[發明專利]提高金屬連線電遷移可靠性的方法

在審

• 申請號: 201410111284.1
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103904025A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 趙龍;張亮;冷江華
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術領域

本發明涉及半導體集成電路及其制造領域，特別涉及一種提高金屬連線電遷移可靠性的方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路技術的發展，特征尺寸不斷減小，芯片集成度也越來越高，導致金屬連線上電流密度急劇上升，芯片單位面積功耗增大，因此，金屬連線的可靠性一直是集成電路制造領域所關心的重要問題。

在45nm及以下工藝中，為了減少后段互連RC（R指電阻，C指電容）延遲，銅/低介電常數介質（低k介質）體系逐漸取代傳統的鋁/二氧化硅體系成為業界主流。與傳統的鋁互連相比，銅互連具有許多優點，例如：銅的電阻率更小；銅互連線的寄生電容比鋁互連線小；銅互連線的電阻小，使得銅互連線上功耗比鋁互連小；銅的抗電遷移率比鋁好，不會因為電遷移產生互連空洞，提高了器件的可靠性。因此，與傳統的互連系統相比，銅/低介電常數介質具有金屬互連線層數少、芯片速度高、功耗低、制造成本低、高抗電遷移率等優勢。

雖然與鋁互連相比，銅互連電遷移（Electro-Migration，簡稱EM）現象有很大改善，但其依然是一個重要的可靠性問題。研究表明，銅的失效機理與鋁的有所不同。在鋁互連中，主要的擴散方式是晶界擴散，而在銅互連中，占主導地位的擴散是界面擴散，即銅上表面和介質覆蓋層之間的界面是電遷移最主要的擴散途徑。

因此，如何抑制銅原子沿界面的擴散，提高銅互連線的電遷移壽命是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高金屬連線電遷移可靠性的方法，解決銅上表面與介質覆蓋層之間的界面擴散現象，改善銅電遷移失效的問題。

本發明的技術方案是一種提高金屬連線電遷移可靠性的方法，包括以下步驟：

S1：提供一半導體襯底，在其上沉積第一介質層，在所述第一介質層內形成第一金屬層；

S2：在所述第一介質層上沉積第一阻擋層，通過刻蝕形成凹槽，暴露出所述第一金屬層；

S3：形成第一金屬保護層填充所述凹槽；

S4：在S3所形成的結構表面沉積第二介質層，在所述第二介質層上形成第二金屬層。

進一步的，所述第一介質層與第二介質層為低介電常數材料。

進一步的，所述第一介質層與第二介質層的材質為SiOCH。

進一步的，采用化學氣相沉積工藝沉積第一介質層、第二介質層以及第一阻擋層。

進一步的，采用單大馬士革工藝形成第一金屬層,采用雙大馬士革工藝形成第二金屬層。

進一步的，所述第一金屬層與第二金屬層的材質為銅。

進一步的，所述第一阻擋層的材質為SiN、SiC、SiOC、SiOCN或SiCN。

進一步的，所述第一金屬保護層的材質為Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN或ZrN，或者雙層Ti/TiN、Ta/TaN或W/WN。

進一步的，采用物理氣相沉積、化學氣相沉積或原子層沉積工藝形成第一金屬保護層。

進一步的，形成第一金屬保護層之后進行平坦化處理，采用化學機械研磨工藝研磨至第一阻擋層。

進一步的，在步驟S4之后還包括：使用相同的工藝形成第二金屬保護層以及后續的金屬層與金屬保護層。

發明人經研究發現，在銅線上覆蓋一層薄的金屬保護層，可以有效改善銅表面的黏附性，抑制銅原子沿界面的擴散，從而可以有效提高銅互連線的電遷移壽命。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明通過在每層金屬層上覆蓋金屬保護層，有效改善金屬表面的黏附性，尤其是銅表面的黏附性，抑制金屬上表面與阻擋層界面處的擴散現象，有效的提高金屬連線電遷移的可靠性。

附圖說明

圖1為本發明一實施例中提高金屬連線電遷移可靠性的方法流程圖。

圖2～7為本發明一實施例中提高金屬連線電遷移可靠性的方法的各步驟結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容做進一步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。

其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應對此作為本發明的限定。

本發明的核心思想是：在每層金屬層上覆蓋金屬保護層，抑制金屬上表面與阻擋層界面處的擴散現象，有效的提高金屬連線電遷移的可靠性。