專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬互連方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種金屬互連方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的面積越來(lái)越小，同時(shí)，在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體器件的數(shù)量也越來(lái)越多。在半導(dǎo)體電路中，半導(dǎo)體器件之間的信號(hào)傳輸需要高密度的互連線，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝中，金屬鋁一般被用作半導(dǎo)體器件之間的金屬互連線，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，金屬鋁互連線已經(jīng)被金屬銅互連線所替代，這是因?yàn)榻饘巽~與金屬鋁相比具有較小的電阻值，采用金屬銅互連線可提高半導(dǎo)體器件之間信號(hào)的傳輸速度。

下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中基于金屬銅的金屬互連方法進(jìn)行介紹，圖I 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中金屬互連方法的過(guò)程剖面示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)中的金屬互連方法包括以下步驟步驟1001，參見(jiàn)圖1，對(duì)介質(zhì)層101進(jìn)行刻蝕，在介質(zhì)層101形成溝槽。圖I所示溝槽用于后續(xù)容納所形成的金屬銅互連線。在實(shí)際應(yīng)用中，介質(zhì)層101可以為低介電常數(shù)的絕緣材料，也稱(chēng)低K值絕緣材料。步驟1002，參見(jiàn)圖2，沉積金屬銅102，所沉積的金屬銅填充于圖I所示的溝槽中，并覆蓋在介質(zhì)層101表面，然后采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝對(duì)金屬銅102進(jìn)行拋光，將金屬銅102拋光至介質(zhì)層101的表面。由圖2可以看出，CMP工藝后，金屬銅102僅填充于溝槽中，形成所述金屬銅互連線。步驟1003,參見(jiàn)圖3,在介質(zhì)層101之上形成具有壓應(yīng)力(compressivestress)的刻蝕停止層103。常見(jiàn)地，刻蝕停止層103的主要成分為具有壓應(yīng)力的氮碳化硅(SiCN)，之所以在實(shí)際應(yīng)用中期望刻蝕停止層103具有壓應(yīng)力，是因?yàn)榫哂袎簯?yīng)力的刻蝕停止層103能夠?qū)喜壑械慕饘巽~102施加一定的壓力，以防止金屬銅在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生電遷移，而造成金屬銅的界面擴(kuò)散。金屬是晶體，晶體內(nèi)部金屬離子按序排列，當(dāng)有外電場(chǎng)作用在金屬導(dǎo)體時(shí)，由于電場(chǎng)的作用就使金屬離子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，即金屬離子的遷移現(xiàn)象，這就是電遷移，會(huì)造成金屬銅的界面擴(kuò)散。另外，當(dāng)刻蝕停止層103的主要成分為具有壓應(yīng)力的SiCN時(shí)，形成刻蝕停止層103的方法為采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP CVD)工藝在介質(zhì)層101之上沉積具有壓應(yīng)力的SiCN。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中HDP CVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示,通過(guò)高頻功率發(fā)生器1001在電感線圈1002上施加高頻功率，從而在電感線圈1002的周?chē)a(chǎn)生電磁場(chǎng)，然后氣體從進(jìn)氣口 1003被通入腔體1004中，氣體在電磁場(chǎng)的作用下發(fā)生電離并形成等離子體，晶片W放置于靜電吸盤(pán)1005上，同時(shí)，通過(guò)低頻功率發(fā)生器1006在晶片W上施加低頻功率，這樣就使得晶片W與等離子體之間存在一個(gè)較大的電壓差，從而使朝晶片W運(yùn)動(dòng)的離化基具有方向性，低頻功率也可稱(chēng)為偏置功率(bias power) 0需要說(shuō)明的是，現(xiàn)有技術(shù)中的HDP CVD裝置可能還包括其他組成部分，由于其他組成部分與本發(fā)明無(wú)關(guān)，故不再一一詳細(xì)介紹。至此，以圖I至圖3為例對(duì)基于金屬銅的金屬互連方法介紹完畢，需要說(shuō)明的是，圖I至圖3僅示出一層金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其他層金屬結(jié)構(gòu)的制作方法均是類(lèi)似的。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，金屬互連結(jié)構(gòu)必定形成于有源區(qū)之上，所述有源區(qū)包括柵極、柵極下方的柵氧化層、柵極兩側(cè)的側(cè)壁層、漏極、源極等，由于有源區(qū)的上述結(jié)構(gòu)不在本發(fā)明的討論范疇內(nèi)，故不再一一詳細(xì)介紹。