铜互连结构及其形成方法
【专利说明】
[0001] 优先权声明
[0002] 本申请是要求2012年4月13日提交的美国临时申请第61/624, 154号的优先权 的2012年8月15日提交的美国申请第13/586, 676号的部分继续申请，其全部内容结合于 此作为参考。
技术领域
[0003] 本发明总的来说涉及半导体器件的制造，更具体地，涉及铜互连结构及其形成方 法。
【背景技术】
[0004] 由于铜能够提供的快速度，在半导体器件中将铜用作导电互连材料是有利的。通 过使用镶嵌处理技术形成铜互连结构，其中，在介电层中形成开口，在开口内沉积铜，然后 抛光/平坦化工艺用于去除介电层上方的铜，从而留下嵌入在开口内的铜。然而，铜扩散穿 过介电材料，所以铜互连结构必须由扩散阻挡层封装。否则介电层中的扩散的铜金属可能 导致互连结构之间的电流泄漏。扩散阻挡层通常包括耐热材料。用于阻挡层的典型的耐热 材料包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)和氮化钛（TiN)。
[0005] 研究已经推断出，随着集成电路（1C)的关键尺寸不断缩小，在铜和扩散阻挡层之 间的连接处会出现缝隙或裂缝。这些缝隙或裂缝导致称为"电迀移"（EM)和"应力迀移"的 现象，电迀移和应力迀移降低铜互连结构的可靠性。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术中存在的问题，本发明一方面提供了一种半导体器件中的铜互连 结构，包括：介电层，具有侧壁和表面，侧壁和表面限定介电层中的开口；阻挡层，沉积在介 电层的限定开口的侧壁和表面上；阻挡/种子混合层，沉积在阻挡层上；粘合层，沉积在阻 挡/种子混合层上；以及种子层，沉积在粘合层上。
[0007] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括一种或多种阻挡材料和一种或多种种子材 料，其中，一种或多种阻挡材料包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)、氮化钛（TiN)、氮化钨 ()、钴（(：〇)、钴钨（(：〇1)、111〇：!、1賊、111(；、11^及、其他锰基材料或钌〇?11)的一种或多种， 一种或多种种子材料包括铜或铜合金的一种或多种。
[0008] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括交互的阻挡材料和种子材料。
[0009] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括阻挡材料和种子材料的混合物。
[0010] 根据本发明，阻挡材料和种子材料的混合物包括基底阻挡材料，基底阻挡材料具 有沉积在基底阻挡材料中的种子材料。
[0011] 根据本发明，阻挡材料和种子材料的混合物包括基底种子材料，基底种子材料具 有沉积在基底晶种材料中的阻挡材料。
[0012] 根据本发明，阻挡层包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)、氮化钛（TiN)、氮化钨 ()、钴（(：〇)、钴钨（(：〇￥)、111〇：!、1賊、111(；、11^及、其他锰基材料或钌〇?11)的一种或多种 阻挡材料。
[0013] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括一种或多种增强阻挡材料，阻挡/种子混合层 的阻挡材料通过等离子体增强沉积工艺来增强。
[0014] 根据本发明，种子层包括铜或铜合金。
[0015] 根据本发明，还包括在开口中沉积的导电插塞。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种在半导体器件中形成铜互连结构的方法，该 方法包括：在半导体器件的介电层中形成开口，开口由介电层的侧壁和表面限定；在介电 层的侧壁和表面上沉积阻挡层；在阻挡层上沉积阻挡/种子混合层；在阻挡/种子混合层 上沉积粘合层；以及在粘合层上沉积种子层。
[0017] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括一种或多种阻挡材料和一种或多种种子材 料，其中，一种或多种阻挡材料包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)、氮化钛（TiN)、氮化钨 ()、钴（(：〇)、钴钨（(：〇1)、111〇：!、1賊、111(；、11^及、其他锰基材料或钌〇?11)的一种或多种， 一种或多种种子材料包括铜或铜合金的一种或多种。
[0018] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括交互的阻挡材料和种子材料，通过交互的阻 挡材料和种子材料沉积工艺来沉积阻挡/种子混合层。
[0019] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括阻挡材料和种子材料的混合物。
[0020] 根据本发明，阻挡材料和种子材料的混合物包括基底阻挡材料，基底阻挡材料具 有通过沉积工艺沉积在基底阻挡材料中的种子材料。
[0021] 根据本发明，阻挡材料和种子材料的混合物包括基底种子材料，基底种子材料具 有通过沉积工艺沉积在基底晶种材料中的阻挡材料。
[0022] 根据本发明，阻挡层包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)、氮化钛（TiN)、氮化钨 ()、钴（(：〇)、钴钨（(：〇￥)、111〇：!、1賊、111(；、11^及、其他锰基材料或钌〇?11)的一种或多种 阻挡材料。
[0023] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括一种或多种增强阻挡材料，通过对阻挡层的 阻挡材料的至少一部分实施等离子体增强沉积工艺来沉积阻挡/种子混合层。
[0024] 根据本发明的又一方面，提供了一种半导体器件中的铜互连结构，包括：介电层， 具有侧壁和表面，侧壁和表面限定介电层中的开口；阻挡层，沉积在介电层的限定开口的侧 壁和表面上；第一粘合层，沉积在阻挡层上；阻挡/种子混合层，沉积在第一粘合层上；第二 粘合层，沉积在阻挡/种子混合层上；以及种子层，沉积在第二粘合层上。
[0025] 根据本发明，阻挡/种子混合层包括一种或多种阻挡材料和一种或多种种子材 料，其中，一种或多种阻挡材料包括钽（Ta)、氮化钽（TaN)、钛（Ti)、氮化钛（TiN)、氮化钨 ()、钴（(：〇)、钴钨（(：〇1)、111〇：!、1賊、111(；、11^及、其他锰基材料或钌〇?11)的一种或多种， 一种或多种种子材料包括铜或铜合金的一种或多种。
【附图说明】
[0026] 当结合附图进行阅读时，从下面的详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该强 调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚地论述，各个部件的 尺寸可以任意地增大或减小。
[0027] 图1是根据一个或多个实施例的处于制造的中间阶段的铜互连结构的截面图。
[0028] 图2是根据一个或多个实施例的处于制造的后期阶段的铜互连结构的截面图。
[0029] 图3是根据一个或多个实施例示出用于制造铜互连结构的方法的流程图。
[0030] 图4是根据一个或多个实施例的处于制造的中间阶段的铜互连结构的截面图。
[0031] 图5是根据一个或多个实施例的处于制造的中间阶段的铜互连结构的截面图。
[0032] 图6是根据一个或多个实施例的处于制造的中间阶段的铜互连结构的截面图。
[0033] 图7是根据一个或多个实施例示出用于制造铜互连结构的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034] 在以下描述中，阐述了具体细节以提供本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域 普通技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在一些 情况下，未详细描述已知的结构和工艺以避免对本发明实施例的不必要的模糊。
[0035] 贯穿