金属互连结构中的掺杂工艺的制作方法

金属互连结构中的掺杂工艺
通过引用并入
1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.半导体装置可以多层排列方式形成，且不同层中的导电结构通过一或更多个中间介电材料层而彼此绝缘。半导体装置中的导电结构的形成可使用镶嵌或双镶嵌工艺来实现。沟槽和/或孔洞被蚀刻至介电材料中并且可衬有一或更多衬里层与阻挡层。导电材料可沉积在沟槽和/或孔洞中，以形成延伸穿过介电材料并且在导电结构之间提供电互连的通孔、触点、或其他互连特征。
3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种形成自形成阻挡层的方法。所述方法包含：接收衬底，其具有位于介电层中的凹部以及沿着所述凹部的侧壁和底表面形成的衬里层；在高温下通过化学气相沉积(cvd)于所述衬里层上沉积含锌、铟或镓的前体，因而使所述衬里层掺杂有锌、铟或镓掺杂物；以及在所述衬底暴露于所述高温时在所述衬里层与所述介电层间的界面处形成自形成阻挡层，其包含所述介电层与所述掺杂物之间的反应产物。
5.在一些实施方案中，所述方法还包含：在所述衬里层的暴露表面处形成自形成保护层，其包含氧化锌、氧化铟或氧化镓。在一些实施方案中，所述方法还包含：将所述衬底转移出反应室，以将衬底暴露于空气中断，其中所述自形成保护层在暴露于所述空气中断期间形成。在一些实施方案中，所述方法还包含：用铜填充所述凹部，其中形成所述自形成阻挡层是在形成所述衬里层之后且在用铜填充所述凹部之前发生。在一些实施方案中，所述高温介于约80℃与约400℃之间。在一些实施方案中，所述介电层包含硅和氧，且所述自形成阻挡层包含硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。在一些实施方案中，所述衬里层具有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间的掺杂物浓度。在一些实施方案中，掺杂所述衬里层以及形成所述自形成阻挡层在不对所述衬底进行退火下发生。
6.另一方面涉及一种用于半导体设备的金属互连结构。所述金属互连结构包含：第一金属线；介电层，其在所述第一金属上；金属特征，其延伸穿过所述介电层以在所述第一金属线与第二金属线之间提供电气互连；衬里层，其沿着所述金属特征的侧壁和底表面；以及自形成阻挡层，其在所述介电层与所述衬里层之间的界面处，其中所述自形成阻挡层包含所述介电层与锌、铟或镓掺杂物之间的反应产物。
7.在一些实施方案中，所述金属互连结构还包含：自形成保护层，其位于所述衬里层
与所述金属特征之间的界面处，其中所述自形成保护层包含氧与所述掺杂物之间的反应产物。在一些实施方案中，所述衬里层包含钌、钴或其组合，且其中所述介电层包含硅和氧。在一些实施方案中，所述衬里层掺杂有锌、铟或镓，且其中所述衬里层具有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间的掺杂物浓度。
8.另一方面涉及一种选择性掺杂金属特征的方法。所述方法包含：接收衬底，其具有位于介电层中的凹部、沿着所述凹部的侧壁和底表面形成的扩散阻挡层、以及沿着所述扩散阻挡层形成的衬里层。所述方法还包括：用金属填充所述凹部以在所述凹部中形成金属特征；以及在高温下通过cvd于铜特征上选择性沉积含锌、铟或镓的前体，其中所述金属特征掺杂有锌、铟或镓掺杂物。
9.在一些实施方案中，于所述金属特征上选择性沉积所述前体形成包含有所述掺杂物的覆盖层。在一些实施方案中，所述方法还包含：在所述衬里层与所述扩散阻挡层之间形成具有所述掺杂物的界面，其中所述界面增加所述扩散阻挡层的扩散阻挡特性。在一些实施方案中，所述金属特征具有介于约1原子百分比与约2原子百分比的掺杂物浓度。在一些实施方案中，选择性沉积所述前体是在所述金属特征上选择性沉积所述前体，而不沉积于所述介电层上。在一些实施方案中，所述高温介于约80℃与约400℃之间。在一些实施方案中，所述掺杂物包含锌，其中所述衬里层包含钌、钴或其组合，且其中所述介电层包含硅和氧。
10.另一方面涉及一种选择性掺杂金属特征的方法。所述方法包含：接收衬底，其具有位于介电层中的凹部；用金属填充所述凹部以在所述凹部中形成铜特征；在所述金属特征上选择性沉积覆盖层，其中所述覆盖层包含锌、铟或镓掺杂物；以及将所述衬底暴露于高温以使所述金属特征掺杂有所述锌、铟或镓掺杂物，并且在所述介电层与所述金属特征间的界面处形成自形成阻挡层。
11.在一些实施方案中，将所述衬底暴露于所述高温是在选择性沉积所述覆盖层的同时或在选择性沉积所述覆盖层之后执行，其中所述高温介于约80℃与约400℃之间。在一些实施方案中，所述金属特征具有介于约1原子百分比与约2原子百分比之间的掺杂物浓度。在一些实施方案中，选择性沉积所述覆盖层通过无电沉积或cvd执行。在一些实施方案中，选择性沉积所述覆盖层是在所述金属特征上选择性沉积所述覆盖层，而不沉积于所述介电层上。
12.下面参考附图进一步描述这些和其他方面。
附图说明
13.图1示出了根据一些实施方案的示例性金属互连结构的剖面示意图。
14.图2示出了根据一些实施方案形成自形成阻挡层的示例性方法的流程图。
15.图3a-3e示出了根据一些实施方案形成金属互连结构中的自形成阻挡层及自形成保护层的示例性工艺的剖面示意图。
16.图4示出了根据一些实施方案选择性掺杂金属互连结构的示例性方法的流程图。
17.图5a-5e示出了根据一些实施方案形成覆盖层并选择性掺杂金属互连结构以强化扩散阻挡层的示例性工艺的剖面示意图。
18.图6示出了根据一些实施方案选择性掺杂金属互连结构的示例性方法的流程图。
19.图7a-7d示出了根据一些实施方案形成覆盖层并选择性掺杂金属互连结构以提供自形成扩散阻挡层的示例性工艺的剖面示意图。
20.图8示出了用于执行所公开的实施方案的某些操作的示例性处理室示意图。
21.图9示出了用于执行所公开的实施方案的某些操作的示例性处理工具示意图。
具体实施方式
22.在本公开内容中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”以及“部分加工的集成电路”可互换地使用。本领域技术人员应理解：术语“部分加工的集成电路”可指在其上的集成电路制造的许多阶段中的任一阶段期间的硅晶片。用于半导体装置产业中的晶片或衬底通常具有200mm、或300mm或450mm的直径。以下的详细说明假设在晶片上实现本公开内容。然而，实现方案并非如此受限。工件可为各种外形、尺寸以及材料。除了半导体芯片以外，可利用本公开内容的其他工件包含各种对象，例如印刷电路板等。引言
23.半导体装置中的导电结构的加工通常包含连接于半导体装置之间的金属布线、其他互连布线、以及芯片封装连接。导电结构可包含跨越芯片的距离的线特征(例如金属线或金属化层)、以及连接不同水平中的特征的竖直互连特征(例如通孔)。在线与通孔结构两者中，互连特征通常包含铜(cu)、钴(co)、铝(al)、或钨(w)，但可以与其他导电金属一起被加工。可以通过为电绝缘体的层间电介质(ild)，使线特征与互连特征绝缘。在相邻的ild层中所形成的金属线可通过一系列的通孔或互连特征而互相连接。含有通过一或更多个通孔而互相电连接的多个金属线的堆叠件常常通过被称为双镶嵌处理的工艺所形成，但也可使用单镶嵌或减法工艺所形成。虽然以下所述的方法、设备、以及装置可能在镶嵌处理的背景下呈现，但应理解本公开内容的方法、设备、以及装置不仅限于镶嵌处理，而是可在其他处理方法的背景下被使用。
24.图1示出了根据一些实施方案的示例性金属互连结构的剖面示意图。金属互连结构可包含衬底100，其中衬底100可以是半导体晶片、建立于半导体晶片上、或为半导体晶片的一部分。衬底100可包含第一金属线110和介电层102。在一些实施方案中，介电层102包含介电材料，例如氧化硅、氟掺杂或碳掺杂的氧化硅、或含有机低k材料，例如有机硅酸盐玻璃(osg)。在一些实施方案中，介电层102包含硅和氧。在一些实施方案中，介电层102可包含多层介电材料。可提供穿过介电层102的凹部，其中凹部可包含开口和沟槽。扩散阻挡层112可衬于凹部的侧壁和底表面。扩散阻挡层112可用于保护介电层102及底层主动设备以避免金属(例如，铜)的扩散。扩散阻挡材料的示例包含但不限于钛(ti)、钽(ta)、氮化钽(tan)和氮化钛(tin)。
