Brevet FR2890238A1 — publié le 20070302

STRUCTURES D'INTERCONNEXION EN CUIVRE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELLES-CI Arrière-plan technologique L'invention concerne, de manière générale, une structure d'interconnexion en cuivre, et plus particulièrement un évidement en cuivre formé dans une structure à damasquinage. Les fabricants de puces essayent continuellement d'améliorer les procédés de fabrication pour obtenir des vitesses supérieures de fonctionnement de puces. Au fur et à mesure que les technologies des procédés pour semiconducteur évoluent, la vitesse de fonctionnement est freinée par un retard RC d'une connexion à plusieurs niveaux. Le retard RC est une multiplication de la résistance et de la capacité de l'interconnexion à plusieurs niveaux. Le cuivre compte parmi les meilleurs choix pour une utilisation pour une interconnexion à plusieurs niveaux, du fait de sa faible résistance. Dans un processus d'interconnexion en cuivre classique, une couche d'arrêt de diélectrique, telle qu'une couche de nitrure est déposée après le PCM du cuivre (polissage chimico-mécanique). La faible interface entre le cuivre et la couche d'arrêt est un obstacle majeur à une confiance absolue. Pour améliorer l'interface entre le cuivre et la couche d'arrêt, un couvercle en métal tel que W, Co, CoWP et CoWB a été proposé. Cette mise en place d'un couvercle en métal est souvent formée par croissance sélective, qu'il n'est pas facile de contrôler et entraîne une croissance latérale du couvercle en métal. Le courant de fuite dû à la croissance latérale du couvercle en métal est un grand souci. Résumé Des modes de réalisation de l'invention fournissent une structure d'interconnexion. La structure d'interconnexion comprend une structure à damasquinage et un conducteur en cuivre dans la structure à damasquinage. La structure à damasquinage comprend un trou d'interconnexion et/ou une tranchée prévue dans la couche de diélectrique. Une surface de dessus du conducteur est moins haute qu'une surface de dessus de la couche de diélectrique et un évidement du conducteur est ainsi formé. Des modes de réalisation de l'invention fournissent en outre une autre structure d'interconnexion. La structure d'interconnexion comprend un évidement du conducteur dans une structure à damasquinage et un couvercle conducteur sur l'évidement du conducteur sans remplir de manière excessive l'évidement du conducteur. Des modes de réalisation de l'invention fournissent en outre un procédé de fabrication d'une structure d'interconnexion. Un trou d'interconnexion/une tranchée est formé(e) dans la couche de diélectrique. Le trou d'interconnexion/la tranchée est ensuite rempli(e) en excès du conducteur en cuivre. Ensuite, un processus d'enlèvement du cuivre est effectué pour faire que la surface du dessus du conducteur en cuivre soit moins haute qu'une surface du dessus de la couche de diélectrique. Ainsi, un évidement en cuivre est formé. Etant donné que la structure d'interconnexion comprend un évidement en cuivre, la croissance sélective d'un couvercle en métal dans l'évidement en cuivre peut être facilement contrôlée. Aucune croissance latérale du capuchon en métal n'est entraînée et ainsi, il n'y a pas de problème de manque ou de fuite. Brève description des dessins Des modes de réalisation de la présente invention seront mieux compris à partir de la description détaillée donnée ci-dessous dans les présentes et des dessins joints, qui sont donnés uniquement à titre d'illustration et n'ont pas pour but de limiter la présente invention. Les figures lA à 1H sont des vues en coupe transversale montrant un procédé de formation d'une structure d'interconnexion selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée Tel que le montre la figure 1A, un substrat à semi-conducteur 10 est fourni. Une interconnexion en métal 20 gravée à l'intérieur d'une couche isolante 25, c'est-à-dire de l'oxyde de silicium, est également représentée sur la figure. De plus, une couche de diélectrique 30 est déposée et gravée avec une partie de trou d'interconnexion 32 et une partie de tranchée 34. La structure double à damasquinage 60, incluant une partie de trou d'interconnexion 32 et une partie de tranchée 34 est ainsi formée. Bien qu'une structure double à damasquinage soit illustrée sur les figures lA à 1H, d'autres types de caractéristiques d'interconnexion sont également typiquement métallisés en utilisant cette technique. Comme le montre la figure 1B, une couche barrière conductrice 42, de préférence incluant du tantale (Ta) ou du nitrure de tantale (TaN) est déposée sur la surface de dessus de la couche de diélectrique 30, et le revêtement interne des surfaces de la partie de trou d'interconnexion 32 et de la partie de tranchée 34. Une couche germe 44, par exemple une couche germe de cuivre, est ensuite déposée sur la couche barrière conductrice 42 de manière conforme, comme le montre la figure 1B. Comme le montre la figure 