用于后段制程金屬化的混合型錳和氮化錳阻障物及其制法
【技術領域】
[0001] 本發明大致關于集成電路和制造集成電路的方法，更具體而言，是有關后段制程 (BE0L)金屬化的混合型錳（Mn)和氮化錳（MnNx)阻障物和制造此類混合型阻障物的方法。
【背景技術】
[0002] 現今集成電路大多數是通過使用多個互連的場效應晶體管（FET)，也稱 為金屬氧化物半導體場效應晶體管（metaloxidesemiconductorfieldeffect transistors(MOSFET))，或簡稱為MOS晶體管而實現。MOS晶體管包括形成于半導體襯底上 方作為控制電極的柵極電極，以及于該襯底內使電流能夠于其間流動的彼此間隔開的源極 和漏極電極。施加于該柵極電極的控制電壓控制流過該半導體襯底中的通道于該源極和漏 極電極之間流動的電流。介電材料（如二氧化硅）常用在電性分離集成電路中的各種柵極 電極。
[0003] 由于先進集成電路中的電路元件數量眾多以及所需的設計復雜，所以個別獨立 電路元件之間的電性連接通常無法建立于制造該些電路元件的相同層（level)中。此種 電性連接是形成于一個或多個附加的配線層（"wiring"layers)中，也被稱為金屬化層。 這些金屬化層一般包括含金屬的線，提供層內（intra-level)電性連接；以及多個層間 (inter-level)連接，也稱為通孔（vias)，其提供介于兩個鄰近堆迭的金屬化層間的電性 連接。該含金屬的線和通孔又可通常被稱作互連結構（interconnectstructures)。
[0004] 因為對于高度精密的半導體裝置的特征尺寸的縮小有持續不斷的需求，所以高度 導電金屬（如銅和其合金）與低介電常數（low-k)介電材料的結合已成為形成金屬化層時 經常使用的替代品。堆迭于彼此的頂部上的多個金屬化層是用以實現所有內部電路元件與 考慮中的該電路設計的1/〇(輸入/輸出）、電源和接地墊（groundpad)之間的連接。對極 度縮小的集成電路而言，如32納米尺度和更小者，該集成電路的信號傳播延遲以及操作速 度可能不再受到該場效應晶體管限制而可能是受限于金屬線的距離接近（由于電路元件 的密度增加而需要甚至更多數量的電性連接），因為線間電容（line-to-linecapcitance) 增加，截面積會減少，使得所述金屬線具有較低的導電性。
[0005] 于銅基（copper-based)金屬化層形成過程中，可能會使用一種所謂的金屬鑲嵌 法（damascene)或鑲嵌技術，這是因為銅在暴露于廣為接受的非等向性蝕刻環境中時特別 能避免形成不穩定的蝕刻產物。此外，根據通常用于鋁的廣為接受的沉積技術（如化學氣 相沉積（chemicalvapordeposition,CVD))，銅也可能不會以高沉積速率沉積。因此，在鑲 嵌技術中，該介電材料（如氧化硅）被圖案化以接受溝槽和/或通孔，其隨后通過電化學沉 積技術而以銅填充。再者，阻障層可在填入金屬前形成于該介電材料的暴露表面部分上，其 提供銅所期望的對周圍介電材料的附著力并抑制銅擴散至敏感的裝置區域，因為銅可能輕 易地擴散至多個介電材料中，尤其是多孔性的低k介電質中。
[0006] 錳已被發現在填入金屬前被形成作為阻障層的實用性。形成于氧化硅介電材料的 暴露表面部分上的錳將會在后續的退火過程中形成硅酸錳材料，消耗該氧化硅介電材料的 一些空間，并因此留下較多空間給銅以增加如前述的銅線導電度。然而，在溝槽底部（也就 是下層金屬化（銅）層被暴露之處），錳無法表現其所期望的阻障功能，因為在后續的退火 過程中錳輕易地擴散至銅中。在下層金屬化層缺乏阻障材料的情形下，可能導致層間連接 結構和該下層金屬化層之間導電度的問題。
[0007] 已提出氮化錳（MnNx)阻障層，作為錳阻障層的替代選擇。氮化錳的優勢是在于當 在其上方鋪設（和退火）時，其將不會擴散至下層金屬化層中。然而，氮化錳不會沿著氧化 硅介電材料的暴露表面部分形成硅酸錳材料，因此留下較少空間給金屬層間連接且因而使 導電度降低和線電阻增加。
[0008] 因此，希望能夠使用金屬鑲嵌處理流程提供用于制造集成電路的改良方法。此外， 也希望提供此類方法以為層間金屬連接結構提供增加的體積，同時避免該層間連接結構和 下層金屬化層之間的導電度問題。再者，通過后續的實施方式和權利要求書，并配合隨附的 圖式和前述的技術領域和背景，本發明的其他期望的特征和特性將變得顯而易見。
【發明內容】
[0009] 在此提供各種例示性集成電路和制造集成電路的方法。在一例示性具體實施例 中，用于制造集成電路的方法，包括：提供覆于半導體襯底上的導電材料和覆于該導電材料 上的介電材料，其中開口使該導電材料的表面和該介電材料的側壁暴露且選擇性地沉積第 一阻障材料的第一層于該導電材料的表面上，該介電材料的側壁仍維持暴露，若使得該第 一阻障材料于退火制程期間被退火，則該第一阻障材料將擴散至該導電材料中。該方法進 一步包括修飾該暴露表面上的該第一阻障材料以形成第二阻障材料，使得該第二阻障材料 于退火制程期間將不擴散至該導電材料中，并沿著該開口的側壁沉積該第一阻障材料的第 二層。又更進一步，該方法包括退火該半導體襯底。
