鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和形成方法。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和位于半導(dǎo)體襯底上方的第一導(dǎo)電部件。該半導(dǎo)體器件也包括位于半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞第一導(dǎo)電部件的第一介電層。該半導(dǎo)體器件還包括位于第一導(dǎo)電部件上方的第二導(dǎo)電部件，并且第二導(dǎo)電部件延伸到第一導(dǎo)電部件內(nèi)。此外，該半導(dǎo)體器件包括位于第一介電層上方并且圍繞第二導(dǎo)電部件的第二介電層。本發(fā)明還涉及鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形成方法。
【專利說(shuō)明】
鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及集成電路器件，更具體地，涉及鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。IC材料和設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了多代1C，其中，每一代IC都比前一代IC具有更小和更復(fù)雜的電路。在IC演化過(guò)程中，功能密度(即，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)已普遍增大，而部件尺寸(即，使用制造工藝可以產(chǎn)生的最小組件)卻已減小。這種按比例縮小的工藝通常通過(guò)提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本提供益處。
[0003]工業(yè)中用來(lái)滿足對(duì)器件密度的需求的一種方法是對(duì)互連結(jié)構(gòu)采用鑲嵌和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。在鑲嵌工藝中，下面的絕緣層被圖案化為具有開(kāi)口溝槽。然后，沉積并拋光導(dǎo)體至絕緣層的水平處以形成圖案化的導(dǎo)體部件。雙鑲嵌工藝使用類似的方法，其中，形成兩個(gè)部件(溝槽和通孔)并且通過(guò)導(dǎo)體的單個(gè)沉積填充該兩個(gè)部件。
[0004]然而，隨著部件尺寸進(jìn)一步縮小并且密度需求增大，諸如互連結(jié)構(gòu)的部件之間的間距減小。結(jié)果，制造工藝不斷地變得更難以實(shí)施。在半導(dǎo)體器件中形成具有越來(lái)越短的間距的互連結(jié)構(gòu)是個(gè)挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體襯底；第一導(dǎo)電部件，位于所述半導(dǎo)體襯底上方；第一介電層，位于所述半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞所述第一導(dǎo)電部件；第二導(dǎo)電部件，位于所述第一導(dǎo)電部件上方，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第一導(dǎo)電部件內(nèi)；以及第二介電層，位于所述第一介電層上方并且圍繞所述第二導(dǎo)電部件。
[0006]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一導(dǎo)電部件和所述第二導(dǎo)電部件由不同的材料制成。
[0007]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第二導(dǎo)電部件包括鈷。
[0008]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第二導(dǎo)電部件具有底面，所述第一導(dǎo)電部件具有頂面和底面，以及所述第二導(dǎo)電部件的所述底面位于所述第一導(dǎo)電部件的所述頂面和所述底面之間。
[0009]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件直接接觸。
[0010]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:第三導(dǎo)電部件，位于所述第二導(dǎo)電部件上方；以及第三介電層，位于所述第二介電層上方并且圍繞所述第三導(dǎo)電部件。
[0011]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:第三導(dǎo)電部件，位于所述第二導(dǎo)電部件上方；以及第三介電層，位于所述第二介電層上方并且圍繞所述第三導(dǎo)電部件，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第三導(dǎo)電部件內(nèi)。
[0012]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:第三導(dǎo)電部件，位于所述第二導(dǎo)電部件上方；以及第三介電層，位于所述第二介電層上方并且圍繞所述第三導(dǎo)電部件，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第三導(dǎo)電部件內(nèi)，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:阻擋層，位于所述第二導(dǎo)電部件和所述第三導(dǎo)電部件之間。
