DE102015219012B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, die eine Schicht aus einem ersten Metall zwischen einer Diffusionsbarrierenschicht und einem zweiten Metall umfasst - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, die eine Schicht aus einem ersten Metall zwischen einer Diffusionsbarrierenschicht und einem zweiten Metall umfasst Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren, das umfasst:Bereitstellen einer Halbleiterstruktur (100), die eine Vertiefung (108) umfasst, wobei die Vertiefung (108) mindestens eines von einer Kontaktöffnung (109) und einem Graben (110) umfasst;Abscheiden einer Schicht (201) aus einem ersten Metall über der Halbleiterstruktur (100), wobei die Schicht (201) aus dem ersten Metall an ihrer Oberfläche eine Passivierungsschicht aus einem Oxid des ersten Metalls aufweist und die Schicht (201) aus dem ersten Metall so abgeschieden wird, dass das erste Metall außerdem einen Dotierstoff enthält, wobei der Dotierstoff Stickstoff enthält;Durchführen eines stromlosen Abscheidungsverfahrens, wobei bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren die Passivierungsschicht entfernt wird, ein erster Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall von der Halbleiterstruktur (100) entfernt wird und eine erste Schicht (301) aus einem zweiten Metall über der Halbleiterstruktur (100) abgeschieden wird; undDurchführen eines Galvanisierungsverfahrens, wobei bei dem Galvanisierungsverfahren eine zweite Schicht (401) aus dem zweiten Metall über der ersten Schicht (301) aus dem zweiten Metall abgeschieden wird;wobei ein zweiter Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall in der Halbleiterstruktur verbleibt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der integrierten Schaltkreise und insbesondere auf integrierte Schaltkreise, bei denen eine Damascene-Technik verwendet wird, um elektrische Verbindungen zwischen Schaltkreiselementen zu bilden.
  • In der US 2013 / 0 244 421 A1 werden Verfahren beschrieben, in denen über einem Graben bzw. einer Kontaktöffnung eine oder mehrere Barrierenschichten gebildet werden, von denen eine Kobalt enthalten kann. Danach wird eine kupferhaltige Saatschicht gebildet, an der eine Wärmebehandlung und ein Ätzverfahren durchgeführt werden. Wenn die kobalthaltige Barrierenschicht vorhanden ist, können sich in einer Lösung, die verwendet wird, um nach dem Ätzverfahren in einem stromlosen Abscheidungsverfahren Kupfer abzuscheiden, Kobaltoxide lösen.
  • In der US 2014 / 0 199 497 A1 wird beschrieben, dass über einer Halbleiterstruktur eine leitfähige Barrierenschicht und eine Saatschicht aus Metall gebildet werden und ein Oxid des Metalls der Saatschicht chemisch reduziert wird.
  • In der US 2014 / 0 084 469 A1 wird beschrieben, dass über einer Halbleiterstruktur Barrierenschichten gebildet werden.
  • Integrierte Schaltkreise umfassen eine Anzahl von einzelnen Schaltkreiselementen wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren, Dioden und Widerstände, die mit Hilfe elektrisch leitfähiger Leitungen miteinander verbunden sind. Die elektrisch leitfähigen Leitungen können aus einem Metall, das Kupfer enthält, beispielsweise aus im Wesentlichen reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung, gebildet werden. Zum Bilden der elektrisch leitfähigen Leitungen können Damascene-Techniken verwendet werden.
  • Bei Damascene-Techniken werden in einem Zwischenschichtdielektrikum, das Siliziumdioxid und/oder ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante, das eine kleinere Dielektrizitätskonstante als Siliziumdioxid hat, enthält, Gräben und Kontaktöffnungen gebildet. In den Gräben und Kontaktöffnungen kann eine Diffusionsbarrierenschicht gebildet werden. Nach dem Bilden der Diffusionsbarrierenschicht können die Gräben und Kontaktöffnungen mit einem Metall, das Kupfer enthält, gefüllt werden. Das kann mit Hilfe einer Galvanisierung zum Abscheiden des Metalls und einem chemisch mechanischen Polieren zum Entfernen von Teilen des Metalls, die außerhalb der Gräben und Kontaktöffnungen abgeschieden wurden, geschehen.
  • Die Diffusionsbarrierenschicht kann dabei helfen, eine Diffusion von Kupfer aus dem Metall in das Zwischenschichtdielektrikum und/oder in andere Teile der Halbleiterstruktur, die die Funktionsfähigkeit des integrierten Schaltkreises nachteilig beeinflussen könnte, im Wesentlichen zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
  • Probleme, die bei dem oben beschriebenen Damascene-Verfahren auftreten können, können eine Bildung von Hohlräumen in den Gräben und/oder Kontaktöffnungen umfassen. Das Vorhandensein von Hohlräumen in elektrisch leitfähigen Leitungen kann die Wahrscheinlichkeit, dass die Elektromigration auftritt, erhöhen. Durch die Elektromigration kann die Größe der Hohlräume weiter zunehmen, was schließlich zu einem Ausfall der elektrischen Verbindungen, die durch die elektrisch leitfähigen Leitungen bereitgestellt werden, führen kann.
  • Weitere Probleme, die bei dem oben beschriebenen Damascene-Verfahren auftreten können, können eine relativ schwache Haftung zwischen der Diffusionsbarrierenschicht und dem Metall umfassen.
  • Angesichts der oben beschriebenen Situation ist eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren bereitzustellen, die eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit, dass in Kontaktöffnungen und/oder Gräben, die mit einem Metall gefüllt sind, Hohlräume auftreten, ermöglichen und/oder bei denen eine verbesserte Haftung zwischen dem Metall und einer Diffusionsbarrierenschicht bereitgestellt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die Merkmale des Anspruchs 18.
  • Ausführungsformen der Erfindung können die in den abhängigen Ansprüchen definierten Merkmale aufweisen.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
    • 1-5 schematische Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur gemäß einer Ausführungsform in einem Stadium eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigen;
    • 6A und 6B schematische Querschnittsansichten von Teilen der in 2 dargestellten Halbleiterstruktur zeigen; und
    • 7 eine schematische Querschnittsansicht einer Galvanisierungsvorrichtung zeigt, in der in einigen Ausführungsformen ein stromloses Abscheidungsverfahren durchgeführt werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das hierin angegeben wird, umfasst ein Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, die eine Vertiefung umfasst. Die Vertiefung umfasst mindestens eines von einer Kontaktöffnung und einem Graben. Über der Halbleiterstruktur wird eine Schicht aus einem ersten Metall abgeschieden. Es wird ein stromloses Abscheidungsverfahren durchgeführt. Bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren wird ein erster Teil der Schicht aus dem ersten Metall von der Halbleiterstruktur entfernt und eine erste Schicht aus einem zweiten Metall über der Halbleiterstruktur abgeschieden. Es wird ein Galvanisierungsverfahren durchgeführt. Bei dem Galvanisierungsverfahren wird über der ersten Schicht aus dem zweiten Metall eine zweite Schicht aus dem zweiten Metall abgeschieden. Ein zweiter Teil der Schicht aus dem ersten Metall verbleibt in der Halbleiterstruktur.