25.衬里层114可沉积在扩散阻挡层112上。衬里层114可沿着扩散阻挡层112而具保形性。在一些实施方案中，衬里层114促进铜与周围材料的粘附。衬里层材料的示例包含但不限于钴(co)和钌(ru)。
26.凹部可填充有金属。用于填充凹部的金属沉积可通过例如电镀或无电镀覆的主体电沉积工艺来进行。凹部的下部的一或更多个开口可用金属填充，以提供导电通孔120，凹部的上部的一或更多沟槽可用金属填充，以提供第二金属线130。金属填充物在第一金属线上方提供第二金属线130，其中导电通孔120在第一金属线110与第二金属线130之间提供电
break)期间，一些掺杂物可能在衬里层的暴露表面处与氧反应，并在衬里层上形成自形成保护层。随后进行金属化以提供具有扩散阻挡特性的金属互连结构，其有最小的电阻率影响、改善的抗电迁移和/或应力迁移性及改善的抗氧化性。
32.图2示出根据一些实施方案形成自形成阻挡层的示例性方法的流程图。可以不同顺序和/或以不同、更少或额外操作来执行工艺200中的操作。伴随图2中工艺200的描述的是根据图3a-3e中一些实施方案而在金属互连结构中形成自形成阻挡层和自形成保护层的示例性工艺的一系列剖面示意图。可使用如图8或9所示的装置来执行工艺200的一或更多操作。
33.在工艺200的框210中，接收衬底，其具有位于介电层的凹部以及沿着沟槽的侧壁与底表面形成的衬里层。介电层也可称为层间电介质或绝缘层。在一些实施方案中，介电层包含介电材料或低k介电材料，其中介电材料可包含硅和氧。例如，介电层包含氧化硅、掺杂氟或掺杂碳的氧化硅、或含有机物低k材料，例如osg。可穿过介电层的至少一部分而形成凹部。可使用标准光刻工艺来图案化并形成凹部。凹部可以具有高的深宽比或高的深度比宽度的深宽比。在一些实施方案中，凹部的深宽比可以等于或大于约5:1、等于或大于约10:1、等于或大于约20:1、或等于或大于约30:1。应理解，凹部也可称为特征、蚀刻特征、沟槽、开口、孔、触点孔、狭缝、通道或腔。凹部可根据镶嵌或双镶嵌制造工艺来形成。
34.在一些实施方案中，凹部包含形成在介电层的上部中的沟槽及形成在介电层的下部中的开口。开口可从沟槽的底部延伸至第一金属线的顶部。因此，开口可暴露第一金属线的顶表面。沟槽和开口可根据双镶嵌制造工艺来形成。
35.衬里层沿着凹部的侧壁及底表面沉积。在一些实施方案中，衬里层沿着凹部中的介电层的表面保形地沉积。在镶嵌或双镶嵌制造工艺中，衬里层可沿着凹部中的介电层的表面和第一金属线的顶表面上保形地沉积。在一些实施方案中，衬里层与介电层之间的界面处不形成扩散阻挡层。
36.在一些实施方案中，衬里层包含钴、钌或其组合。在一些实施方案中，衬里层的厚度介于约0.5nm与约10nm之间或介于约1nm与约5nm之间。
37.对于部分制成的金属互连结构，图3a示出了介电层具有凹部的示例性衬底的剖面示意图。衬底300包含介电层302。介电层302具有凹部304，其至少部分地延伸穿过介电层302。凹部304可以是使用标准光刻技术进行图案化的蚀刻特征。凹部304可以具有至少5:1、至少10:1、至少20:1或至少30:1的深度比宽度的深宽比。凹部304可以具有任何合适的几何形状或一系列几何形状，例如圆柱形、矩形或多边形。介电层302包含介电材料，例如氧化硅、掺氟或掺碳氧化硅的介电材料、或含有机低k材料，例如osg。在一些实施方案中，介电层302可包含多层介电硅和氧。
38.对于部分制成的金属互连结构，图3b示出了来自图3a的衬底具有沿着凹部的侧壁和底表面保形沉积的衬里层的剖面示意图。衬里层312沿着介电层302的凹部304的侧壁和底表面保形地沉积。在介电层302与衬里层312之间未形成扩散阻挡层。在一些实施方案中，衬里层312使用任何合适的沉积技术沉积，例如物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)或等离子体增强化学气相沉积(pecvd)。在一些实施方案中，衬里层312包含钴、钌或其组合。在一些实施方案中，衬里层312的厚度介于约0.5nm与约10nm之间或介于约1nm与约5nm之间。
39.返回图2，在工艺200的框220中，在高温下通过cvd在衬里层上沉积含有锌、铟或镓的前体，因而使衬里层掺杂有锌、铟或镓掺杂物。在一些实施方案中，前体含有锌，而掺杂物由锌组成。可以使呈气相的前体流入凹部中并吸附至衬里层的暴露表面上。前体可非选择性地沉积在衬里层的表面以及其他表面上。可替代地，可将前体选择性地沉积在衬里层的表面上。在一些实施方案中，前体可为合适的含锌化合物，例如二乙基锌或二甲基锌。在一些实施方案中，前体可以是合适的含铟化合物，例如三甲基铟。在一些实施方案中，前体可以是合适的含镓化合物，例如三甲基镓。前体在衬里层上的沉积发生在凹部中的金属化(例如铜填充)之前。
40.前体在衬里层上的沉积可能发生在衬底暴露于高温下时，以促进掺杂物热扩散至衬里层中。在一些实施方案中，高温介于约60℃与约500℃之间或介于约80℃与约400℃之间。然而，应理解，高温的温度范围可取决于衬底的化学组成，包含衬里层和/或介电层的化学组成。高温足以使掺杂物从衬里层上的沉积前体扩散至衬里层中。热能的施加使得前体分解，并促进掺杂物偏析至衬里层中。例如锌、铟和镓之类的掺杂物可容易偏析穿过钴或钌。例如锌、铟或镓掺杂物可用于稳定衬里层。例如，掺杂物可限制钴或钌扩散至例如介电材料或铜填充的周围材料中。在一些实施方案中，衬里层具有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间、或介于约2原子百分比至约10原子百分比之间的掺杂物浓度。
41.在工艺200的框230中，在衬底暴露于高温时于衬里层与介电层之间的界面处形成自形成阻挡层。自形成阻挡层包含介电层与掺杂物之间的反应产物。暴露于高温下(其可能类似于退火操作)使得衬里层中的元素偏析，从而使掺杂物扩散以与周围介电材料发生反应。不受任何理论限制，例如锌、铟和镓的掺杂物具寻氧性(oxygen-seeking)，并被拉向介电层中的氧。因此，锌、铟或镓掺杂物将朝与介电层的界面迁移。锌、铟和镓一般比其他金属更具电负性。在暴露于高温期间，衬底可暴露于还原性环境或基本上不含大气中氧化剂的环境。如此一来，掺杂物便不会朝衬里层的暴露表面迁移。相反，掺杂物将朝衬里层与介电层之间的界面扩散。锌、铟或镓掺杂物将与介电层的硅和氧反应以形成硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓的反应产物。该反应产物沿着介电层与衬里层间的界面形成，因而沿着凹部的侧壁及底表面提供自形成阻挡层。硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓的反应产物可作为扩散阻挡层，其限制金属扩散至介电层中。这可防止导体金属氧化而导致漏电流。在一些实施方案中，自形成阻挡层也可称为自形成粘附层。自形成阻挡层可作为粘附层，其促进介电层与衬里层之间或介电层与金属特征之间的粘附。换言之，自形成阻挡层可促进介电材料与金属之间的粘附。
42.对于部分制成的金属互连结构，图3c示出来自图3b的衬底具有前体沉积以自上而下掺杂衬里层并形成自形成阻挡层的示意图。将前体320流至凹部304中，以沉积至衬里层312的暴露表面上。前体320可通过cvd沉积至衬里层312上。前体320可为呈气相的金属有机化合物，其中金属有机化合物包含锌、铟或镓掺杂物。在通过cvd沉积期间，衬底300可暴露于高温。高温促进掺杂物扩散至衬里层312中，以提供经掺杂的衬里层。在一些实施方案中，衬里层312具有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间、或介于约2原子百分比与约10原子百分比之间的掺杂物浓度。
