[發明專利]防止銅擴散的方法

有效

• 申請號: 201210113569.X
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN103377988A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 周鳴
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/321
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體的，本發明涉及一種防止銅擴散的方法。

背景技術

與傳統互連材料鋁相比，由于銅具有更高的電導率和更好的抗電遷移特性，所以目前被廣泛地應用在超大規模集成電路的互連線中。然而，銅易在介質層內快速擴散，可能會導致很高的泄漏電流和介質層擊穿，為此，需要在銅互連線與介質層之間設置防止銅擴散的阻擋層。隨著超大規模集成電路的發展，特別是高性能邏輯器件尺寸的不斷減小，同層相鄰互連線間的介質層仍存在銅從互連線頂部進入其中的擴散，這種銅擴散使得介質層極易擊穿。

按照介質層擊穿的特點，可以將擊穿分為兩種類型。一種是本征擊穿，即電壓一加到銅互連結構中，電場強度就達到或超過銅互連結構的介質層擊穿臨界場強，介質層中的電流瞬間變得很大，介質層馬上被擊穿。另一種是與可靠性相關的時間相關介質擊穿(Time?Dependent?Dielectric?Breakdown，TDDB)，即施加在介質層上的電場低于其本征擊穿場強，并未引起本征擊穿，但經歷一定時間后介質層仍發生了擊穿。

造成與時間相關介質擊穿的原因是由于芯片的集成度提高，互連線變得很細，在通電狀態下，其中的電流密度很大，在較高的電流密度作用下，互連線金屬層中的金屬離子會沿著電子運動反方向進行遷移，這種現象稱之為電遷移，電遷移會使得金屬層因金屬離子的遷移在局部區域由質量堆積(Pileup)而出現小丘(Hillocks)，或由質量虧損出現空洞(Voids)而造成的器件或互連性能退化甚至失效。

因此，抑制銅互連線金屬層中銅離子的流失可以改善與時間相關介質擊穿。由于銅互連線在形成過程中會接觸到氧化性刻蝕氣體，并難免會暴露在空氣中，所以銅表面的銅原子極易被氧化形成CuO，目前也有相關報道采用N₂或H₂等離子還原銅離子Cu，詳見Tsung-Kuei?Kang等人于2004年發表在Journal?of?The?Electrochemical?Society上題目為Avoiding?Cu?Hillocks?during?the?Plasma?Process的文章。但是，采用N₂或H₂等離子還原的原理是基于：等離子體在高壓下電離成離子原子等，與銅互連線表面發生還原反應，將CuO還原成Cu，但是金屬原子仍處于不穩定狀態，對抑制銅離子的流失、以及改善與時間相關介質擊穿效果不明顯。

因此，提出一種防止銅擴散的方法，以抑制銅互連線中銅離子的流失，改善與時間相關介質擊穿成為目前亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種防止銅擴散的方法，以抑制銅互連線中銅離子流失，改善與器件可靠性相關的時間相關介質擊穿。

為解決上述問題，本發明提供了一種防止銅擴散的方法，包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有介質層、以及位于所述介質層內且表面暴露出來的銅互連線；

通過惰性氣體等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊。

可選的，在通過惰性氣體等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊前，還包括：通過氫氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊。

可選的，通過氫氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊時，氫氣的流量在100～2000sccm范圍內，壓強在1～7torr范圍內，功率在100～15000w范圍內，時間在1～20s范圍內。

可選的，所述惰性氣體為氦氣，通過氦氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊時，氦氣的流量在100～2000sccm范圍內，壓強在1～7torr范圍內，功率在100～15000W范圍內，時間在1～20s范圍內。

可選的，所述惰性氣體為氬氣，通過氬氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊時，氬氣的流量在100～2000sccm范圍內，壓強在1～7torr范圍內，功率在100～15000W范圍內，時間在1～20s范圍內。

可選的，通過惰性氣體等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊包括：先通過氦氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊，再通過氬氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊。

可選的，通過氦氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊時，氦氣的流量在100～1000sccm范圍內，壓強在1～7torr范圍內，功率在500～1500W范圍內，時間在10～20s范圍內；通過氬氣等離子體對所述銅互連線表面進行轟擊時，氬氣的流量在100～1000sccm范圍內，壓強在1～7torr范圍內，功率在500～1500W范圍內，時間在10～20s范圍內。