當(dāng)在上述步驟103中采用HDP CVD工藝沉積刻蝕停止層103時(shí)，高頻功率、低頻功率以及氣體流量為主要的工藝參數(shù)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)論氣體流量的大小，當(dāng)高頻功率比較 大時(shí)，能夠保證沉積速率，從而保證生產(chǎn)量(throughput)，但是，所制成的半導(dǎo)體器件的柵氧化層的完整性(GOI, gateoxide integrality)總是受到影響。其中，GOI是衡量半導(dǎo)體器件性能的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)GOI越好時(shí)，則半導(dǎo)體器件的擊穿電壓越高，也就是說(shuō)，當(dāng)GOI越好時(shí)，則半導(dǎo)體器件的不易被擊穿。在現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)高頻功率對(duì)柵氧化層的完整性造成影響這一問(wèn)題，還沒(méi)有理想的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種金屬互連方法，能夠降低高頻功率對(duì)柵氧化層的完整性造成的影響。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種金屬互連方法，該方法包括對(duì)介質(zhì)層刻蝕，在所述介質(zhì)層中形成溝槽；沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于所述溝槽中，并覆蓋在所述介質(zhì)層表面，然后采用化學(xué)機(jī)械研磨CMP工藝將所述金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面； 在所述介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層；在所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層。所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層為具有壓應(yīng)力的氮碳化硅SiCN ；則所述形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層的方法為采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDP CVD工藝在介質(zhì)層之上沉積具有壓應(yīng)力的SiCN。所述具有張應(yīng)力的阻擋層為具有張應(yīng)力的氮碳化硅SiCN或具有張應(yīng)力的氮化硅 SiN ；則所述形成具有張應(yīng)力的阻擋層的方法可以為采用密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDP CVD工藝在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上沉積具有張應(yīng)力的SiCN或具有張應(yīng)力的SiN。所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層和具有張應(yīng)力的阻擋層的厚度之和為300納米至400納米。采用CMP工藝將所述金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面之后，該方法進(jìn)一步包括在金屬銅的表面生長(zhǎng)鈷鎢磷化物CoWP。所述CoWP的厚度為10納米至20納米。
基于本發(fā)明所提供的金屬互連方法，首先對(duì)介質(zhì)層刻蝕，在介質(zhì)層中形成溝槽，然后沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于溝槽中，并覆蓋在介質(zhì)層表面，采用CMP工藝將金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面，其次在介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層，最后在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層，可見(jiàn)，本發(fā)明在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上還增加了具有張應(yīng)力的阻擋層，具有張應(yīng)力的阻擋層可將在薄膜沉積過(guò)程中由于高頻功率導(dǎo)致積聚在柵極的壓力釋放出來(lái)，從而避免了高頻功率對(duì)柵氧化層的完整性造成的影響。進(jìn)一步地，本發(fā)明采用CMP工藝將金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面之后，還在金屬銅的表面生長(zhǎng)鈷鎢磷化物，鈷鎢磷化物覆蓋在金屬銅的表面，能夠在一定程度上阻擋金屬銅表面的離子發(fā)生遷移，從而避免了金屬銅的界面擴(kuò)散。


圖I 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中金屬互連方法的過(guò)程剖面示意圖。 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中HDP CVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明所提供的金屬互連方法的流程圖。圖6 圖10為本發(fā)明所提供的金屬互連方法實(shí)施例的過(guò)程剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所述方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)“2004IEEE International Conference on Integrated Circuit DesignandTechnology”第119-122頁(yè)的記載,高頻功率會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)作用在柵極，從而在柵極積聚由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的壓力。