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1、10申请公布号CN101944504A43申请公布日20110112CN101944504ACN101944504A21申请号200910169586322申请日2009091012/499,62220090708USH01L21/76820060171申请人南亚科技股份有限公司地址中国台湾桃园县72发明人林江宏74专利代理机构隆天国际知识产权代理有限公司72003代理人姜燕陈晨54发明名称集成电路阻挡层和集成电路结构的制备方法57摘要本发明提供一种集成电路阻挡层和集成电路结构的制备方法，该集成电路结构的制备方法包含形成第一介电层于包含第一导电层的基板上，形成第二介电层于第一介电层上，形成孔洞。
2、于第二介电层中且孔洞暴露第一导电层，形成阻挡层于孔洞内，以及形成第二金属层于阻挡层上。形成阻挡层的一实施例包含形成金属层于孔洞内，以及在包含等离子体的环境中进行处理工艺以形成氧化金属层于金属层上，其中等离子体由包含氧化剂的气体形成。形成阻挡层的另一实施例包含形成金属层及氮化金属层于孔洞内，以及在包含等离子体的环境中进行处理工艺以形成氧化金属层于金属层及氮化金属层上，其中等离子体由包含氧化剂的气体形成。本发明可提供有效的铜扩散阻障能力。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图5页CN101944511A1/2页21一种集成电路阻挡层。
3、的制备方法，包含如下步骤形成一第一金属层于一基板上；以及于一等离子体环境中进行一处理工艺，以形成一氧化金属层于该第一金属层上，其特征在于该等离子体是由包含氧化剂的气体形成。2根据权利要求1所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该处理工艺在100以下的温度进行。3根据权利要求1或2所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于形成该等离子体是借由施加1000至2000WATT的射频能量于该气体。4根据权利要求1所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该处理工艺在压力介于5至20MTORR进行。5根据权利要求1所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该气体还包含还原剂。6根据权利要求5所述的集。
4、成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该氧化剂是氧气，该还原剂是氢气，该基板是硅晶片。7一种集成电路阻挡层的制备方法，包含如下步骤形成一氮化金属层于一基板上；以及于一等离子体环境中进行一处理工艺，以形成一氧化金属层于该氮化金属层上，其特征在于该等离子体由包含氧化剂的气体形成。8根据权利要求7所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该处理工艺在100以下的温度进行。9根据权利要求7所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于形成该等离子体是借由施加1000至2000WATT的射频能量于该气体。10根据权利要求7所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该处理工艺在压力介于5至20MTORR进行。11。
5、根据权利要求7所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该气体还包含还原剂。12根据权利要求11所述的集成电路阻挡层的制备方法，其特征在于该氧化剂是氧气，该还原剂是氢气，该基板是硅晶片。13一种集成电路结构的制备方法，包含如下步骤形成一第二介电层于一基板上，该基板包含一第一导电层及一第一介电层；形成一孔洞于该第二介电层中，该孔洞暴露该第一导电层；于一等离子体的环境中进行一处理工艺，以形成一阻挡层于该孔洞内，其特征在于该等离子体由包含氧化剂的气体形成；以及形成一第二金属层于该阻挡层上。14根据权利要求13所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于形成该阻挡层包含形成一金属层于该孔洞内；以及进行该处。
6、理工艺以形成一氧化金属层于该金属层上。15根据权利要求14所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于形成该阻挡层包权利要求书CN101944504ACN101944511A2/2页3含形成一氮化金属层于该孔洞内；以及进行该处理工艺以形成一氧化金属层于该金属层上及该氮化金属层上。16根据权利要求13所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于该处理工艺在100以下的温度进行。17根据权利要求13所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于形成该等离子体是借由施加1000至2000WATT的射频能量于该气体。18根据权利要求13所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于该处理工艺在压力介于5至20MTORR进。