  • Eine Vorrichtung gemäß einem erläuternden Beispiel, die hierin angegeben wird, umfasst ein Halbleitersubstrat und ein Zwischenschichtdielektrikum oberhalb des Substrats. In dem Zwischenschichtdielektrikum befindet sich eine Vertiefung, die mindestens eines von einer Kontaktöffnung und einem Graben umfasst. Über einer Bodenfläche und einer Seitenwandfläche der Vertiefung ist eine Diffusionsbarrierenschicht gebildet. Über der Diffusionsbarrierenschicht ist eine Schicht aus einem ersten Metall gebildet. Über der Schicht aus dem ersten Metall ist ein zweites Metall gebildet. Ein Standardredoxpotential des ersten Metalls ist größer als ein Standardredoxpotential des zweiten Metalls.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 100 in einem Stadium eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Halbleiterstruktur 100 kann ein Halbleitersubstrat 101 umfassen. Das Substrat 101 kann ein massives Halbleitersubstrat wie beispielsweise einen Siliziumwafer umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat 101 ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat, die englische Abkürzung „SOI“ steht für „Semiconductor-On-Insulator“) umfassen, das eine Schicht aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium umfasst, die über einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumdioxid gebildet ist. Die Schicht aus dem elektrisch isolierenden Material kann sich über einem Trägerwafer befinden, der ein Siliziumwafer sein kann.
  • Die Halbleiterstruktur 100 kann außerdem ein Zwischenschichtdielektrikum 102 umfassen, das sich über dem Substrat 101 befindet.
  • Das Substrat 101 kann Schaltkreiselemente wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren, Dioden und Widerstände umfassen, die an einer Seite des Substrats 101 gebildet sein können, die in der Ansicht der 1 eine Oberseite des Substrats 101 ist.
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 102 kann ein elektrisch isolierendes Material wie beispielsweise Siliziumdioxid und/oder ein Zwischenschichtdielektrikum mit niedriger Dielektrizitätskonstante, das eine kleinere Dielektrizitätskonstante als Siliziumdioxid hat, enthalten, beispielsweise ein Fluorsilikatglas, ein kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, ein poröses Siliziumdioxid, ein poröses kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, ein Wasserstoffsilsesquioxan, ein Methylsilsesquioxan, ein Polyimid, ein Polynorbornen, Benzozyklobuten und/oder ein Polytetrafluorethylen.
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 102 muss sich nicht direkt auf dem Substrat 101 befinden. Unterhalb des Zwischenschichtdielektrikums 102 können sich weitere Schichten aus einem Zwischenschichtdielektrikum, die mit einem Metall gefüllte Gräben und/oder Kontaktöffnungen enthalten können, befinden. Außerdem können sich in dem Zwischenschichtdielektrikum 102 mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllte Kontaktöffnungen (nicht gezeigt) befinden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Metall 107 in dem Graben 104 und elektrisch leitfähigen Strukturelementen in tieferen Verbindungsebenen und/oder an dem Substrat 101 gebildeten Schaltkreiselementen bereitzustellen.
  • In dem Zwischenschichtdielektrikum 102 kann sich ein Graben 104 befinden. In dem Graben 104 können sich eine Diffusionsbarrierenschicht 105 und eine Schicht 106 aus einem ersten Metall befinden. Wie in 1 gezeigt, kann die Diffusionsbarrierenschicht 105 über einer Bodenfläche des Grabens 104 und über Seitenwandflächen des Grabens 104 gebildet sein. Die Diffusionsbarrierenschicht 105 kann aus einem konventionellen Diffusionsbarrierenschichtmaterial wie beispielsweise Tantalnitrid gebildet sein. Weitere Merkmale der Diffusionsbarrierenschicht 105 können denen bekannter Diffusionsbarrierenschichten entsprechen, die in Halbleiterstrukturen zwischen elektrisch leitfähigen Leitungen, die Kupfer enthalten und einem Zwischenschichtdielektrikum bereitgestellt werden, um eine Diffusion von Kupfer und Sauerstoff im Wesentlichen zu verhindern. Die Schicht 106 aus dem ersten Metall kann sich über der Diffusionsbarrierenschicht 105 befinden. Wie in 1 gezeigt, kann sich die Schicht 106 aus dem ersten Metall ähnlich wie die Diffusionsbarrierenschicht 105 an einer Bodenfläche und an Seitenwandflächen des Grabens 104 befinden. Außerdem kann die Halbleiterstruktur 100 ein zweites Metall 107 umfassen, das über der Schicht 106 aus dem ersten Metall gebildet ist und den Graben 104 füllt.
  • Das erste Metall 106 und das zweite Metall 107 können verschiedene Metalle sein. Ein Standardredoxpotential des zweiten Metalls 107 kann größer als ein Standardredoxpotential des ersten Metalls 106 sein, so dass das zweite Metall 107 edler als das erste Metall 106 ist. In manchen Ausführungsformen kann das erste Metall 106 Kobalt enthalten und das zweite Metall 107 kann Kupfer, Silber, Gold, Platin, Nickel oder eine Legierung, die zwei oder mehr dieser Metalle enthält, enthalten.
  • Das Standardredoxpotential eines bestimmten Metalls kann mit wohlbekannten Techniken gemessen werden. Insbesondere kann eine Elektrode, die aus dem Metall gebildet ist, in eine Lösung, die Ionen des Metalls enthält, eingetaucht werden, und zwar unter Standardbedingungen, die eine Temperatur von ungefähr 25 °C, einen Druck von ungefähr 101,3 kPa und lonenaktivitäten von ungefähr 1 umfassen. Außerdem kann eine Standardwasserstoffelektrode bereitgestellt werden und das Standardredoxpotential des Metalls kann bestimmt werden, indem eine Spannung zwischen der Elektrode aus dem Metall und der Standardwasserstoffelektrode gemessen wird, wenn die Lösung, die die Ionen des Metalls enthält und der Elektrolyt der Standardwasserstoffelektrode über eine Salzbrücke miteinander verbunden sind. Alternativ kann anstelle der Standardwasserstoffelektrode eine andere Standardelektrode verwendet werden, beispielsweise eine Silberchloridelektrode oder eine gesättigte Kalomelelektrode, und eine geeignete Umrechnung der gemessenen Potentialdifferenz durchgeführt werden.
  • Das erste Metall der Schicht 106 enthält einen Dotierstoff, der Stickstoff enthalten kann, was unten genauer erläutert wird.
