专利名称：尤其是在集成电路中用于产生金属结晶区域的方法
尤其是在集成电路中用于产生金属结晶区域的方法说明书本发明涉及尤其是在集成电路中用于产生(形成)金属结晶区域的方法。金属的导电性(导电率)取决于其晶体结构，这就是试图控制其形成以用于其材料沉积在基板的沟槽中的电路的互连线的原因单晶体线(single-crystalline lines) 或至少大晶粒的晶体线的形成可以提供特别良好的导电性，其伴随较低的发热和提高的电力传输(electricity transmission)，电子传输的缺陷特别集中在晶界处；然而随着对更窄的互连日益增长的需求，这些缺陷变得越来越明显。因此本发明的目的是控制元件如集成电路的互连线的晶体微结构，以获得已消除晶界的所述单晶结构或大晶粒结构。当金属结构不是无定形(非晶态)时，在制造时所获得的晶粒通常具有约1至IOOnm量级的尺寸。阐述了本发明以获得晶粒约100倍更大量级的晶体结构，从而在沿互连线的长度(1至10 μ m或更大)仅具有一个晶粒或少数晶粒。晶粒的大小可以定义为其平均尺寸。本领域的状态包括以下知识通过金属介质所产生的连续性，当进行热处理如退火时，由在基板的沟槽中形成的互连线以及覆盖在基板的整个表面之上延伸的线且在与线相同的沉积步骤期间形成的上(内建(堆积))层构成的连续金属介质的晶体结构，在达到下层线之前首先在该上层中改性。退火处理通常用于增大由通过沉积获得的非常小的晶粒制成的线中的晶粒尺寸。Carreau等人的论文《Cu grain growth in interconnects trenches-Experimental characterization of the overburden effect))(发表在 Microelectronic Engineering n° 85 (2008)，p. 2133-2136)描述了该现象。文献US-A-2009/035936提及可通过将具有期望的晶粒取向的另一层沉积在金属层上，然后进行退火来改变金属层的晶粒取向。该沉积层的晶粒可能大于其所覆盖的层的晶粒，但是未提及对该层的晶粒尺寸的影响。本发明涉及一种用于产生(形成)金属区域的方法，包括以下步骤-在基板中形成至少一个凹陷区域(挖空区域，hollowedregion)，-将金属沉积在该凹陷区域中，并在其上形成具有第一晶粒尺寸的连续堆积层，-部分或完全除去堆积层，其特征在于以下步骤-抛光金属的自由表面，-使金属的自由表面与相同金属的晶体的下表面相接触，所述晶体具有比第一尺寸大的第二晶粒尺寸，晶体的下表面已经受抛光操作，-对金属和晶体进行退火，-除去晶体。第二晶粒尺寸(认为应考虑例如平均晶粒尺寸)可以比第一晶粒尺寸大至少100 倍，以从本发明的优点中获得充分利益。与现有技术相比，基本步骤包括除去根据现有知识发生结构改性的堆积层，并通过具有所需结构的用于所有金属的晶体代替该堆积层，其分别制造并通过固定于基板上而与沉积在沟槽中的金属结合。发明人已确定尽管缺乏与沟槽金属的晶体连续性，晶体结构仍可将自身施加于填充沟槽的金属；所需要的是在其间建立足够紧密的接触，其通过抛光进行促进。如此改变的互连金属可以选自铜、银或铝；基板可以选自硅、锗和SIC (碳化硅)。所添加的晶体通常必须具有足够的厚度使得其可以对线的整个深度施加影响。在一些通常条件下推荐50nm的值。紧密接触可以包括机械压制(机压成型)、分子键合(分子粘结，分子焊接)或焊
I=I O现在将结合说明了所述方法的连续步骤的
图1至图10来描述本发明。在基板1中切割出沟槽2，然后将金属材料3沉积在基板1上，填充沟槽并形成堆积层4(图1)。预备步骤是抛光以完全或部分除去堆积层4。通常以电化学方式沉积3，但本发明也可以利用其它沉积工艺和复合沉积(composite deposits)发挥作用，其中通过物理或化学气相沉积或通过电化学来沉积下阻挡层和第一导电层。然而，可以通过留下堆积层的残留物来实施发明，使得存在金属的自由连续的表面5(图幻。残留物具有较窄的厚度，如果存在则小于约10nm。沟槽内的金属形成了导线6。还制备了与沉积物3相同的金属类型的单晶7 (图幻，并且通过抛光可选地使其厚度减小(图4)以获得相当薄的层用于精确应用在另一部分的自由表面5上。如已经提及的，可以如使用晶粒比沉积物3的晶粒更大的多晶来实施本发明。减小的单晶载体参考8。 