专利名称：差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种形成铜填充半导体特征的制造方法，特别是涉及一种形成金属化层中的铜填充半导体特征的方法，藉以制造金属与非金属(杂质)差异掺杂的铜镶嵌结构，根据铜镶嵌结构内的金属与非金属(杂质)差异掺杂来改善铜的电致迁移电阻，其中电致迁移包括，当维持在一个可接受的低电阻时，表面孔洞的形成。
背景技术：
次微米多层金属化技术是超大尺寸集成电路的关键技术之一。多层内连线是此一技术的核心，在于形成具有不同线宽的内部连结的特征，其中多层内连线特征包括双重镶嵌结构以及内连线结构。形成可靠的上述内连线特征是提供半导体元件的功能性与可靠度的关键。
由于铜以及铜合金的低电阻，使得铜以及铜合金变成制造集成电路导电内连线特征所选用的主要金属。与其他金属，例如铝相比，铜以及铜合金具有较低的电阻。此一特性是达成较高电流密度增加元件速度的关键。然而，铜却存在有一些制程问题必须克服，才能使铜金属内连线半导体制程技术达到成熟。例如，铜的沉积一般是使用电镀槽于单一晶圆上进行电镀制程。电镀槽中用以完成铜电镀的电镀液，包括不同添加物，其中铜的电镀是一实质共形电镀制程。
在用来填满开口的电镀制程以及化学机械研磨制程之后，铜镶嵌结构需要经过后续的热制程，包括电沉积铜的热退火以及沉积上覆金属层。通常，此一后续热制程可能包括扩散(Diffusion)，包括在铜的表面部分形成隆起小丘或突起物，同时在铜沉积内连线中形成孔洞或扩大已存在的孔洞尺寸。
铜填充半导体特征的其他问题包括在后续热处理中未符合预期的铜结晶成长尺寸，或沿着铜的晶粒界面形成铜氧化物，因而使铜的电阻值劣化(增加)。加上，铜的扩散发生得很慢，且持续一段时间，受到电场梯度(电致迁移)、热梯度、以及压力梯度等多个因素或其中之一者的影响，因此会导致可靠度与效能的劣化。
目前已知在铜中掺杂掺质可以降低铜的扩散，但添加掺质同时也会增加铜的电阻值。现有习知技术中，将稀释的掺质掺入铜充填特征的制程，是在电镀步骤中将稀释状态的特定数量的掺质放入电镀槽中，藉以掺入铜充填特征之中。
现有习知制程的问题在于，具有不同尺寸的铜特征，铜扩散制程所反映出来的瑕疵型态并不相同。在一个习知电镀制程中，当金属化层中的金属内连线形成时，所有在金属化层中所形成的金属内连线具有等量的金属和非金属掺杂量，也因此会使由铜扩散制程所造成的瑕疵型态具有大约相同的阻值。
由此可见，上述现有的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法中又没有适切的制造方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，能够改进一般现有的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，根据镶嵌特征的尺寸不同调整掺杂量，以改进伴随铜扩散制程所产生的电阻瑕疵，同时维持一个可接受的铜电阻值，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法存在的缺陷，而提供一种在金属化层中形成铜充填特征的改良方法，所要解决的问题是根据镶嵌特征的尺寸不同调整掺杂量，可以改进伴随铜扩散制程所产生的电阻瑕疵，同时维持一个可接受的铜电阻值，并且克服其他习知技术的缺点与不足之处。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中该方法是利用电化学沉积制程，其至少包括提供一半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一制程表面，该制程表面包含一介电绝缘层以及复数个开口形成于该制程表面之上；进行一第一铜电化学沉积制程，藉以沉积具有一第一掺质浓度的一第一掺杂铜部分，用来填满包含一第一开口宽度范围的该些开口，同时余留下至少一未填满开口，其中该位填满开口包含大于该第一开口宽度的一第二开口宽度；以及进行至少一第二铜电化学沉积制程，藉以沉积具有一第二掺质浓度的一第二掺杂铜部分，用来填满剩余的该未填满开口。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的第一铜电化学沉积制程以及该少一第二铜电化学沉积制程，是在分别具有不同掺质浓度的不同的电化学沉积槽中进行。