[0013]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一導(dǎo)電部件是導(dǎo)線，并且所述第二導(dǎo)電部件是導(dǎo)電通孔。
[0014]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第二導(dǎo)電部件突出于所述第二介電層之上。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體襯底；第一導(dǎo)電部件，位于所述半導(dǎo)體襯底上方，其中，所述第一導(dǎo)電部件具有凹槽；第一介電層，位于所述半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞所述第一導(dǎo)電部件；第二導(dǎo)電部件，位于所述第一導(dǎo)電部件上方，其中，所述第二導(dǎo)電部件的部分位于所述第一導(dǎo)電部件的所述凹槽中；以及第二介電層，位于所述第一介電層上方并且圍繞所述第二導(dǎo)電部件。
[0016]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一導(dǎo)電部件包括銅，并且所述第二導(dǎo)電部件包括鉆。
[0017]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第二導(dǎo)電部件與所述第一導(dǎo)電部件直接接觸。
[0018]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:第三導(dǎo)電部件，位于所述第二導(dǎo)電部件上方，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第三導(dǎo)電部件內(nèi)；以及第三介電層，位于所述第二介電層上方并且圍繞所述第三導(dǎo)電部件。
[0019]在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括:阻擋層，位于所述第三導(dǎo)電部件和所述第三介電層之間，其中，所述阻擋層也位于述第三導(dǎo)電部件和所述第二導(dǎo)電部件之間。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括:在半導(dǎo)體襯底上方形成第一介電層；在所述第一介電層中形成第一導(dǎo)電部件；在所述第一介電層上方形成第二介電層；在所述第二介電層中形成孔以暴露所述第一導(dǎo)電部件；部分地去除所述第一導(dǎo)電部件以形成凹槽；以及在所述孔和所述凹槽中形成第二導(dǎo)電部件。
[0021 ] 在上述方法中，其中，所述方法還包括:在所述第二介電層中形成阻擋區(qū)，其中，所述阻擋區(qū)圍繞所述孔。
[0022]在上述方法中，其中，所述方法還包括:在所述第二介電層上方形成第三介電層；在所述第三介電層中形成開(kāi)口以暴露所述第二導(dǎo)電部件，其中，所述開(kāi)口暴露所述第二導(dǎo)電部件的頂面和側(cè)壁；以及在所述開(kāi)口中形成第三導(dǎo)電部件。
[0023]在上述方法中，其中，所述方法還包括:在所述第二介電層上方形成第三介電層；在所述第三介電層中形成開(kāi)口以暴露所述第二導(dǎo)電部件，其中，所述開(kāi)口暴露所述第二導(dǎo)電部件的頂面和側(cè)壁；以及在所述開(kāi)口中形成第三導(dǎo)電部件，其中，所述方法還包括:在形成所述第三導(dǎo)電部件之前，在所述開(kāi)口的側(cè)壁以及所述第二導(dǎo)電部件上方形成阻擋層。
[0024]在上述方法中，其中，在所述第一導(dǎo)電部件上直接形成所述第二導(dǎo)電部件。
【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0026]圖1A至圖1M是根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體器件的工藝的各個(gè)階段的截面圖。
[0027]圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0029]而且，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文中使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。
[0030]描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例。圖1A至圖1M是根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體器件的工藝的各個(gè)階段的截面圖?？梢栽趫D1A至圖1M中描述的階段之前、期間和/或之后提供額外的操作。對(duì)于不同的實(shí)施例，可以代替或消除描述的一些階段。在半導(dǎo)體器件中可以添加額外的部件。對(duì)于不同的實(shí)施例，可以代替或消除下面描述的一些部件。
