[發(fā)明專利]銅互連結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811589084.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111370363A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王德進(jìn);周耀輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/768;H01L23/538
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 鄧云鵬

本發(fā)明涉及一種銅互連結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述制備方法包括：形成銅互連槽；在銅互連槽內(nèi)沉積Mn?Co?Cu合金；對(duì)Mn?Co?Cu合金進(jìn)行熱處理，以通過(guò)Mn?Co?Cu合金中的Mn在銅互連槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層，通過(guò)Mn?Co?Cu合金中的Cu在銅互連槽內(nèi)形成籽晶層，以獲得銅互連結(jié)構(gòu)。其中，通過(guò)利用Mn?Co?Cu合金形成擴(kuò)散阻擋層，可以有效防止水汽和極性鍵侵蝕，使得電路設(shè)計(jì)無(wú)需大量的空置圖案，大大提高了芯片內(nèi)單位面積的利用率，突破了互連線失效模式對(duì)設(shè)計(jì)的限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種銅互連結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

在90nm及以下銅工藝制程中，為了得到較好的電路響應(yīng)速度、較短的RC延遲，通孔(Via)金屬層間介質(zhì)層(IMD)一般采用低介電常數(shù)(Low K)電介質(zhì)，以避免過(guò)高的寄生電容。但是，低介電常數(shù)電介質(zhì)的引入亦帶來(lái)另一種常見(jiàn)的互連線(Inter-connect)失效模式，即低介電常數(shù)電介質(zhì)吸附的水汽和極性鍵，導(dǎo)致通孔底部的阻擋層氧化，最終造成互連線電性漂移或器件失效。

這種失效機(jī)制對(duì)互連線即通孔的布局(Lay out)設(shè)計(jì)提出了較多要求，例如，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，在互連線周?chē)仨毩粲休^多的區(qū)域設(shè)置空置圖案(Dummy Pattern)，以最小化水汽或極性健對(duì)阻擋層的影響。但是，該方式占用了較多的區(qū)域，從而降低了芯片內(nèi)單位面積的利用率，對(duì)設(shè)計(jì)提出了較多的限制。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)因空置圖案的設(shè)置導(dǎo)致的芯片內(nèi)單位面積利用率低的問(wèn)題，提供一種銅互連結(jié)構(gòu)及其制備方法。

一種銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

形成銅互連槽；

在銅互連槽內(nèi)沉積Mn-Co-Cu合金；

對(duì)Mn-Co-Cu合金進(jìn)行熱處理，以通過(guò)Mn-Co-Cu合金中的Mn在銅互連槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層，通過(guò)Mn-Co-Cu合金中的Cu在銅互連槽內(nèi)形成籽晶層，以獲得銅互連結(jié)構(gòu)。

上述的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，先形成銅互連槽，然后在銅互連槽內(nèi)沉積Mn-Co-Cu合金，并對(duì)Mn-Co-Cu合金進(jìn)行熱處理，以通過(guò)Mn-Co-Cu合金中的Mn在銅互連槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層，通過(guò)Mn-Co-Cu合金中的Cu在銅互連槽內(nèi)形成籽晶層，以獲得銅互連結(jié)構(gòu)。其中，通過(guò)利用Mn-Co-Cu合金形成的擴(kuò)散阻擋層，可以有效防止水汽和極性鍵侵蝕，使得電路設(shè)計(jì)無(wú)需大量的空置圖案，大大提高了芯片內(nèi)單位面積的利用率，突破了互連線失效模式對(duì)設(shè)計(jì)的限制。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層形成于銅互連槽的內(nèi)壁。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用物理氣相沉積方式沉積Mn-Co-Cu合金。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用真空紫外線對(duì)晶面和/或晶背加熱，以對(duì)Mn-Co-Cu合金進(jìn)行熱處理。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，熱處理的溫度取值范圍為150℃～250℃。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，熱處理的時(shí)間為20min～30min。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，Mn-Co-Cu合金中的Mn含量為15％～35％，Co含量為0.5％～3.5％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，在形成銅互連槽之前，方法還包括：

提供襯底；

在襯底上依次形成刻蝕停止層和介質(zhì)層，介質(zhì)層形成于刻蝕停止層上；擴(kuò)散阻擋層形成于介質(zhì)層和籽晶層之間。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)介質(zhì)。

一種銅互連結(jié)構(gòu)，形成于銅互連槽內(nèi)，包括：

籽晶層，為Mn-Co-Cu合金材質(zhì)；