43.在暴露于高温期间，掺杂物偏析穿过衬里层并朝介电层302迁移。衬底300可暴露于为还原性环境或至少不含氧或含氧气体的气氛中。掺杂物与介电层302反应以形成自形成阻挡层314。自形成阻挡层314可以是掺杂物与硅及氧之间的反应产物。反应产物可以是
硅酸盐，例如硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。自形成阻挡层314位于衬里层312与介电层302之间的界面处。自形成阻挡层314的形成可以与前体320的cvd同时发生。换言之，自形成阻挡层314的形成可以与衬里层312的自上而下掺杂同时发生。自形成阻挡层314可作为扩散阻挡层和/或粘附层。自形成阻挡层314对金属互连结构的线路电阻的影响可以忽略不计。
44.返回图2，在工艺200的框240中，可选地在衬里层的暴露表面上形成包含氧化锌、氧化铟或氧化镓的自形成保护层。自形成保护层可以在形成自形成阻挡层之后形成。自形成保护层可以在凹部金属化之前形成。自形成保护层包含周围大气中的氧与掺杂物之间的反应产物。在一些实施方案中，将衬底转移出反应室，以使衬底暴露于空气中断，其中自形成保护层是在暴露于空气中断期间形成。衬底的衬里层可在反应室(例如用于执行cvd的反应室)中被掺杂，且衬底可随后被转移至用于执行金属电填充的电沉积室。用于执行cvd的示例性反应室示于图8中。
45.如前所述，例如锌、铟和镓的掺杂物具寻氧性，并被拉向周围大气或环境中的氧。锌、铟或镓掺杂物可朝衬里层与含氧的周围大气之间的界面迁移。具体地，锌、铟或镓掺杂物可朝空气迁移以形成保护性氧化物。因此，自形成保护层用于保护衬里层免于在空气中断期间氧化。这防止例如氧化钌及氧化钴的氧化物形成，因为这种氧化物不利于凹部中的金属(例如，铜)电沉积。
46.对于部分制成的金属互连结构，图3d示出了来自图3c的衬底在暴露于空气中断期间形成自形成保护层的剖面示意图。在掺杂衬里层312并形成自形成阻挡层314之后，可将衬底300暴露于空气中断330。空气中断330可发生在衬底300从用于执行cvd掺杂的反应室转移至另一处理室期间。空气中断330使衬底300暴露于含氧大气中，使得衬里层312中的掺杂物可朝衬里层312与含氧大气之间的界面迁移。掺杂物与含氧大气中的氧之间的反应引起氧化物的形成。氧化物在衬里层312与含氧大气之间的界面处提供自形成保护层316。在一些实施方案中，自形成保护层316包含氧化锌、氧化铟或氧化镓。自形成保护层316沿凹部的侧壁及底表面形成。如图3d所示，衬里层312夹置于自形成阻挡层314与自形成保护层316之间，其中自形成阻挡层314衬于与介电层302的界面处，而自形成保护层316衬于与凹部304的界面处。
47.返回图2，在工艺200的框250中，可选地用金属填充凹部，其中自形成阻挡层是在形成衬里层之后且在用金属填充凹部之前形成。在一些实施方案中，在用金属填充凹部之前，去除自形成保护层。凹部可使用例如物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、电镀或无电镀覆的合适的沉积方法来填充。被填充的凹部可提供金属互连结构的一或更多个金属特征，其中一或更多个金属特征可以包含铜通孔和/或铜线。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含铜。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含钴、铝或钨。在一些实施方案中，被填充的凹部可提供导电互连结构，其提供金属线之间的电气互连。在用金属填充凹部之后，可使用例如cmp之类的平坦化工艺对任何金属覆盖物进行平坦化。
48.在一些实施方案中，工艺200进一步包含在用金属填充凹部之后对衬底进行退火。对衬底进行退火可在导致掺杂物扩散至金属中的温度下发生。据此，金属(例如，铜)可掺杂有锌、铟或镓掺杂物。在一些实施方案中，金属填充中的掺杂物浓度可介于约0.5原子百分比与约5原子百分比之间、介于约1原子百分比与约3原子百分比之间、或介于约1原子百分比与约2原子百分比之间。这提供经掺杂的金属特征，例如经掺杂的导电通孔。经掺杂的金
属特征可以包含例如铜锌。经掺杂的金属特征可以具有改善的抗氧化性。在一些实施方案中，对衬底进行退火可在介于约80℃与约400℃之间的温度下发生。然而，应理解，在本公开内容中，掺杂衬里层并形成自形成阻挡层是在不对衬底进行退火的情况下发生。
49.对于金属互连结构，图3e示出来自图3d的衬底具有金属填充凹部的剖面示意图。自形成保护层316可在用金属填充凹部之前去除。金属可沉积于凹部304中以形成金属特征340。在一些实施方案中，金属特征340可以是在金属线之间提供电气互连的导电通孔。在一些实施方案中，金属特征340可包含金属互连结构中的一或更多条金属线。金属可填充或至少基本上填充凹部304。金属可使用任何合适的沉积技术来沉积，例如电镀或无电镀覆。金属特征340形成在衬里层312和自形成阻挡层314上方，使得衬里层312和自形成阻挡层314夹置于金属特征340与介电层302之间。金属特征340可掺杂有锌、铟或镓掺杂物。在一些实施方案中，可对衬底300退火以导致金属特征340被掺杂。
50.在本公开内容中，金属互连结构的方面可示于图3e中，其中金属互连结构包含第一金属线(未示出)、在第一金属线上的介电层302、以及延伸穿过介电层302以在第一金属线与第二金属线之间提供电气互连的金属特征340。在一些实施方案中，第一金属线与第二金属线中的每一者可包含铜、钴、铝或钨。金属互连结构可进一步包含沿着金属特征340的侧壁和底表面的衬里层312、位于介电层302与衬里层312之间的界面处的自形成阻挡层314，其中自形成阻挡层314包含介电层302与锌、铟或镓掺杂物之间的反应产物。金属特征的选择性掺杂以强化扩散阻挡层
51.在本公开内容的一些实施方案中，掺杂可在金属化之后发生。可于高温下通过cvd在金属特征上发生锌、铟或镓掺杂物的引入。使前体流入，其通过cvd选择性地沉积于金属特征上，其中前体包含掺杂物。前体的选择性沉积得以在金属特征上形成覆盖层。在暴露于高温期间，掺杂物扩散至金属特征中以形成经掺杂的金属特征。一些掺杂物可能偏析穿过金属特征和衬里层。掺杂物可迁移至扩散阻挡层与衬里层之间的界面。扩散阻挡层与衬里层之间的界面处有掺杂物的存在强化了扩散阻挡层的扩散阻挡特性。例如，在扩散阻挡层为多孔、不连续或薄的情况下，掺杂物可用来填充间隙、不连续、及薄的区域以强化扩散阻挡层。另外，金属特征上覆盖层的存在强化抗电迁移和/或应力迁移性。此外，金属特征中掺杂物的存在强化抗氧化性。
52.图4示出了根据一些实施方案选择性掺杂金属互连结构的示例性方法的流程图。伴随图4中工艺400的描述的是形成覆盖层并选择性掺杂金属互连结构以强化扩散阻挡层的示例性工艺的一系列剖面示意图。可使用如图8或9所示的装置来执行工艺400的一或更多个操作。
53.在工艺400的框410中，接收衬底，其具有位于介电层中的凹部、沿着凹部的侧壁及底表面形成的扩散阻挡层、以及沿着扩散阻挡层形成的衬里层。介电层也可称为层间电介质或绝缘层。在一些实施方案中，介电层包含介电材料或低k介电材料，其中介电材料可包含硅和氧。例如，介电层包含氧化硅、掺杂氟或掺杂碳的氧化硅、或含有机低k材料，例如osg。可穿过介电层的至少一部分来形成凹部。可使用标准光刻工艺来图案化并形成凹部。凹部可具有高的深宽比或高的深度比宽度的深宽比。在一些实施方案中，凹部的深宽比可等于或大于约5:1、等于或大于约10:1、等于或大于约20:1、或等于或大于约30:1。凹部可根据镶嵌或双镶嵌制造工艺来形成。
54.在一些实施方案中，凹部包含形成在介电层的上部中的沟槽及形成在介电层的下部中的开口。开口可从沟槽的底部延伸至第一金属线的顶部。因此，开口可暴露第一金属线的顶表面。沟槽和开口可根据双镶嵌制造工艺来形成。