[0031]如圖1A所示，提供了半導(dǎo)體襯底100。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100是諸如半導(dǎo)體晶圓的塊狀半導(dǎo)體襯底。例如，半導(dǎo)體襯底100包括硅或諸如鍺的其他元素半導(dǎo)體材料。在一些其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100包括化合物半導(dǎo)體?；衔锇雽?dǎo)體可以包括碳化硅、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、其他合適的化合物半導(dǎo)體或它們的組合。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底loo包括絕緣體上半導(dǎo)體(sol)襯底?？梢允褂米⒀醺綦x(snrox)工藝、晶圓接合工藝、其他適用的方法或它們的組合制造SOI襯底。
[0032]在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底100中形成隔離部件(未示出)以限定并且隔離在半導(dǎo)體襯底100中形成的各種器件元件(未示出)。例如，隔離部件包括淺溝槽隔離(STI)部件或硅的局部氧化(LOCOS)部件。
[0033]可以在半導(dǎo)體襯底100中形成的各種器件元件的實(shí)例包括晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)晶體管(BJT)、高壓晶體管、高頻晶體管、P溝道和/或η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET/NFET)等)、二極管、其他合適的元件或它們的組合。實(shí)施各種工藝以形成各種器件元件，各種工藝諸如沉積、蝕刻、注入、光刻、退火、平坦化、其他適用的工藝或它們的組合。
[0034]如圖1A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在半導(dǎo)體襯底100上方沉積蝕刻停止層102。在一些實(shí)施例中，在包括一個(gè)或多個(gè)介電層和一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部件的互連結(jié)構(gòu)(未示出)上方形成蝕刻停止層102。例如，互連結(jié)構(gòu)包括電連接至形成在半導(dǎo)體襯底100中的器件元件的接觸插塞。蝕刻停止層102可以用于防止其下面的互連結(jié)構(gòu)或器件元件在后續(xù)蝕刻工藝期間受到損壞。
[0035]在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層102由碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiCO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(S1N)、其他合適的材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，使用化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝、旋涂工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積蝕刻停止層102。本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化。在一些其他實(shí)施例中，不形成蝕刻停止層102。
[0036]如圖1A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在蝕刻停止層102上方沉積介電層104。介電層104用作金屬間介電(Hffi)層。在一些實(shí)施例中，介電層104由低k介電材料制成。該低k介電材料的介電常數(shù)小于二氧化硅的介電常數(shù)。例如，低k介電材料具有在從約1.2至約
3.5的范圍內(nèi)的介電常數(shù)。
[0037]隨著半導(dǎo)體器件的密度增大并且電路元件的尺寸變得更小，電阻電容(RC)延遲時(shí)間日益主導(dǎo)電路性能。將低k介電材料用作介電層104有助于減小RC延遲。
[0038]在一些實(shí)施例中，介電層104包括旋涂無(wú)機(jī)電介質(zhì)、旋涂有機(jī)電介質(zhì)、多孔介電材料、有機(jī)聚合物、有機(jī)石英玻璃、S1F系列材料、氫倍半硅氧烷(HSQ)系列材料、甲基倍半硅氧烷(MSQ)系列材料、多孔有機(jī)系列材料、其他合適的材料或它們的組合。在一些實(shí)施例中，介電層104包括包含S1、C、O或H的材料。例如，介電層104包括Si02、S1C, S1N,SiCOH, S1CN或它們的組合。在一些實(shí)施例中，介電層104由碳摻雜的氧化硅制成。碳摻雜的氧化硅也可以稱為有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)或C-氧化物。在一些實(shí)施例中，碳摻雜的氧化硅包括甲基倍半硅氧烷(MSQ)、氫倍半硅氧烷(HSQ)、聚倍半硅氧烷、其他合適的材料或它們的組合。在一些實(shí)施例中，介電層104包括氟摻雜的硅酸鹽玻璃(FSG)，諸如氟摻雜的-(O — Si (CH3)2—O)-。在一些實(shí)施例中，使用CVD工藝、旋涂工藝、噴涂工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積介電層104。
[0039]如圖1A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層104上方沉積蝕刻停止層106。然后蝕刻停止層106被圖案化并且將用于保護(hù)下面的介電層104的部分在后續(xù)蝕刻工藝期間不被蝕亥丨J。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層106由與蝕刻停止層102的材料不同的材料制成。
