DE102013214441A1 - Verfahren zur Verringerung der Benetzbarkeit von Verbindungsmaterial an Eckberührungsflächen und eine gemäß dem Verfahren hergestellte Vorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Verringerung der Benetzbarkeit von Verbindungsmaterial an Eckberührungsflächen und eine gemäß dem Verfahren hergestellte Vorrichtung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013214441A1 DE102013214441A1 DE102013214441.5A DE102013214441A DE102013214441A1 DE 102013214441 A1 DE102013214441 A1 DE 102013214441A1 DE 102013214441 A DE102013214441 A DE 102013214441A DE 102013214441 A1 DE102013214441 A1 DE 102013214441A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- recess
- transition metal
- forming
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
- H01L23/53204—Conductive materials
- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53228—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
- H01L23/53238—Additional layers associated with copper layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
- H01L21/76846—Layer combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76853—Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
- H01L21/76855—After-treatment introducing at least one additional element into the layer
- H01L21/76858—After-treatment introducing at least one additional element into the layer by diffusing alloying elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
- H01L21/76883—Post-treatment or after-treatment of the conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Abstract
Verfahren zum Bilden einer Verbindungsstruktur, welches das Bilden einer Vertiefung in einer dielektrischen Schicht eines Substrats umfasst. Eine erste Übergangsmetallschicht ist in der Vertiefung an Eckabschnitten der Vertiefung ausgebildet. Eine zweite Übergangsmetallschicht ist in der Vertiefung über der ersten Übergangsmetallschicht ausgebildet, um die Vertiefung zu beschichten. Die Vertiefung ist mit einer Füllschicht gefüllt. Das Substrat wird ausgeheilt. Die erste Übergangsmetallschicht und die zweite Übergangsmetallschicht bilden während des Ausglühens einen Legierungsbereich neben den Eckabschnitten. Der Legierungsbereich weist eine verringerte Benetzbarkeit für ein Füllschichtmaterial als das zweite Übergangsmetall auf. Das Substrat wird poliert, um Teile der Füllschicht, die sich über der Vertiefung erstrecken, zu entfernen. Eine Vorrichtung gemäß dem Verfahren umfasst eine Legierung aus einem ersten und zweiten Übergangsmetall, die an dem Eckabschnitt angeordnet ist.
Description
- Querverweis auf verwandte Anmeldungen
-
- Nicht anwendbar
- HINTERGRUND
- Der offenbarte Gegenstand betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, und insbesondere ein Verfahren zur Verringerung der Benetzbarkeit eines Ruthenium-Liners an Eckberührungsflächen und eine gemäß dem Verfahren hergestellte Vorrichtung.
- Eine herkömmliche integrierte Schaltung, wie etwa ein Mikroprozessor, umfasst in der Regel mehrere tausend Halbleiterbauelemente, beispielsweise Transistoren, die über der Oberfläche eines halbleitenden Substrats gebildet sind. Zur Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung müssen die Transistoren durch leitende Verbindungsstrukturen elektrisch miteinander verbunden werden. Die back-end-of-line Verarbeitung (BEOL) ist der zweite Herstellungsabschnitt von integrierten Schaltungen, bei dem die einzelnen Geräte (Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, etc.) mit Verdrahtung auf der Vorrichtung verbunden werden. Die BEOL Verarbeitung beginnt in der Regel mit der Abscheidung der ersten Metallschicht auf dem Wafer. Sie umfasst Kontakte, Isolierschichten (Dielektrika), Metall-Ebenen und Verbindungsstellen für chip-to-package Verbindungen. Viele moderne integrierte Schaltkreise sind sehr dicht bepackt, d. h., es gibt sehr wenig Raum zwischen den über dem Substrat gebildeten Transistoren. Daher müssen diese leitenden Verbindungsstrukturen in mehreren Schichten hergestellt werden, um Flächenraum auf dem Halbleitersubstrat zu erhalten.