  • Die Halbleiterstruktur 100 kann außerdem ein Zwischenschichtdielektrikum 103 umfassen, das sich über dem Zwischenschichtdielektrikum 102 befindet. In manchen Ausführungsformen können die Zwischenschichtdielektrika 102, 103 aus im Wesentlichen dem gleichen Material gebildet sein.
  • In manchen Ausführungsformen kann zwischen den Zwischenschichtdielektrika 102, 103 und/oder zwischen den Materialien der Diffusionsbarrierenschicht 105, der Schicht 106 aus dem ersten Metall und dem zweiten Metall 107 in dem Graben 104 einerseits und dem Zwischenschichtdielektrikum 103 andererseits eine Deckschicht, beispielsweise eine Schicht aus Siliziumnitrid gebildet sein.
  • In dem Zwischenschichtdielektrikum 103 kann sich eine Vertiefung 108, die einen Graben 110 und eine Kontaktöffnung 109 umfasst, befinden. Die Kontaktöffnung 109 kann sich über dem zweiten Metall 107 in dem Graben 104 befinden und sich durch das Zwischenschichtdielektrikum 103 und, wenn auf dem zweiten Metall 107 eine Deckschicht vorhanden ist, durch die Deckschicht erstrecken, so dass das zweite Metall 107 in dem Graben 104 am Boden der Kontaktöffnung 109 freiliegt.
  • Das Substrat 101 und Schaltkreiselemente, die an dem Substrat 101 gebildet sind, können unter Verwendung bekannter Techniken der Halbleiterverarbeitung hergestellt werden. Das Zwischenschichtdielektrikum 102 kann mit Hilfe von Abscheidungsverfahren, wie beispielsweise der chemischen Dampfabscheidung, der plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung und/oder der Rotationsbeschichtung gebildet werden und der Graben 104 sowie Kontaktöffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 102 können mit Hilfe von Techniken der Fotolithografie und des Ätzens gebildet werden. Zum Bereitstellen der Diffusionsbarrierenschicht 105, der Schicht 106 aus dem ersten Metall und des zweiten Metalls 107 in dem Graben 104 können Techniken verwendet werden, die denen entsprechen, die zum Bereitstellen entsprechender Elemente in der Vertiefung 108 verwendet werden, und die unten genauer erläutert werden.
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 103 kann mit Hilfe von Abscheidungstechniken wie der chemischen Dampfabscheidung, der plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung und/oder der Rotationsbeschichtung gebildet werden und die Kontaktöffnung 109 und der Graben 110 der Vertiefung 108 können mit Hilfe von Techniken der Fotolithografie und des Ätzens gebildet werden.
  • Nach dem Bilden der Vertiefung 108 kann über der Halbleiterstruktur 100 eine Diffusionsbarrierenschicht 111 abgeschieden werden. Die Diffusionsbarrierenschicht 111 kann dafür ausgelegt sein, eine Diffusion eines Metalls, das in späteren Stadien des Herstellungsverfahrens in der Vertiefung 108 bereitgestellt wird, durch die Diffusionsbarrierenschicht im Wesentlichen zu verhindern. Insbesondere kann die Diffusionsbarrierenschicht 111 dafür ausgelegt sein, eine Diffusion von Kupfer, Silber, Gold, Platin und/oder Nickel im Wesentlichen zu verhindern.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Diffusionsbarrierenschicht 111 ein konventionelles Diffusionsbarrierenschichtmaterial wie beispielsweise Tantalnitrid enthalten und sie kann mit Hilfe von Abscheidungstechniken, die konventionell zur Herstellung von Diffusionsbarrierenschichten verwendet werden wie beispielsweise der ionisierten physikalischen Dampfabscheidung (iPVD, die englische Abkürzung steht für „ionized Physical Vapor Deposition“), der chemischen Dampfabscheidung (CVD, die englische Abkürzung steht für „Chemical Vapor Deposition“) oder der Atomlagenabscheidung (ALD, die englische Abkürzung steht für „Atomic Layer Deposition“) gebildet werden. Eine Dicke der Diffusionsbarrierenschicht 111 kann sich in einem Bereich von ungefähr 1-50 nm und/oder in einem Bereich von ungefähr 1-10 nm befinden. In 1 ist ein Abscheidungsverfahren, das zum Bilden der Diffusionsbarrierenschicht 111 verwendet wird, schematisch durch Pfeile 112 dargestellt.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem späteren Stadium des Herstellungsverfahrens. Nach dem Bilden der Diffusionsbarrierenschicht 111 kann über der Halbleiterstruktur 100 eine Schicht 201 aus einem ersten Metall abgeschieden werden. In 2 ist ein Abscheidungsverfahren, das für die Abscheidung der Schicht 201 aus dem ersten Metall verwendet wird, schematisch durch Pfeile 202 dargestellt.
  • Das erste Metall in der Schicht 201 kann im Wesentlichen das gleiche Metall wie das erste Metall in der Schicht 106 sein. Insbesondere kann die Schicht 201 aus dem ersten Metall Kobalt enthalten.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Abscheidungsverfahren 202, das für die Abscheidung der Schicht 201 aus dem ersten Metall verwendet wird, ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren sein. Bei dem chemischen Dampfabscheidungsverfahren kann sich die Halbleiterstruktur 100 in einem Reaktor für die chemische Dampfabscheidung befinden, dem ein Strom aus einem Prozessgas zugeführt wird. Das Prozessgas kann einen Ausgangsstoff und ein Trägergas enthalten.
  • Der Ausgangsstoff kann eine chemische Verbindung, beispielsweise eine organometallische Verbindung, die das erste Metall der Schicht 201 enthält, sein. In Ausführungsformen, in denen die Schicht 201 aus dem ersten Metall Kobalt enthält, kann der Ausgangsstoff CCTBA (Dicobalthexacarbonyl-tert-butylacetylen) oder Co(AMD)2 (Bis(N,N'-diisopropylacetamidinato)-cobalt) enthalten. Das Trägergas kann Argon, Helium oder Stickstoff enthalten. Eine Durchflussrate des Prozessgases kann sich bei typischen 200 mm- und 300 mm-CVD-Reaktoren in einem Bereich von ungefähr 50-4000 sccm befinden. Während des chemischen Dampfabscheidungsverfahrens kann die Halbleiterstruktur 100 auf einer Abscheidungstemperatur gehalten werden, die sich in einem Bereich von ungefähr 100-300 °C befinden kann. Ein Prozessdruck kann in einem Bereich von ungefähr 266,6-5332,9 Pa (2-40 Torr) gehalten werden.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Abscheidungsverfahren 202, das für die Abscheidung der Schicht 201 aus dem ersten Metall verwendet wird, ein im Wesentlichen konformes chemisches Dampfabscheidungsverfahren sein. Wenn für die Herstellung der Schicht 201 aus dem ersten Metall ein im Wesentlichen konformes chemisches Dampfabscheidungsverfahren verwendet wird, kann eine Dicke 203 der Schicht 201 aus dem ersten Metall, die man in der Vertiefung 108 erhält, ungefähr gleich einer Dicke 204 der Schicht 201 aus dem ersten Metall, die man in Bereichen der Halbleiterstruktur 100 außerhalb der Vertiefung 108 erhält, sein,
  • In manchen Ausführungsformen kann man eine im Wesentlichen konforme chemische Dampfabscheidung von Kobalt erhalten, indem man einen Prozessgasdurchfluss in einem Bereich von ungefähr 300-1000 sccm, eine Abscheidungstemperatur in einem Bereich von ungefähr 125-225 °C und einen Druck in einem Bereich von ungefähr 666,6-1999,8 Pa (5-15 Torr) verwendet. Die vorliegenden Angaben sind nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen das Abscheidungsverfahren 202, das für die Abscheidung der Schicht 201 aus dem ersten Metall verwendet wird, ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren ist. In anderen Ausführungsformen können andere Abscheidungstechniken wie beispielsweise die Atomlagenabscheidung verwendet werden.