[0040]在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層106由氮化物材料制成。在一些其他實(shí)施例中，蝕刻停止層106由氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料、其他合適的材料或它們的組合制成。例如，蝕刻停止層106由碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiCO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(S1N)、其他合適的材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，使用化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝、旋涂工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積蝕刻停止層106。本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化。在一些其他實(shí)施例中，不形成蝕刻停止層106。
[0041]如圖1A所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在蝕刻停止層106上方沉積介電層108。在一些實(shí)施例中，介電層108的材料和形成方法類似于上面提及的介電層104的材料和形成方法。
[0042]如圖1B所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除介電層108、蝕刻停止層106、介電層104和蝕刻停止層102的部分以形成一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 110。在一些實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)口 110均暴露位于蝕刻停止層102下方的互連結(jié)構(gòu)或器件元件。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 110是其中將形成導(dǎo)線的溝槽。在一些實(shí)施例中，使用光刻和蝕刻工藝形成開(kāi)口 110。可以循序地使用各種蝕刻劑以形成開(kāi)口 110。
[0043]如圖1C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層108上方以及開(kāi)口 110的底部和側(cè)壁上方沉積阻擋層112。然后，如圖1C所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在阻擋層112上方沉積導(dǎo)電層114。阻擋層112用于保護(hù)介電層108和104免受導(dǎo)電層114中的金屬材料的擴(kuò)散的影響。阻擋層112也用作導(dǎo)電層114和介電層104或108之間的粘合層。
[0044]在一些實(shí)施例中，阻擋層112由氮化鈦、氮化鉭、鈦、氮化鎢、其他合適的材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，使用物理汽相沉積(PVD)工藝、CVD工藝、原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)鍍工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積阻擋層112。
[0045]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電層114由銅、鋁、鎢、鈦、鎳、金、鉑、其他合適的導(dǎo)電材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，使用電化學(xué)鍍工藝、化學(xué)鍍工藝、PVD工藝、CVD工藝、旋涂工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積導(dǎo)電層114。
[0046]在一些實(shí)施例中，根據(jù)一些實(shí)施例，在沉積導(dǎo)電層114之前，在阻擋層112上方沉積晶種層(未示出)。在一些實(shí)施例中，晶種層共形地形成在阻擋層112上方。晶種層用于輔助導(dǎo)電層114的形成。
[0047]在一些實(shí)施例中，晶種層由銅或銅合金制成。在一些實(shí)施例中，晶種層包括銅、銀、金、鈦、鋁、鎢、其他合適的材料或它們的組合。在一些實(shí)施例中，使用PVD工藝、CVD工藝、其他適用的工藝或它們的組合沉積晶種層。本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化。在一些其他實(shí)施例中，不形成晶種層。