1C, le trou d'interconnexion/la tranchée est rempli(e) en excès du conducteur 50, par exemple du cuivre ou de l'alliage de cuivre, grâce à un processus de placage, tel qu'un placage autocatalytique et une galvanoplastie. Il en résulte que le conducteur en cuivre 50 connecte électriquement l'interconnexion métallique sousjacente 20 par l'intermédiaire de la couche barrière conductrice 42. Ensuite, un polissage chimico-mécanique (PCM) est effectué pour retirer une partie du conducteur du cuivre 50 et lisser la surface de dessus, de telle sorte que le conducteur en cuivre restant 50' est sensiblement sur le même plan que la surface de la couche barrière conductrice 42 (ou la couche germe 44, si elle existe) sur la couche de diélectrique 30, comme le montre la figure 1D. Ensuite, la couche germe 44 et la couche barrière conductrice 42 présentes sur la couche de diélectrique 30 sont enlevées grâce à une attaque chimique ou à tout autre processus de polissage chimico-mécanique, comme le montre la figure 1E. Ainsi, la surface du dessus du conducteur en cuivre 50' est légèrement plus haute que la surface du dessus de la couche de diélectrique 30. Comme le montre la figure 1F, un évidement 52 du conducteur 50' ayant une profondeur de 20 Â à 200 Â est formé. L'évidement de cuivre 52 peut être formé grâce à un processus PCM. Le processus PCM est, de préférence, exécuté avec un agent d'oxydation de peroxyde d'hydrogène (H2O2), d'acide nitrique, d'acide hypochloreux, d'acide chromique, d'ammoniac, de sel d'ammonium et une bouillie d'agent de polissage tel que l'alumine (Al2O3) , et de l'eau déminéralisée (DI H2O) plus du BTA (BenzoTriAzole). 2890238 5 L'évidement de conducteur 52 peut également être formé grâce à un processus propre effectué après l'enlèvement de la couche barrière conductrice sur la couche de diélectrique 30. Le processus propre est effectué dans un environnement acide, dans lequel l'acide comprend l'acide nitrique, l'acide hypochloreux, l'acide chromique ou similaire. En outre, comme le montre la figure 1G, un couvercle conducteur 54 est formé pour remplir l'évidement du conducteur 52. Typiquement, le couvercle conducteur 54 est formé grâce à une croissance sélective, de telle sorte que le matériau conducteur est uniquement formé sur la surface du conducteur en cuivre 50' et à l'intérieur de l'évidement. Dans un mode de réalisation préféré, la surface du couvercle conducteur 54 est sensiblement la même que la couche de diélectrique qui l'entoure 30. De préférence, la surface de la couche du couvercle conducteur 54 ne dépasse pas la surface de la couche de diélectrique qui l'entoure 30. Le couvercle conducteur 54 peut être fait de tout matériau conducteur approprié, tel qu'une couche de tungstène formée par DCPV. Le couvercle conducteur préféré 54 est un couvercle comprenant le cobalt. Le couvercle comprenant le cobalt peut être un cobalt métallique (Co), un tungstène- cobalt (CoW), un phosphure de tungstène-cobalt (CoWP) ou un borure de tungstène-cobalt (CoWB). S'il n'y a pas de processus propre après l'enlèvement de la couche barrière conductrice sur la couche de diélectrique ou de processus PCM supplémentaire pour former l'évidement de cuivre 52, l'évidement de cuivre 52 peut également être formé en utilisant un processus propre avant la mise en place du couvercle, c'est- à-dire avant la formation du couvercle conducteur 54. Le processus propre avant couvercle est effectué dans un environnement acide, dans lequel 2890238 6 l'acide comprend l'acide nitrique, l'acide hypochloreux, l'acide chromique ou similaire. Un autre mode de réalisation de l'invention fournit une structure d'interconnexion. Comme le montre la figure 1F, la structure d'interconnexion comprend un évidement en cuivre 52 prévu dans une structure à damasquinage avec un conducteur en cuivre 50', qui remplit le trou d'interconnexion/la tranchée d'une couche de diélectrique 30. La profondeur préférée de l'évidement en cuivre est d'environ 20 Â à 200 Â. En outre, un autre mode de réalisation d'une structure d'interconnexion de la présente invention, tel que représenté sur la figure 1G, comprend également un couvercle 54 formé sur un conducteur en cuivre 50'. Le couvercle 54 peut être en tout matériau conducteur approprié tel qu'une couche de tungstène formée par DCPV. De préférence, le couvercle conducteur 54 comprend du cobalt, par exemple du cobalt-méthane (Co), du tungstène-cobalt (CoW), du phosphure de tungstène-cobalt (CoWP), du borure de tungstène-cobalt (CoWB) ou une combinaison de ceux-ci. Etant donné que la structure d'une connexion en cuivre comprend un évidement en cuivre, la croissance sélective d'un couvercle conducteur sur l'évidement en cuivre peut être bien contrôlée. Aucune croissance latérale du couvercle conducteur n'en résulte et ainsi aucune fuite et aucun manque ne se produit. Dans le mode de réalisation préféré, une couche d'arrêt d'attaque chimique 56 peut être formée pour recouvrir le