55.扩散阻挡层沿着凹部的侧壁和底表面沉积。扩散阻挡层用于限制金属扩散至介电层中。在一些实施方案中，扩散阻挡层沿着凹部中的介电层的表面保形地沉积。在镶嵌或双镶嵌制造工艺中，扩散阻挡层可沿着凹部中的介电层的表面以及在第一金属线的顶表面上保形地沉积。在一些实施方案中，扩散阻挡层包含钽、氮化钽、钛或氮化钛。在一些实施方案中，扩散阻挡层的厚度介于约0.5nm与约10nm之间、或介于约1nm与约5nm之间。应理解，扩散阻挡层可以是减弱的扩散阻挡层，其中可将减弱的扩散阻挡层变薄以满足缩小要求。因此，减弱的扩散阻挡层可能不再是连续并且可能是多孔的。
56.衬里层沿着扩散阻挡层沉积。在一些实施方案中，衬里层沿着凹部中的扩散阻挡层保形地沉积。在一些实施方案中，衬里层包含钴、钌或其组合。在一些实施方案中，衬里层的厚度介于约0.5nm与约10nm之间、或介于约1nm与约5nm之间。
57.对于部分制成的金属互连结构，图5a示出介电层具有凹部的示例性衬底的剖面示意图。衬底500包含介电层502。介电层502具有凹部504，其至少部分地延伸穿过介电层502。凹部504可以是使用标准光刻技术进行图案化的蚀刻特征。凹部504可以具有至少5:1、至少10:1、至少20:1或至少30:1的深度比宽度的深宽比。凹部504可具有任何合适的几何形状或一系列几何形状，例如圆柱形、矩形或多边形。介电层502包含介电材料，例如氧化硅、掺氟或掺碳的氧化硅、或含有机低k材料，例如osg。在一些实施方案中，介电层502可包含多层介电材料。
58.对于部分制成的金属互连结构，图5b示出了来自图5a的衬底具有沿着凹部的侧壁和底表面保形沉积的扩散阻挡层的剖面示意图。扩散阻挡层510沿着介电层502的凹部504的侧壁和底表面保形地沉积。在一些实施方案中，扩散阻挡层510使用任何合适的沉积技术沉积，例如pvd、ald、cvd或pecvd。在一些实施方案中，扩散阻挡层510包含钽、氮化钽、钛或氮化钛。在一些实施方案中，扩散阻挡层510的厚度介于约0.5nm与约10nm之间、或介于约1nm与约5nm之间。
59.对于部分制成的金属互连结构，图5c示出了来自图5b的衬底具有保形地沉积于扩散阻挡层上的衬里层的剖面示意图。衬里层512沿着凹部504的侧壁及底表面保形地沉积在扩散阻挡层510上，其中扩散阻挡层510夹置于介电层502与衬里层512之间。在一些实施方案中，衬里层512使用任何合适的沉积技术(例如pvd、ald、cvd或pecvd)来沉积。在一些实施方案中，衬里层512包含钴、钌或其组合。在一些实施方案中，衬里层512的厚度介于约0.5nm与约10nm之间、或介于约1nm与约5nm之间。
60.返回图4，在工艺400的框420中，用金属填充凹部，以在凹部中形成金属特征。凹部可使用任何合适的沉积方法(例如，pvd、cvd、电镀或无电镀覆)来填充。金属特征可以是金属互连结构的一部分，其中金属特征可包含铜通孔和/或铜线。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含铜。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含钴、铝或钨。在一些实施方案中，被填充的凹部可提供导电互连结构，其提供金属线之间的电气互连。在一些实施方案中，在形成衬里层之后且形成覆盖层之前，用金属填充凹部。可用金属填充凹部，而不对金属进行掺杂。在用金属填充凹部之后，可使用例如cmp的平坦化工艺对任何金属覆盖层
进行平坦化。
61.对于部分制成的金属互连结构，图5d示出来自图5c的衬底具有金属填充凹部的剖面示意图。金属可沉积于凹部504中以形成金属特征540。在一些实施方案中，金属特征540可为导电通孔，其在金属线之间提供电气互连。在一些实施方案中，金属特征540可包含金属互连结构中的一或更多条金属线。金属可填充或至少基本上填充凹部504。金属可使用任何合适的沉积技术沉积，例如电镀或无电镀覆。金属特征540形成于衬里层512及扩散阻挡层510上方，使得衬里层512与扩散阻挡层510夹置于金属特征540与介电层502之间。在填充期间，金属特征540未掺杂有掺杂物。
62.返回图4，在工艺400的框430中，于高温下通过cvd在金属特征上选择性沉积含有锌、铟或镓的前体，其中金属特征掺杂有锌、铟或镓掺杂物。在一些实施方案中，前体含有锌，且掺杂物由锌组成。可使呈气相的前体流向衬底并吸附至金属特征的暴露表面上。前体可选择性地沉积在金属特征上，而不沉积在介电层上。在一些实施方案中，前体可选择性地沉积在金属特征上，而不沉积在衬里层以及扩散阻挡层上。cvd可以在金属材料(例如铜)上但不在介电材料(例如氧化物)上选择性沉积前体，而非在衬底上进行毯覆式沉积(blanket deposition)。在一些实施方案中，前体可以是合适的含锌化合物，例如二乙基锌或二甲基锌。在一些实施方案中，前体可以是合适的含铟化合物，例如三甲基铟。在一些实施方案中，前体可以是合适的含镓化合物，例如三甲基镓。前体在金属特征上的选择性沉积是在金属化(例如，铜填充)之后发生。
63.前体在金属特征上的选择性沉积在金属特征上形成覆盖层。覆盖层未沉积于介电层上。在一些实施方案中，覆盖层不沉积于衬里层或扩散阻挡层上。覆盖层可以在整个金属特征的暴露表面上直接接触金属特征。覆盖层可包含锌、铟或镓。例如，覆盖层可包含锌。因此，覆盖层可包含金属材料。当介电材料随后沉积在金属特征上时，覆盖层改善金属特征与介电材料之间的粘附。此外，覆盖层改善抗电迁移和/或应力迁移性。覆盖层可限制相邻介电材料中的金属污染，并防止电迁移引起的失效。通常，覆盖层(如钴)可沉积于金属特征上，以实现改善的粘附及改善的抗电迁移性。然而，相比于钴，通过cvd沉积的锌、铟或镓的覆盖层可类似地发挥作用，或者具有改善的粘附及改善的抗电迁移性。
64.前体在金属特征上的沉积可能发生在衬底暴露于高温下时，以促进掺杂物热扩散至金属特征中。在一些实施方案中，高温介于约60℃与约500℃之间或介于约80℃与约400℃之间。然而，应理解，高温的温度范围可取决于衬底的化学组成，包含金属特征、衬里层、扩散阻挡层和/或介电层的化学组成。高温足以使掺杂物从覆盖层扩散至金属特征中。热能的施加促进掺杂物偏析至金属特征中。例如锌、铟和镓的掺杂物可容易偏析穿过例如铜的金属。另外，锌、铟或镓掺杂物可与金属反应/熔合(alloy)以形成经掺杂的金属(例如，铜)特征。例如，经掺杂的金属特征可包含铜锌。掺杂金属特征不与在凹部中沉积金属特征同时发生，但掺杂金属特征是在金属填充后以自上而下的方式发生。经掺杂的金属特征可呈现改善的材料特性。例如，经掺杂的金属特征可以具有改善的抗电迁移性及改善的抗氧化性，其降低电迁移引起失效以及tddb引起失效的可能性。在一些实施方案中，金属特征具有介于约0.5原子百分比与约5原子百分比之间、介于约1原子百分比与约3原子百分比之间、或介于约1原子百分比与约2原子百分比之间的掺杂物浓度。
65.在工艺400的一些实施方案中，掺杂物扩散至衬里层中并扩散至衬里层与扩散阻
挡层之间的界面。高温足以使掺杂物从覆盖层进一步迁移穿过金属特征并进入衬里层。掺杂物迁移可以与前体于高温下通过cvd进行选择性沉积同时发生。例如锌、铟或镓的掺杂物可用于稳定衬里层。例如，掺杂物可限制钴或钌扩散至例如介电材料之类的周围材料中。在一些实施方案中，衬里层具有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间、或介于约2原子百分比与约10原子百分比之间的掺杂物浓度。此外，衬里层中或衬里层与扩散阻挡层之间的界面中的掺杂物(例如锌、铟或镓)可限制金属扩散至介电层中。此效果增加扩散阻挡层的扩散阻挡特性。因此，掺杂物扩散穿过衬里层以强化扩散阻挡层的扩散阻挡特性。在一些实施方案中，掺杂物可修补扩散阻挡层的间隙、孔、不连续或薄的区域以强化扩散阻挡特性。