因此，本發(fā)明的核心思想為根據(jù)上述文獻(xiàn)記載，較大的高頻功率會(huì)導(dǎo)致在柵極積聚較多的壓力，這有可能是影響柵氧化層的完整性的重要原因，本發(fā)明增加了具有張應(yīng)力的阻擋層，可將由于高頻功率導(dǎo)致積聚在柵極的壓力釋放出來(lái)，從而避免了對(duì)柵氧化層的完整性造成影響。圖5為本發(fā)明所提供的金屬互連方法的流程圖，如圖5所示，該方法包括步驟1，對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，在介質(zhì)層中形成溝槽。步驟2，沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于溝槽中，并覆蓋在介質(zhì)層表面，然后采用CMP工藝將金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面。步驟3，在介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層。步驟4，在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層。至此，本流程結(jié)束。圖6 圖10為本發(fā)明所提供的金屬互連方法實(shí)施例的過(guò)程剖面示意圖。該實(shí)施例主要包括如下步驟步驟2001，參見(jiàn)圖6，對(duì)介質(zhì)層101進(jìn)行刻蝕，在介質(zhì)層101中形成溝槽。步驟2002，參見(jiàn)圖7，沉積金屬銅102，所沉積的金屬銅填充于圖6所示的溝槽中，并覆蓋在介質(zhì)層101表面，然后采用CMP工藝對(duì)金屬銅102進(jìn)行拋光，將金屬銅102拋光至介質(zhì)層101的表面。
上述步驟2001和2002與現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不予贅述，可參照現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)介紹。步驟2003，參見(jiàn)圖8，在金屬銅102的表面生長(zhǎng)鈷鎢磷化物(CoWP) 201。需要說(shuō)明的是，CoWP是一種合金，其僅會(huì)生長(zhǎng)在金屬的表面，因此，在本步驟中，CoffP 201僅會(huì)生長(zhǎng)于金屬銅102的表面，介質(zhì)層101的表面不會(huì)生長(zhǎng)CoWP 201。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，CoffP 201的厚度不可過(guò)大，優(yōu)選地，CoffP 201的厚度(即圖8中CoWP 201的上表面與介質(zhì)層101的上表面之間的距離d)為10納米至20納米。步驟2004，參見(jiàn)圖9，在介質(zhì)層101之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103。
形成刻蝕停止層103的方法可以為采用HDP CVD工藝在介質(zhì)層101之上沉積具有壓應(yīng)力的SiCN。步驟2005，參見(jiàn)圖10，在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103之上形成具有張應(yīng)力(tensile stress)的阻擋層 202。形成具有張應(yīng)力的阻擋層202的方法可以為采用HDP CVD工藝在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103之上沉積具有張應(yīng)力的阻擋層202。具有張應(yīng)力的阻擋層202可以為具有張應(yīng)力的SiCN或具有張應(yīng)力的氮化硅(SiN)。其中，具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103和具有張應(yīng)力的阻擋層202的厚度之和(即圖10中具有張應(yīng)力的阻擋層202的上表面與具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103的下表面之間的距離D)應(yīng)和現(xiàn)有技術(shù)中具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層厚度大致相同，優(yōu)選地，D的取值為300納米至400納米?？梢?jiàn)，本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相比顯著不同，本步驟在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層103之上還增加了具有張應(yīng)力的阻擋層202，可將由于高頻功率導(dǎo)致積聚在柵極的壓力釋放出來(lái)，從而避免了對(duì)柵氧化層的完整性造成影響。需要說(shuō)明的是，所述高頻功率導(dǎo)致積聚在柵極的壓力不僅來(lái)自于沉積刻蝕停止層103，還來(lái)自于沉積阻擋層202，也就是說(shuō)，凡是涉及HDP CVD工藝，都會(huì)由于較大高頻功率導(dǎo)致在柵極的積聚壓力。但是，由對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的分析可知，之所以期望現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕停止層103具備壓應(yīng)力，是因?yàn)榫哂袎簯?yīng)力的刻蝕停止層103能夠?qū)喜壑械慕饘巽~102施加一定的壓力，以防止金屬銅在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生電遷移而造成金屬銅的界面擴(kuò)散。