然而其厚度必须保持足以诱导下述的重结晶，以及对其更多的实际处理。例如50nm的厚度似乎是宽度为IOOnm且高度为ISOnm的铜线所需要的，并且比这些更高的值，大于IOOnm甚至为数微米对于铜层是优选的。在堆积层4和单晶7上进行的抛光操作可以包括使用CMP 工艺(化学机械抛光)或使用振动台的高度抛光；最后对所抛光的表面进行脱氧。图5所示的以下步骤包括通过已抛光、脱氧的表面，将单晶8固定在自由表面5 上。必须保持表面之间的紧密接触。虽然认为单纯的分子键合足以获得这样的接触，但也考虑使用合适的压制(pressing)9和焊合(solder) 10设备，依靠比压制工艺更强的工艺， 如扩散粘结(扩散焊接)，单轴压缩粘结(压缩键合，compression bonding)(图6)，分子键合或超声波粘结(超声键合)(图7)。超声波粘结似乎是特别适合的。图8所示的以下步骤是在200°C至600°C之间的温度下，根据尺寸对铜中的互连线的装配进行持续1分钟至数小时之间的时间的退火。根据待改性的材料，凭经验确定退火的温度和持续时间。待施加的压力也取决于各种情况，尤其是应用模式对于通过单轴压力的粘结建议几兆帕的压力 (例如5MPa或可能IOMPa)，对于摩擦粘结(摩擦焊接)为几十兆帕(例如30MPa)，但对于分子键合也可以非常低。开始仅限于层8的单晶，通过自上而下传播而逐步扩展到线6中。 最终获得了图9所示的情况所有金属均成为单晶。当粘结(键合，焊接)所需的温度足够高以使金属重结晶时，粘结(焊接)和退火步骤可以同时进行。最后一步是抛光以除去上金属层11，并使线6彼此完全分离，其中所述上金属层 11在基板1上是连续的，其来自单晶8并形成新的堆积层。如方法的预备步骤中一样，抛光可以为粗抛光，然后越来越细。当如图10所示完成抛光后，线为单晶，均具有相同取向，并且电路是备用的或用于沉积材料的其它层。
权利要求
1.一种用于产生晶体金属区域的方法，包括以下步骤 _在基板(1)中形成至少一个凹陷区域(2)，_将金属(6)沉积在所述凹陷区域中，并且在其上形成具有第一晶粒尺寸的连续堆积层⑷，_部分或完全除去所述堆积层(4)，其特征在于以下步骤 _抛光所述金属的自由表面，_使所述金属的所述自由表面(5)与相同金属的晶体(8)的下表面相接触，所述晶体 (8)具有比第一尺寸大的第二晶粒尺寸，所述晶体(8)的下表面已经受抛光， -对所述金属和所述晶体进行退火， -除去所述晶体(11)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属选自铜、银和铝。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基板选自硅、锗和碳化硅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述晶体具有至少50nm的厚度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触包括压制。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触包括粘结。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘结为超声波粘结。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触包括分子键合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二晶粒尺寸比所述第一晶粒尺寸大至少100倍。
全文摘要
本发明涉及一种用于将晶体(8)的薄片固定在与所述薄片具有相同性质的但是无定形或细小晶粒尺寸的金属(6)上，所述金属沉积在基板(1)的沟槽中以形成例如互连线的方法。逐步退火将薄片的晶体结构施加于线上。当除去晶体(8)时，由于其晶粒已大大扩展，可获得高度导电的晶体线。
文档编号H01L21/768GK102473673SQ201080029769
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月1日 优先权日2009年7月3日
发明者西尔万·迈特雷让, 西里尔·凯龙 申请人:法国原子能及替代能源委员会