couvercle conducteur 54 et la couche de diélectrique 30, comme le montre la figure 1H. Le couvercle comprenant du cobalt 54 améliore également l'interface entre le conducteur du cuivre 50' et la couche d'arrêt d'attaque chimique 56 mentionnée ci-dessus. Alors que l'invention a été décrite à titre d'exemple et en termes du mode de réalisation préféré, il convient de comprendre que l'invention ne s'y limite pas. Au contraire, elle a pour but de couvrir les différentes modifications et agencements similaires, (comme il apparaîtra évident aux spécialistes de la technique). Par conséquent, l'étendue des revendications jointes doit recevoir l'interprétation la plus large de façon à comprendre toutes ces modifications et agencements similaires. REVENDICATIONS 1. Structure d'interconnexion comprenant: - une structure à damasquinage comprenant un trou d'interconnexion et/ou une tranchée dans une couche de diélectrique; - un conducteur qui remplit le trou d'interconnexion et/ou la tranchée, dans lequel une surface du dessus du conducteur est moins haute qu'une surface du dessus de la couche de diélectrique; et - un couvercle comprenant du cobalt placé sur le conducteur. 2. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 1, dans laquelle une distance entre les surfaces du dessus du conducteur et la couche de diélectrique est égale à environ 20 Â à 200 Â. 3. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 1, dans laquelle une surface du dessus de la couche de couvercle est sensiblement la même que la surface du dessus de la couche de diélectrique. 4. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 3, dans laquelle le couvercle comprenant du cobalt comprend du cobalt métallique (Co), du tungstène-cobalt (CoW), du phosphure de tungstène-cobalt (CoWP) ou du borure de tungstène-cobalt (CoWB). 5. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 1, dans laquelle le conducteur comprend du cuivre ou un alliage de cuivre. 6. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 1, comprenant en outre une couche d'arrêt d'attaque chimique qui recouvre le couvercle comprenant du cobalt et la couche de diélectrique. 7. Procédé de fabrication d'une structure d'interconnexion, le procédé comprenant: - la formation d'une structure à damasquinage dans une couche de diélectrique; - le remplissage de la structure à damasquinage avec un matériau conducteur comme conducteur; - l'évidement d'une surface du conducteur pour qu'elle soit moins haute qu'une surface du dessus de la couche de diélectrique; et - la formation d'un couvercle comprenant du cobalt sur le conducteur évidé. 8. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le conducteur est évidé grâce à un processus PCM. 9. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le processus PCM est effectué avec un agent d'oxydation de peroxyde d'hydrogène (H202), d'acide nitrique, d'acide hypochloreux, d'acide chromique, d'ammoniac, de sel d'ammonium et une bouillie d'agent de polissage. 10. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, comprenant en outre: - la formation d'une couche barrière conductrice et/ou une couche germe qui revêt intérieurement la structure à damasquinage avant le remplissage du matériau conducteur; - la réalisation d'un processus de polissage chimicomécanique pour rendre la surface du dessus du conducteur sensiblement sur le même plan qu'une surface du dessus de la couche barrière conductrice et/ou la couche germe sur la couche de diélectrique; et - l'enlèvement de la couche barrière conductrice et/ou de la couche germe sur la couche de diélectrique avant l'évidement de la surface du conducteur. 11. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le couvercle comprenant du cobalt est formé sur le conducteur évidé, sans remplissage excessif du conducteur évidé. 12. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le couvercle comprenant du cobalt comprend du cobalt métallique (Co), du tungstène-cobalt (CoW), du phosphure de tungstène-cobalt (CoWP) ou du borure de tungstène-cobalt (CoWB). 13. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le couvercle comprenant du cobalt est formé grâce à une croissance sélective à l'intérieur du conducteur évidé. 14. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, dans lequel le conducteur est évidé grâce à un processus propre qui est réalisé avant la formation du couvercle comprenant du cobalt. 15. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 14, dans lequel le processus propre est exécuté dans un environnement acide et l'acide comprend l'acide nitrique, l'acide hypochloreux ou l'acide chromique. 16. Structure d'interconnexion, telle que revendiquée dans la revendication 7, dans laquelle le conducteur comprend du cuivre ou des alliages du cuivre. 17. Procédé tel que revendiqué dans la revendication 7, comprenant en outre la formation d'une couche d'arrêt d'attaque chimique qui recouvre le couvercle comprenant du cobalt et la couche de diélectrique.