7、行。19根据权利要求13所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于该气体还包含还原剂。20根据权利要求19所述的集成电路结构的制备方法，其特征在于该氧化剂是氧气，该还原剂是氢气，该基板是硅晶片。权利要求书CN101944504ACN101944511A1/5页4集成电路阻挡层和集成电路结构的制备方法技术领域0001本发明涉及一种集成电路阻挡层的制备方法和集成电路结构的制备方法，尤其涉及一种借由在包含氧化剂的环境中使用等离子体加强处理工艺以形成阻挡层的集成电路结构的制备方法。背景技术0002铝AL及其合金已经广泛地应用于制备集成电路结构的电路连线。随着电路元件的尺寸缩小，电路连线的元件数目持续增加。
8、，因而需要使用非常细电路连线的先进电路设计。然而，铝AL及其合金的电致迁移及热致空洞THERMALLYINDUCEVOIDING现象限制了在高密度电路连线的应用。此外，铝合金的另一重要问题为其电阻高于其它导电材料。0003为了避免铝AL及其合金的缺点，其它金属金、铜、银已被尝试用以取代铝AL及其合金。铜由于具有较低的电阻，因而成为主要替代选择。然而，铜在集成电路材料例如硅及氧化硅中的扩散相当迅速，因而无法在集成电路中直接以铜线取代铝线。因此，需要特殊的工艺及材料克服铜的扩散及粘附问题，方可实现以铜取代铝作为电路连线。发明内容0004为了解决现有技术的问题，本发明的一实施例提供一种集成电路阻挡层。
9、的制备方法，其借由在包含氧化剂的环境中进行等离子体加强处理工艺以便提供有效的铜扩散阻障能力。该集成电路阻挡层的制备方法的一实施例包含形成一第一金属层于一基板上，以及在包含等离子体的环境中进行一处理工艺以形成一氧化金属层于该第一金属层上，其中该等离子体由包含氧化剂的气体形成。0005本发明的另一实施例提供一种集成电路阻挡层的制备方法，其借由在包含氧化剂的环境中进行等离子体加强处理工艺以便提供有效的铜扩散阻障能力。该集成电路阻挡层的制备方法的一实施例包含形成一金属层及一氮化金属层于一基板上，以及在包含等离子体的环境中进行一处理工艺以形成一氧化金属层于该金属层上及该氮化金属层上，其中该等离子体由包含。
10、氧化剂的气体形成。0006本发明的另一实施例提供一种集成电路结构的制备方法，其借由在包含氧化剂的环境中使用等离子体加强处理工艺。该集成电路结构的制备方法的一实施例包含形成一第一介电层于包含一第一导电层的一基板上，形成一第二介电层于该第一介电层上，形成一孔洞于该第二介电层中且该孔洞暴露该第一导电层，形成一阻挡层于该孔洞内，以及形成一第二金属层于该阻挡层上。形成该阻挡层的一实施例包含形成一金属层于该孔洞内，以及在包含等离子体的环境中进行一处理工艺以形成一氧化金属层于该金属层上，其中该等离子体由包含氧化剂的气体形成。形成该阻挡层的另一实施例包含形成一金属层及一氮化金属层于该孔洞内，以及在包含等离子体。
11、的环境中进行一处理工艺以形成氧化金属层于该金属层上及该氮化金属层上，其中该等离子体由包含氧化剂的气体形成。说明书CN101944504ACN101944511A2/5页50007本发明可提供有效的铜扩散阻障能力。0008上文已相当广泛地概述本发明的技术特征，使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的专利保护范围标的的其它技术特征将描述于下文。本领域普通技术人员应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本领域普通技术人员也应了解，这类等效建构无法脱离所附的权利要求所界定的本发明的精神和范围。附图说明0009借由参照前述说明。
12、及下列附图，本发明的技术特征得以获得完全了解。0010图1例示本发明一实施例的阻挡层制备方法的流程图；0011图2及图3例示本发明一实施例的集成电路结构的制备方法；0012图4至图7例示本发明一实施例的阻挡层的制备方法；0013图8至图10例示本发明另一实施例的阻挡层的制备方法。0014其中，附图标记说明如下001510集成电路结构001612基板001714第一介电层001816第一导电层001918第二介电层002020孔洞002122第一金属层002224氮化金属层002326第一氧化金属层002428第二氧化金属层002530第二金属层002632第一金属层002734氮化金属层002。
13、836第一氧化金属层002938第二氧化金属层003040第二金属层003150阻挡层003250A阻挡层003350B阻挡层003452第二导电层0035100阻挡层制备方法0036102110步骤0037120反应器0038140反应室0039142真空系统说明书CN101944504ACN101944511A3/5页60040144载台0041146基板0042148莲蓬头0043150气体源0044152电力供应器具体实施方式0045图1例示本发明一实施例的阻挡层制备方法100的流程图。该制备方法100包含在基板例如硅晶片上制造集成电路的工艺步骤。在某些实施例中，所述工艺步骤依附图的顺。