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的至少一第二掺杂铜部分的该第二掺质浓度大于该第一掺杂铜部分的该第一掺质浓度。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的第一开口宽度范围与该至少一第二开口宽度范围选自于由实质小于0.5μm、实质为0.5μm到10μm、以及实质大于10μm所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的掺质选自于由锡、锌、锆、钛、镁、铝、金、银、铜、磷、铅、铟、氯、溴、氧、硫、碳、氮、磷、硼以及上述任意组合所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的至少一第二铜电化学沉积制程与第一铜电化学沉积制程相比，至少包括与该第一铜电化学沉积制程不同的一掺质。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的复数个开口至少包括一阻障层，其中该阻障层至少包括一金属，该金属选自于由钽、氮化钽钛氮化钛以及氮化硅钛所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中所述的第二掺杂铜部分具有一掺质浓度，该掺质浓度的离子浓度范围实质在0％到15％之间。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，在填满该复数个开口以形成不同掺杂的铜镶嵌结构之后，其更至少包括一化学机械研磨制程以及一退火步骤，该退火步骤于一惰性气体气氛中进行，藉以引发该掺质的扩散。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其至少包括一半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一制程表面，该制程表面包含一介电绝缘层以及复数个电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，该电化学沉积掺杂铜镶嵌结构至少包括复数个开口宽度，该些开口宽度延伸穿过该半导体晶圆的一厚度；一第一掺杂铜部分，至少包括一第一掺质浓度，用来完全填满具有一第一宽度范围的该些开口，并且部分填满具有一第二宽度范围的至少一镶嵌结构，且该第二宽度范围大于该第一宽度范围；以及至少一第二掺杂铜部分，具有一第二掺质浓度，用来填满剩余下来的镶嵌结构未填满的部分。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构，其中所述的至少一第二掺杂铜部分的该第二掺质浓度大于该第一掺杂铜部分的该第一掺质浓度。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构，其中所述的第一开口宽度范围与该至少一第二开口宽度范围实质选自于由小于0.5μm、0.5μm到10μm之间、以及大于10μm所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构，其中所述的掺质选自于由锡、锌、锆、钛、镁、铝、金、银、铜、磷、铅、铟、氯、溴、氧、硫、碳、氮、磷、硼以及上述任意组合所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构，其中所述的复数个电化学沉积掺杂铜镶嵌结构至少包括一阻障层，其中该阻障层至少包括一金属，该金属选自于由钽、氮化钽钛氮化钛以及氮化硅钛所组成的一族群。
前述的差异掺杂的铜镶嵌结构，其中所述的至少一第二掺杂铜部分具有一掺质浓度，该掺质浓度的离子浓度范围实质在0％到15％之间。
经由上述可知，本发明的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法，该方法包括有提供具有处理表面的半导体制程晶圆，此处理表面具有一开口，以形成半导体特征；于开口之上沉积至少一层含金属与非金属掺质，与后续沉积的铜层形成一热扩散关系；沉积铜层以填满开口；以及热处理此半导体制程晶圆一段热处理时间，此一段热处理时间足以将至少一部份的金属与非金属掺质分散，并使其沿着至少一部份的铜层边缘聚集，此铜层的边缘包括一部份的铜层的晶粒界面。