- Die leitenden Verbindungsstrukturen werden in der Regel durch die Bildung einer Vielzahl von leitfähigen Leitungen und leitfähigen Steckern erreicht, die gemeinhin als Kontakte oder Durchgangslöcher bezeichnet werden, die in verschiedenen Schichten aus dielektrischem Material auf der Vorrichtung ausgebildet sind. Wie ohne weiteres für den Fachmann ersichtlich, sind die leitfähigen Stecker Mittel, durch die verschiedenen Schichten von leitfähigen Leitungen, und/oder Halbleitervorrichtungen, elektrisch miteinander gekoppelt werden können. Die leitfähigen Leitungen, die die verschiedenen Verbindungsstrukturen verbinden, werden in der Regel in Gräben gebildet, die in den dielektrischen Schichten definiert sind.
- Ein Kontakt wird in der Regel verwendet, um eine Verbindungsstruktur (z. B., Verwenden von Polysilizium oder Metall) auf einer darunter liegenden Polysiliziumschicht (z. B., Source/Drain- oder Gate-Bereich eines Transistors) zu definieren, während ein Durchgangsloch eine Metall-auf-Metall Verbindungsstruktur bezeichnet. In jedem Fall wird eine Kontaktöffnung in einer Isolierschicht, die das leitende Element überlagert, gebildet. Eine zweite leitende Schicht wird dann über der Kontaktöffnung gebildet und es wird eine elektrische Verbindung mit dem leitenden Element hergestellt.
- Ein Verfahren zur Verringerung der Größe der auf der Halbleitervorrichtung gebildeten Strukturen beinhaltet die Verwendung von Kupfer für die Leitungen und Zwischenverbindungen zusammen mit neuen dielektrischen Materialien mit niedrigeren dielektrischen Konstanten als zuvor mit einer herkömmlichen dielektrischen Materialauswahl erreichbar gewesen sind. Dielektrische Standardmaterialien, wie Siliziumdioxid, TEOS und F-TEOS haben Dielektrizitätskonstanten größer als 3. Die neuen dielektrischen Materialien, die in der Regel als Dielektrika mit niedrigem k bezeichnet werden, haben Dielektrizitätskonstanten kleiner als 3, und erlauben aufgrund ihrer effizienteren Isolationsfähigkeiten somit größer Gerätedichten. Ein derartiges Dielektrikum mit niedrigem k wird unter dem Namen Black Diamond von Applied Materials, Inc. verkauft.
- Typische Zwischenverbindungsstrukturen weisen eine Barriereschicht zur Verhinderung von Elektromigration und eine Keimschicht zur Bereitstellung einer Ausgangsvorlage für die Volumenkupferfüllung, die für die Fertigstellung der Zwischenverbindung erforderlich ist, auf. Durch die kontinuierliche Größenänderung hin zu kleineren Dimensionen muss der Herstellungsprozess für BEOL Metallstrukturen streng kontrolliert werden, um Geometrien in einer Größenordnung von Sub-Nanometer anzusprechen. Ruthenium (Ru) wurde als eine Keimanreicherungsschicht vorgeschlagen, um den Deckungsgrad an Kupferkeimen zu verbessern, wodurch die Kupferfüllung verbessert wird. Eine Rutheniumschicht erlaubt eine direkte Verkupferung, aber die Kupferbenetzbarkeit auf Ruthenium ist so gut, dass keine Kupfervertiefung an der Grenzfläche von Kupfer und Ruthenium an den oberen äußeren Ecken der Metallstrukturen auftritt. Diese Bereiche, die als ”Tripelpunkt” bezeichnet werden, können einen negativen Einfluss auf die Zuverlässigkeit haben. Das Kupfer kann gleich hoch wie der Ruthenium-Liner sein, oder das Kupfer kann sogar über den oberen Rand des Rutheniums kriechen und entlang der Zwischenschicht-Dielektrikum Grenzfläche migrieren, und somit frühzeitige Ausfälle verursachen.
- Dieser Abschnitt dieses Dokuments soll verschiedene Aspekte des Stands der Technik vorstellen, die sich auf verschiedene Aspekte des im Nachfolgenden beschriebenen und/oder beanspruchten offenbarten Gegenstands beziehen können. Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zum besseren Verständnis der verschiedenen Aspekte des offenbarten Gegenstands. Es sollte verstanden werden, dass die Angaben in diesem Abschnitt dieses Dokuments in diesem Licht zu lesen sind, und nicht als Anerkennung des Standes der Technik. Der offenbarte Gegenstand dient der Überwindung, oder zumindest der Reduzierung der Auswirkungen, eines oder mehrerer der zuvor genannten Probleme.
- KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Beschreibung stellt eine vereinfachte Zusammenfassung von nur einigen Aspekten der Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands dar, um ein Grundverständnis einiger Aspekte des offenbarten Gegenstands zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist keine vollständige Übersicht über den offenbarten Gegenstand. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüsselelemente oder kritische Elemente des offenbarten Gegenstands zu identifizieren oder den Umfang des offenbarten Gegenstands zu beschreiben. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung für die im Nachfolgenden beschriebene detailliertere Beschreibung darzustellen.
- Ein Aspekt des offenbarten Gegenstands umfasst ein Verfahren zur Bildung einer Verbindungsstruktur. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Vertiefung in einer dielektrischen Schicht eines Substrats. Eine erste Übergangsmetallschicht ist in der Vertiefung an Eckabschnitten der Vertiefung ausgebildet. Eine zweite Übergangsmetallschicht ist in der Vertiefung über der ersten Übergangsmetallschicht ausgebildet, um die Vertiefung zu beschichten. Die Vertiefung ist mit einer Füllschicht gefüllt. Das Substrat wird ausgeheilt. Die erste Übergangsmetallschicht und die zweite Übergangsmetallschicht bilden während des Ausglühens einen Legierungsbereich neben den Eckabschnitten. Der Legierungsbereich weist eine niedrigere Benetzbarkeit für ein Füllschichtmaterial als das zweite Übergangsmetall auf. Das Substrat wird poliert, um Teile der Füllschicht, die sich über der Vertiefung erstrecken, zu entfernen.
- Ein weiterer Aspekt des offenbarten Gegenstands umfasst eine Halbleitervorrichtung, die eine in einer dielektrischen Schicht definierte Vertiefung mit einem Eckabschnitt aufweist, und eine in der Vertiefung definierte Verbindungsstruktur. Die Verbindungsstruktur umfasst eine Legierung aus einem ersten und zweiten Übergangsmetall, die an dem Eckabschnitt angeordnet ist, eine Seitenwandabschnitte der Vertiefung beschichtende Schicht aus dem zweiten Übergangsmetall, und ein im Wesentlichen die Vertiefung füllendes Füllmaterial. Das zweite Übergangsmetall weist eine höhere Benetzbarkeit für das Füllmaterial als die Legierung auf.
- KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
- Der offenbarte Gegenstand wird im Folgenden unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und:
-
1 eine Querschnittsansicht einer teilweise fertig gestellten Verbindungsstruktur zeigt; -
2 eine Querschnittsansicht der Struktur der1 zeigt, die die Bildung einer Barriereschicht darstellt; -
3 eine Querschnittsansicht der Struktur der2 zeigt, die die Bildung einer Übergangsmetallschicht in Ecken der Verbindungsstruktur darstellt; -
4 eine Querschnittsansicht der Struktur der3 zeigt, die die Bildung einer Ruthenium-Schicht darstellt; -
5 eine Querschnittsansicht der Struktur der4 zeigt, die einen Kupferauffüllungsprozess darstellt; -
6 eine Querschnittsansicht der Struktur der5 zeigt, die einen Kupferausglühungsprozess darstellt, um Legierungsbereiche in den Ecken zu bilden; und -
7 eine Querschnittsansicht der Struktur der6 zeigt, die einen Poliervorgang darstellt, um überschüssiges Kupfer zu entfernen und das Kupfer in den Ecken zu vertiefen. - Während der offenbarte Gegenstand verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen unterworfen werden kann, sind spezielle Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und hierin detailliert beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung spezieller Ausführungsformen den offenbarten Gegenstand nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränken soll, sondern es ist vielmehr die Absicht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die unter den Geist und den Umfang des offenbarten Gegenstands fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzudecken.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands werden im Nachfolgenden beschrieben. Es ist insbesondere beabsichtigt, dass der offenbarte Gegenstand nicht auf die darin enthaltenen Ausführungsbeispiele und Figuren beschränkt wird, sondern modifizierte Formen dieser Ausführungsformen einschließt, darunter auch Teile der Ausführungsformen und Kombinationen von Elementen unterschiedlicher Ausführungsformen, wie sie innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche fallen. Es sollte beachtet werden, dass bei der Entwicklung jeglicher tatsächlichen Implementierung, wie bei jedem technischen oder konstruktionsabhängigen Projekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um entwicklerspezifische Ziele, wie die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Einschränkungen, zu erreichen, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Darüber hinaus versteht es sich, dass ein solcher Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwändig sein kann, aber dennoch eine Routinetätigkeit hinsichtlich Konstruktion, Fabrikation und Herstellung für den Fachmann darstellen würde, der die Vorteile dieser Offenbarung nutzt.