14、序实施。在其它实施例中，所述工艺步骤的至少两个步骤可同时实施或以不同的顺序实施。例如，步骤108及步骤110可以相反顺序实施，也即先实施步骤110再实施步骤108。次要步骤或辅助步骤例如在反应室之间移动基板、处理控制步骤或其相似的步骤，均为此一技术领域的公知常识，故在此予以省略。该制备方法100的一部分可使用整合处理系统的反应模块，例如美商应用材料公司的ENDURA整合处理系统即为此类系统之一。下文即参照图7简要地说明适合的反应器120。0046图2及图3例示本发明一实施例的集成电路结构10的制备方法。首先，形成一第二介电层18于一基板12上，该基板12包含一第一导电层16例如设置于一第一介电。
15、层14内的铜层。该基板12可还包含设置于该第一介电层14下方的硅基板、导体及绝缘材料。之后，利用光刻及蚀刻工艺形成一孔洞20于该第二介电层18内，且该孔洞20暴露该第一导电层16。然后，形成一阻挡层50于该孔洞20内及该第二介电层18上，再形成一第二导电层52例如铝层于该阻挡层50上，如图3所示。该阻挡层50覆盖该孔洞20的底面及侧壁，以便防止该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子的交互扩散。0047图4至图6例示本发明一实施例的阻挡层50A的制备方法，其中图4及图5可视为图3的预定区域54的局部放大图。参考图4，在形成该孔洞20于该第二介电层18内部之后，形成一第一金属层22于该。
16、孔洞20内及一氮化金属层24于该第一金属层22上。在本发明的一实施例中。该第一金属层22以物理气相沉积技术例如溅镀技术制备于该第一导电层16上的钛TI层或钽TA层，该氮化金属层24以物理气相沉积技术例如反应性溅镀技术制备于该第一金属层22上的氮化钛TIN层或氮化钽TAN层。0048参考图5，在包含等离子体的环境中进行一处理工艺以形成一第一氧化金属层26于该第一金属层22上，其中该等离子体由包含氧化剂例如氧气或臭氧的气体形成。该处理工艺可视为一回火ANNEALING工艺。此外，该处理工艺也形成一第二氧化金属层28于该氮化金属层24上。在本发明的一实施例中，该第一氧化金属层26及该第二氧化金属层2。
17、8是氧化钛TIO层或氧化钽TAO层。在该处理工艺之后，形成一第二金属层30于该第二氧化金属层28上。在本发明的一实施例中，该第二金属层30以物理气相沉积技术例如溅镀技术制备于该第二氧化金属层28上的钛TI层或钽TA层。0049在本发明的一实施例中，该处理工艺的实施步骤包含将具有该第一金属层22及该氮化金属层24的基板12置放于一反应室中，输入包含氧化剂的气体至该反应室，施加射频能量至该反应室中以进行等离子体加强氧化工艺。施加射频能量1000至2000WATT于包含氧化剂的气体，该氧化剂氧气即离子化而形成等离子体。离子化的氧气具有较佳说明书CN101944504ACN101944511A4/5页。
18、7的氧化能力。若未施加射频能量，氧气必须被加热至270以上的高温方可离子化，而如此高温将大幅地提升该第一导电层16内铜原子的扩散能力。相对地，本发明借由施加射频能量于氧气，该处理工艺可在较低的温度下实施，至少可调降至100，甚至可调降至室温。0050图6例示该阻挡层50A在该处理工艺后的纵深分析图。在实施该处理工艺之前，该氮化金属层24具有柱状晶体结构，而该第一导电层16内的铜原子即沿着柱状晶体结构的晶界扩散。参考图5及图6可知，该氮化金属层24内含氧原子，也即具有柱状晶体结构的氮化金属层24在该处理工艺中被氧化。换言之，该氮化金属层24的柱状晶体结构的晶界被氧原子填塞，因此该处理工艺提升了该。
19、阻挡层50A对该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子的交互扩散的阻障能力。0051除了填塞该氮化金属层24的柱状晶体结构的晶界，该处理工艺也形成该第一氧化金属层26于该第一金属层22。该第一氧化金属层26并非柱状晶体结构，因而没有晶界，也即该第一氧化金属层26可以有效地防止该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子的交互扩散。由于实施该处理工艺即可形成该第一氧化金属层26于该第一金属层22，且该第一氧化金属层26可以有效地防止该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子的交互扩散，因此图1的步骤110的处理工艺可以在步骤108形成该氮化金属层24之前实施。0052图7。
20、例示一等离子体氧化反应器120，其可用于实施图1所示的工艺方法100的部分步骤。特而言之，图7所示的反应器实施例仅用以例示说明，不应用以限缩解释本发明的范围。本领域普通技术人员应可了解本发明的方法也可用其它反应器或处理系统实施。0053参考图7，该等离子体氧化反应器120包含一反应室140，其由真空系统142维持在真空状态。该反应室140的内部配置一载台144，用以承载一待处理基板146。该载台144具有一内嵌式电极未显示于图中。在该载台144上方设有一莲蓬头148，其具有一气体入口电极未显示于图中，气体源150的气体经由该莲蓬头148分散进入该反应室140内部。换言之，该反应室140协助将该。