借由上述技术方案，本发明差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法至少具有下列优点本发明在金属化层中形成铜充填特征的改良方法，根据镶嵌特征的尺寸不同调整掺杂量，可以改进伴随铜扩散制程所产生的电阻瑕疵，同时维持一个可接受的铜电阻值，并且克服其他习知技术的缺点与不足之处。
综上所述，本发明特殊的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类制造方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在制造方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1A至图1F所示为根据本发明的实施例的半导体制造步骤绘示的半导体元件侧视剖视图。
图2所示为根据本发明的实施例所绘示的一种使用于制程步骤中的电子化学沉积槽。
图3所示为本发明数个较佳实施例的制造流程图。
12介电绝缘层 14A、14B、14C开口18阻障层 20A、20B掺杂部分30蚀刻终止层 32内层金属介电层34A、34B、34D镶嵌结构32A、32B、32C电化学沉积槽33A、33B电镀液 34盛装槽36A阳极板36B制程晶圆38电源 W1、W2、W3线宽301、303、305、307制程步骤具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法其具体实施方式
、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
虽然本发明的方法是说明有关在单一金属化层之中，形成分别具有不同线宽的铜内连线(沟渠)的方法，但读者必须了解，此一方法可以使用于任合铜填充特征，包括单层镶嵌结构，例如焊垫、内连线、与介层窗，以及双层镶嵌结构，例如具有位于内连线部分下方的介层窗部分的内连线。例如，本发明的方法在大线宽镶嵌结构中，有利于压制铜的扩散，同时可以在窄线宽的镶嵌结构中有效地形成铜部分，藉以维持预设的电阻值。此铜部分具有不同的掺质浓度，在多重步骤的电化学沉积(Electro-ChemicalDeposition；ECD)制程中，形成于单一金属化层的不同线宽的镶嵌结构中。根据本发明的一个构面，铜镶嵌结构在金属化层中具有不同线宽的铜镶嵌结构选择性地藉由预设的掺质浓度所形成，藉以增加铜镶嵌结构的可靠度与效能。
请参阅图1A所示，为多层半导体元件的一部分金属化层的剖面图。图中，有三个开口，例如开口14A、开口14B以及开口14C分别具有不同的线宽，例如线宽W1线宽W2以及线宽W3。这些开口藉由传统微影图案化制程以及蚀刻制程在介电绝缘层12中所形成，介电绝缘层12可以是有机介电绝缘层或无机介电绝缘层，包括以氧化硅为基质的介电材料，较佳包括低介电系数的介电材料，例如，碳掺杂氧化硅、有机硅酸盐玻璃(Organic-Silicate Glass；OSG)以及氟酸盐玻璃(Fluorinate-Silicate Glass；FSG)。必须注意的是，开口可能与下方的导电部分(未所示为)，例如，介层窗(例如，在双层镶嵌结构中)或内连线导通。另外必须注意的是，在微影图案化与蚀刻制程之前，可以在介电绝缘层12之上形成介电反射涂(Dielectric ReflectanceCoating；DARC)层(未所示为)，例如氮氧化硅。
请再参阅图1A所示，图中所所示为的这三个开口范例包括具有最大线宽大约小于0.5μm的，例如内连线(沟渠)开口14A。沟渠开口14B的线宽大约从0.5μm到10μm，沟渠开口14C则具有大约大于10μm的线宽。
请参阅图1B所示，阻障层18，也叫做内层金属介电层(Inter-MetalDielectric；IMD)较佳是在电化学沉积制程之前形成，作为在这一些开口的内衬，藉以防止铜扩散进入介电绝缘层12。阻障层18是由一层或多层t耐热金属以及耐热金属氮化物所组成，较佳是由氮化钽层所组成。另外，阻障层18也可以由一层或多层钽、氮化钽、钛、氮化钛、或氮化硅钛所组成。阻障层18是藉由物理气相沉积法以及/或化学气相沉积法，包括习知的硅化制程以及氮化制程所形成。阻障层18的较佳厚度范围大约在50到300之间。