66.在一些实施方案中，掺杂物可扩散至介电层与扩散阻挡层之间的界面，以形成自形成阻挡层。自形成阻挡层可以是掺杂物与硅及氧之间的反应产物。反应产物可以是硅酸盐，例如硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。反应产物沿着介电层与衬里层之间的界面形成。硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓的反应产物可用作扩散阻挡物，其限制金属扩散至介电层中，因而强化与自形成阻挡层相邻的扩散阻挡层。
67.在一些实施方案中，工艺400进一步包含在金属特征上通过cvd选择性沉积覆盖层之后对衬底进行退火。对衬底进行退火可能导致掺杂物进一步扩散至金属和衬里层中。在一些实施方案中，对衬底进行退火可以在介于约80℃与约400℃之间的温度下发生。
68.对于金属互连结构，图5e示出了来自图5d的衬底通过cvd在金属特征上选择性沉积覆盖层的剖面示意图。前体520流至金属特征540上，以沉积至金属特征540的暴露表面上。前体520通过cvd选择性地沉积在金属特征540上，而不沉积在介电层502上。前体520可以是呈气相的金属有机化合物，其中金属有机化合物包含锌、铟或镓掺杂物。前体520在金属特征540上的选择性沉积形成覆盖层530。覆盖层530包含例如锌、铟或镓之类的金属。覆盖层530直接位于金属特征540的顶表面上，其中覆盖层530改善抗电迁移和/或应力迁移性。
69.在通过cvd的沉积期间，衬底500可以暴露于高温。高温促进掺杂物扩散至金属特征540中，以提供经掺杂的金属特征。具有掺杂物的金属特征540可以具有增强的抗氧化性。不是在凹部中沉积金属的同时掺杂金属特征540，而是在沉积金属特征540之后以自上至下的方式发生掺杂。在一些实施方案中，金属特征540具有介于约0.5原子百分比与约5原子百分比之间、介于约1原子百分比与约3原子百分比之间、或介于约1原子百分比与约2原子百分比之间的掺杂物浓度。在一些实施方案中，衬底500可以暴露于为还原性环境或至少不含氧或含氧气体的气氛中。
70.在一些实施方案中，高温促进掺杂物扩散至衬里层512中、衬里层512与扩散阻挡层510间的界面514中、及进入扩散阻挡层510中。高温导致掺杂物偏析穿过金属特征540并进入衬里层512。衬里层512可掺杂有介于约1原子百分比与约20原子百分比之间、或介于约2原子百分比与约10原子百分比之间的掺杂物浓度。掺杂物可进一步朝衬里层512与扩散阻挡层510之间的界面514迁移。界面514可包含高浓度的掺杂物。在一些实施方案中，界面514可包含钌与锌或钴与锌，其中锌的浓度可以是至少约5原子百分比、至少约10原子百分比、或至少约20原子百分比。具有高浓度的掺杂物的界面514可强化扩散阻挡层510的扩散阻挡特性，限制金属扩散至介电层502中。界面514可修补扩散阻挡层510的间隙、孔或薄的区域，
以强化扩散阻挡特性。因此，经掺杂的金属互连结构具有改善的扩散阻挡层特性、改善的抗氧化性以及改善的抗电迁移和/或应力迁移性。
71.在本发明中，金属互连结构的方面可示于图5e中，其中金属互连结构包含第一金属线(未示出)、在第一金属线上的介电层502、以及延伸穿过介电层502以在第一金属线与第二金属线之间提供电气互连的金属特征540。在一些实施方案中，第一金属线与第二金属线中的每一者可以包含铜、钴、铝或钨。金属互连结构可进一步包含沿着金属特征540的侧壁和底表面的扩散阻挡层510及衬里层512，其中衬里层512位于扩散阻挡层510上方。衬里层512可掺杂有锌、铟或镓掺杂物。金属互连结构进一步包含锌、铟或镓覆盖层530，其直接位于金属特征540上。金属特征540可掺杂有锌、铟或镓掺杂物。金属特征的选择性掺杂以形成自形成阻挡层
72.在本发明的一些实施方案中，覆盖层可通过cvd或无电沉积(eld)选择性地沉积，而自形成阻挡层可在金属化之后形成于金属特征与介电层之间。覆盖层包含锌、铟或镓。覆盖层选择性地沉积于金属特征上，而不沉积在介电层上。覆盖层在沉积期间或沉积之后暴露于高温。在暴露于高温期间，掺杂物扩散至金属特征中以形成经掺杂的金属(例如，铜)特征。覆盖层的存在增强抗电迁移和/或应力迁移性，且金属特征中掺杂物的存在增强抗氧化性。一些掺杂物可偏析穿过金属特征，并与介电层中的硅和氧反应以形成自形成阻挡层。自形成阻挡层可包含硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。自形成阻挡层可衬于金属特征的侧壁上，以限制金属扩散至介电层中。
73.图6示出根据一些实施方案选择性地掺杂金属互连结构的示例性方法的流程图。伴随图6中工艺600的描述的是形成覆盖层并选择性掺杂金属互连结构以形成自形成阻挡层的示例工艺的一系列剖面示意图。可以使用如图8或9所示的装置来执行工艺600的一或更多操作。
74.在工艺600的框610中，接收衬底，其具有位于介电层中的凹部。介电层也可称为层间电介质或绝缘层。在一些实施方案中，介电层包含介电材料或低k介电材料，其中介电材料可包含硅和氧。例如，介电层包含氧化硅、氟掺杂或碳掺杂的氧化硅、或含有机低k材料，例如osg。可穿过介电层的至少一部分而形成凹部。可使用标准光刻工艺来图案化并形成凹部。凹部可具有高的深度比宽度的深宽比。在一些实施方案中，凹部的深宽比可等于或大于约5:1、等于或大于约10:1、等于或大于约20:1、或等于或大于约30:1。凹部可根据镶嵌或双镶嵌制造工艺来形成。
75.在一些实施方案中，凹部包含形成在介电层的上部中的沟槽及形成在介电层的下部中的开口。开口可以从沟槽的底部延伸至第一金属线的顶部。因此，开口可暴露第一金属线的顶表面。沟槽和开口可根据双镶嵌制造工艺来形成。
76.在一些实施方案中，衬里层可任选地沿着凹部的侧壁形成。衬里层可沿着凹部的暴露表面保形地沉积，并且可以包含钴、钌或其组合。然而，在衬底中没有形成扩散阻挡层。
77.对于部分制成的金属互连结构，图7a示出了介电层具有凹部的示例性衬底的剖面示意图。衬底700包含位于金属线710上方的介电层702。介电层702具有凹部704，其至少部分地延伸穿过介电层702。凹部704可以是使用标准光刻技术进行图案化的蚀刻特征。凹部704可以具有至少5:1、至少10:1、至少20:1或至少30:1的深度比宽度的深宽比。凹部704可以具有任何合适的几何形状或一系列几何形状，例如圆柱形、矩形或多边形。如图7a所示，
凹部704可以是锥形，其中凹部704的底部暴露金属线710的顶表面。介电层702包含介电材料，例如氧化硅、掺氟或掺碳的氧化硅、或含有机低k材料，例如osg。在一些实施方案中，介电层702可包含多层介电材料。
78.返回图6，在工艺600的框620中，用金属填充凹部，以在凹部中形成金属特征。凹部可以使用任何合适的沉积方法填充，例如，pvd、cvd、电镀或无电镀覆。金属特征可以是金属互连结构的一部分，其中金属特征可包含铜通孔和/或铜线。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含铜。在一些实施方案中，金属互连结构的金属包含钴、铝或钨。在一些实施方案中，被填充的凹部可以提供导电互连结构，其提供金属线之间的电气互连。在一些实施方案中，在形成凹部之后并在形成覆盖层之前，用金属填充凹部。可以用金属填充凹部，而不对金属进行掺杂。在一些实施方案中，衬里层可沿着凹部的侧壁位于金属特征与介电层之间。在一些实施方案中，金属特征可直接接触一或更多条金属线，而金属特征与一或更多条金属线之间无任何扩散阻挡层和/或衬里层。缺少扩散阻挡层和/或衬里层降低金属互连结构或金属通孔中的总电阻。在一些实施方案中，金属特征可以是通过预填充的金属。在用金属填充凹部之后，可以使用例如cmp之类的平坦化工艺对任何金属覆盖层进行平坦化。