- Nichts in dieser Anmeldung wird als kritisch oder wesentlich für den offenbarten Gegenstand betrachtet, sofern nicht ausdrücklich als ”kritisch” oder ”wesentlich” angegeben.
- Der offenbarte Gegenstand wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Verschiedene Strukturen, Systeme und Geräte sind in den Zeichnungen nur zum Zwecke der Erläuterung schematisch dargestellt und um den offenbarten Gegenstand nicht mit Details zu verschleiern, die dem Fachmann bekannt sind. Dennoch sind die beigefügten Zeichnungen enthalten, um veranschaulichende Beispiele des offenbarten Gegenstands zu beschreiben und zu erklären. Die hierin verwendeten Wörter und Sätze sollen so verstanden und interpretiert werden, dass deren Bedeutung im Einklang mit dem Verständnis der von Fachleuten verwendeten Wörter und Sätze ist. Keine besondere Definition von einem Begriff oder Satz, d. h., eine Definition, die sich von der gewöhnlichen und üblichen Bedeutung, wie sie von Fachleuten verstanden wird, unterscheidet, soll hierin durch die konsequente Nutzung des Begriffs oder Satzes impliziert werden. Soweit für einen Begriff oder Satz eine besondere Bedeutung vorgesehen ist, d. h., eine andere Bedeutung als von Fachleuten verstanden, ist eine solche spezielle Definition in der Beschreibung ausdrücklich in definitorischer Weise dargelegt, die direkt und eindeutig die spezielle Definition für den Begriff oder Satz beschreibt.
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Ansichten entsprechen und, insbesondere, unter Bezugnahme auf
1 , ist der offenbarte Gegenstand im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur beschrieben.1 ist eine Querschnittsansicht einer teilweise fertig gestellten Zwischenverbindungsstruktur10 . Eine dielektrische Schicht20 ist auf einem Substrat25 vorgesehen. Die dielektrische Schicht kann eine dielektrische Zwischenschicht darstellen, die zwischen einer Geräteschicht oder Metallisierungsschicht und einer weiteren Metallisierungsschicht angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht20 einen niedrigen Dielektrizitätskoeffizienten, der gemeinhin als Dielektrikum mit niedrigem k bezeichnet wird, aufweisen. Ein derartiges geeignetes Dielektrikumsmaterial mit niedrigem k ist Black Diamond, das von Applied Materials, Inc. angeboten wird. Eine Hartmaskenschicht30 wird als Vorlage zum Ätzen einer Vertiefung40 gebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vertiefung40 ein Graben, in dem eine Verbindungsleitungsstruktur gebildet wird, wobei jedoch die hierin beschriebenen Verfahren auch für andere Arten von Verbindungen verwendet werden können, wie etwa Durchgangslochstrukturen oder Dual-Damaszener-Graben sowie Durchgangslochstrukturen, bei denen ein darunterliegender Metallbereich durch die Zwischenverbindungsstruktur kontaktiert wird. Daher kann die Vertiefung40 ein Graben, eine Durchgangslochöffnung oder eine Kombination aus Graben und Durchgangslochöffnung sein. - Wie in
2 gezeigt, wird eine Barriereschicht50 gebildet, um die Vertiefung40 zu beschichten. Die Barriereschicht50 dient dazu, das Kupfer zu beschränken, das verwendet wird, um die Vertiefung40 letztendlich zu füllen, so dass es nicht in die dielektrische Schicht40 wandert. Beispielhafte Barrierematerialien umfassen Tantalnitrid (TaN), das durch physikalische Dampfabscheide-(PVD)- oder Atomschichtabscheide-(ALD)-Verfahren gebildet werden kann, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. - Wie in
3 gezeigt, wird eine erste Übergangsmetallschicht60 an oberen Ecken70 der Vertiefung40 über der Barriereschicht40 gebildet. Beispielhafte Übergangsmetalle können jedes Element in dem d-Block des Periodensystems umfassen, der die Gruppen3 bis12 des Periodensystems umfasst. In der dargestellten Ausführungsform, wird Titan (Ti) verwendet, um die erste Übergangsmetallschicht60 zu bilden. Ein plasmaunterstütztes PVD-Verfahren kann ohne Vorspannung eingesetzt werden, um die erste Übergangsmetallschicht60 in den Ecken70 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann ein CVD-Verfahren als Alternative zu dem PVD-Verfahren eingesetzt werden. Durch das Aspektverhältnis der Vertiefung40 bedeckt die Übergangsmetallschicht60 im Wesentlichen nicht die Seitenwand- oder Bodenbereiche der Vertiefung40 . Streupartikel des Übergangsmetalls können sich an den Seitenwand- oder Bodenbereichen bilden, aber aufgrund der fehlenden Vorspannung, um die Partikel auf den Boden zu ziehen, konzentriert sich die Übergangsmetallschicht60 in den Ecken70 . In einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Übergangsmetallschicht60 etwa 5 bis 30 Ǻngström. - Eine zweite Übergangsmetallschicht