[0048]如圖1D所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除位于開(kāi)口 110的外部的導(dǎo)電層114和阻擋層112的部分。結(jié)果，形成了導(dǎo)電部件116A和116B。如圖1D所示，蝕刻停止層102和106以及介電層104和108圍繞導(dǎo)電部件116A和116B。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件116A和116B是電連接至形成于半導(dǎo)體襯底100中或上的相應(yīng)的器件元件的導(dǎo)線。例如，互連結(jié)構(gòu)的接觸插塞(未示出)用于形成導(dǎo)電部件和器件元件之間的電連接。
[0049]在一些實(shí)施例中，對(duì)導(dǎo)電層114實(shí)施平坦化工藝，直到暴露介電層108。平坦化工藝可以包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝、研磨工藝、蝕刻工藝、其他適用的工藝或它們的組入口 ο
[0050]如圖1E所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層108和導(dǎo)電部件116A和116B上方沉積蝕刻停止層118和介電層120。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層118的材料和形成方法類似于蝕刻停止層102的材料和形成方法。在一些實(shí)施例中，介電層120的材料和形成方法類似于介電層104的材料和形成方法。
[0051]如圖1F所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除介電層120和蝕刻停止層118的部分以形成一個(gè)或多個(gè)孔122。在一些實(shí)施例中，孔122暴露導(dǎo)電部件116A和116B。在一些實(shí)施例中，孔122用作其中將形成導(dǎo)電通孔的通孔。在一些實(shí)施例中，使用光刻工藝和蝕刻工藝形成孔122?？梢匝虻厥褂酶鞣N蝕刻劑以形成孔122。
[0052]隨著半導(dǎo)體器件的部件尺寸不斷減小，光刻覆蓋控制變得越來(lái)越難。在一些情況下，可能發(fā)生孔122和導(dǎo)電部件116A或116B之間的未對(duì)準(zhǔn)或偏移。如圖1F所示，在一些情況下，發(fā)生導(dǎo)電部件116A和孔122之間的未對(duì)準(zhǔn)。孔122不僅暴露導(dǎo)電部件116A的頂部，而且暴露導(dǎo)電部件116A的側(cè)壁上的阻擋層112。蝕刻停止層106可以保護(hù)其下面的介電層104在孔122的形成期間不被蝕刻。
[0053]如圖1G所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除導(dǎo)電部件116A和116B的部分以形成凹槽124A和124B。在一些實(shí)施例中，通過(guò)化學(xué)處理部分地去除導(dǎo)電部件116A和116B?；瘜W(xué)處理包括施加一種或多種液體和/或氣體去除試劑。在一些實(shí)施例中，濕蝕刻工藝和/或干蝕刻工藝用于使導(dǎo)電部件116A和116B凹進(jìn)。蝕刻停止層106可以保護(hù)其下面的介電層104在凹槽124A和124B的形成期間不被損壞。
[0054]如圖1G所示，每個(gè)凹槽124A和124B均具有深度H。深度H是凹槽124A或124B的底部與導(dǎo)電部件116A或116B的頂面117t之間的距離。在一些實(shí)施例中，凹槽124A的深度H基本上等于凹槽124B的深度H。在一些其他實(shí)施例中，凹槽124A和124B的深度彼此不同。
[0055]在一些實(shí)施例中，深度H在從約5nm至約20nm的范圍內(nèi)。如圖1H所示，每個(gè)導(dǎo)電部件116A和116B均具有寬度W。寬度W可以在從約7nm至約20nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，深度H與寬度W的比率(H/W)在從約0.33至約I的范圍內(nèi)。在一些其他實(shí)施例中，深度H與寬度W的比率(H/W)在從約0.25至約2.85的范圍內(nèi)。
[0056]如圖1H所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層120中形成阻擋區(qū)126。在一些實(shí)施例中，阻擋區(qū)126圍繞孔122。在一些實(shí)施例中，阻擋區(qū)126也形成在介電層108中。阻擋區(qū)126用于保護(hù)介電層120和108免受將形成在孔122中的導(dǎo)電部件的金屬材料的擴(kuò)散的影響。在這些情況下，在孔122的側(cè)壁上方不形成阻擋層。
[0057]在一些實(shí)施例中，阻擋區(qū)126是介電層120和108的摻雜區(qū)。阻擋區(qū)126包括諸如氮、氫、其他合適的摻雜劑或它們的組合的摻雜劑。在一些實(shí)施例中，使用等離子體處理、浸漬處理、其他合適的處理或它們的組合形成阻擋區(qū)126。例如，包括H2、N2, Ar、其他合適的反應(yīng)氣體或它們的組合的反應(yīng)氣體可以用于形成阻擋區(qū)126。例如，可以使用從約I毫托至約100托的范圍內(nèi)的處理壓力以及從約25攝氏度至約400°C的范圍內(nèi)的處理溫度。在一些實(shí)施例中，阻擋區(qū)126比介電層120的其他部分更加致密。
[0058]本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化并且不限于上面提及的實(shí)施例。在一些其他實(shí)施例中，不形成阻擋區(qū)126。在一些實(shí)施例中，在孔122的側(cè)壁上方形成阻擋層(未示出)。阻擋層的材料和形成方法可以類似于阻擋層112的材料和形成方法。
