[發明專利]互連層、其制作方法及半導體器件

有效

• 申請號: 201310754256.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104752335B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 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;H01L23/522
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

本申請公開了一種互連層、其制作方法及半導體器件。其中，互連層的制作方法包括：在襯底上形成具有通孔的介質層，并在通孔中填充形成金屬填充部，以及在介質層和金屬填充部上形成阻擋層的步驟，其中在形成阻擋層的步驟之前，還包括對金屬填充部進行表面處理的步驟，該步驟包括：對金屬填充部進行Si摻雜處理，以在金屬填充部的表面形成Si摻雜區；以及對金屬填充部表面的Si摻雜區進行離子轟擊處理。該制作方法在金屬填充部上形成了具有Si懸掛鍵的粗糙表面，從而使得金屬填充部與阻擋層之間的結合更加緊密，進而提高了金屬填充部和阻擋層之間的粘結力，提高了互連層的可靠性。

技術領域

本申請涉及半導體集成電路技術領域，具體而言，涉及一種互連層、其制作方法及半導體器件。

背景技術

隨著超大規模集成電路的發展，集成電路金屬互連層的RC延遲成為制約集成電路速度進一步提高的主要因素。采用Cu/低K介質層取代傳統的Al/SiO₂系統可使集成電路性能大幅提高。然而由于Cu在介質層中的擴散速度相當快，且Cu一旦進入器件結構中即形成深能級雜質，對器件中的載流子具有很強的陷阱效應，從而造成器件性能退化甚至失效。因此，需要在Cu與互連介質層之間需要增加一個阻擋層，來阻止Cu的擴散。現有的阻擋層材料主要為氧化硅、氮化硅和氮氧硅等。

現有互連層通常包括低K介質層，設置于低K介質層中的Cu（金屬）填充部，以及設置在低K介質層和Cu填充部上的阻擋層。在上述互連層中，Cu填充部與阻擋層之間的粘結強度較差，導致Cu填充部與阻擋層之間容易產生分層，進而影響器件的穩定性。目前，技術人員主要通過改善阻擋層的制備工藝以提高Cu填充部和阻擋層之間的粘結力。然而，上述方法并不能完全解決Cu填充部與阻擋層之間的粘結強度較差以及兩者之間容易產生分層的問題。

在公開號為102364672A的中國發明專利中公開了一種改善阻擋層與Cu填充部的粘結性能的方法。該方法包括以下步驟：提供具有Cu填充部的半導體基底；然后，在Cu填充部上沉積氮化硅阻擋層，以增加阻擋層和Cu填充部之間的粘結力；接下來，在氮化硅阻擋層上沉積碳化硅阻擋層，以降低整個阻擋層的介電常數。該方法通過在碳化硅阻擋層和Cu填充部之間增加了具有較高粘結力的氮化硅，提高了Cu填充部和阻擋層之間的粘結力，然而其對Cu填充部和阻擋層之間粘結力的提高很有限。

相同的問題還存在于其他適用于作為填充部的金屬材料與阻擋層之間，如何提高金屬填充部與阻擋層之間粘結力已經成為本領域所需要研究的一個新課題。

發明內容

本申請旨在提供一種互連層、其制作方法及半導體器件的制作方法，以解決現有技術中存在的金屬填充部與阻擋層之間的粘結強度較差問題，進而提高互連層的可靠性。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種互連層的制作方法，包括在襯底上形成具有通孔的介質層，在通孔中填充形成金屬填充部，以及在介質層和金屬填充部上形成阻擋層的步驟，其中在形成阻擋層的步驟之前，還包括對金屬填充部進行表面處理的步驟，且對金屬填充部進行表面處理的步驟包括：對金屬填充部進行Si摻雜處理，以在金屬填充部的表面形成Si摻雜區；對金屬填充部表面的Si摻雜區進行離子轟擊處理。

進一步地，在本申請上述的互連層的制作方法，對金屬填充部進行Si摻雜處理的步驟中，形成Si等離子體的反應氣體為有機硅烷，有機硅烷選自四氫化硅、三甲基硅烷和四甲基硅烷中的一種或多種。

進一步地，在本申請上述的互連層的制作方法，對金屬填充部進行Si摻雜處理步驟中，濺射功率為100～2000w，有機硅烷的流量為50～1000sccm，腔內壓力為0.1～10torr。

進一步地，在本申請上述的互連層的制作方法中，離子轟擊處理步驟中，離子轟擊氣體選自Ar、He或N₂中的任一種。