用于后段制程金属化的混合型锰和氮化锰阻障物及其制法
【技术领域】
[0001] 本发明大致关于集成电路和制造集成电路的方法，更具体而言，是有关后段制程 (BE0L)金属化的混合型锰（Mn)和氮化锰（MnNx)阻障物和制造此类混合型阻障物的方法。
【背景技术】
[0002] 现今集成电路大多数是通过使用多个互连的场效应晶体管（FET)，也称 为金属氧化物半导体场效应晶体管（metaloxidesemiconductorfieldeffect transistors(MOSFET))，或简称为MOS晶体管而实现。MOS晶体管包括形成于半导体衬底上 方作为控制电极的栅极电极，以及于该衬底内使电流能够于其间流动的彼此间隔开的源极 和漏极电极。施加于该栅极电极的控制电压控制流过该半导体衬底中的通道于该源极和漏 极电极之间流动的电流。介电材料（如二氧化硅）常用在电性分离集成电路中的各种栅极 电极。
[0003] 由于先进集成电路中的电路元件数量众多以及所需的设计复杂，所以个别独立 电路元件之间的电性连接通常无法建立于制造该些电路元件的相同层（level)中。此种 电性连接是形成于一个或多个附加的配线层（"wiring"layers)中，也被称为金属化层。 这些金属化层一般包括含金属的线，提供层内（intra-level)电性连接；以及多个层间 (inter-level)连接，也称为通孔（vias)，其提供介于两个邻近堆迭的金属化层间的电性 连接。该含金属的线和通孔又可通常被称作互连结构（interconnectstructures)。
[0004] 因为对于高度精密的半导体装置的特征尺寸的缩小有持续不断的需求，所以高度 导电金属（如铜和其合金）与低介电常数（low-k)介电材料的结合已成为形成金属化层时 经常使用的替代品。堆迭于彼此的顶部上的多个金属化层是用以实现所有内部电路元件与 考虑中的该电路设计的1/〇(输入/输出）、电源和接地垫（groundpad)之间的连接。对极 度缩小的集成电路而言，如32纳米尺度和更小者，该集成电路的信号传播延迟以及操作速 度可能不再受到该场效应晶体管限制而可能是受限于金属线的距离接近（由于电路元件 的密度增加而需要甚至更多数量的电性连接），因为线间电容（line-to-linecapcitance) 增加，截面积会减少，使得所述金属线具有较低的导电性。
[0005] 于铜基（copper-based)金属化层形成过程中，可能会使用一种所谓的金属镶嵌 法（damascene)或镶嵌技术，这是因为铜在暴露于广为接受的非等向性蚀刻环境中时特别 能避免形成不稳定的蚀刻产物。此外，根据通常用于铝的广为接受的沉积技术（如化学气 相沉积（chemicalvapordeposition,CVD))，铜也可能不会以高沉积速率沉积。因此，在镶 嵌技术中，该介电材料（如氧化硅）被图案化以接受沟槽和/或通孔，其随后通过电化学沉 积技术而以铜填充。再者，阻障层可在填入金属前形成于该介电材料的暴露表面部分上，其 提供铜所期望的对周围介电材料的附着力并抑制铜扩散至敏感的装置区域，因为铜可能轻 易地扩散至多个介电材料中，尤其是多孔性的低k介电质中。
[0006] 锰已被发现在填入金属前被形成作为阻障层的实用性。形成于氧化硅介电材料的 暴露表面部分上的锰将会在后续的退火过程中形成硅酸锰材料，消耗该氧化硅介电材料的 一些空间，并因此留下较多空间给铜以增加如前述的铜线导电度。然而，在沟槽底部（也就 是下层金属化（铜）层被暴露之处），锰无法表现其所期望的阻障功能，因为在后续的退火 过程中锰轻易地扩散至铜中。在下层金属化层缺乏阻障材料的情形下，可能导致层间连接 结构和该下层金属化层之间导电度的问题。
[0007] 已提出氮化锰（MnNx)阻障层，作为锰阻障层的替代选择。氮化锰的优势是在于当 在其上方铺设（和退火）时，其将不会扩散至下层金属化层中。然而，氮化锰不会沿着氧化 硅介电材料的暴露表面部分形成硅酸锰材料，因此留下较少空间给金属层间连接且因而使 导电度降低和线电阻增加。
[0008] 因此，希望能够使用金属镶嵌处理流程提供用于制造集成电路的改良方法。此外， 也希望提供此类方法以为层间金属连接结构提供增加的体积，同时避免该层间连接结构和 下层金属化层之间的导电度问题。再者，通过后续的实施方式和权利要求书，并配合随附的 图式和前述的技术领域和背景，本发明的其他期望的特征和特性将变得显而易见。
【发明内容】
[0009] 在此提供各种例示性集成电路和制造集成电路的方法。在一例示性具体实施例 中，用于制造集成电路的方法，包括：提供覆于半导体衬底上的导电材料和覆于该导电材料 上的介电材料，其中开口使该导电材料的表面和该介电材料的侧壁暴露且选择性地沉积第 一阻障材料的第一层于该导电材料的表面上，该介电材料的侧壁仍维持暴露，若使得该第 一阻障材料于退火制程期间被退火，则该第一阻障材料将扩散至该导电材料中。该方法进 一步包括修饰该暴露表面上的该第一阻障材料以形成第二阻障材料，使得该第二阻障材料 于退火制程期间将不扩散至该导电材料中，并沿着该开口的侧壁沉积该第一阻障材料的第 二层。又更进一步，该方法包括退火该半导体衬底。