  • Die Dicke 203, 204 der Schicht 201 aus dem ersten Metall kann sich in einem Bereich von ungefähr 1-100 nm und/oder in einem Bereich von ungefähr 5-40 nm befinden. Die Schicht 201 aus dem ersten Metall kann eine Dicke haben, die gleich einer oder größer als eine Dicke der Schicht 301 aus dem zweiten Metall ist, deren Herstellung unten mit Bezug auf die 3 beschrieben wird.
  • In anderen Ausführungsformen kann die Schicht 201 aus dem ersten Metall einen Dotierstoff enthalten. In manchen dieser Ausführungsformen kann der Dotierstoff Stickstoff enthalten.
  • 6A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils 600 der Halbleiterstruktur 100, die eine Dotierstoffverteilung in der Schicht 201 aus dem ersten Metall darstellt, die in manchen Ausführungsformen bereitgestellt werden kann. Die Schicht 201 aus dem ersten Metall kann einen unteren Teil 601, der zu der Diffusionsbarrierenschicht 111 benachbart angeordnet ist, und einen oberen Teil 602, der sich über dem unteren Teil 601 befindet, umfassen, wobei der untere Teil 601 zwischen der Diffusionsbarrierenschicht 111 und dem oberen Teil 602 angeordnet ist. Eine Dotierstoffkonzentration in dem unteren Teil 601 der Schicht 201 aus dem ersten Metall kann größer als eine Dotierstoffkonzentration in dem oberen Teil 602 der Schicht 201 aus dem ersten Metall sein.
  • In anderen Ausführungsformen, die im Folgenden mit Bezug auf 6B beschrieben werden, kann in der Schicht 201 aus dem ersten Metall eine andere Dotierstoffverteilung bereitgestellt werden. 6B zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Teils 600 der Halbleiterstruktur gemäß anderen Ausführungsformen. Die Schicht 201 aus dem ersten Metall kann einen unteren Teil 603, der zu der Diffusionsbarrierenschicht 111 benachbart angeordnet ist, einen mittleren Teil 604, der sich über dem unteren Teil 603 befindet und einen oberen Teil 605, der sich über dem mittleren Teil 604 befindet, umfassen. Der mittlere Teil 604, der zwischen dem unteren Teil 603 und dem oberen Teil 605 der Schicht 201 aus dem ersten Metall angeordnet ist, kann eine größere Dotierstoffkonzentration als der untere Teil 603 und der obere Teil 605 aufweisen.
  • Die Anwesenheit von Dotierstoffen wie beispielsweise Stickstoff in der Schicht 201 aus dem ersten Metall kann eine Rate, mit der das erste Metall der Schicht 201 bei einem stromlosen Abscheidungsprozess, der unten mit Bezug auf 3 genauer beschrieben wird, durch ein zweites Metall ausgetauscht wird, verringern. Deshalb kann der untere Teil 601 der Schicht 201 aus dem ersten Metall in Ausführungsformen wie der in 6A dargestellten oder der mittlere Teil 604 der Schicht 201 aus dem ersten Metall in Ausführungsformen wie der in 6B dargestellten bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren als eine Stoppschicht verwendet werden.
  • Die Konzentration der Dotierstoffe in der Schicht 201 aus dem ersten Metall kann gesteuert werden, indem während des Abscheidungsverfahrens 202, das zum Bilden der Schicht 201 aus dem ersten Metall verwendet wird, eine Zufuhr des Dotierstoffs und/oder einer chemischen Verbindung, die den Dotierstoff enthält, gesteuert wird.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem späteren Stadium des Herstellungsverfahrens. Nach der Abscheidung der Schicht 201 aus dem ersten Metall über der Halbleiterstruktur 100 kann ein stromloses Abscheidungsverfahren durchgeführt werden. Zum Durchführen des stromlosen Abscheidungsverfahrens kann die Halbleiterstruktur 100 mit einem Elektrolyt 302 in Kontakt gebracht werden. Der Elektrolyt 302 kann eine wässrige Lösung sein, die ein Salz eines zweiten Metalls enthält, wobei ein Redoxpotential des Redoxpaars, das durch das erste Metall der Schicht 201 und Ionen des ersten Metalls in dem Elektrolyt 302 gebildet wird, kleiner ist als ein Redoxpotential des Redoxpaars, das durch das zweite Metall und Ionen des zweiten Metalls in dem Elektrolyt gebildet wird. In manchen Ausführungsformen kann auch ein Standardredoxpotential des ersten Metalls kleiner als ein Standardredoxpotential des zweiten Metalls sein.
  • Im Folgenden werden der Einfachheit halber die Redoxpotentiale des Redoxpaars, das durch das erste Metall und die Ionen des ersten Metalls gebildet wird, und des Redoxpaars, das durch das zweite Metall und die Ionen des zweiten Metalls gebildet wird, als Redoxpotentiale des ersten bzw. des zweiten Metalls bezeichnet.
  • Die Redoxpotentiale des ersten und des zweiten Metalls in dem Elektrolyt 302 können bis zu einem gewissen Grad von ihren Standardredoxpotentialen abweichen, da die Konzentrationen und/oder Aktivitäten der Ionen des ersten und des zweiten Metalls und die Temperatur des Elektrolyts bis zu einem gewissen Grad von den Standardbedingungen abweichen können. In manchen Ausführungsformen können die Abweichungen zwischen den Redoxpotentialen des ersten und des zweiten Metalls und ihren Standardredoxpotentialen jedoch relativ klein sein, so dass ein Redoxpotential des zweiten Metalls in dem Elektrolyt 302 üblicherweise größer als das Redoxpotential des ersten Metalls in dem Elektrolyt 302 ist, wenn das Standardredoxpotential des zweiten Metalls größer als das Standardredoxpotential des ersten Metalls ist.