[0059]如圖1I所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在孔122以及凹槽124A和124B中形成導(dǎo)電部件128A和128B。如圖1I所示，蝕刻停止層118和介電層120和108圍繞導(dǎo)電部件128A和128B。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B突出于介電層120之上。
[0060]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B用作分別電連接至導(dǎo)電部件116A和116B的導(dǎo)電通孔。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B分別與導(dǎo)電部件116A和116B直接接觸。在導(dǎo)電部件116A和128A之間或者在導(dǎo)電部件116B和128B之間不形成具有較高電阻的阻擋層。因此改進(jìn)了半導(dǎo)體器件的性能。
[0061]如上所述，阻擋區(qū)126可以用于防止導(dǎo)電部件128A和128B的金屬材料進(jìn)一步擴(kuò)散到介電層120內(nèi)。阻擋區(qū)126也可以用于改進(jìn)導(dǎo)電部件128A和128B與介電層120之間的粘附。
[0062]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B由鈷制成。在一些其他實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B由鈷、鈦、鎳、金、銀、鈾、媽、鈀、銅、其他合適的材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B由與導(dǎo)電部件116A和116B的材料不同的材料制成。例如，導(dǎo)電部件128A和128B由鈷制成(或含鈷)，而導(dǎo)電部件116A和116B由銅制成(或含銅)。
[0063]本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化。在一些其他實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A和128B以及導(dǎo)電部件116A和116B由相同的材料制成。例如，導(dǎo)電部件128A和128B以及導(dǎo)電部件116A和116B均由銅制成。
[0064]在一些實(shí)施例中，在導(dǎo)電部件116A和116B上分別直接形成導(dǎo)電部件128A和128B。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD工藝、PVD工藝、化學(xué)沉積工藝、電化學(xué)沉積工藝、其他適用的工藝或它們的組合形成導(dǎo)電部件128A和128B。
[0065]如圖1I所示，根據(jù)一些實(shí)施例，導(dǎo)電部件128A和128B分別延伸到導(dǎo)電部件116A和116B內(nèi)。換句話說(shuō)，導(dǎo)電部件128A和128B分別部分地嵌入在導(dǎo)電部件116A和116B中。導(dǎo)電部件116A圍繞導(dǎo)電部件128A的部分。導(dǎo)電部件116B也圍繞導(dǎo)電部件128B的部分。結(jié)果，導(dǎo)電部件128A和116A之間的接觸面積以及導(dǎo)電部件128B和116B之間的接觸面積增大。因此，導(dǎo)電部件128A和116A之間(或128B和116B之間)的電阻顯著減小。改進(jìn)了器件的性能和可靠性。
[0066]即使發(fā)生導(dǎo)電部件之間(諸如128A和116A之間)的未對(duì)準(zhǔn)或偏移，導(dǎo)電部件之間的接觸面積仍足夠大。導(dǎo)電部件128A和116A之間的電阻可以保持在可接受范圍內(nèi)。
[0067]如圖1J所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層120以及導(dǎo)電部件128A和128B上方沉積蝕刻停止層130。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層130的材料和形成方法類似于蝕刻停止層102的材料和形成方法。然后，如圖1J所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在蝕刻停止層130上方沉積介電層132。在一些實(shí)施例中，介電層132的材料和形成方法類似于介電層104的材料和形成方法。在一些實(shí)施例中，對(duì)介電層132實(shí)施平坦化工藝以提供介電層132的基本上平坦的頂面。平坦化工藝可以包括CMP工藝、研磨工藝、蝕刻工藝、其他適用的工藝或它們的組入口 ο
[0068]如圖1J所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層132上方循序地沉積蝕刻停止層134和介電層136。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層134的材料和形成方法類似于蝕刻停止層106的材料和形成方法。在一些實(shí)施例中，介電層136的材料和形成方法類似于介電層104的材料和形成方法。本發(fā)明的實(shí)施例具有許多變化。在一些其他實(shí)施例中，不形成蝕刻停止層134。在一些其他實(shí)施例中，不形成介電層136。
