專利名稱：一種用于銅互連的混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造互連領(lǐng)域，具體涉及一種用于銅互連的混合介質(zhì)(氧化層/金屬)抗銅擴(kuò)散阻擋層及其制造方法。
背景技術(shù)：
銅互連技術(shù)是指在半導(dǎo)體集成電路互連層的制作中采用銅金屬材料取代傳統(tǒng)鋁金屬互連材料的新型半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)。傳統(tǒng)的銅互連結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括在半導(dǎo)體基底10上形成的低介電常數(shù)介質(zhì)層11，在低介電常數(shù)介質(zhì)層11中形成有互連通孔，覆蓋所述互連通孔的底壁和側(cè)壁形成有抗銅擴(kuò)散阻擋層12，在所述互連通孔內(nèi)所述抗銅擴(kuò)散阻擋層12之上形成有銅金屬互連線13，在銅金屬互連線13之上還形成有氮化硅薄膜作為刻蝕阻擋層以及同一層銅互連線的絕緣。.如上所述，在電鍍銅金屬之前，需先淀積一層抗銅擴(kuò) 散阻擋層以阻止銅擴(kuò)散進(jìn)入到介質(zhì)當(dāng)中，以防止漏電等一些列問題的發(fā)生。由于半導(dǎo)體器件工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)越來越小，導(dǎo)致整個(gè)電路對(duì)時(shí)序的要求越來越高，迫切需要新技術(shù)來減小互連本身帶來的RC (R指電阻，C指電容)延遲，從根本上來說即需要減小互連當(dāng)中絕緣層的有效介電常數(shù)值。從90納米到現(xiàn)在的22納米工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)，為了減小互連電路的影響，已引入了超低介電常數(shù)介質(zhì)(ULK)作為電路的絕緣層，然而要保持整個(gè)電路的介電常數(shù)在一個(gè)很低的水平卻是很難的。目前一般使用物理汽相沉積(PVD)工藝來淀積擴(kuò)散阻擋層，生長好的擴(kuò)散阻擋層的一致性和致密性比較差，當(dāng)暴露在空氣中或暴露在含氧氣體中的時(shí)候，容易被氧化而逐漸失效，而且，PVD工藝淀積的擴(kuò)散阻擋層在制備好之后需要進(jìn)行熱退火才能具有良好的接觸，然后退火會(huì)給已經(jīng)制作好的器件帶來熱損傷以及負(fù)面影響，同時(shí)，在擴(kuò)散阻擋層生長好之后，仍然需要在表面先淀積一層銅籽晶才能進(jìn)行金屬銅的電鍍，工藝過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型的擴(kuò)散阻擋層，在簡(jiǎn)化工藝過程的同時(shí)還可以增強(qiáng)擴(kuò)散阻擋層的性能。為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，包括
在半導(dǎo)體基底上形成的低介電常數(shù)介質(zhì)層；
在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層中形成的互連通孔；
在所述互連通孔的側(cè)壁以及所述低介電常數(shù)介質(zhì)層之上形成的氧化層；
覆蓋所述氧化層與所述互連通孔的底壁形成的金屬層；
所述氧化層與所述金屬層形成氧化層/金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層。同時(shí)，本發(fā)明還提出了上述用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層的制造方法，具體包括
在提供的半導(dǎo)體基底表面淀積一層低介電常數(shù)介質(zhì)層；在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層之上旋涂光刻膠并光刻定義出互連通孔的位置；
刻蝕所述低介電常數(shù)介質(zhì)層形成互連通孔；剝除光刻膠；
覆蓋所形成的互連通孔的底壁、側(cè)壁以及所述低介電常數(shù)介質(zhì)層的表面生長一層薄的氧化層；
對(duì)所形成的氧化層進(jìn)行回刻以去除在所述互連通孔底部的所述氧化層；
覆蓋剩余的氧化層以及互連通孔的底壁淀積一金屬層，所形成的金屬層與氧化層構(gòu)成氧化層/金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層。如上所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層的制造方法，所述的氧化層可以為硅碳氮(SiCN)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化鋁(A10N)、或者為氧化鋁(A1203)、氧化鉭(Ta205)、、氧化鉿(HfO2)等金屬氧化物。 如上所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層的制造方法，所述的金屬層可以為鈷(Co)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鎢(W)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、銅(Cu)等單質(zhì)金屬，也可以、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、或者為氮化鑰(MoN)等金屬氮化物。本發(fā)明使用混合介質(zhì)(氧化層/金屬)來作為抗銅擴(kuò)散阻擋層，具有已下優(yōu)點(diǎn) 首先，可以有效增強(qiáng)金屬對(duì)銅的抗擴(kuò)散能力，并有效防止擴(kuò)散阻擋層被氧化而失效，延
長擴(kuò)散阻擋層的壽命。其次，可以降低互連電路的有效介電常數(shù)值，進(jìn)而使得互連電路整體的RC延遲下降。再次，由于金屬與銅具有良好的粘附性和接觸，可以在金屬表面直接電鍍銅而不需要先淀積一層銅籽晶，工藝簡(jiǎn)單可行，有望在未來銅互連的抗擴(kuò)散阻擋層的制造中得到應(yīng)用。


圖I為傳統(tǒng)技術(shù)的銅互連結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2為本發(fā)明所提出的混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。圖3-圖10為在前道銅互連中用生長SiCN/Ru混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實(shí)際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。圖2為本發(fā)明所提出的混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。如圖2所示，在半導(dǎo)體基底200之上形成有低介電常數(shù)介質(zhì)層201，在低介電常數(shù)介質(zhì)層201形成有互連通孔。在互連通孔的側(cè)壁以及低介電常數(shù)介質(zhì)層201之上形成有氧化層202，覆蓋氧化層202以及互連通孔的底壁形成有一金屬層203，氧化層202與金屬層203形成氧化層/金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層。氧化層202可以為SiCN、Si3N4, A10N,也可以為A1203、Ta2O5, HfO2等金屬氧化物。金屬層203可以為Co、Ru、Ta、W、Mo、Ti、Cu等單質(zhì)金屬，也可以為TaN、TiN或者為MoN等金屬氮化物。本發(fā)明所提出的用于銅互連的氧化層/金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層可以應(yīng)用于不同的銅互連結(jié)構(gòu)中，以下所敘述的是本發(fā)明所公開的在前道銅互連中生長氧化層/金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層的一個(gè)實(shí)施例。如圖2所示，首先在提供的半導(dǎo)體基底200的表面生長低介電常數(shù)介質(zhì)層201，之后在低介電常數(shù)介質(zhì)層201之上旋涂光刻膠301并掩模、曝光、顯影定義出互連通孔的位置。所述半導(dǎo)體基底200的材質(zhì)可以是單晶硅、多晶硅、非晶硅中的一種，也可以是絕緣體上的硅結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)。在所述半導(dǎo)體基底200中形成有半導(dǎo)體器件(未示出)，例如具有柵極、源極和漏極的金屬氧化物半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體基底200中還可以形成有金屬互連結(jié)構(gòu)(未示出)，如銅的通孔或者互連線。 所述低介電常數(shù)介質(zhì)層201可以是二氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等，也可以為超低介電常數(shù)介質(zhì)，比如為多孔SiCOH (摻碳的氧化物)介質(zhì)。接下來，刻蝕掉沒有被光刻膠保護(hù)的低介電常數(shù)介質(zhì)層形成互連通孔，剝除光刻膠301后如圖3所示。接下來，在所形成的互連通孔的底壁、側(cè)壁以及低介電常數(shù)介質(zhì)層201的表面生長一層約2納米厚的氧化層202，如圖4所示。然后，采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的方法對(duì)氧化層202進(jìn)行回刻，刻蝕掉位于互連通孔底壁上的氧化層，以保證關(guān)鍵尺寸，如圖5所示。氧化層202可以為SiCN、Si3N4、A10N、A1203、Ta2O5或者為Hf02。以上所述金屬層的生長方法都是業(yè)界所熟知的，以生長SiCN氧化層為例，將形成互連通孔后的器件放入300°C的反應(yīng)腔體內(nèi)，使用TDMAS ((N (CHtRD3]) [RD2] RD3] SiH )和氫氣(H2)分別作為前驅(qū)體和氧化劑，用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法在互連通孔的底壁、側(cè)壁以及低介電常數(shù)介質(zhì)層201的表面生長一層約2納米厚的SiCN氧化層。接下來，采用原子層淀積的方法覆蓋氧化層202以及互連通孔的底壁生長一層約I納米厚的金屬層203，如圖6所示。金屬層203可以為Co、Ru、Ta、W、Mo、Ti、Cu、TaN、TiN或者為MoN。以上所述金屬層的生長方法也是業(yè)界所熟知的，以生長釕金屬層為例。將釕源MBCHRu[ ( Π6-1-異丙基-4-甲基苯)(η 4-環(huán)己-1，3-二烯)釕(O)]加熱至120°C，使用IMNCHRu和氧氣(O2)分別作為前驅(qū)體和氧化劑，在300°C的反應(yīng)腔體內(nèi)，采用原子層淀積的方法覆蓋氧化層202以及互連通孔的底壁生長一層約I納米厚的釕金屬層。接下來，在互連通孔中電鍍銅金屬204，如圖7所示。接下來，對(duì)銅金屬進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除多余的銅金屬、抗銅擴(kuò)散阻擋層和低介電常數(shù)介質(zhì)層，如圖8所示。最后，利用PECVD工藝使用硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)為反應(yīng)氣體生長一層氮化硅刻蝕阻擋層205，如圖9所示。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，包括在半導(dǎo)體基底上形成的低介電常數(shù)介質(zhì)層；在所述低介電常數(shù)介質(zhì)層中形成的互連通孔；其特征在于， 在所述互連通孔的側(cè)壁以及所述低介電常數(shù)介質(zhì)層之上形成的氧化層； 覆蓋所述氧化層與所述互連通孔的底壁形成的金屬層； 所述氧化層與所述金屬層形成氧化層和金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層。
2.如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的氧化層為硅碳氮、氮化硅或者為金屬的氧化物及氮氧化物。
3.如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的金屬層可以為單質(zhì)金屬或金屬氮化物。
4.如權(quán)利要求2所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述金屬的氧化物及氮氧化物為氧化鋁、氮氧化鋁、氧化鉭或者氧化鉿。
5.如權(quán)利要求3所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的金屬層為鈷、釕、鉭、鎢、鑰、鈦、銅、氮化鉭、氮化鈦或者為氮化鑰。
6.一種如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層的制造方法，包括 在提供的半導(dǎo)體基底表面淀積一層低介電常數(shù)介質(zhì)層；刻蝕所述低介電常數(shù)介質(zhì)層形成互連通孔；覆蓋所形成的互連通孔的底壁、側(cè)壁以及所述低介電常數(shù)介質(zhì)層的表面生長一層薄的氧化層； 對(duì)所形成的氧化層進(jìn)行回刻以去除在所述互連通孔底部的所述氧化層； 覆蓋剩余的氧化層以及互連通孔的底壁淀積一金屬層，所形成的金屬層與氧化層構(gòu)成氧化層和金屬混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層。
7.如權(quán)利要求6所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的氧化層為硅碳氮、氮化硅或者為金屬的氧化物及氮氧化物。
8.如權(quán)利要求6所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的金屬層可以為單質(zhì)金屬或金屬氮化物。
9.如權(quán)利要求7所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述金屬的氧化物及氮氧化物為氧化鋁、氮氧化鋁、氧化鉭或者氧化鉿。
10.如權(quán)利要求8所述的用于銅互連的抗銅擴(kuò)散阻擋層，其特征在于，所述的金屬層為鈷、釕、鉭、鎢、鑰、鈦、銅、氮化鉭、氮化鈦或者為氮化鑰。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路制造互連領(lǐng)域，具體涉及一種用于銅互連的混合介質(zhì)抗銅擴(kuò)散阻擋層及其制造方法。本發(fā)明使用混合介質(zhì)(氧化層/金屬)來作為抗銅擴(kuò)散阻擋層，首先，可以有效增強(qiáng)金屬對(duì)銅的抗擴(kuò)散能力，并有效防止擴(kuò)散阻擋層被氧化而失效，延長擴(kuò)散阻擋層的壽命。其次，可以降低互連電路的有效介電常數(shù)值，進(jìn)而使得互連電路整體的RC延遲下降。再次，由于金屬與銅具有良好的粘附性和接觸，可以在金屬表面直接電鍍銅而不需要先淀積一層銅籽晶，工藝簡(jiǎn)單可行，有望在未來銅互連的抗擴(kuò)散阻擋層的制造中得到應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L23/532GK102832199SQ20121036292
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者孫清清, 房潤辰, 鄭珊, 張衛(wèi), 王鵬飛, 周鵬 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)