请参阅图1C所示，在本发明的重要构面中，进行第一次传统的电化学沉积制程，藉由物理气相沉积法以及/或化学气相沉积法在处理表面上沉积一层连续金属(例如，铜)种晶(Seed Layer)层。第一次电化学沉积制程是用来沉积具有第一掺质浓度或浓度范围(例如，包括往上增加的浓度梯度)的铜，藉以填充最窄线宽开口，例如开口宽度小于0.5μm的开口14A，同时藉由第一掺杂部分，例如掺杂部分20A，对较大线宽开口，例如开口14B及14C，只作部分填充。所示为于图中的一操作实施例，其中第一次电化学沉积制程在较大宽度开口中所形成的铜的高度，是根据开口的宽度而定(例如，所有开口深度相同)。特别值得注意的是，铜的电化学沉积以及掺杂制程，会产生实质共形的掺杂金属铜。
铜的电化学沉积制程可以在任何形式的电镀机台中进行，但较佳是在处理单一晶圆的电化学沉积槽。而且，任何形式的波形，包括连续波形或脉冲波形，都可以用来沉积铜以及金属盐类，包括根据预设电压，使用正向(阳极)脉冲波形来沉积铜以及一种或多种掺质。必须注意的是，铜和掺质的相对使用量主要是取决于铜离子(例如，含铜盐类或铜阳离子)与掺质离子(例如，含金属掺质的盐类或不含金属成分的高分子聚合物)的浓度，但也有可能一部份分别决定于掺质与铜的还原电位，以及电化学沉积制程中所使用的电压。较佳是，例如在进行电化学沉积制程之前或制程中，将可以使镀铜部分达到预定掺质浓度的等量金属或非金属掺质加入电镀液之中。金属或非金属掺质较佳是以固定浓度进行沉积，但在掺质沉积也有可能会形成一个掺质梯度，掺质浓度较佳是随着厚度增加而增加。
要注意的是，掺质的预设量分别取决于所须设电阻值与所欲抵抗铜扩散的程度，例如，抵抗电或应力所导致的电子迁移(扩散)所需要的程度，两者之间的平衡。例如，填充最窄线宽开口的第一次电化学沉积制程，至少会保留实质纯铜质层50％的电阻值。在本发明的一个较佳实施例中，此第一电化学沉积制程，较佳是在填满或部分填满的开口中形成一第一掺质浓度区(部分)，例如20A，相较于后续电化学沉积制程所形成，用来填充如下所述的较宽口径开口尚未被第一电化学沉积制程填满开口的部分，第一掺质浓度区(部分)具有较低的掺质浓度。例如掺质浓度范围从例如离子掺质浓度，例如大约0％到大约5％。任何可以溶解在电镀液中作为金属或非金属离子，并且进行一还原反应藉以形成掺杂电镀铜的金属或非金属掺质都可以被使用。较佳金属掺质包括锡、锌、锆、钛、镁、铝、金、银、铜、磷、铅以及铟其中之一者或上述的组合。较佳非金属掺质包括氯、溴、氧、硫、碳、氮磷及硼其中之一者或上述的组合。此较佳金属或非金属掺质是可以有效抵抗由铜扩散所造成的电与应力的影响。
请参阅图1D所示，进行至少一次第二电化学沉积制程，藉以形成第二掺杂铜部分，例如20B(例如，实质共形沉积)用来填充口径较宽的开口，例如14B以及14C，余留下来未被第一电化学沉积制程填满的部分。第二电化学沉积较佳是在一个独立的电化学沉积槽中进行，因为采用此一方式，在较大的变化范围之内，金属或非金属掺质浓度较容易控制，而不需要再根据不同制程步骤调整单一的电化学沉积器的掺质的浓度。第二(或后续的)电化学沉积较佳会形成掺质浓度范围比之前(例如第一)电化学沉积制程的掺质浓度还高的掺质浓度区域，由于电化学沉积的实质共形的特性，而形成数层(区)掺质浓度，例如往上并往开口中心方向逐渐增加，外形为长方形的掺质浓度区域，例如20A以及20B。
值得注意的是，第二电化学沉积制程包含与第一电化学沉积相同或不同的掺质。读者必须了解，在逐渐加宽的开口之中可以进行两次以上连续的电化学沉积制程，藉以形成两个以上的掺质浓度区，每个电化学沉积制程较佳是在具有不同掺质电镀液的不同电化学沉积槽中进行。
请参阅图1E所示，在进行最后一次电化学沉积以填满口径最宽开口，例如14C，进行一个现有习知的化学机械研磨制程，以除去多余的铜，包括除去阻障层18以及位于内层金属介电层上方的介电反射涂层，以完成铜镶嵌结构的制程步骤。接下来可选择性在惰性气体气氛中进行的退火制程，例如退火温度大约在100℃到350℃之间，使掺质热活化扩散，例如，沿着晶粒界面沉积。
请参阅图1F所示，接着使用同一方法形成一金属化层，首先形成一覆盖层或蚀刻终止层30，接着再于覆盖层或蚀刻终止层30上方形成与内层金属介电层12相似的内层金属介电层32，并且形成上方镶嵌内连线，例如双层镶嵌结构34A、34C、与34D，以及单层镶嵌结构，例如34B，镶嵌内连线可由多重步骤的电化学沉积制程所形成，其中包括如上所描述的掺杂铜部分(为清楚描述起见，并未所示为阻障层)，或由单一步骤的电化学沉积所形成，包括掺杂或没有掺杂的铜，其中掺杂梯度是往上递增。
