很敏感，及因为铜会倾向从该阻障层去湿化/去层叠，如果温度太高的话，所以铜必需在小于500℃的温度下，及最好是在小于300℃下，沉积及/或退火。

主权项

1.一种与一导电层一起使用之阻障层,该阻障层具有一特定的结构,其至少包含:a)一TaNx的第一层,其具有一范围在大于10埃至约1000埃之厚度;及b)一Ta的第二层,其覆盖在第一层上并具有一范围在20埃至500埃的厚度。2.如申请专利范围第1项所述之阻障层,其中该导电层为铜。3.如申请专利范围第1项所述之阻障层,其中该阻障层是被用在内连线结构中,及其中该TaNx层的厚度是在50埃至1000埃的范围内及该Ta层的厚度是在20埃至500埃的范围内。4.如申请专利范围第1项所述之阻障层,其中该阻障层是被用在接点孔(via)结构中,及其中该TaNx层的厚度是在10埃至300埃的范围内及该Ta层的厚度是在20埃至300埃的范围内。5.如申请专利范围第2或3或4项所述之阻障层,其中x的范围是从0.1至1.5。6.一种铜内连线结构,其至少包含申请专利范围第2项所述之阻障层及一覆盖的铜层,其中该覆盖的铜层之铜{111}结晶含量至少是使用一纯的Ta阻障层所能获得之铜{111}结晶含量的70%,其中该纯的Ta阻障层的厚度为500埃。7.一种铜接点孔(via),其至少包含申请专利范围第2项所述之阻障层及一铜填料层,其中该铜填料层之铜{111}结晶含量至少是使用一纯的Ta阻障层所能获得之铜{111}结晶含量的70%,其中该纯的Ta阻障层的厚度为250埃。8.一种制造与一导电层一起使用之阻障层的方法,该方法至少包含以下的步骤:a)沉积一TaNx的第一层,其具有一范围在大于10埃至约1000埃之厚度;及b)沉积一Ta的第二层,其覆盖在第一层上并具有一范围在20埃至500埃的厚度。9.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该导电层的铜。10.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该TaNx的第一层是被沉积在一基材上,该基材的温度是在25℃至500℃的范围之间。11.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该Ta的第二层是被沉积在一基材上,该基材的温度是在25℃至500℃的范围之间。12.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该阻障层是被用在内连线结构中,及其中该TaNx层的厚度是在50埃至1000埃的范围内及该Ta层的厚度是在20埃至500埃的范围内。13.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该阻障层是被用在接点孔(via)结构中,及其中该TaNx层的厚度是在10埃至300埃的范围内及该Ta层的厚度是在20埃至300埃的范围内。14.如申请专利范围第8或12或13项所述之方法,其中x的范围是从0.1至1.5。15.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该Ta层的至少一部分是使用一传统的,标准的溅镀技术沉积的。16.如申请专利范围第12项所述之方法,其中该Ta层的至少一部分是使用一传统的,标准的溅镀技术沉积的。17.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该TaNx层的至少一部分是使用一传统的,标准的溅镀技术沉积的。18.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该Ta层的至少一部分是使用离子沉积溅镀技术沉积的。19.如申请专利范围第13项所述之方法,其中该Ta层的至少一部分是使用离子沉积溅镀技术沉积的。20.如申请专利范围第8项所述之方法,其中该TaNx层的至少一部分是使用离子沉积溅镀技术沉积的。21.一种制造铜内连线结构的方法,该铜内连线结构至少包含申请专利范围第1项所述之阻障层及一覆盖的铜层,其中该覆盖的铜层之铜{111}结晶含量至少是使用一纯的Ta阻障层所能获得之铜{111}结晶含量的70%,其中该纯的Ta阻障层的厚度为500埃,该方法至少包含以下的步骤:a)沉积一TaNx的第一层,其具有一范围在大于50埃至约1000埃之厚度;b)在该TaNx的第一层的表面上沉积一Ta的第二层,其具有一范围在20埃至500埃的厚度;及c)在该Ta的第二层的表面上沉积一铜的第三层,其中该铜的第三层的至少一部分是使用物理气相沉积技术沉积的,及其中该铜的第三层所沉积于其上之基材的温度系小于500℃。22.如申请专利范围第21项所述之方法,其中该铜内连线结构是在小于约500℃的温度下退火。23.一种制造含铜的接点孔(via)结构的方法,该含铜的接点孔结构至少包含申请专利范围第1项所述之阻障层及一覆盖的铜层,其中该覆盖的铜层之铜{111}结晶含量至少是使用一纯的Ta阻障层所能获得之铜{111}结晶含量的70%,其中该纯的Ta阻障层的厚度为500埃,该方法至少包含以下的步骤:a)沉积一TaNx的第一层,其具有一范围在大于10埃至约300埃之厚度;b)在该TaNx的第一层的表面上沉积一Ta的第二层,其具有一范围在5埃至300埃的厚度;及c)在该Ta的第二层的表面上沉积一铜的第三层,其中该铜的第三层的至少一部分是使用物理气相沉积技术沉积的,及其中该铜的第三层所沉积于其上之基材的温度系小于500℃。24.如申请专利范围第23项所述之方法,其中该含铜的接点孔结构是在小于约500℃的温度下退火。25.如申请专利范围第23项所述之方法,其中该接点孔结构是在小于500℃的温对下退火。26.如申请专利范围第25项所述之方法,其中该结构是在小于500℃的温对下退火。27.一种制造含铜接点结构的方法,该含铜接点结构至少包含申请专利范围第1项所述之阻障层及一覆盖的铜层,其中该覆盖的铜层之铜{111}结晶含量至少是使用一纯的Ta阻障层所能获得之铜{111}结晶含量的70%,其中该纯的Ta阻障层的厚度为500埃,该方法至少包含以下的步骤:a)沉积一TaNx的第一层,其具有一范围在大于10埃至约300埃之厚度;b)在该TaNx的第一层的表面上沉积一Ta的第二层,其具有一范围在5埃至300埃的厚度;及c)在该Ta的第二层的表面上沉积一铜的第三层,其中该铜的第三层的至少一部分是使用物理气相沉积技术沉积的,及其中该铜的第三层所沉积于其上之基材的温度系小于500℃,其中该第一层,或第二层,或第三层,或其组合,的至少一部分是使用离子沉积溅镀技术沉积的。图式简单说明:第1图为可用来沉积本发明阻障层的溅镀室的示意系横截视图。第2图为与Ta层厚度呈函数关系之TaNx/Ta阻障层之铜{111}结晶向位的图式,其中TaNx层的厚度维持在约500埃恒定。