80 (d. h., jedes d-Block-Metall) mit einer Kupferbenetzbarkeit größer als die erste Übergangsmetallschicht60 wird unter Verwendung eines chemischen Dampfabscheideverfahrens in4 gebildet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die zweite Übergangsmetallschicht Ruthenium (Ru), jedoch umfassen andere verwendbare Übergangsmetalle mit relativ hohen Benetzbarkeiten Osmium, Rhodium, Palladium, Platin, Iridium und Niob. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke der zweite Übergangsmetallschicht80 etwa 10 bis 25 Ǻngström. - Die zweite Übergangsmetallschicht
80 kleidet die Vertiefung40 vollständig aus und stellt eine benetzbare Oberfläche für eine anschließende Kupferfüllung bereit. In5 wird eine Kupferkeimschicht (nicht gezeigt) gebildet und die Volumenkupferbefüllung wird durchgeführt, um eine Kupferfüllschicht90 zu bilden. - In
6 wird ein Ausglühungsprozess durchgeführt, um die Korngrenzen neu auszurichten und die Korngröße der Kupferschicht90 zu erhöhen. Während des Ausglühens bildet die erste Übergangsmetallschicht60 mit der zweiten Übergangsmetallschicht80 eine Legierungsschicht100 in den Eckabschnitten70 . In einer Ausführungsform wird das Ausglühen bei Temperaturen zwischen etwa 100–400°C für etwa 0,5 bis 2,0 Stunden durchgeführt. Anschließend wird ein chemisch-mechanisches Polier-(CMP)-Verfahren durchgeführt, um überschüssiges Kupferfüllmaterial90 zu entfernen. Während des Poliervorgangs werden die horizontalen Abschnitte der Legierungsschicht100 , der Barriereschicht50 und der Hartmaskenschicht30 entfernt, wodurch die in7 gezeigte Struktur erzielt wird. - Die Legierungsschicht
100 hat verglichen mit der zweiten Übergangsmetallschicht80 eine verringerte Benetzbarkeit. Das erste Übergangsmetall in der Legierungsschicht100 bildet ein Oxid an der Eckgrenzfläche (z. B., TiOx). Das Oxid bewirkt, dass die Kupferschicht90 an der Eckgrenzfläche70 entnetzt wird. Spalten110 werden aufgrund des verspannungsunterstützten Ätzens, das verwendet wird, um den CMP-Prozess durchzuführen, in den Ecken70 erzeugt, wo das Kupfer90 in den Ecken70 vertieft wird. Die Spalten110 isolieren das Kupfer90 von dem Tripelpunkt der Verbindungsstruktur10 . - Die Verwendung der zweiten Übergangsmetallschicht
80 ermöglicht eine verbesserte Kupferbefüllung durch zunehmende Benetzbarkeit. Die Bildung der Legierungsschicht100 während des Kupferausglühens führt zu einer verringerten Benetzbarkeit in den Eckabschnitten70 während des CMP-Prozesses, wodurch das Kupfer90 vertieft wird. Das vertiefte Kupfer90 verbessert die zeitabhängige dielektrische Durchschlag-(TDDB)-Zuverlässigkeit der Verbindungsstruktur10 , weil die schlechte Kupferbenetzbarkeit am Grabenrand die Kupferdiffusion auf die dielektrische Oberfläche verzögert, wodurch die Zuverlässigkeit verschlechtert wird. - Die zuvor offenbarten besonderen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung, da der offenbarte Gegenstand in verschiedenen, aber äquivalenten Weisen modifiziert und ausgeübt werden kann, wie dies für den Fachmann offensichtlich ist, der die Vorteile der Lehren hierin nutzt. Ferner sind keine Einschränkungen hinsichtlich der hierin gezeigten Details des Aufbaus oder der Konstruktion beabsichtigt, außer wie in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Es ist daher offensichtlich, dass die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen geändert oder modifiziert werden können, und, dass alle derartigen Änderungen innerhalb des Umfangs und Geistes des offenbarten Gegenstands fallen. Dementsprechend ist der Schutzbereich hierin durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.