请参阅图2所示，为使用电化学沉积槽进行多重步骤电化学沉积的制造流程示意图。第一电化学沉积槽32A是用于单一晶圆的铜的电化学沉积制程。此第一电化学沉积槽包括一个电镀液盛装槽34用来成装电镀液，例如33A；一个阳极板36A可形成电化学沉积波形，用来导通电源38与制程晶圆36B(阴极)，透过位于晶圆与阳极之间的电镀液，使阳极与阴极形成一个电位。例如第一电化学沉积槽32A包括具有铜离子源(例如含铜盐类/或铜阳离子)以及第一掺质浓度的电镀液33A。将具有多种镶嵌开口宽度的晶圆置于第一电化学沉积槽中，藉由第一掺杂铜部分填满以具有第一宽度范围的开口，同时留下只有部分填满的较宽开口。
之后将制程晶圆转移至同样具有铜离子源(例如含铜盐类/或铜阳离子)以及第二掺质浓度的电镀液33B的第二电化学沉积槽32B，其中，第二掺质浓度较佳大于第一掺质浓度。
在第二电化学沉积槽32B内进行第二电化学沉积制程，藉由第二掺杂铜部分填满具有较第一宽度范围大的开口，同时留下只有部分填满的较宽开口。第三电化学沉积槽32C与第一化学沉积槽32A或第二化学沉积槽32C相似，但第三化学沉积槽32C包括较高掺质浓度的电镀液33C，进行第三电化学沉积制程，藉由第三掺杂铜部分填满第一化学沉积制程或第二化学沉积制程所余留下来的开口。
因此以上所述实施例已经描写了一种在金属化层中形层镶嵌结构的方法，藉由两次或多次的电化学沉积制程，来形成具有不同掺质浓度的区域，例如随着开口宽度增加，逐渐增加掺质浓度以及逐渐增加杂区域的数目。再由同一种方式，可以藉由较小的掺质浓度形成宽度较窄的开口，包括，例如线径较窄的内连线(包括介层窗)，当铜维持在较低电阻时，可增加抵抗能力，藉以抵抗由铜扩散所引发的电阻以及应力的负面影响。除此之外，目前已知对铜扩散所引发的应力缺陷较敏感的较宽的铜镶嵌结构，可以藉由增加掺质浓度的方式，形成于镶嵌结构较高的部分，在不影响在此之前所填满较窄镶嵌结构的情形下，增加抵抗应力所引发的电致迁移的能力。在多重步骤的电化学沉积制程中使用独立的电化学沉积槽，在较大浓度范围中较容易控制掺质浓度，同时改善线上制程。此一方法尤其是使用在具有介层窗的较窄内连线下方的较宽内连线上，用来降低缺陷(例如，孔洞的形成)特别有效。
请参阅图3所示，为本发明数个较佳实施例的制造流程图。制程步骤301中，提供一个内层金属介电层，此内层金属介电层具有复数个的宽度范围包括宽度相对较窄以及宽度相对较宽的镶嵌开口。在制程303中，在第一电化学沉积槽中进行铜的第一电化学沉积制程，以沉积第一掺杂铜部分，其中，铜的第一电化学沉积制程包括一个第一掺质浓度，第一掺杂铜部分则可填满相对较窄的开口。在制程步骤305中，在具有不同掺质浓度(例如，逐渐增加浓度)的不同的电化学沉积槽中进行一个或多个后续的电化学沉积制程，藉以逐步填满较宽的开口。在制程步骤307中，进行化学机械研磨制程以完成铜镶嵌特征。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其中该方法是利用电化学沉积制程，其特征在于其至少包括以下步骤提供一半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一制程表面，该制程表面包含一介电绝缘层以及复数个开口形成于该制程表面之上；进行一第一铜电化学沉积制程，藉以沉积具有一第一掺质浓度的一第一掺杂铜部分，用来填满包含一第一开口宽度范围的该些开口，同时余留下至少一未填满开口，其中该位填满开口包含大于该第一开口宽度的一第二开口宽度；以及进行至少一第二铜电化学沉积制程，藉以沉积具有一第二掺质浓度的一第二掺杂铜部分，用来填满剩余的该未填满开口。
2.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的第一铜电化学沉积制程以及该少一第二铜电化学沉积制程，是在分别具有不同掺质浓度的不同的电化学沉积槽中进行。
3.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的至少一第二掺杂铜部分的第二掺质浓度大于第一掺杂铜部分的第一掺质浓度。
4.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的第一开口宽度范围与该至少一第二开口宽度范围选自于由实质小于0.5μm、实质为0.5μm到10μm、以及实质大于10μm所组成的一族群。