  • In Ausführungsformen, in denen das erste Metall der Schicht 201 Kobalt enthält, kann der Elektrolyt 302 ein oder mehr Salze von mindestens einem von Kupfer, Silber, Gold, Platin und Nickel enthalten. Zusätzlich kann der Elektrolyt 302 eine Säure enthalten. Außerdem kann der Elektrolyt 302 Additive enthalten, wobei die Additive einen Beschleuniger (im Englischen: „Accelerator“), einen Unterdrücker (im Englischen: „Suppressor“), einen Einebner (im Englischen: „Leveler“) und ein Chlorid umfassen können.
  • In Ausführungsformen, in denen das zweite Metall Kupfer enthält, kann der Elektrolyt 302 eine wässrige Lösung von Schwefelsäure und Kupfersulfat-Pentahydrat sein. Ein Schwefelsäuregehalt des Elektrolyts 302 kann sich in einem Bereich von ungefähr 10-200 g/l befinden und ein Kupfergehalt des Elektrolyts 302 kann sich in einem Bereich von ungefähr 1-60 g/l befinden. Der Elektrolyt kann zwischen ungefähr 10-40 °C gehalten werden.
  • Die Additive in dem Elektrolyt 302 können Additive sein, die konventionellerweise in Elektrolyten verwendet werden, die zum Durchführen eines Damascene-Verfahrens in Galvanisierungsverfahren zum Füllen von Kontaktöffnungen und/oder Gräben in Halbleiterstrukturen mit einem Metall, das Kupfer enthält, verwendet werden. Beispiele für Beschleuniger umfassen Bis-(3-sulfopropyl)-disulfid (SPS) und 3-Mercapto-1-propansulfonsäure (MPS). Beispiele für Unterdrücker umfassen Polyethylenglykol und Beispiele für Einebner umfassen Polyethylenimin und Janusgrün B. Ein Chlorid kann bereitgestellt werden, indem zu dem Elektrolyt 302 Salzsäure hinzugefügt wird. Die Konzentrationen der Additive in dem Elektrolyt 302 können sich in einem Bereich von ungefähr 1-1000 ppm befinden und Additivkonzentrationen, die üblicherweise in der Halbleiterverarbeitung verwendet werden, entsprechen.
  • In Ausführungsformen, in denen das zweite Metall Silber, Gold, Platin und/oder Nickel enthält, kann der Elektrolyt 302 Salze von Silber, Gold, Platin und/oder Nickel enthalten, die konventionellerweise in Galvanisierungsverfahren für die Abscheidung dieser Metalle verwendet werden, wie beispielsweise Goldsulfit, Goldcyanid oder Silbernitrat.
  • Bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren kann das erste Metall der Schicht 201 chemisch mit dem Elektrolyt 302 reagieren, wobei das erste Metall oxidiert wird, so dass Ionen des ersten Metalls gebildet werden und Ionen des zweiten Metalls reduziert werden, so dass ein elektrisch leitfähiges Material gebildet wird.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Schicht 201 aus dem ersten Metall an ihrer Oberfläche eine dünne Passivierungsschicht aus einem Oxid des ersten Metalls aufweisen. Insbesondere kann in Ausführungsformen, in denen die Schicht 201 aus dem ersten Metall Kobalt enthält, an der Oberfläche der Schicht 201 aus dem ersten Metall eine dünne Schicht aus Kobaltoxid vorhanden sein. Dieses Oxid kann entsprechend den folgenden Gleichungen chemisch mit der Schwefelsäure in dem Elektrolyt 302 reagieren: CoO ( s ) + H 2 SO 4 ( aq ) → Co 2 + + SO 4 2 + H 2 O ( I )   Δ R G ° = − 151,2  kJ/mol
    Figure DE102015219012B4_0001
     Co 3 O 4 ( s ) + 4 H 2 SO 4 ( aq ) → 2 Co 3 + Co 2 + + 4  SO 4 2 + 4 H 2 O ( I )   Δ R G ° < 0  kJ/mol
    Figure DE102015219012B4_0002
  • Sobald das passivierende Oxid von der Schicht 201 aus dem ersten Metall entfernt ist, kann das erste Metall chemisch mit Ionen des zweiten Metalls in dem Elektrolyt 302 reagieren. Da das zweite Metall ein größeres Redoxpotential als das erste Metall hat, werden bei dieser chemischen Reaktion Ionen des ersten Metalls gebildet und Ionen des zweiten Metalls reduziert, so dass über der Halbleiterstruktur 100 eine Schicht 301 aus dem zweiten Metall abgeschieden wird.
  • In Ausführungsformen, in denen das erste Metall Kobalt ist und das zweite Metall Kupfer ist, kann die Bildung der Schicht 301 entsprechend der folgenden Gleichung stattfinden: Cu 2 + ( aq ) + Co ( s ) → Cu ( s ) + Co 2 + ( aq )   Δ R G ° = − 119,6  kJ/mol
    Figure DE102015219012B4_0003
    wobei ein Redoxpotential von Cu → Cu2+ + 2e- ungefähr +0,34 V ist und ein Redoxpotential von Co → Co2+ + 2e- ungefähr -0,28 V ist.
  • Das stromlose Abscheidungsverfahren wird nicht solange durchgeführt, bis das gesamte erste Metall der Schicht 201 durch die chemische Reaktion verbraucht ist. Stattdessen kann das stromlose Abscheidungsverfahren angehalten werden, bevor das gesamte erste Metall der Schicht 201 durch die chemische Reaktion verbraucht ist, so dass ein Teil der Schicht aus dem ersten Metall, der eine Dicke hat, die kleiner als die Dicke ist, die die Schicht 201 aus dem ersten Metall unmittelbar nach ihrer Abscheidung hat, wie in 3 gezeigt in der Halbleiterstruktur 100 verbleibt.
  • Die Schicht 301 aus dem zweiten Material kann zusammenhängend oder inselartig sein. Sie kann eine Dicke haben, die kleiner ist als die Dicke der Schicht 201 aus dem ersten Metall unmittelbar nach ihrer Abscheidung, und sie kann ein oder mehr Atomlagen des zweiten Metalls enthalten.
  • In Ausführungsformen, in denen die Schicht 201 aus dem ersten Metall einen Dotierstoff wie beispielsweise Stickstoff enthält, kann die Anwesenheit des Dotierstoffs eine Rate der chemischen Reaktion, bei der das erste Metall der Schicht 201 oxidiert wird und das zweite Metall auf der Halbleiterstruktur 100 abgeschieden wird, verringern.