而本步驟中具有張應(yīng)力的阻擋層202卻抵消了上述對(duì)金屬銅102施加的壓力，為了克服這個(gè)缺陷，在上述步驟2003中生長(zhǎng)了 CoWP201，CoffP 201覆蓋在金屬銅102的表面，能夠在一定程度上阻擋金屬銅102表面的離子發(fā)生遷移，從而避免了金屬銅的界面擴(kuò)散。至此，本流程結(jié)束。 綜上，基于本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先對(duì)介質(zhì)層刻蝕，在介質(zhì)層中形成溝槽，然后沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于溝槽中，并覆蓋在介質(zhì)層表面，采用CMP工藝將金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面，其次在介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層，最后在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層，可見(jiàn)，本發(fā)明在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上還增加了具有張應(yīng)力的阻擋層，具有張應(yīng)力的阻擋層可將在薄膜沉積過(guò)程中由于高頻功率導(dǎo)致積聚在柵極的壓力釋放出來(lái)，從而避免了高頻功率對(duì)柵氧化層的完整性造成的影響。進(jìn)一步地，本發(fā)明采用CMP工藝將金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面之后，還在金屬銅的表面生長(zhǎng)鈷鎢磷化物，鈷鎢磷化物覆蓋在金屬銅的表面，能夠在一定程度上阻擋金屬銅 表面的離子發(fā)生遷移，從而避免了金屬銅的界面擴(kuò)散。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬互連方法，該方法包括 對(duì)介質(zhì)層刻蝕，在所述介質(zhì)層中形成溝槽； 沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于所述溝槽中，并覆蓋在所述介質(zhì)層表面，然后采用化學(xué)機(jī)械研磨CMP工藝將所述金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面； 在所述介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層； 在所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層。
2 根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層為具有壓應(yīng)力的氮碳化硅SiCN ； 則所述形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層的方法為采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDP CVD工藝在介質(zhì)層之上沉積具有壓應(yīng)力的SiCN?！?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有張應(yīng)力的阻擋層為具有張應(yīng)力的氮碳化硅SiCN或具有張應(yīng)力的氮化硅SiN ； 則所述形成具有張應(yīng)力的阻擋層的方法可以為采用密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDPCVD工藝在具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上沉積具有張應(yīng)力的SiCN或具有張應(yīng)力的SiN。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層和具有張應(yīng)力的阻擋層的厚度之和為300納米至400納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，采用CMP工藝將所述金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面之后，該方法進(jìn)一步包括在金屬銅的表面生長(zhǎng)鈷鎢磷化物CoWP。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 所述CoWP的厚度為10納米至20納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬互連方法，該方法包括對(duì)介質(zhì)層刻蝕，在所述介質(zhì)層中形成溝槽；沉積金屬銅，所沉積的金屬銅填充于所述溝槽中，并覆蓋在所述介質(zhì)層表面，然后采用化學(xué)機(jī)械研磨CMP工藝將所述金屬銅拋光至介質(zhì)層的表面；在所述介質(zhì)層之上形成具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層；在所述具有壓應(yīng)力的刻蝕停止層之上形成具有張應(yīng)力的阻擋層。采用本發(fā)明公開(kāi)的方法能夠降低高頻功率對(duì)柵氧化層的完整性造成的影響。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102760684SQ201110105069
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者周俊卿, 孟曉瑩, 張海洋, 王冬江 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司