在銅金屬化中用于自形成阻障工藝的電子遷移增進方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體互連。本發明特別可應用于在半導體互連中形成擴散阻障。
【背景技術】
[0002] 銅是用于微電子裝置的接線的已知材料。擴散阻障防止例如銅、氧（02)及水擴 散進入微電子裝置的二氧化硅表面（silicasurface)。在現今的工業趨勢中，硅酸錳鹽 (MnSiOx)是一種最新引進的自形成阻障（self-formingbarrier;SFB)，用來取代傳統的擴 散阻障。
[0003] 一種SFB的已知方法包括通過錳（Mn)的化學氣相沉積（CVD)的自形成阻障工 藝，其中，錳擴散進入硅基（Si-based)絕緣層中以形成硅酸錳鹽（MnSiOx)阻障在導孔 的側壁上，如圖1A至圖1F所示。特別的是，金屬線101 (例如由銅形成）形成在基板 (substrate) 103中。接著，覆蓋層（cappinglayer) 121 (例如氮化娃（SiN))形成在基板103 上，如圖1B所示。然后，硅基絕緣層123形成在覆蓋層121上。注意到圖1C，導孔被形成在 硅基絕緣層123中，向下直到金屬線101。之后，使用化學氣相沉積，錳層（Mnlayer) 141形 成在硅基絕緣層123的側壁和金屬線101上，如圖ID所示。注意到圖1E，由于有足夠高的 沉積溫度或熱退火，所以錳層141會與硅基絕緣層123反應而形成硅酸錳鹽阻障層143在 導孔的側壁上。然而，在導孔底部上的錳層141并不會同樣地與金屬線101反應。之后，如 圖1F所示，導孔用金屬161(譬如銅）填充。譬如由于電子遷移，在導孔底部上缺少硅酸錳 鹽阻障層會造成裝置可靠度的退化。
[0004] 因此，需要一種能夠形成自形成阻障的方法及所產生的裝置，其保護導孔的底部 及側壁以防止不需要的擴散及/或電子遷移。
【發明內容】
[0005] 本發明的一態樣是一種通過原子層沉積工藝在導孔的側壁及底部上原位形成雙 層的錳（Mn)/氮化錳（MnN)的方法。
[0006] 本發明的另一態樣是一種裝置，其包含形成在導孔的側壁及底部上的雙層的錳 (Mn) / 氮化錳（MnN)。
[0007] 本發明的另外態樣及其它特征將會在下列實施方式中提出，而且對本技術領域的 技術人員而言，在檢視完下列實施方式后部分內容將變得顯而易見，或者可通過實施本發 明而了解。如權利要求書中特別指出者，可了解及獲得本發明的優點。
[0008] 依照本發明，通過下述方法可部分達到某些技術效果，該方法包括：在基板中形 成金屬線；在金屬線及基板上方形成硅基絕緣層；向下形成導孔在硅基絕緣層中直到金屬 線；在導孔的側壁及底面上形成雙層的錳（Mn)/氮化錳（MnN);以及用金屬填充導孔。
[0009] 本發明的態樣包括在原子層沉積腔室中通過原子層沉積工藝或是在化學氣相沉 積腔室中通過化學氣相沉積工藝而原位形成雙層。其他態樣包括：在原子層沉積腔室中通 過沉積錳而形成雙層；以及在原子層沉積工藝期間添加含氮氣體至腔室。額外態樣包括使 用例如氮氣（N2)或氨氣（NH3)的含氮氣體。另一態樣包括在200°C到450°C的溫度形成雙 層。其它態樣包括在0.1托爾（Torr)到10托爾的壓力形成雙層。進一步態樣包括形成由 二氧化硅（Si02)或是極低介電常數（ultra-low-k;ULK)的介電材料組成的硅基絕緣層。額 外態樣包括錳層在導孔的側壁處與二氧化硅或極低介電常數（ULK)的介電材料反應而形 成厚度為3埃(A)至30埃(A)的硅酸錳鹽（MnSiOx)層，以及在硅酸錳鹽層上和在導孔的底面 上的錳層上形成厚度為3埃(&至30埃(A)的氮化錳層。其他態樣包括進行熱退火，其中， 錳與硅基絕緣層在側壁處反應而形成硅酸錳鹽阻障層。額外態樣包括在形成硅基介電層之 前，先在金屬線及基板上方形成覆蓋層，然后形成導孔穿過覆蓋層。