  • Deshalb kann sich in Ausführungsformen, in denen die Schicht 201 aus dem ersten Metall einen Aufbau wie den oben mit Bezug auf 6A beschriebenen hat, die chemische Reaktion verlangsamen oder im Wesentlichen anhalten, wenn der obere Teil 602 der Schicht 201 aus dem ersten Metall von der chemischen Reaktion verbraucht ist. Der untere Teil 601 der Schicht 201 aus dem ersten Metall kann im Wesentlichen in der Halbleiterstruktur 100 verbleiben.
  • In Ausführungsformen, in denen die Schicht 201 aus dem ersten Metall einen Aufbau wie den oben mit Bezug auf die 6B beschriebenen hat, kann sich die chemische Reaktion, bei der das erste Metall oxidiert wird und das zweite Metall auf der Halbleiterstruktur 100 abgeschieden wird, verlangsamen oder im Wesentlichen anhalten, sobald der obere Teil 605 der Schicht 201 aus dem ersten Metall entfernt ist, und der mittlere Teil 604 sowie der untere Teil 603 können in der Halbleiterstruktur 100 verbleiben.
  • In manchen Ausführungsformen kann das stromlose Abscheidungsverfahren in einer Galvanisierungsvorrichtung durchgeführt werden, wobei jedoch während des stromlosen Abscheidungsverfahrens kein Strom und/oder keine Spannung an die Halbleiterstruktur 100 angelegt wird.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Galvanisierungsvorrichtung 700, in der das stromlose Abscheidungsverfahren in manchen Ausführungsformen durchgeführt werden kann. Die Galvanisierungsvorrichtung 700 umfasst einen Elektrolyttank 701 und einen Halbleiterstrukturhalter 702, der dafür ausgelegt ist, die Halbleiterstruktur 100 zu halten. Der Halbleiterstrukturhalter 702 kann einen Kontaktring 703 zur Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zu der Halbleiterstruktur 100 umfassen. Zusätzlich kann die Galvanisierungsvorrichtung 700 eine Elektrode 704 umfassen, die aus dem zweiten Metall gebildet sein kann. Insbesondere kann die Elektrode 704 in Ausführungsformen, in denen das zweite Metall Kupfer enthält, eine Kupferelektrode sein.
  • Die Galvanisierungsvorrichtung 700 kann außerdem eine Stromquelle 705 umfassen, die dafür ausgelegt ist, über den Kontaktring 703 eine Spannung zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode 704 anzulegen.
  • Zum Durchführen des stromlosen Abscheidungsverfahrens kann die Halbleiterstruktur 100 in den Halbleiterstrukturhalter 702 eingesetzt werden und der Halbleiterstrukturhalter 702 kann auf den Elektrolyt 302 in dem Elektrolyttank 701 zubewegt werden, um die Halbleiterstruktur 100 mit dem Elektrolyt 302 in Kontakt zu bringen. Während des stromlosen Abscheidungsverfahrens kann die Stromquelle 705 ausgeschaltet sein, so dass im Wesentlichen keine Spannung und/oder kein Strom zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode 704 angelegt wird.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem späteren Stadium des Herstellungsverfahrens. Nach dem stromlosen Abscheidungsverfahren kann ein Galvanisierungsverfahren durchgeführt werden. Bei dem Galvanisierungsverfahren kann über der Halbleiterstruktur 100 eine weitere Schicht 401 aus dem zweiten Metall abgeschieden werden. Eine Zusammensetzung der Schicht 401 aus dem zweiten Metall kann im Wesentlichen gleich der Zusammensetzung der Schicht 301 aus dem zweiten Metall sein, so dass die Schichten 301, 401 ein im Wesentlichen homogenes zweites Metall über der Halbleiterstruktur 100 bilden. Deshalb ist in 4 die Grenze zwischen den Schichten 301, 401 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Eine Dicke der Schicht 401 aus dem zweiten Metall kann so ausgelegt sein, dass die Kontaktöffnung 109 und der Graben 110 nach dem Galvanisierungsverfahren mit dem zweiten Metall gefüllt sind. In manchen Ausführungsformen kann sich eine Dicke der Schicht 401 aus dem zweiten Metall in einem Bereich von einigen wenigen Nanometern bis mehr als 10 µm befinden, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 500 nm bis ungefähr 1,5 µm.
  • Zum Durchführen des Galvanisierungsverfahrens kann zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode 704 ein Strom und/oder eine Spannung angelegt werden. Eine Stromdichte während des Galvanisierungsverfahrens kann sich in einem Bereich von ungefähr 1-50 mA/cm2 befinden, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 5-40 mA/cm2.
  • Durch Anlegen des Stroms und/oder der Spannung zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode 704 kann das stromlose Abscheidungsverfahren angehalten werden, so dass kein weiteres erstes Metall aus der Schicht 201 aus dem ersten Metall verbraucht wird. Das Anhalten des stromlosen Abscheidungsverfahrens durch Anlegen eines Stroms und/oder einer Spannung kann zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Verwendung eines Dotierstoffs durchgeführt werden.
  • Der Betrieb der Stromquelle 705 kann durch eine Steuerung 706 (siehe 7) gesteuert werden. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 706 eine Spannung, die von der Stromquelle 705 angelegt wird, steuern. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 706 einen Strom, der von der Stromquelle 705 angelegt wird, steuern.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 706 dafür ausgelegt sein, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Inkontaktbringen der Halbleiterstruktur 100 mit dem Elektrolyt 302 zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode 704 eine Spannung und/oder einen Strom zum Anhalten des stromlosen Abscheidungsverfahrens und zum Starten des Galvanisierungsverfahrens anzulegen. Die vorbestimmte Zeit kann ungefähr einige wenige Sekunden betragen. Insbesondere kann sich die vorbestimmte Zeit in einem Bereich von ungefähr 0,5-30 Sekunden befinden.
  • In anderen Ausführungsformen kann nach einer Detektion einer Veränderung einer Lichtreflexion an der Halbleiterstruktur zwischen der Halbleiterstruktur 100 und der Elektrode eine Spannung und/oder ein Strom zum Anhalten des stromlosen Abscheidungsverfahrens und zum Starten des Galvanisierungsverfahrens angelegt werden. Zu diesem Zweck kann die Galvanisierungsvorrichtung 700 einen Lichtdetektor 707 umfassen, der mit der Steuerung 706 und einer Lichtquelle 708 verbunden ist. Die Bildung der Schicht 301 aus dem zweiten Metall bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren kann eine Veränderung der Lichtreflexion von der Halbleiterstruktur 100 verursachen, da das erste Metall und das zweite Metall unterschiedliche Reflexionsvermögen haben können. Insbesondere kann die Abscheidung der Schicht 301 aus dem zweiten Metall bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren in Ausführungsformen, in denen das erste Metall Kobalt enthält und das zweite Metall Kupfer enthält mit einer Verdunklung der Halbleiterstruktur 100 verbunden sein, so dass eine Verringerung der Lichtmenge, die von der Halbleiterstruktur 100 reflektiert wird, die Bildung der Schicht 301 aus dem zweiten Metall anzeigen kann.