[0010] 于另一例示性的具体实施例中，集成电路包括：半导体衬底、于该半导体衬底上的 电性装置和在该电性装置上的铜金属化层。该集成电路进一步包括于该金属化层上方的氧 化硅介电材料层，该介电材料层具有开口，于该开口中包括底部部分和侧壁，和氮化锰层于 该开口的底部部分并相邻接触该金属化层。又进一步，该集成电路包括沿着该侧壁的硅酸 锰层和填充该开口并相邻接触该氮化锰层和该硅酸锰层的铜互连结构。
[0011] 又另一例示性具体实施例中，用于制造集成电路的方法包括：提供覆于半导体衬 底上的导电材料和覆于该导电材料上的介电材料，其中开口暴露该导电材料的表面和该介 电材料的侧壁，且选择性地沉积锰金属阻障材料的第一层于该开口的暴露表面上，但不在 该开口的侧壁上。该方法进一步包括修饰该暴露表面上的该锰阻障材料以形成氮化锰阻障 层，并沿着该开口的侧壁沉积该锰阻障材料的第二层，并退火该半导体衬底以沿着该开口 的侧壁形成硅酸锰材料。
【附图说明】
[0012] 以下配合下列所绘图式而描述各种具体实施例，其中相同的元件符号标注相似元 件，以及其中：
[0013] 图1至图7以剖面图说明根据本发明的各种具体实施例的集成电路结构和制造集 成电路的方法。
[0014] 符号说明
[0015] 100 半导体装置
[0016] 101 衬底
[0017] 109 阻障材料
[0018] 110 金属化层
[0019] 111 介电材料
[0020] 112 金属线
[0021] 113 覆盖层
[0022] 120 金属化层
[0023] 121 介电材料
[0024] 122 硬掩膜层
[0025] 123 沟槽/通孔开口
[0026] 124 较浅开口
[0027] 130 锰层
[0028] 131 氮化锰（MnNx)
[0029] 132 锰层
[0030] 133 硅酸锰层
[0031] 135 反应性氮电浆物种
[0032] 142 导电金属。
【具体实施方式】
[0033] 下列实施方式本质上仅为说明性而非有意限制本发明的具体实施例或此些具体 实施例的应用或用途。此外，也没有意图受到任何前述的技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或 下列【具体实施方式】中所明示或暗示的理论所限制。
[0034] 本发明中的具体实施例是针对集成电路和制造集成电路的方法，且本发明尤其有 关于后段制程金属化（back-end-of-line(BEOL)metallization)的混合型猛（Mn)和氮化 锰（MnNx)阻障物以及制造此种混合型阻障物的方法。相比于沉积锰或氮化锰阻障物，两者 皆如上所述皆具有固有的优点和缺点，所述的具体实施例是使用选择性沉积锰，接着进行 氮化作用以沉积氮化锰于金属线上以避免阻障物的扩散，接着沉积锰于介电通孔/沟槽的 侧壁上以充分利用其能力于后续的退火步骤期间形成硅酸锰。此混合型方式增加装置效能 并减少制程的变异性和瑕疵。
[0035] 为了简洁起见，有关于半导体装置制造的常规技术可能不于此详细描述。再者，于 此描述的各式工作和制程步骤可被纳入具有未于此详述的附加步骤或功能性的更为全面 性的程序或制程中。尤其，制造以半导体为基础的晶体管的各式步骤为众所皆知，故为了简 洁，许多常规步骤将只会于此简短地提及或将被完全省略而不提供众所皆知的制程细节。
[0036] 图1图解地描述于后期制造阶段中部分形成的集成电路100的一部分的剖面图， 其中一个或多个金属化层被形成于该部分1〇〇的装置层之上。于所示的制造阶段中，该 半导体装置1〇〇包括衬底101，为了方便，该衬底被视为适当载体材料，具有形成于其上的 一个或多个材料层以接受半导体电性装置，如晶体管、电容器、电阻器和其他类似物，为了 方便，于图1上并未绘制这些半导体电性装置。例如，该衬底101可代表半导体材料，例 如，硅材料和适当的硅基层结合，其中或其上可形成晶体管元件。于其他情况，埋入绝缘层 (buriedinsulatinglayer)(未图示）可能形成于衬底材料与相对应的"活性"娃基材料 层之间，从而提供绝缘体上覆娃（silicon-on-insulator(SOI))组构。半导体装置100的 装置层中所提供的电路元件可能具有临界尺度约50nm或更小、约32nm或更小或约22nm或 更小，取决于该装置的需求而定。
[0037] 在衬底101之上，以及在未图示的半导体电路元件之上，设有金属化系统，其可由 包括介电材料111的第一金属化层110代表，其中介电材料可以常规介电材料的形式提供， 如二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和类似物，取决于整体的装置和制程的需求而定。于一些