79.对于部分制成的金属互连结构，图7b示出了来自图7a的衬底具有凹部金属填充的剖面示意图。金属可沉积于凹部704中以形成金属特征740。在一些实施方案中，金属特征740可以是导电通孔，其在金属线(包含金属线710)之间提供电气互连。如图7b所示，金属特征740直接接触金属线710。在一些实施方案中，金属特征740可包含金属互连结构中的导电通孔以及一或更多条金属线。金属可填充或至少基本上填充凹部704。金属可使用任何合适的沉积技术(例如电镀或无电镀覆)来沉积。金属特征740直接形成在金属线710上方，且在金属特征740与介电层702之间没有任何扩散阻挡层或衬里层。然而，在未示于图7a-7d中的一些实施方案中，可在介电层702与金属特征740之间提供衬里层。在填充期间，金属特征740未掺杂有掺杂物。
80.返回图6，在工艺600的框630中，在金属特征上选择性沉积覆盖层，其中覆盖层包含锌、铟或镓掺杂物。覆盖层可选择性地沉积于金属特征上，而不沉积在介电层上。覆盖层可通过cvd或无电沉积选择性沉积在金属特征上。在通过cvd进行选择性沉积的实施方案中，可将呈气相的前体流向衬底并吸附至金属特征的暴露表面上。cvd可在金属材料(例如铜)上但不在介电材料(例如氧化物)上选择性沉积前体，而不是毯覆式沉积。在一些实施方案中，前体可为合适的含锌化合物，例如二乙基锌或二甲基锌。在通过无电沉积(即，无电镀覆)发生选择性沉积的实施方案中，衬底可暴露于还原化学浴中，从而在支持电子转移的表面上发生自催化化学还原。一般而言，非金属表面或氧化表面为不支持自催化化学还原的电子转移的表面的示例。因此，金属特征的暴露表面可促进金属材料(例如锌、铟或镓)在金属特征上成核。在一些实施方案中，还原化学浴包含铟离子，以支持直接在金属特征上进行铟的无电沉积。
81.覆盖层在金属特征上的选择性沉积发生于金属化(例如，铜填充)之后。覆盖层可在整个金属特征的暴露表面上直接接触金属特征。覆盖层可包含锌、铟或镓。在一示例中，覆盖层包含锌。在另一示例中，覆盖层包含铟。因此，覆盖层可包含金属材料。当介电材料随后沉积在金属特征上时，覆盖层改善金属特征与介电材料之间的粘附。另外，覆盖层改善抗电迁移和/或应力迁移性。覆盖层可限制相邻介电材料中的金属污染，并防止电迁移引起的
失效。
82.对于部分制成的金属互连结构，图7c示出了来自图7b的衬底选择性沉积覆盖层的剖面示意图。覆盖层730包含例如锌、铟或镓之类的金属。覆盖层730选择性地沉积于金属特征740上，而不沉积于介电层702上。在一些实施方案中，覆盖层730通过cvd沉积。cvd工艺可以在高温下进行。在cvd期间，使前体流至金属特征740上以沉积至金属特征740的暴露表面上。前体通过cvd选择性地沉积于金属特征740上，而不沉积于介电层702上。前体可以是呈气相的金属有机化合物，其中金属有机化合物包含锌、铟或镓掺杂物。在一些实施方案中，覆盖层730通过无电镀覆沉积。无电镀覆工艺可以使衬底暴露于还原化学浴中，该化学浴导致锌、铟或镓在金属特征740上成核，而介电层702上未成核。覆盖层730直接位于金属特征740的顶表面上，其中覆盖层730改善抗电迁移和/或应力迁移性。
83.返回图6，在工艺600的框640中，将衬底暴露于高温，以使金属特征掺杂有锌、铟或镓掺杂物，并且在介电层与金属特征之间的界面处形成自形成阻挡层。在一些实施方案中，可以在覆盖层的沉积期间对衬底施加高温。在一些实施方案中，可以在覆盖层的沉积后，例如在沉积后退火中，对衬底施加高温。在一些实施方案中，高温介于约60℃与约500℃之间、或介于约80℃与约400℃之间。然而，应理解，高温的温度范围可取决于衬底的化学组成，包含金属特征和/或介电层的化学组成。高温足以使掺杂物从覆盖层扩散到至金属特征中。热能的施加促进掺杂物偏析至金属特征中。例如锌、铟和镓的掺杂物可容易偏析穿过例如铜之类的金属。另外，锌、铟或镓掺杂物可以与金属反应/熔合(alloy)以形成经掺杂的金属(例如，铜)特征。例如，经掺杂的金属特征可包含铜锌。掺杂金属特征不与在凹部中沉积金属特征同时发生，但掺杂金属特征是在金属填充后以自上而下的方式发生。经掺杂的金属特征可呈现改善的材料特性。例如，经掺杂的金属特征可具有改善的抗电迁移性以及改善的抗氧化性，其降低电迁移引起失效以及tddb引起失效的可能性。在一些实施方案中，金属特征具有介于约0.5原子百分比与约5原子百分比之间、介于约1原子百分比与约3原子百分比之间、或介于约1原子百分比与约2原子百分比之间的掺杂物浓度。
84.高温足以引起掺杂物进一步从覆盖层迁移穿过金属特征而进入金属特征与介电层之间的界面。一些掺杂物可偏析穿过金属特征并且与介电层中的硅和氧反应以形成自形成阻挡层。自形成阻挡层可以是掺杂物与硅及氧之间的反应产物。反应产物可以是硅酸盐，例如硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。反应产物沿着介电层与金属特征之间的界面形成。因此，沿着金属特征的侧壁提供自形成阻挡层。硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓的反应产物可作为限制金属扩散至介电层中的扩散阻挡物。此外，硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓的反应产物可作为介电层与金属特征之间的粘附层。
85.对于金属互连结构，图7d示出了来自图7c的衬底施加高温以形成自形成阻挡层的剖面示意图。高温促进掺杂物扩散至金属特征740中以提供经掺杂的金属特征。具有掺杂物的金属特征740可以具有增强的抗氧化性。不是在凹部中沉积金属的同时掺杂金属特征740，而是在沉积金属特征740之后以自上而下的方式发生掺杂。在一些实施方案中，金属特征740具有介于约0.5原子百分比与约5原子百分比之间、介于约1原子百分比与约3原子百分比之间、或介于约1原子百分比与约2原子百分比之间的掺杂物浓度。在一些实施方案中，衬底700可暴露于为还原性环境或至少不含氧或含氧气体的气氛中。
86.在一些实施方案中，高温促进掺杂物扩散至金属特征740与介电层702之间的界
面。高温导致掺杂物偏析穿过金属特征740并朝向介电层702。掺杂物与介电层702反应以形成自形成阻挡层712。自形成阻挡层712可以是掺杂物与硅及氧之间的反应产物。反应产物可以是硅酸盐，例如硅酸锌、硅酸铟或硅酸镓。自形成阻挡层712的形成可以与金属特征740自上而下的掺杂同时发生。自形成阻挡层712可以作为扩散阻挡层和/或粘附层。
87.在本公开内容中，金属互连结构的方面可示于图7d中，其中金属互连结构包含第一金属线710、在第一金属线710上的介电层702、以及延伸穿过介电层702以在第一金属线710与第二金属线(未示出)之间提供电气互连的金属特征740。在一些实施方案中，第一金属线710与第二金属线中的每一者可以包含铜、钴、铝或钨。金属互连结构还包含锌、铟或镓的覆盖层730，其直接位于金属特征740上。金属互连结构还包含沿着金属特征740侧壁的自形成阻挡层712。金属互连结构不包含扩散阻挡层和/或衬里层。金属特征740可掺杂有锌、铟或镓掺杂物。装置
88.图8绘出了具有处理室802的cvd处理站800的实施例示意图。多个cvd处理站可包含于多站工具平台中。例如，图9绘出多站处理工具900的实施方案。在一些实施方案中，cvd处理站800的一或更多个硬件参数(包含以下详细讨论的那些)可通过一或更多个控制器850以编程方式进行调整。
89.cvd处理站800与反应物输送系统801a流体连通，以将工艺气体输送至分配喷头806。反应物输送系统801a包含混合容器804，混合容器804用于混合和/或调节输送至喷头806的工艺气体，如含前体气体。一个或多个混合容器入口阀820可以对工艺气体导入至混合容器804进行控制。在多种实施方案中，在cvd处理站800中执行前体的沉积，并且在一些实施方案中，诸如退火、预处理和铜电填充之类的其它操作可以在如以下参照图9进一步描述的多站式处理工具900中的相同站或另一个站中进行。