[0010] 本發明的另一態樣是一種裝置，包括：在基板中的金屬線；在基板及金屬線上的 硅基絕緣層；向下穿過硅基絕緣層直至金屬線而形成的導孔；在導孔的底面的金屬線上形 成的錳層；在導孔的側壁上形成的硅酸錳鹽（MnSiOx)層；在硅酸錳鹽層及錳層上形成的氮 化錳（MnN)層；以及填充導孔的金屬。該裝置的態樣包括厚度形成為3埃(A)到30埃(A) 的硅酸錳鹽層。其它的態樣包括厚度形成為3埃(A)到30埃(A)的氮化錳層。另外的態樣 包括由二氧化硅或極低介電常數的介電材料形成的硅基絕緣層。另外的態樣包括形成在基 板上、硅基介電層下方的覆蓋層。另外的態樣包括由氮化硅（SiN)、金屬蓋層、鈷（Co)或鈷 /鎢/鋁（CoWAl)形成的覆蓋層。其它的態樣包括填充由銅形成的導孔的金屬。
[0011] 本發明的另一態樣是一種方法，包括：形成金屬線在基板中；形成硅基絕緣層在 金屬線及基板上方；向下形成導孔在硅基絕緣層中直到金屬線；在原子層沉積腔室中通過 原子層沉積或是在化學氣相沉積腔室中通過化學氣相沉積工藝而在導孔的側壁和底面上 沉積錳；在原子層沉積期間添加含氮氣體至原子層沉積腔室，從而在導孔的側壁及底面上 沉積形成厚度3埃(A)至30埃(A)的氮化錳（MnN)層；以及實施熱退火，其中，錳（Mn)與硅 基絕緣層在導孔的側壁處反應，形成厚度自3埃(A)到30埃(A)的硅酸錳鹽阻障層。其它 態樣包括使用含氮氣體，譬如氮氣（N2)或氨氣（順3)。更進一步態樣包括形成由二氧化硅 (Si02)或極低介電常數的介電材料組成的硅基絕緣層
[0012] 對于本技術領域的技術人員而言在參閱下列實施方式后，本發明的額外態樣及技 術效果將變得顯而易見，其中，本發明的實施例僅通過所思及用以實施本發明的最佳模式 來加以描述。將能了解到的是，本發明能有其他及不同的實施例，而其數個細節能就各種明 顯重點加以修改，全都不偏離本發明的揭露。所以，圖式及描述本質上應被視作例示性，而 非限制性。
【附圖說明】
[0013] 本發明是通過隨附圖式中的實例來做說明，而不是藉此限制，其中，相同的元件符 號指代類似的元件，且其中：
[0014] 圖1A至圖1F示意地說明利用化學氣相沉積錳的自形成阻障工藝的先前方法的一 系列步驟；以及
[0015] 圖2至圖8為根據例示實施例示意地說明在原子層沉積腔室中通過原子層沉積工 藝或是在化學氣相沉積腔室中通過化學氣相沉積工藝而原位形成雙層的錳/氮化錳的方 法的一系列步驟。
[0016] 符號說明
[0017] 101金屬線
[0018] 103 基板
[0019] 121覆蓋層
[0020] 123硅基絕緣層
[0021] 141 錳層
[0022] 143硅酸錳鹽阻障層
[0023] 161 金屬
[0024] 201金屬線
[0025] 203 基板
[0026] 205二氧化硅或極低介電常數的介電材料
[0027] 301覆蓋層
[0028] 303硅基絕緣層
[0029] 501 錳（Mn)層
[0030] 601 娃酸猛鹽（Manganesesilicate)
[0031] 701 氮化錳（MnN)
[0032] 801 金屬。
【具體實施方式】
[0033] 在下列實施方式中，為了解釋的目的，提出許多的特定細節以提供對于例示實施 例的詳盡了解。然而，顯然地，沒有這些特定細節或等效配置也能夠實施這些例示實施例。 在其它的實例中，為了避免不必要地模糊例示實施例，以方塊圖形式顯示大家所熟悉的結 構及裝置。此外，除非特別指出，在說明書及權利要求書中用來表示數量、比例及成份的數 值特性、反應條件等等的所有數字應該被理解為在所有實例中被修飾成"大約（about)" 的說法。
[0034] 本發明提出并且解決現今自形成阻障工藝（例如錳的化學氣相沉積）伴隨而來的 裝置可靠度下降的問