  • Bei dem Galvanisierungsverfahren, das nach dem stromlosen Abscheidungsverfahren durchgeführt wird, kann die Schicht 301 aus dem zweiten Metall als eine Saatschicht für die Abscheidung des zweiten Metalls der Schicht 401 dienen. Die Schicht 301 aus dem zweiten Metall kann den elektrischen Widerstand verringern, insbesondere in der Anfangsphase des Galvanisierungsverfahrens, in der von dem Galvanisierungsverfahren noch im Wesentlichen keine oder nur eine geringe Menge des zweiten Metalls abgeschieden wurde.
  • Das stromlose Abscheidungsverfahren, bei dem die Schicht 301 aus dem zweiten Metall gebildet wird, und das Galvanisierungsverfahren, bei dem die Schicht 401 aus dem zweiten Metall gebildet wird, wie oben beschrieben in dem gleichen Elektrolyt 302 und der gleichen Galvanisierungsvorrichtung 700 durchzuführen, kann dabei helfen, eine Bildung eines im Wesentlichen homogenen zweiten Metalls in der durch den Graben 110 und die Kontaktöffnung 109 gebildeten Vertiefung 108 sicherzustellen, und es kann dabei helfen, die Dauer und die Kosten des Herstellungsverfahrens zu verringern, da keine separate Vorrichtung erforderlich ist und keine Bewegung der Halbleiterstruktur 100 zwischen einer Vorrichtung, die für das stromlose Abscheidungsverfahren verwendet wird und einer Vorrichtung, die für das Galvanisierungsverfahren verwendet wird, durchgeführt werden muss.
  • Die vorliegenden Angaben sind jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen das stromlose Abscheidungsverfahren und das Galvanisierungsverfahren mit Hilfe der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das stromlose Abscheidungsverfahren durchgeführt werden, indem die Halbleiterstruktur 100 mit einem ersten Elektrolyt in Kontakt gebracht wird, der sich beispielsweise in einem Elektrolyttank befinden kann, der nicht Teil einer Galvanisierungsvorrichtung sein muss. Zum Anhalten des stromlosen Abscheidungsverfahrens kann in solchen Ausführungsformen die Halbleiterstruktur 100 aus dem Elektrolyttank entfernt werden. Danach kann die Halbleiterstruktur 100 in eine Galvanisierungsvorrichtung eingesetzt werden, in der das Galvanisierungsverfahren zum Abscheiden der Schicht 401 aus dem zweiten Metall durchgeführt wird.
  • Die Schicht 201 aus dem ersten Metall kann insbesondere in Ausführungsformen, in denen das erste Metall Kobalt enthält, mit einem relativ hohen Grad an Kompaktheit und Gleichförmigkeit gebildet werden. Wenn bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren ein Teil der Schicht 201 aus dem ersten Metall durch die Schicht 301 aus dem zweiten Metall ersetzt wird, kann man deshalb einen relativ hohen Grad an Kompaktheit und Gleichförmigkeit der Schicht 301 aus dem zweiten Metall, die bei dem Galvanisierungsverfahren als Saatschicht verwendet wird, erhalten. Das kann dabei helfen, eine Bildung von Hohlräumen in dem Graben 110 und/oder der Kontaktöffnung 109 im Wesentlichen zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Außerdem kann der Teil der Schicht 201 aus dem ersten Metall, der in der Halbleiterstruktur 100 verbleibt, die Diffusionsbarrierenschicht 111 schützen, so dass ein Verlust von Diffusionsbarrierenschichtmaterial im Wesentlichen vermieden oder zumindest verringert werden kann.
  • 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Halbleiterstruktur 100 in einem späteren Stadium des Herstellungsverfahrens. Nach dem Galvanisierungsverfahren, bei dem die Schicht 401 aus dem zweiten Metall gebildet wird, kann ein chemisch-mechanisches Polierverfahren durchgeführt werden. Bei dem chemisch-mechanischem Polierverfahren können Teile der Diffusionsbarrierenschicht 111, des in der Halbleiterstruktur 100 verbliebenen Teils der Schicht 201 aus dem ersten Metall und der Schichten 301, 401 aus dem zweiten Metall außerhalb der Kontaktöffnung 109 und des Grabens 110 entfernt werden. Die Teile der Schichten 301, 401 aus dem zweiten Metall, die nach dem chemisch-mechanischem Polierverfahren in der Halbleiterstruktur 100 verbleiben, stellen ein zweites Metall 501 bereit, das den Graben 110 und die Kontaktöffnung 109 füllt und in der Halbleiterstruktur 100 eine elektrische Verbindung bereitstellt, wobei durch den Teil des zweiten Metalls 501 in der Kontaktöffnung 109 ein elektrischer Kontakt zu dem zweiten Metall 107 in dem Graben 104 hergestellt wird.
  • Der Teil der Schicht 201 aus dem ersten Metall, der in der Halbleiterstruktur 100 verbleibt, ist zwischen der Diffusionsbarrierenschicht 111 und dem zweiten Metall 501 in dem Graben 110 und der Kontaktöffnung 109 angeordnet, und er kann dabei helfen, eine Haftung zwischen der Diffusionsbarrierenschicht 111 und dem zweiten Metall 501 zu verbessern. Insbesondere können eine Haftung zwischen Kobalt und Tantalnitrid und eine Haftung zwischen Kobalt und Kupfer größer sein als eine Haftung zwischen Tantalnitrid und Kupfer, so dass ein Teil der kobalthaltigen Schicht 201, der in der Halbleiterstruktur 100 verbleibt, in Ausführungsformen, in denen die Diffusionsbarrierenschicht 111 Tantalnitrid enthält und das zweite Metall 501 Kupfer enthält, dabei helfen kann, die Haftung zwischen dem zweiten Metall 501 und der Diffusionsbarrierenschicht 111 zu verbessern.
  • Nach dem chemisch-mechanischem Polierverfahren können weitere Schritte eines Halbleiter-Herstellungsverfahrens durchgeführt werden, die ein Bilden einer Deckschicht über dem Zwischenschichtdielektrikum 103 und dem zweiten Metall 501 in der Vertiefung 108 sowie eine Bildung weiterer Verbindungsebenen umfassen können, wobei zum Füllen von Kontaktöffnungen und Gräben, die in den höheren Verbindungsebenen gebildet werden, Techniken wie die oben beschriebenen verwendet werden können.