90.举例而言，图8的实施方案包含汽化点803，其用于汽化将供应至混合容器804的液体反应物。在一些实施方案中，汽化点803可以是加热的蒸发器。在一些实施方案中，液体前体或液体反应物可以在液体喷射器(未示出)处被汽化。例如，液体喷射器可以将液体反应物的脉冲喷射到混合容器804上游的载气流中。在一个实施方案中，液体喷射器可以通过将液体从较高压闪变到较低压来汽化反应物。在另一个示例中，液体喷射器可以将液体雾化为接下来在加热的输送管中汽化的分散的微滴。较小的液滴比较大的液滴可以较快汽化，从而减小了在液体注入和完成汽化之间的延迟。较快的汽化可以减小汽化点803下游的管道长度。在一个方案中，液体喷射器可以直接安装到混合容器804。在另一个方案中，液体喷射器可以直接安装到喷头806。在一些实施方案中，可以在汽化点803上游设置液体流量控制器(lfc)来控制用于汽化并输送至处理室802的液体的质量流量。
91.喷头806朝衬底812分配工艺气体。在图8所示的实施方案中，衬底812位于喷头806下方，并且示出为安置在基座808上。喷头806可以具有任何适当的形状，并可以具有任何适当数量和布置的端口，以将工艺气体分配至衬底812。
92.在一些实施方案中，基座808可以升高或降低以将衬底812暴露到衬底812和喷头806之间的体积。在一些实施方案中，基座808可以通过加热器810进行温度控制。基座808可以在用于执行各种公开的实施方案的操作期间被设置为任何合适的温度，诸如介于约60℃和约500℃之间或者介于约80℃和约400℃之间的温度。应理解的是，在一些实施方案中，基
座高度可以经由合适的计算机控制器850通过编程方式进行调节。在处理阶段结束时，基座808可以在另一衬底转移阶段期间降低以允许从基座808移除衬底812。
93.在一些实施方案中，喷头806的位置可以相对于基座808调节以改变衬底812和喷头806之间的体积。此外，应当理解的是，基座808和/或喷头806的垂直位置可以通过本公开内容的范围内的任何合适的机构来改变。在一些实施方案中，基座808可包含用于旋转衬底812的方位的旋转轴线。应该理解的是，在一些实施方案中，这些示例性调节中的一种或多种可以通过一个或多个适当的控制器850以编程方式执行。控制器850可以包含关于图9的系统控制器950在下面描述的任何特征。
94.在可以使用等离子体的一些实施方案中，喷头806和基座808电连接射频(rf)电源814和匹配网络816来对等离子体供电。在一些实施方案中，等离子体的能量可通过控制处理站压强、气体浓度、rf源功率、rf源频率以及等离子体功率脉冲时序中的一个或多个来控制。例如，rf电源814和匹配网络816可在任何合适的功率下进行操作，以形成具有所期望的自由基物质的组分的等离子体。类似地，rf电源814可以提供任何适当频率的rf功率。在一些实施方案中，rf电源814可以被配置为控制彼此独立的高频rf电源和低频rf电源。示例性的低频rf频率可以包含，但不限于，介于0khz和900khz之间的频率。示例性的高频rf频率可以包含，但不限于，介于1.8mhz和2.45ghz之间的频率，或大于约13.56mhz、或大于27mhz、或大于80mhz、或大于60mhz的频率。应当理解，任何合适的参数可被离散地或连续地调节以提供用于表面反应的等离子体能量。
95.在一些实施方案中，可以经由输入/输出控制(ioc)测序指令来提供用于控制器850的指令。在一个示例中，用于设置工艺阶段的条件的指令可被包含在工艺配方的相应的配方阶段中。在某些情况下，工艺配方阶段可按顺序排列，使得用于工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同时执行。在一些实施方案中，用于设定一个或多个反应器参数的指令可以被包含在配方阶段中。例如，配方阶段可包含用于设定工艺气体(例如，含掺杂物的前体)的流率的指令。配方阶段可进一步包含用于通过基座808控制衬底812的温度的指令。
96.此外，在一些实施方案中，用于处理站800的压力控制可由蝶阀818提供。如图8的实施方案所示，蝶阀818节流由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施方案中，处理站800的压力控制也可以通过改变引入到处理站800的一种或多种气体的流率来调节。
97.如上所述，一个或多个处理站可以包含在多站处理工具中。图9示出了多站式处理工具900的一个实施方案的示意图，所述处理工具900具有入站装载锁902和出站装载锁904。处于大气压的机械手906被配置为将晶片从通过舱908装载的盒经由大气端口910移动至入站装载锁902内。晶片(未示出)由机械手906放置在入站装载锁902中的基座912上，关闭大气端口910，且抽空入站装载锁902。当入站装载锁902包含远程等离子体源时，晶片在被引入处理室914之前，可以暴露于入站装载锁902中的远程等离子体处理。此外，晶片另外也可以在入站装载锁902中加热，例如以移除湿气和吸附的气体。接下来，通向处理室914的室传输端口916被打开，且另一个机械手(未示出)将晶片放置到在反应器中被示出的第一站的基座上的反应器中以用于处理。尽管在图9中绘出的实施方案包含装载锁，但应该理解的是，在一些实施方案中，可以使晶片直接进入处理站。
98.绘出的处理室914包含4个处理站，在图9所示的实施方案中编号为1至8。每个站具有加热的基座(对于站1示出为918)和气体管线入口。应该理解的是，在一些实施方案中，每
个处理站可以具有不同或者多个用途。例如，在一些实施方案中，处理站可以是可在ald处理模式与cvd处理模式之间切换的。在一些实施方案中，处理室914可以包含一个或多个ald和cvd处理站的匹配对。此外，暴露于预工艺气体或等离子体和cvd工艺可以发生在相同或不同的站。尽管绘出的处理室914包含4个站，但要理解的是，根据本公开所述的处理室可以具有任何适当数量的站。例如，在一些实施方案中，处理室可以具有5个或更多个站，而在其它实施方案中，处理室可以具有3个或者更少的站。
99.图9绘出了用于在处理室914内传输晶片的晶片搬运系统990的一个实施方案。在一些实施方案中，晶片搬运系统990可以在各种处理站之间和/或处理站与装载锁之间传输晶片。应该理解的是，可以采用任何适当的晶片搬运系统。非限制性示例包含晶片转盘和搬运晶片的机械手。图9还绘出了采用来控制处理工具900的工艺条件和硬件状态的系统控制器950的一个实施方案。系统控制器950可以包含一个或多个存储器设备956、一个或多个海量存储设备954和一个或多个处理器952。处理器952可以包含cpu或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器板等。
100.在一些实施方案中，系统控制器950控制处理工具900的所有活动。系统控制器950执行存储在海量存储设备954、载入存储器设备956、并在处理器952上执行的系统控制软件958。可替代地，控制逻辑可以在系统控制器950中硬编码。特定应用集成电路、可编程逻辑设备(例如，现场可编程门阵列、或者fpga)等可以用于这些目的。在下面的讨论中，无论使用“软件”还是“代码”，可以使用功能上相当的硬编码的逻辑来取代。系统控制软件958可以包含用于控制时序、气体的混合、气体流率、室和/或站压强、室和/或站温度、等离子体暴露持续时间、uv辐射持续时间、晶片温度、目标功率电平、rf功率电平、衬底基座、卡盘和/或基座位置、以及由处理工具900执行的特定处理的其它参数的指令。系统控制软件958可以以任何适当的方式配置。例如，各种处理工具组件子程序或者控制对象可以写入以控制用于执行各种处理工具工艺的处理工具组件的操作。系统控制软件958可以以任何适当的计算机可读编程语言来编码。
101.在一些实施方案中，系统控制软件958可以包含用于控制上述各种参数的输入/输出控制(ioc)测序指令。在一些实施方案中可以采用与系统控制器950关联的、存储在海量存储设备954和/或存储器设备956的其它计算机软件和/或程序。用于该目的的程序或者程序段的示例包含衬底定位程序、工艺气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。