Claims (20)
- Verfahren, umfassend: Bilden einer Vertiefung in einer dielektrischen Schicht eines Substrats; Bilden einer ersten Übergangsmetallschicht in der Vertiefung an Eckabschnitten der Vertiefung, Bilden einer zweiten Übergangsmetallschicht in der Vertiefung über der ersten Übergangsmetallschicht, um die Vertiefung zu beschichten; Füllen der Vertiefung mit einer Füllschicht, Ausglühen des Substrats, wobei die erste Übergangsmetallschicht und die zweite Übergangsmetallschicht während des Ausglühens einen Legierungsbereich neben den Eckabschnitten bilden, wobei der Legierungsbereich eine verringerte Benetzbarkeit für ein Füllschichtmaterial als das zweite Übergangsmetall aufweist; und Polieren des Substrats, um Teile der Füllschicht zu entfernen, die sich über der Vertiefung erstrecken.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Füllschicht Kupfer umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Füllen der Vertiefung das Bilden einer Keimschicht über der zweiten Übergangsmetallschicht und das Bilden von Füllschichtmaterial über der Keimschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Übergangsmetallschicht Ruthenium umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Übergangsmetallschicht Titan umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polieren des Wafers das Bilden einer Vertiefung zwischen der Füllschicht und dem Legierungsbereich neben dem Eckabschnitt umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Übergangsmetall im Wesentlichen an Seitenwand- und in Bodenbereichen der Vertiefung fehlt.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bilden einer Barriereschicht in der Vertiefung vor dem Bilden der ersten Übergangsmetallschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Barriereschicht Tantalnitrid umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung einen Graben umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung eine Durchgangsöffnung umfasst.
- Verfahren, umfassend: Bilden einer Vertiefung in einer dielektrischen Schicht eines Substrats; Bilden einer Titanschicht in der Vertiefung an Eckabschnitten der Vertiefung; Bilden einer Rutheniumschicht über der Titanschicht, um die Vertiefung zu beschichten; Füllen der Vertiefung mit Kupfer; Ausglühen des Substrats, wobei die Titanschicht und die Rutheniumschicht während des Ausglühens einen Legierungsbereich neben den Eckabschnitten bilden; und Polieren des Substrats, um Teile des Kupfers zu entfernen, die sich über der Vertiefung erstrecken.
- Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Bilden einer Barriereschicht in der Vertiefung vor dem Bilden der Titanschicht umfasst.
- Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Vertiefung mit einem Eckabschnitt, die in einer dielektrischen Schicht definiert ist; eine in der Vertiefung definierte Verbindungsstruktur, wobei die Verbindungsstruktur umfasst: eine Legierung aus einem ersten und zweiten Übergangsmetall, die an dem Eckabschnitt angeordnet ist; eine Schicht aus dem zweiten Übergangsmetall zur Beschichtung von Seitenwandabschnitten der Vertiefung; und ein im Wesentlichen die Vertiefung füllendes Füllmaterial, wobei das zweite Übergangsmetall eine höhere Benetzbarkeit für das Füllmaterial als die Legierung aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine Barriereschicht umfasst, die in der Vertiefung unterhalb der Legierungsschicht und der zweiten Übergangsmetallschicht angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das zweite Übergangsmetall Ruthenium umfasst.
- Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das erste Übergangsmetall Titan umfasst.
- Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Vertiefung mit einem Eckabschnitt, die in einer dielektrischen Schicht definiert ist; eine in der Vertiefung definierte Verbindungsstruktur, wobei die Verbindungsstruktur umfasst: eine Legierung aus Titan und Ruthenium, die an dem Eckabschnitt angeordnet ist; eine Seitenwandabschnitte der Vertiefung beschichtende Schicht aus Ruthenium; und im Wesentlichen die Vertiefung füllendes Kupfer.
- Vorrichtung nach Anspruch 18, die ferner eine Barriereschicht umfasst, die in der Vertiefung unterhalb der Legierung und der Schicht aus Ruthenium angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Barriereschicht Tantalnitrid umfasst.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/561,195 US8722534B2 (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Method for reducing wettability of interconnect material at corner interface and device incorporating same |
US13/561,195 | 2012-07-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013214441A1 true DE102013214441A1 (de) | 2014-02-13 |
DE102013214441B4 DE102013214441B4 (de) | 2019-03-28 |
Family
ID=49994091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013214441.5A Active DE102013214441B4 (de) | 2012-07-30 | 2013-07-24 | Verfahren zur Verringerung der Benetzbarkeit von Verbindungsmaterial an Eckberührungsflächen und eine gemäß dem Verfahren hergestellte Vorrichtung |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8722534B2 (de) |
KR (1) | KR20140016195A (de) |
CN (1) | CN103579098B (de) |
DE (1) | DE102013214441B4 (de) |
SG (1) | SG196744A1 (de) |
TW (1) | TWI536498B (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150371925A1 (en) * | 2014-06-20 | 2015-12-24 | Intel Corporation | Through array routing for non-volatile memory |
US9711464B2 (en) | 2015-09-23 | 2017-07-18 | International Business Machines Corporation | Semiconductor chip with anti-reverse engineering function |
US9960240B2 (en) | 2015-10-21 | 2018-05-01 | International Business Machines Corporation | Low resistance contact structures for trench structures |
US10304773B2 (en) | 2015-10-21 | 2019-05-28 | International Business Machines Corporation | Low resistance contact structures including a copper fill for trench structures |
US10170439B1 (en) | 2017-09-29 | 2019-01-01 | Globalfoundries Inc. | Chamfering for stress reduction on passivation layer |
US11004735B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-05-11 | International Business Machines Corporation | Conductive interconnect having a semi-liner and no top surface recess |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR960010056B1 (ko) * | 1992-12-10 | 1996-07-25 | 삼성전자 주식회사 | 반도체장치 및 그 제조 방법 |
JPH09153470A (ja) * | 1995-12-01 | 1997-06-10 | Hitachi Ltd | 半導体装置の成膜方法 |
JPH1064902A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-03-06 | Applied Materials Inc | アルミニウム材料の成膜方法及び成膜装置 |
US20040224504A1 (en) * | 2000-06-23 | 2004-11-11 | Gadgil Prasad N. | Apparatus and method for plasma enhanced monolayer processing |
FR2851258B1 (fr) * | 2003-02-17 | 2007-03-30 | Commissariat Energie Atomique | Procede de revetement d'une surface, fabrication d'interconnexion en microelectronique utilisant ce procede, et circuits integres |
US7605082B1 (en) * | 2005-10-13 | 2009-10-20 | Novellus Systems, Inc. | Capping before barrier-removal IC fabrication method |
US7799674B2 (en) | 2008-02-19 | 2010-09-21 | Asm Japan K.K. | Ruthenium alloy film for copper interconnects |
US8336204B2 (en) * | 2009-07-27 | 2012-12-25 | International Business Machines Corporation | Formation of alloy liner by reaction of diffusion barrier and seed layer for interconnect application |
US7956463B2 (en) | 2009-09-16 | 2011-06-07 | International Business Machines Corporation | Large grain size conductive structure for narrow interconnect openings |
-
2012
- 2012-07-30 US US13/561,195 patent/US8722534B2/en active Active
-
2013
- 2013-07-22 TW TW102126070A patent/TWI536498B/zh not_active IP Right Cessation