Claims (18)

  1. Ein Verfahren, das umfasst: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur (100), die eine Vertiefung (108) umfasst, wobei die Vertiefung (108) mindestens eines von einer Kontaktöffnung (109) und einem Graben (110) umfasst; Abscheiden einer Schicht (201) aus einem ersten Metall über der Halbleiterstruktur (100), wobei die Schicht (201) aus dem ersten Metall an ihrer Oberfläche eine Passivierungsschicht aus einem Oxid des ersten Metalls aufweist und die Schicht (201) aus dem ersten Metall so abgeschieden wird, dass das erste Metall außerdem einen Dotierstoff enthält, wobei der Dotierstoff Stickstoff enthält; Durchführen eines stromlosen Abscheidungsverfahrens, wobei bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren die Passivierungsschicht entfernt wird, ein erster Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall von der Halbleiterstruktur (100) entfernt wird und eine erste Schicht (301) aus einem zweiten Metall über der Halbleiterstruktur (100) abgeschieden wird; und Durchführen eines Galvanisierungsverfahrens, wobei bei dem Galvanisierungsverfahren eine zweite Schicht (401) aus dem zweiten Metall über der ersten Schicht (301) aus dem zweiten Metall abgeschieden wird; wobei ein zweiter Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall in der Halbleiterstruktur verbleibt.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das zusätzlich umfasst, dass die Halbleiterstruktur mit einem Elektrolyten (302), der Ionen des zweiten Metalls enthält, in Kontakt gebracht wird, wobei das stromlose Abscheidungsverfahren durchgeführt wird, während sich die Halbleiterstruktur (100) in Kontakt mit dem Elektrolyt (302) befindet.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Galvanisierungsverfahren durchgeführt wird, während sich die Halbleiterstruktur (100) mit dem Elektrolyten (302) in Kontakt befindet und wobei das Durchführen des Galvanisierungsverfahrens ein Anlegen von zumindest einem von einer Spannung und einem Strom zwischen der Halbleiterstruktur (100) und einer Elektrode (704), die sich mit dem Elektrolyten (302) in Kontakt befindet, umfasst.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das mindestens eine von einer Spannung und einem Strom nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Inkontaktbringen der Halbleiterstruktur (100) mit dem Elektrolyten (302) zwischen der Halbleiterstruktur (100) und der Elektrode (704) angelegt wird.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das mindestens eine von einer Spannung und einem Strom nach einer Detektion einer Veränderung einer Reflexion von Licht an der Halbleiterstruktur (100) zwischen der Halbleiterstruktur (100) und der Elektrode (704) angelegt wird.
  6. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das stromlose Abscheidungsverfahren durch das Anlegen des mindestens einen von einer Spannung und einem Strom zwischen der Halbleiterstruktur (100) und der Elektrode (704) angehalten wird.
  7. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Redoxpotential des ersten Metalls in Elektrolyten (302) dem Elektrolyten (302) kleiner als das Redoxpotential des zweiten Metalls in dem Elektrolyten (302) ist.
  8. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Metall Kobalt enthält und das zweite Metall mindestens eines von Kupfer, Silber, Gold, Platin und/oder Nickel enthält.
  9. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall ein Bilden einer Stopp-Teilschicht (601, 604) für das stromlose Abscheidungsverfahren in der Schicht (201) aus dem ersten Metall umfasst, wobei eine Konzentration des Dotierstoffs in der Stopp-Teilschicht (601, 604) größer als eine Konzentration des Dotierstoffs in einem Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall oberhalb der Stopp-Teilschicht (601, 604) ist.
  10. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Elektrolyt (302) eine Lösung von Schwefelsäure und Kupfersulfat-Pentahydrat umfasst.
  11. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall ein Durchführen von mindestens einem von einem chemischen Dampfabscheidungsverfahren und einem Atomlagenabscheidungsverfahren umfasst.
  12. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall ein Durchführen eines im Wesentlichen konformen chemischen Dampfabscheidungsverfahrens umfasst.
  13. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, das zusätzlich umfasst, dass vor der Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall über der Halbleiterstruktur (100) eine Diffusionsbarrierenschicht (111) über der Halbleiterstruktur (100) abgeschieden wird, wobei die Diffusionsbarrierenschicht (111) dafür ausgelegt ist, eine Diffusion des zweiten Metalls durch die Diffusionsbarrierenschicht (111) im Wesentlichen zu verhindern.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Diffusionsbarrierenschicht (111) Tantalnitrid enthält.
  15. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Schicht (201) aus dem ersten Metall eine Dicke in mindestens einem von einem Bereich von ungefähr 1-100 nm und einem Bereich von ungefähr 5-40 nm hat.
  16. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren umfasst, und wobei: eine Durchflussrate eines Prozessgases, das einen Ausgangsstoff und ein Trägergas enthält, in einem Bereich von ungefähr 50-4000 sccm liegt; eine Abscheidungstemperatur in einem Bereich von ungefähr 100-300 °C liegt; und ein Druck des Prozessgases in einem Bereich von ungefähr 266,6-5332,9 Pa liegt.
  17. Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei: die Durchflussrate des Prozessgases, das einen Ausgangsstoff und ein Trägergas enthält, in einem Bereich von ungefähr 300-1000 sccm liegt; die Abscheidungstemperatur in einem Bereich von ungefähr 125-225 °C liegt; und der Druck des Prozessgases in einem Bereich von ungefähr 666,6-1999,8 Pa liegt.
  18. Ein Verfahren, das umfasst: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur (100), die eine Vertiefung (108) umfasst, wobei die Vertiefung (108) mindestens eines von einer Kontaktöffnung (109) und einem Graben (110) umfasst; Abscheiden einer Schicht (201) aus einem ersten Metall über der Halbleiterstruktur, wobei die Schicht (201) aus dem ersten Metall so abgeschieden wird, dass das erste Metall außerdem einen Dotierstoff enthält, wobei die Abscheidung der Schicht (201) aus dem ersten Metall ein Bilden einer Stopp-Teilschicht (601, 604) für das stromlose Abscheidungsverfahren in der Schicht (201) aus dem ersten Metall umfasst, wobei eine Konzentration des Dotierstoffs in der Stopp-Teilschicht (601, 604) größer als eine Konzentration des Dotierstoffs in einem Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall oberhalb der Stopp-Teilschicht (601, 604) ist; Durchführen eines stromlosen Abscheidungsverfahrens, wobei bei dem stromlosen Abscheidungsverfahren ein erster Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall von der Halbleiterstruktur (100) entfernt wird und eine erste Schicht (301) aus einem zweiten Metall über der Halbleiterstruktur (100) abgeschieden wird; und Durchführen eines Galvanisierungsverfahrens, wobei bei dem Galvanisierungsverfahren eine zweite Schicht (401) aus dem zweiten Metall über der ersten Schicht (301) aus dem zweiten Metall abgeschieden wird; wobei ein zweiter Teil der Schicht (201) aus dem ersten Metall in der Halbleiterstruktur verbleibt.
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