[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010534243.5
• 申請(qǐng)日: 2010-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102468266A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何偉業(yè)
• 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): H01L23/522
• 分類號(hào): H01L23/522;H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時(shí)云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路集成度的不斷提高，鋁作為內(nèi)連線材料其性能已難以滿足集成電路的要求，銅較鋁具有低的電阻率和更高的抗電遷移能力，因此在深亞微米技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，銅又是導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效的元兇，這主要是因?yàn)殂~是一種重金屬，在高溫和加電場(chǎng)的情況下，可以在半導(dǎo)體硅片和二氧化硅中快速擴(kuò)散，引起器件可靠性方面的問(wèn)題。

因此，業(yè)界通常在銅布線層上形成擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層的材料通常選自氮化硅或碳化硅等比較致密的介電材料，以防止銅原子擴(kuò)散到銅布線層上方的鋁焊墊中或其它布線層中。

具體請(qǐng)參考圖1，其為現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件包括：半導(dǎo)體襯底110、形成于半導(dǎo)體襯底110上的介質(zhì)層120、貫穿介質(zhì)層120的開(kāi)口、填充在所述開(kāi)口內(nèi)的銅布線層130、以及覆蓋所述銅布線層130和介質(zhì)層120的擴(kuò)散阻擋層140。其中，所述擴(kuò)散阻擋層140的材料通常為氮化硅或碳化硅等比較致密的可防止銅擴(kuò)散的介電材料。

然而，隨著芯片集成度越來(lái)越高，互連線變得更細(xì)、更窄、更薄，因此，其中的電流密度也越來(lái)越大。而銅布線層130與擴(kuò)散阻擋層140的粘附性不是十分理想，在較高的電流密度作用下，銅布線層130中的銅原子仍然會(huì)沿著銅布線層130與擴(kuò)散阻擋層140的邊界進(jìn)行擴(kuò)散和電遷移(EM)，導(dǎo)致在銅布線層130中出現(xiàn)空洞(void)131，使得互連線在工作過(guò)程中產(chǎn)生短路或斷路現(xiàn)象，成為引起集成電路失效的一種重要機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，以解決現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件中的銅原子易發(fā)生電遷移的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有介質(zhì)層以及貫穿所述介質(zhì)層的開(kāi)口；填充在所述開(kāi)口內(nèi)的銅布線層和銅合金層，所述銅合金層覆蓋銅布線層；形成于所述介質(zhì)層和銅合金層上的擴(kuò)散阻擋層。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅錳合金，所述銅錳合金中錳的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅鋁合金，所述銅鋁合金中鋁的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅銀合金，所述銅銀合金中銀的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅錫合金，所述銅錫合金中錫的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅鋯合金，所述銅鋯合金中鋯的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的材料為銅釕合金，所述銅釕合金中釕的重量百分比小于15％。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，所述銅合金層的厚度為

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件中，擴(kuò)散阻擋層的材料為氮化硅或碳化硅或摻氮的碳化硅。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有介質(zhì)層以及貫穿介質(zhì)層的開(kāi)口；在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅布線層，所述銅布線層的表面低于介質(zhì)層的表面；在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅合金層，所述銅合金層覆蓋銅布線層；在所述介質(zhì)層以及銅合金層上形成擴(kuò)散阻擋層。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件制造方法中，在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅布線層的步驟包括：在開(kāi)口內(nèi)形成銅布線層薄膜，所述銅布線層薄膜的表面與介質(zhì)層的表面齊平；去除部分厚度的銅布線層薄膜，以在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅布線層。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件制造方法中，利用回刻蝕的方式去除部分厚度的銅布線層薄膜。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件制造方法中，在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅合金層的步驟包括：在開(kāi)口內(nèi)形成銅合金層薄膜，所述銅合金層薄膜覆蓋銅布線層和介質(zhì)層表面；去除介質(zhì)層表面的銅合金層薄膜，以在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅合金層。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件制造方法中，利用物理氣相沉積的方式在所述開(kāi)口內(nèi)形成銅合金層薄膜。

可選的，在所述的半導(dǎo)體器件制造方法中，利用化學(xué)機(jī)械研磨的方式去除介質(zhì)層表面的銅合金層薄膜。