102.衬底定位程序可以包含用于处理工具组件的程序代码，该处理工具组件用于将衬底装载到基座918，并控制衬底和处理工具900的其它部分之间的间隔。
103.工艺气体控制程序可包含用于控制气体组成和流率的代码和任选地用于使气体在沉积之前流到一个或多个处理站中以稳定在处理站中的压强的代码。压强控制程序可以包含用于通过调节例如在处理站的排放系统中的节流阀、流入处理站内的气流等等来控制处理站内的压强的代码。
104.加热器控制程序可包含用于控制流向用于加热衬底的加热单元的电流的代码。可替代地，加热器控制程序可控制传热气体(如氦气)朝向衬底的传送。
105.压强控制程序可以包含用于根据本文的实施方案保持反应室内的压强的代码。
106.在一些实施方案中，可以存在与系统控制器950相关联的用户界面。用户界面可以
包含显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入设备。
107.在一些实施方案中，由系统控制器950调节的参数可涉及工艺条件。非限制性实例包含工艺气体组成和流率、温度、压强、等离子体条件(例如，rf偏置功率电平)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以利用所述用户界面输入。
108.用于监控处理的信号可以由系统控制器950的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具900的模拟和/或数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性实例包含质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用，以保持工艺条件。
109.系统控制器950可以提供用于执行上述沉积工艺的程序指令。所述程序指令可以控制多种处理参数，如dc功率电平、rf偏置功率电平、压强、温度等。所述指令可以控制参数以根据本发明所述的多种实施方案操作金属(如铜)和/或衬里层的掺杂。
110.系统控制器950将通常包含一个或多个存储器设备和被配置成执行指令的一个或多个处理器以使该装置将执行根据所公开的实施方案所述的方法。包含用于控制根据所公开的实施方案的处理操作的指令的机器可读的介质可以耦合到系统控制器950。
111.在一些实施方案中，系统控制器950是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这种系统可以包含半导体处理设备，该半导体处理设备包含一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理条件和/或系统的类型，系统控制器950可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包含控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
112.广义而言，系统控制器950可以定义为具有接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包含存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到系统控制器950的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
113.在一些实施方案中，系统控制器950可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统、或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，系统控制器950可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，这可允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程、检查过去的制造操作的历史、检查多个
制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包含本地网络或互联网。远程计算机可以包含允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后被从远程计算机传送到系统。在一些示例中，系统控制器950接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，系统控制器950被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，系统控制器950可以例如通过包含一个或多个分立的控制器而为分布式，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的一个示例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
114.虽然图8和9提供了可用于执行本文公开的方法的室和工具的示例，但可以进行各种修改。
115.示例的系统可以包含但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、电镀室或模块、无电镀覆室或模块、清洁室或模块、退火室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、pvd室或模块、cvd室或模块、ald室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
116.如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，系统控制器950可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
117.此处所述的装置/工艺可以与光刻图案化工具或工艺结合使用，例如，用于制备或制造半导体器件、显示器、led、光伏电池板等。通常，虽然不是必要地，这些工具/工艺将在共同的制造设施中一起使用或操作。膜的光刻图案化通常包含以下操作中的一些或所有，每个操作启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件，即，晶片上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或uv固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或x-射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式工作台之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下方的膜或工件上；并且(6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。结论
118.在以上的描述中，说明了大量的特定细节，以提供对所提出的实现方案的彻底理解。在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下即可实行所公开的实施方案。在其他示例中，为了不使所公开的实现方案难以理解，公知的处理操作不会有详细描述。虽然所公开的实施方案结合特定实施方案描述，但应理解，不旨在限制所公开的实施方案。
119.虽然上述实施方案已为了清楚理解的目的而以一些细节描述，但显然，某些改变和修饰可在所附权利要求的范围内实施。应注意，有许多替代方式执行本发明实施方案的处理、系统、和设备。因此，本发明的实施方案应被视为说明性而非限制性，且这些实施方案
并不限于本文所提供的细节。