[0010] 于另一例示性的具體實施例中，集成電路包括：半導體襯底、于該半導體襯底上的 電性裝置和在該電性裝置上的銅金屬化層。該集成電路進一步包括于該金屬化層上方的氧 化硅介電材料層，該介電材料層具有開口，于該開口中包括底部部分和側壁，和氮化錳層于 該開口的底部部分并相鄰接觸該金屬化層。又進一步，該集成電路包括沿著該側壁的硅酸 錳層和填充該開口并相鄰接觸該氮化錳層和該硅酸錳層的銅互連結構。
[0011] 又另一例示性具體實施例中，用于制造集成電路的方法包括：提供覆于半導體襯 底上的導電材料和覆于該導電材料上的介電材料，其中開口暴露該導電材料的表面和該介 電材料的側壁，且選擇性地沉積錳金屬阻障材料的第一層于該開口的暴露表面上，但不在 該開口的側壁上。該方法進一步包括修飾該暴露表面上的該錳阻障材料以形成氮化錳阻障 層，并沿著該開口的側壁沉積該錳阻障材料的第二層，并退火該半導體襯底以沿著該開口 的側壁形成硅酸錳材料。
【附圖說明】
[0012] 以下配合下列所繪圖式而描述各種具體實施例，其中相同的元件符號標注相似元 件，以及其中：
[0013] 圖1至圖7以剖面圖說明根據本發明的各種具體實施例的集成電路結構和制造集 成電路的方法。
[0014] 符號說明
[0015] 100 半導體裝置
[0016] 101 襯底
[0017] 109 阻障材料
[0018] 110 金屬化層
[0019] 111 介電材料
[0020] 112 金屬線
[0021] 113 覆蓋層
[0022] 120 金屬化層
[0023] 121 介電材料
[0024] 122 硬掩膜層
[0025] 123 溝槽/通孔開口
[0026] 124 較淺開口
[0027] 130 錳層
[0028] 131 氮化錳（MnNx)
[0029] 132 錳層
[0030] 133 硅酸錳層
[0031] 135 反應性氮電漿物種
[0032] 142 導電金屬。
【具體實施方式】
[0033] 下列實施方式本質上僅為說明性而非有意限制本發明的具體實施例或此些具體 實施例的應用或用途。此外，也沒有意圖受到任何前述的技術領域、【背景技術】、
【發明內容】
或 下列【具體實施方式】中所明示或暗示的理論所限制。
[0034] 本發明中的具體實施例是針對集成電路和制造集成電路的方法，且本發明尤其有 關于后段制程金屬化（back-end-of-line(BEOL)metallization)的混合型猛（Mn)和氮化 錳（MnNx)阻障物以及制造此種混合型阻障物的方法。相比于沉積錳或氮化錳阻障物，兩者 皆如上所述皆具有固有的優點和缺點，所述的具體實施例是使用選擇性沉積錳，接著進行 氮化作用以沉積氮化錳于金屬線上以避免阻障物的擴散，接著沉積錳于介電通孔/溝槽的 側壁上以充分利用其能力于后續的退火步驟期間形成硅酸錳。此混合型方式增加裝置效能 并減少制程的變異性和瑕疵。
[0035] 為了簡潔起見，有關于半導體裝置制造的常規技術可能不于此詳細描述。再者，于 此描述的各式工作和制程步驟可被納入具有未于此詳述的附加步驟或功能性的更為全面 性的程序或制程中。尤其，制造以半導體為基礎的晶體管的各式步驟為眾所皆知，故為了簡 潔，許多常規步驟將只會于此簡短地提及或將被完全省略而不提供眾所皆知的制程細節。
[0036] 圖1圖解地描述于后期制造階段中部分形成的集成電路100的一部分的剖面圖， 其中一個或多個金屬化層被形成于該部分1〇〇的裝置層之上。于所示的制造階段中，該 半導體裝置1〇〇包括襯底101，為了方便，該襯底被視為適當載體材料，具有形成于其上的 一個或多個材料層以接受半導體電性裝置，如晶體管、電容器、電阻器和其他類似物，為了 方便，于圖1上并未繪制這些半導體電性裝置。例如，該襯底101可代表半導體材料，例 如，硅材料和適當的硅基層結合，其中或其上可形成晶體管元件。于其他情況，埋入絕緣層 (buriedinsulatinglayer)(未圖示）可能形成于襯底材料與相對應的"活性"娃基材料 層之間，從而提供絕緣體上覆娃（silicon-on-insulator(SOI))組構。半導體裝置100的 裝置層中所提供的電路元件可能具有臨界尺度約50nm或更小、約32nm或更小或約22nm或 更小，取決于該裝置的需求而定。
[0037] 在襯底101之上，以及在未圖示的半導體電路元件之上，設有金屬化系統，其可由 包括介電材料111的第一金屬化層110代表，其中介電材料可以常規介電材料的形式提供， 如二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和類似物，取決于整體的裝置和制程的需求而定。于一些