[0069]如圖1K所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除介電層136、蝕刻停止層134、介電層132和蝕刻停止層130的部分以形成一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 138。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 138暴露導(dǎo)電部件128A和128B的頂面。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 138也暴露導(dǎo)電部件128A和128B的側(cè)壁129s。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 138是其中將形成導(dǎo)線的溝槽。在一些實(shí)施例中，使用光刻和蝕刻工藝形成開(kāi)口 138。可以循序地使用各種蝕刻劑以形成開(kāi)口 138。
[0070]如圖1L所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在介電層136、開(kāi)口 138的側(cè)壁、以及導(dǎo)電部件128A和128B的上方沉積阻擋層140。在一些實(shí)施例中，阻擋層140的材料和形成方法類似于阻擋層112的材料和形成方法。然后，如圖1L所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在阻擋層140上方沉積導(dǎo)電層142以填充開(kāi)口 138。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電層142的材料和形成方法類似于導(dǎo)電層114的材料和形成方法。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電層142由與導(dǎo)電部件128A和128B的材料不同的材料制成。
[0071]如圖1M所示，根據(jù)一些實(shí)施例，去除位于開(kāi)口 138的外部的導(dǎo)電層142和阻擋層140的部分。結(jié)果，形成了導(dǎo)電部件144A和144B。如圖1M所示，蝕刻停止層130和134以及介電層132和136圍繞導(dǎo)電部件144A和144B。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件144A和144B是分別電連接至導(dǎo)電部件128A和128B的導(dǎo)線。
[0072]在一些實(shí)施例中，對(duì)導(dǎo)電層142實(shí)施平坦化工藝，直到暴露介電層136。平坦化工藝可以包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝、研磨工藝、蝕刻工藝、其他適用的工藝或它們的組入口 ο
[0073]如圖1M所示，根據(jù)一些實(shí)施例，導(dǎo)電部件144A圍繞導(dǎo)電部件128A的部分。類似地，導(dǎo)電部件144B圍繞導(dǎo)電部件128B的部分。換句話說(shuō)，如圖1M所示，根據(jù)一些實(shí)施例，導(dǎo)電部件128A和128B分別延伸到導(dǎo)電部件144A和144B內(nèi)。因此，導(dǎo)電部件128A和144A之間的接觸面積以及導(dǎo)電部件128B和144B之間的接觸面積增大。導(dǎo)電部件128A和144A之間(或128B和144B之間)的電阻顯著減小。改進(jìn)了器件的性能和可靠性。
[0074]即使發(fā)生導(dǎo)電部件之間(諸如128A和144A之間)的未對(duì)準(zhǔn)或偏移，導(dǎo)電部件之間的接觸面積仍足夠大。導(dǎo)電部件128A和144A之間的電阻可以保持在可接受范圍內(nèi)。
[0075]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A (或128B)的底面129b位于導(dǎo)電部件116A (或116B)的頂面117t和底面117b之間。類似地，導(dǎo)電部件128A (或128B)的頂面129t位于導(dǎo)電部件144A (或144B)的頂面和底面之間。
[0076]如圖1M所示，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A或128B的底面129b是彎曲表面。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。在這些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件128A或128B的底面129b’是基本上平坦的表面。通過(guò)調(diào)節(jié)凹槽124A和124B的輪廓，可以改變導(dǎo)電部件128A和128B的輪廓。例如，調(diào)整蝕刻條件以形成具有期望輪廓的凹槽124A和124B。
[0077]本發(fā)明的實(shí)施例提供了具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和形成方法。在下面的導(dǎo)線上形成上面的導(dǎo)電部件(諸如導(dǎo)電通孔)之前，使下面的導(dǎo)電部件(諸如導(dǎo)線)凹進(jìn)。增大了堆疊的導(dǎo)電部件之間的接觸面積。即使可能發(fā)生堆疊的導(dǎo)電部件之間的未對(duì)準(zhǔn)或偏移，堆疊的導(dǎo)電部件之間的接觸面積仍足夠以將它們之間的電阻保持在可接受范圍內(nèi)。顯著改進(jìn)了器件的性能和可靠性。
