[發(fā)明專利]包含α-Ta層的擴散阻擋層的制備方法以及復合擴散阻擋層

在審

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• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN110970349A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 任興潤;王婷;汪雷;劉洋;何丹丹
• 申請（專利權(quán)）人: 長鑫存儲技術有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/538
• 代理公司: 北京律智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 王瑩;于寶慶

本發(fā)明提供了一種包含α?Ta層的擴散阻擋層的制備方法，首先形成TaN層，并對TaN層進行惰性氣體等離子體處理，然后在經(jīng)惰性氣體等離子體處理后的TaN層表面沉積Ta形成α?Ta層。本發(fā)明還提供了一種銅互連的形成方法以及一種復合的擴散阻擋層。本發(fā)明的制備方法形成的擴散阻擋層包括TaN層以及低阻值的α?Ta層，α相的Ta層能明顯降低阻擋層的電阻值。本發(fā)明的制備方法以及銅互連方法可直接利用現(xiàn)有的裝置，工藝簡單，便于操作，易于工業(yè)化推廣。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體器件制造技術領域，具體涉及一種包含α-Ta層的擴散阻擋層的制備方法及所得的復合擴散阻擋層，以及一種銅互連的形成方法。

背景技術

銅由于較小的電阻率以及較好的抗電子遷移能力，廣泛應用于集成電路的金屬互連工藝中。然而由于銅在介質(zhì)中，如二氧化硅(SiO₂)、硅(Si)等，具有很強的擴散能力，因此需要在銅與介質(zhì)中間加上擴散阻擋層。難熔金屬特別是鉭及其氮化物由于具有較好的阻擋性能和熱穩(wěn)定性而被廣泛使用。

由于制程微縮，器件的尺寸不斷縮小，互連布線的密度急劇增加，互連系統(tǒng)中電阻、電容帶來的RC耦合寄生效應迅速增加，影響了器件的速度。隨著線寬的逐漸減小，金屬線的阻值也變的越來越大。難熔金屬阻擋層由于要保持一定的厚度穩(wěn)定其抗銅擴散性能，不能隨著線寬同比例縮小，因此嚴重影響了金屬線的阻值。

鉭作為最為常見的銅的擴散阻擋層，具有兩種晶體結(jié)構(gòu)，體心立方結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、低阻值的α相和四方體亞穩(wěn)定相、高阻值的β相。對于一般的擴散阻擋層而言，β-Ta層的阻值約為180～220μΩ·cm，而α-Ta層的阻值僅為24～50μΩ·cm。

在目前的雙大馬士革工藝中，Ta作為銅的擴散阻擋層主要是利用PVD等技術進行沉積，得到的Ta薄膜主要是β相Ta，具有較高的阻值，由此增加了導線的阻值，增加了RC延遲，影響器件性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的一個目的是提供一種包含α-Ta層的擴散阻擋層的制備方法，其制備形成的Ta層中為低阻值的α相Ta。

本發(fā)明的另一目的是提供一種銅互連的形成方法。

本發(fā)明的另一目的是提供一種復合擴散阻擋層以及一種半導體器件。

本發(fā)明提供的包含α-Ta層的擴散阻擋層的制備方法中，包括以下步驟：

S1：形成TaN層，并對所述TaN層進行惰性氣體等離子體處理；以及

S2：在經(jīng)惰性氣體等離子體處理后的所述TaN層表面沉積Ta形成α-Ta層即得所述擴散阻擋層。

本發(fā)明提供的制備方法中，步驟S1所述的惰性氣體等離子體為等離子體化的氬氣(Ar)或氪氣(Kr)。

本發(fā)明提供的制備方法中，步驟S1所述的惰性氣體等離子體處理中，處理時間為10～100s，射頻能量為100～2000W，氣體流量為10～100sccm。

本發(fā)明提供的制備方法中，步驟S1中形成的所述TaN層的厚度為5～30nm。

本發(fā)明提供的制備方法中，經(jīng)惰性氣體等離子體處理后的所述TaN層的厚度為3～25nm。

本發(fā)明提供的制備方法中，步驟S2所述的α-Ta層的厚度為5～30nm。

本發(fā)明提供的銅互連的形成方法包括以下步驟：

T1：在基底上制備具有互連溝槽的介質(zhì)層，所述基底上的金屬暴露于所述互連溝槽的底部；

T2：在所述互連溝槽的表面形成TaN層；

T3：對所述TaN層進行惰性氣體等離子體處理；