5.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的掺质选自于由锡、锌、锆、钛、镁、铝、金、银、铜、磷、铅、铟、氯、溴、氧、硫、碳、氮、磷、硼以及上述任意组合所组成的一族群。
6.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的至少一第二铜电化学沉积制程与第一铜电化学沉积制程相比，至少包括与该第一铜电化学沉积制程不同的一掺质。
7.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的复数个开口至少包括一阻障层，其中该阻障层至少包括一金属，该金属选自于由钽、氮化钽钛氮化钛以及氮化硅钛所组成的一族群。
8.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于其中所述的第二掺杂铜部分具有一掺质浓度，该掺质浓度的离子浓度范围实质在0％到15％之间。
9.根据权利要求1所述的差异掺杂的铜镶嵌结构的制造方法，其特征在于在填满该复数个开口以形成不同掺杂的铜镶嵌结构之后，更至少包括一化学机械研磨制程以及一退火步骤，该退火步骤于一惰性气体气氛中进行，藉以引发该掺质的扩散。
10.一种电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其至少包括一半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一制程表面，该制程表面包含一介电绝缘层以及复数个电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，该电化学沉积掺杂铜镶嵌结构至少包括复数个开口宽度，该些开口宽度延伸穿过该半导体晶圆的一厚度；一第一掺杂铜部分，至少包括一第一掺质浓度，用来完全填满具有一第一宽度范围的该些开口，并且部分填满具有一第二宽度范围的至少一镶嵌结构，且该第二宽度范围大于该第一宽度范围；以及至少一第二掺杂铜部分，具有一第二掺质浓度，用来填满剩余下来的镶嵌结构未填满的部分。
11.根据权利要求10所述的电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其中所述的至少一第二掺杂铜部分的该第二掺质浓度大于该第一掺杂铜部分的该第一掺质浓度。
12.根据权利要求10所述的电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其中所述的第一开口宽度范围与该至少一第二开口宽度范围实质选自于由小于0.5μm、0.5μm到10μm之间、以及大于10μm所组成的一族群。
13.根据权利要求10所述的电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其中所述的掺质选自于由锡、锌、锆、钛、镁、铝、金、银、铜、磷、铅、铟、氯、溴、氧、硫、碳、氮、磷、硼以及上述任意组合所组成的一族群。
14.根据权利要求10所述的电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其中所述的复数个电化学沉积掺杂铜镶嵌结构至少包括一阻障层，其中该阻障层至少包括一金属，该金属选自于由钽、氮化钽钛氮化钛以及氮化硅钛所组成的一族群。
15.根据权利要求10所述的电化学沉积掺杂铜镶嵌结构，其特征在于其中所述的至少一第二掺杂铜部分具有一掺质浓度，该掺质浓度的离子浓度范围实质在0％到15％之间。
全文摘要
本发明是有关于一种差异掺杂的铜镶嵌结构与其制造方法，该方法包括有提供具有处理表面的半导体制程晶圆，此处理表面具有一开口，以形成半导体特征；于开口之上沉积至少一层含金属与非金属掺质，与后续沉积的铜层形成一热扩散关系；沉积铜层以填满开口；以及热处理此半导体制程晶圆一段热处理时间，此一段热处理时间足以将至少一部份的金属与非金属掺质分散，并使其沿着至少一部份的铜层边缘聚集，此铜层的边缘包括一部份的铜层的晶粒界面。
文档编号H01L21/02GK1767168SQ200510069958
公开日2006年5月3日 申请日期2005年4月30日 优先权日2004年10月29日
发明者林俊杰, 周士惟, 蔡明兴 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司