21、气体转变成该等离子体于该载台144上方。该等离子体氧化反应器120还包含一射频电力供应器，其借由气体入口电极耦合于该莲蓬头148，并借由内嵌式电极耦合于该载台144。实施等离子体氧化工艺的功率约为1000至2000WATT，且该反应室140的压力约介于5至20MTORR。0054图8至图10例示本发明另一实施例的阻挡层50B的制备方法，其中图8及图9可视为图3的预定区域54的局部放大图。参考图8，在形成该孔洞20于该第二介电层18内部之后，形成一第一金属层32于该孔洞20内及一氮化金属层34于该第一金属层32上。在本发明的一实施例中，该第一金属层32以物理气相沉积技术例如溅镀技术制备于该第一导。
22、电层16上的钛TI层或钽TA层，该氮化金属层34以物理气相沉积技术例如反应性溅镀技术制备于该第一金属层32上的氮化钛TIN层或氮化钽TAN层。0055参考图9，在包含等离子体的环境中进行一处理工艺以形成一第一氧化金属层36于该第一金属层32与该氮化金属层34之间。此外，该处理工艺也形成一第二氧化金属层38于该氮化金属层34上。该等离子体由包含氧化剂例如氧气或臭氧及还原剂例如氢气的气体形成。较佳地，氧气与氢气的流量介于200至600SCCM，氢气的流量比介于60至90。在本发明的一实施例中，该第一氧化金属层36及该第二氧化金属层38是氧化钛TIO层或氧化钽TAO层。在该处理工艺之后，形成一第二金。
23、属层40于该第二氧化金属说明书CN101944504ACN101944511A5/5页8层38上。在本发明的一实施例中。该第二金属层40以物理气相沉积技术例如溅镀技术制备于该第二氧化金属层38上的钛TI层或钽TA层。0056在本发明的一实施例中，该处理工艺的实施步骤包含将具有该第一金属层32及该氮化金属层34的基板12置放于一反应室中，输入包含氧化剂及还原剂的气体至该反应室，施加射频能量至该反应室中以进行等离子体加强氧化工艺。施加射频能量1000至2000WATT于包含氧化剂及还原剂的气体，该氧化剂氧气及还原剂氢气即离子化而形成等离子体。若未施加射频能量，氧气必须被加热至270以上的高温方可离。
24、子化，而如此高温将大幅地提升该第一导电层16内的铜原子的扩散能力。相对地，本发明借由施加射频能量于氧气，该处理工艺可在较低的温度下实施，至少可调降至100，甚至可调降至室温。0057图10例示该阻挡层50B在该处理工艺后的纵深分析图。在实施该处理工艺之前，该氮化金属层34具有柱状晶体结构，而该第一导电层16内的铜原子即沿着柱状晶体结构的晶界扩散。参考图9及图10可知，该氮化金属层34内含氧原子，也即具有柱状晶体结构的氮化金属层34在该处理工艺中被氧化。换言之，该氮化金属层34的柱状晶体结构的晶界被氧原子填塞，因此该处理工艺提升了该阻挡层50B对该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子。
25、的交互扩散的阻障能力。0058除了填塞该氮化金属层34的柱状晶体结构的晶界，该处理工艺也形成该第一氧化金属层36及该第二氧化金属层38，其可视为该阻挡层50B的一部分。该第一氧化金属层36及该第二氧化金属层38并非柱状晶体结构，因而没有晶界，也即该第一氧化金属层36及该第二氧化金属层38可以有效地防止该第一导电层16内铜原子与该第二导电层52内铝原子的交互扩散。0059此外，图10所示的氮化金属层34的含氧率小于图6所示的氮化金属层24的含氧率，此一结果是由于在该处理工艺中加入还原剂氢气，其有助于降低氧气对该氮化金属层34的氧化能力。换言之，本发明可借由改变氧气/氢气比率而调整该处理工艺的氧化。
26、能力。若未加入氢气，则工艺条件例如射频功率、反应时间及反应压力等必须细心控制，以便避免该氮化金属层34发生过度氧化而产生过多的金属氧化物，其增加了该阻挡层50B的电阻。相对地，借由加入还原剂氢气，本发明除了细心控制工艺条件之外，也可借由改变氧气/氢气比率而调整该处理工艺的氧化能力而避免发生过度氧化。0060本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员应了解，在不背离所附权利要求所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多工艺可以不同的方法实施或以其它工艺予以取代，或者采用上述二种方式的组合。0061此外，本发明的权利范围并不局限于上文。
27、揭示的特定实施例的工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本领域普通技术人员应了解，基于本发明教示及揭示工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发的，其与本发明实施例揭示的以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，也可使用于本发明。因此，所附的权利要求用以涵盖用以此类工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。说明书CN101944504ACN101944511A1/5页9图1图2说明书附图CN101944504ACN101944511A2/5页10图3图4图5说明书附图CN101944504ACN101944511A3/5页11图6说明书附图CN101944504ACN101944511A4/5页12图7图8图9说明书附图CN101944504ACN101944511A5/5页13图10说明书附图CN101944504A。