[0078]根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和位于半導(dǎo)體襯底上方的第一導(dǎo)電部件。該半導(dǎo)體器件也包括位于半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞第一導(dǎo)電部件的第一介電層。該半導(dǎo)體器件還包括位于第一導(dǎo)電部件上方的第二導(dǎo)電部件，并且第二導(dǎo)電部件延伸到第一導(dǎo)電部件內(nèi)。此外，該半導(dǎo)體器件包括位于第一介電層上方并且圍繞第二導(dǎo)電部件的第二介電層。
[0079]根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和位于半導(dǎo)體襯底上方的第一導(dǎo)電部件，并且第一導(dǎo)電部件具有凹槽。該半導(dǎo)體器件也包括位于半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞第一導(dǎo)電部件的第一介電層。該半導(dǎo)體器件還包括位于第一導(dǎo)電部件上方的第二導(dǎo)電部件，并且第二導(dǎo)電部件的部分位于第一導(dǎo)電部件的凹槽中。此外，該半導(dǎo)體器件包括位于第一介電層上方并且圍繞第二導(dǎo)電部件的第二介電層。
[0080]根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上方形成第一介電層以及在第一介電層中形成第一導(dǎo)電部件。該方法也包括在第一介電層上方形成第二介電層以及在第二介電層中形成孔以暴露第一導(dǎo)電部件。該方法還包括部分地去除第一導(dǎo)電部件以形成凹槽。此外，該方法包括在孔和凹槽中形成第二導(dǎo)電部件。
[0081]上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 第一導(dǎo)電部件，位于所述半導(dǎo)體襯底上方； 第一介電層，位于所述半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞所述第一導(dǎo)電部件； 第二導(dǎo)電部件，位于所述第一導(dǎo)電部件上方，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第一導(dǎo)電部件內(nèi)；以及 第二介電層，位于所述第一介電層上方并且圍繞所述第二導(dǎo)電部件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一導(dǎo)電部件和所述第二導(dǎo)電部件由不同的材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二導(dǎo)電部件包括鈷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中: 所述第二導(dǎo)電部件具有底面， 所述第一導(dǎo)電部件具有頂面和底面，以及 所述第二導(dǎo)電部件的所述底面位于所述第一導(dǎo)電部件的所述頂面和所述底面之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一導(dǎo)電部件與所述第二導(dǎo)電部件直接接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括: 第三導(dǎo)電部件，位于所述第二導(dǎo)電部件上方；以及 第三介電層，位于所述第二介電層上方并且圍繞所述第三導(dǎo)電部件。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二導(dǎo)電部件延伸至所述第三導(dǎo)電部件內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，還包括: 阻擋層，位于所述第二導(dǎo)電部件和所述第三導(dǎo)電部件之間。9.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 第一導(dǎo)電部件，位于所述半導(dǎo)體襯底上方，其中，所述第一導(dǎo)電部件具有凹槽； 第一介電層，位于所述半導(dǎo)體襯底上方并且圍繞所述第一導(dǎo)電部件； 第二導(dǎo)電部件，位于所述第一導(dǎo)電部件上方，其中，所述第二導(dǎo)電部件的部分位于所述第一導(dǎo)電部件的所述凹槽中；以及 第二介電層，位于所述第一介電層上方并且圍繞所述第二導(dǎo)電部件。10.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在半導(dǎo)體襯底上方形成第一介電層； 在所述第一介電層中形成第一導(dǎo)電部件； 在所述第一介電層上方形成第二介電層； 在所述第二介電層中形成孔以暴露所述第一導(dǎo)電部件； 部分地去除所述第一導(dǎo)電部件以形成凹槽；以及 在所述孔和所述凹槽中形成第二導(dǎo)電部件。
【文檔編號(hào)】H01L23/538GK105870102SQ201510027762
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日
【發(fā)明人】彭泰彥, 吳佳典, 鄭價(jià)言
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司