- 2013-07-22 SG SG2013055843A patent/SG196744A1/en unknown
- 2013-07-24 DE DE102013214441.5A patent/DE102013214441B4/de active Active
- 2013-07-29 KR KR1020130089810A patent/KR20140016195A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-07-30 CN CN201310325245.7A patent/CN103579098B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-03-27 US US14/227,807 patent/US9209135B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20140016195A (ko) | 2014-02-07 |
US9209135B2 (en) | 2015-12-08 |
US20140027910A1 (en) | 2014-01-30 |
TW201411777A (zh) | 2014-03-16 |
US8722534B2 (en) | 2014-05-13 |
CN103579098B (zh) | 2016-10-05 |
CN103579098A (zh) | 2014-02-12 |
US20140210088A1 (en) | 2014-07-31 |
SG196744A1 (en) | 2014-02-13 |
TWI536498B (zh) | 2016-06-01 |
DE102013214441B4 (de) | 2019-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102015107271B4 (de) | Zwei- oder mehrteilige Ätzstoppschicht in integrierten Schaltungen | |
DE102013214441B4 (de) | Verfahren zur Verringerung der Benetzbarkeit von Verbindungsmaterial an Eckberührungsflächen und eine gemäß dem Verfahren hergestellte Vorrichtung | |
DE102010030760B4 (de) | Halbleiterbauelement mit Durchgangskontaktierungen mit einem Verspannungsrelaxationsmechanismus und Verfahren zur Herstellung eines solchen | |
DE10194958B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Sperr-/ Haftschicht und einer Kristallkeimschicht in einer integrierten Schaltkreisanordnung und zugehörige integrierte Schaltkreisanordnung | |
DE60133155T2 (de) | In Verbindungsschicht eingebettete Metall-Isolator-Metall Kapazität und Verfahren zur Herstellung | |
DE102019212488B4 (de) | Verbindungen gebildet durch eine Metallverdrängungsreaktion | |
DE102010047806B4 (de) | Integrierte Schaltkreise und Verfahren zum Ausbilden der integrierten Schaltkreise | |
DE10351875A1 (de) | Integriertes Schaltkreisbauelement und Halbleiterbauelement mit MIM-Kondensator | |
DE112010003659T5 (de) | Leitfähige Struktur für schmale Verbindungsöffnungen | |
DE102013104112A1 (de) | Verbindungsstruktur und -verfahren | |
DE102014110645A1 (de) | Hybrid-Kupferstruktur zur Verwendung in fortgeschrittener Verbindung | |
DE102009006798B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Metallisierungssystems eines Halbleiterbauelements unter Anwendung einer Hartmaske zum Definieren der Größe der Kontaktdurchführung | |
DE102004004532A1 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE102017203568A1 (de) | Verfahren zum bilden von leitfähigen strukturen mit unterschiedlichen materialzusammensetzungen in einer metallisierungsschicht | |
DE112005001961T5 (de) | Integrierte Hartmaske mit niedrigem K-Wert | |
DE102016100323B4 (de) | Verringern der Dual-Damascene-Verwerfung in integrierten Schaltkreisstrukturen | |
DE102005047111B3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines MIM-Kondensators | |
DE102015119536A1 (de) | Kondensatoren mit dielektrischen Barriereschichten und Verfahren zu deren Ausbildung | |
DE112004001530T5 (de) | Versiegelte Poren in Damascene-Strukturen mit Low-k-Material | |
DE112021000239T5 (de) | Verbindungsstrukturen mit rutheniumauskleidung mit kobaltinfusion und einer kobaltabdeckung | |
DE102004003863B4 (de) | Technik zur Herstellung eingebetteter Metallleitungen mit einer erhöhten Widerstandsfähigkeit gegen durch Belastung hervorgerufenen Materialtransport | |
DE112020003222T5 (de) | Zwischenverbindungsanordnung mit vollständig ausgerichteten durchkontakten | |
DE112019003036B4 (de) | Aluminiumkompatibler dünnfilmwiderstand (tfr) und herstellungsverfahren | |
DE102014019447A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen | |
DE102018206436B4 (de) | Mit Kobalt und Barrierenlinern beschichtete Verdrahtungsgräben über Kobalt-gefüllten Via-Strukturen sowie entsprechendes Herstellungsverfahren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GLOBALFOUNDRIES U.S. INC., SANTA CLARA, US Free format text: FORMER OWNER: GLOBALFOUNDRIES INC., GRAND CAYMAN, KY |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE |