[發(fā)明專利]銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910198586.6
• 申請(qǐng)日: 2009-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN102054756A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶佳相
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768;H01L23/532
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十億個(gè)器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛使用。傳統(tǒng)的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電流密度不斷增大，要求的響應(yīng)時(shí)間不斷減小，傳統(tǒng)鋁互連線已經(jīng)不能滿足要求，工藝尺寸小于130nm以后，銅互連線技術(shù)已經(jīng)取代了鋁互連線技術(shù)。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低，銅互連線可以降低互連線的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件的可靠性。

金屬銅作為互連線材料也有缺點(diǎn)，銅容易擴(kuò)散進(jìn)入襯底或者介質(zhì)層中，在銅互連層形成后，需要在其上形成介質(zhì)帽蓋層來(lái)防止其擴(kuò)散。但是銅與常用的介質(zhì)帽蓋層材料之間的附著力較差，因此仍會(huì)導(dǎo)致銅元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入其周圍的介質(zhì)層中，使得相鄰的互連線之間的擊穿電壓(Voltage?Breakdown，VBD)降低，導(dǎo)致器件的可靠性下降。

為了解決銅與介質(zhì)帽蓋層之間的粘附問(wèn)題，常用的解決方法是形成金屬帽蓋來(lái)覆蓋銅互連線，所述金屬帽蓋位于銅互連線和介質(zhì)帽蓋層之間。申請(qǐng)?zhí)枮?00510105104.x的中國(guó)專利公開了一種金屬帽蓋的形成方法，圖1給出了該方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，提供襯底12，在所述襯底12上形成絕緣層14，在絕緣層14內(nèi)形成溝槽16，在溝槽16的側(cè)壁和底部形成阻擋層18，所述阻擋層18的材料為鉭、氮化鉭或是CoWP合金，在所述溝槽16內(nèi)填充有金屬銅20。最后，在金屬銅20上形成金屬帽蓋22，所述金屬帽蓋22的材料為CoWP。所述金屬帽蓋22的形成方法包括：在所述金屬銅20上形成鈀籽晶層；通過(guò)使用含鈷、鎢和磷的鍍液無(wú)電鍍敷所述金屬銅20，形成金屬帽蓋22。

上述方法通過(guò)形成CoWP材質(zhì)的金屬帽蓋解決了銅互連線與介質(zhì)帽蓋層之間的粘附問(wèn)題，但是所述金屬帽蓋的形成過(guò)程使用了含鈷、鎢、磷的鍍液，其中的鈷、鎢和磷離子容易發(fā)生擴(kuò)散和污染，導(dǎo)致器件的擊穿電壓下降，從而降低器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法，解決金屬帽蓋形成過(guò)程中容易發(fā)生擴(kuò)散污染的問(wèn)題，提高器件的可靠性。

本發(fā)明提供了一種銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)形成有開口，所述開口內(nèi)形成有阻擋層并填充有金屬銅；

在所述開口上方形成金屬帽蓋，所述金屬帽蓋覆蓋開口內(nèi)的金屬銅；

所述金屬帽蓋的材料選自鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦或是它們的組合。

可選的，所述金屬帽蓋的形成方法包括：在所述介質(zhì)層表面和開口上方形成金屬帽蓋層；在所述金屬帽蓋層上形成光刻膠層，并圖案化；以所述圖案化的光刻膠層為掩膜對(duì)所述金屬帽蓋層進(jìn)行刻蝕，形成金屬帽蓋，所述金屬帽蓋覆蓋所述開口內(nèi)的金屬銅。

可選的，所述金屬帽蓋層的厚度為2nm至50nm。

可選的，所述金屬帽蓋層的形成方法為物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)

可選的，所述物理氣相沉積的功率為10000W至40000W，所述物理氣相沉積的氣氛為氬氣或者氬氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w，所述氬氣的流量為4sccm(毫升/分鐘)至40sccm，所述氮?dú)獾牧髁繛?0sccm至30sccm。

可選的，所述光刻膠層圖案化所使用的掩膜版(mask)與形成所述介質(zhì)層內(nèi)開口的掩膜版為同一個(gè)。

可選的，所述金屬帽蓋層的刻蝕方法為干法刻蝕。

可選的，所述干法刻蝕中的源功率為500W至1500W，偏置功率為300W至800W。

可選的，所述干法刻蝕的主要反應(yīng)物為氯氣(Cl₂)，氯化硼(BCl₃)，甲烷(CH₄)，所述Cl₂的流量為150sccm至300sccm，所述BCl₃的流量為50sccm至200sccm，所述CH₄的流量為10sccm至30sccm。

可選的，在形成所述金屬帽蓋之后還包括在形成所述金屬帽蓋之后還包括在所述介質(zhì)層和金屬帽蓋表面形成介質(zhì)帽蓋層。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種銅互連結(jié)構(gòu)，包括：

半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)形成有開口，所述開口內(nèi)形成有阻擋層并填充有金屬銅；