一种半导体器件的制造方法

摘要

本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成附着层，所述附着层为掺杂碳的富氮化硅层；在所述附着层上形成阻障层。根据本发明，可以改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间的附着性，有效阻止铜金属的扩散。

权利要求

1.一种半导体器件的制造方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；

在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成附着层，所述附着层为掺杂碳的富氮化硅层，形成所述附着层的前体材料包括六甲基二硅氮烷和氰胺，以降低氢的扩散对所述绝缘层击穿特性的影响；

在所述附着层上形成阻障层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述附着层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述六甲基二硅氮烷的流量为

100-1000sccm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氰胺的流量为100-500sccm。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用氦气作为所述化学气相沉积的载气。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氦气的流量为1000-3000sccm。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程是在压力

3-7Torr，功率50-500W的条件下进行的。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述附着层的厚度为20-100埃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺或旋涂工艺形成所述阻障层。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻障层的材料是碳化硅、掺杂氮的碳化硅、碳氧化硅或碳氢化硅。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用原位沉积工艺形成所述附着层。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为具有低介电常数的材料层。

说明书

一种半导体器件的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法。

背景技术

[0002] 铜金属具有低电阻常数和高电子迁移阻抗，因此，采用铜金属作为金属互连线可以降低互连层的厚度，减小互连层间的分布电容，进而提高信号传输速度。由于铜金属易受到氧化，且容易扩散到相邻的材料中去，所以，采用铜金属作为金属互连线，需要在铜互连线上覆盖阻障层将其封住。

[0003] 通常采用氮化硅作为阻障层的材料，传统的利用硅烷（SiH4）和氨气（NH3）反应生成氮化硅的方法形成的阻障层材料中含有大量的硅氢（Si-H）键，其中的氢可以通过铜金属扩散到相邻的介电层中，进而影响介电层的击穿特性，导致器件性能下降。采用其他有机前体形成碳化硅、掺杂氮的碳化硅或者诸如碳氧化硅、碳氢化硅之类掺杂其他元素的碳化硅作为阻障层材料可以解决氢影响介电层击穿特性的问题。但是，铜金属与上述碳化硅阻障层之间的界面特性较差，从而影响到二者之间的附着性，最终影响击穿电压（VBD）、经时介电击穿（TDDB）、电迁移（EM）、应力迁移（SM）等相关电参数，导致器件的电迁移失效等问题。同时，对于从完成化学机械研磨去除多余的铜金属到开始沉积碳化硅阻障层之间的时间间隔的要求也会相应缩短，不利于前后制造工序之间的转换。

[0004] 因此，需要提出一种方法，改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间的附着性，有效阻止铜金属的扩散。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成附着层，所述附着层为掺杂碳的富氮化硅层；在所述附着层上形成阻障层。

[0006] 优选地，采用化学气相沉积工艺形成所述附着层。

[0007] 优选地，形成所述附着层的前体材料包括六甲基二硅氮烷。

[0008] 优选地，形成所述附着层的前体材料还包括氰胺。

[0009] 优选地，六甲基二硅氮烷的流量为100-1000sccm，氰胺的流量为100-500sccm。

[0010] 优选地，采用氦气作为所述化学气相沉积的载气。

[0011] 优选地，氦气的流量为1000-3000sccm。

[0012] 优选地，所述化学气相沉积过程是在压力3-7Torr，功率50-500W的条件下进行的。

[0013] 优选地，所述附着层的厚度为20-100埃。

[0014] 优选地，采用化学气相沉积工艺或旋涂工艺形成所述阻障层。

[0015] 优选地，所述阻障层的材料是碳化硅、掺杂氮的碳化硅、碳氧化硅或碳氢化硅。

[0016] 优选地，采用原位沉积工艺形成所述附着层。

[0017] 优选地，所述绝缘层为具有低介电常数的材料层。

[0018] 根据本发明，可以改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间的附着性，有效阻止铜金属的扩散。

附图说明

[0019] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

[0020] 附图中：

[0021] 图1A-图1C为本发明提出的改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法的各步骤的示意性剖面图；

[0022] 图2为本发明提出的改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法的流程图。

具体实施方式

[0023] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

[0024] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明如何改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间的附着性。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

[0025] 应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

[0026] 下面，参照图1A-图1C和图2来描述本发明提出的改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法的详细步骤。

[0027] 参照图1A-图1C，其中示出了本发明提出的改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法的各步骤的示意性剖面图。

[0028] 首先，如图1A所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅（SOI）等。作为示例，在本实施例中，半导体衬底100选用单晶硅材料构成。在半导体衬底100中形成有隔离槽，埋层，以及各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。

[0029] 在所述半导体衬底100上，形成有各种元件，为了简化，图示中予以省略，这里仅示出一绝缘层101，其通常为具有低介电常数的材料层，本实施例中采用氧化硅层。所述绝缘层101中形成有用于填充金属互连线的沟槽。沉积一金属层，例如铜金属层，于所述绝缘层101上，并填满所述绝缘层101中的沟槽。采用化学机械研磨工艺去除多余的铜金属层，研磨到所述绝缘层101的表面终止，在所述绝缘层101中形成铜金属互连线102。

[0030] 接着，如图1B所示，在所述绝缘层101以及铜金属互连线102上形成一附着层103。采用化学气相沉积工艺形成所述附着层103，其中，用氦气（He）作为化学气相沉积的载气，分别用六甲基二硅氮烷（C6H19NSi2）和氰胺（CH2N2）代替硅烷（SiH4）和氨气（NH3）作为形成所述附着层103的前体材料，C6H19NSi2与CH2N2发生反应形成掺杂碳的富氮化硅作为所述附着层103的材料，降低氢对所述绝缘层101击穿特性的影响。

[0031] 采用原位沉积工艺形成所述附着层103，所述化学气相沉积工艺的具体工艺参数如下：压力3-7Torr，功率50-500W，C6H19NSi2的流量为100-1000sccm，CH2N2的流量为100-500sccm，He的流量为1000-3000sccm。沉积形成的所述附着层103的厚度为20-100埃。

[0032] 接着，如图1C所示，在所述附着层103上形成一阻障层104。形成所述阻障层104的材料是碳化硅、掺杂氮的碳化硅或者诸如碳氧化硅、碳氢化硅之类掺杂其他元素的碳化硅。形成所述阻障层104的方法采用化学气相沉积工艺或旋涂工艺。

[0033] 至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤，通过在铜金属互连线与碳化硅阻障层之间形成掺杂碳的富氮化硅作为附着层，可以改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间的附着性，有效阻铜金属互连线止铜金属的扩散。

[0034] 需要说明的是，在所述碳化硅阻障层之上，可以再形成绝缘层，同时在绝缘层中形成铜金属互连线，然后在绝缘层以及铜金属互连线上形成掺杂碳的富氮化硅作为附着层，再在附着层上形成碳化硅阻障层，以此类推，形成一种多层互联结构。其中，下一层的碳化硅阻障层可以作为在上一层绝缘层中形成铜金属互连线的蚀刻终止层，同时，所述附着层和碳化硅阻障层实际上构成双层铜金属阻障层，可以减小上一层绝缘层和铜金属互连线产生的应力对下一层铜金属阻障层的影响，有效阻止铜金属的扩散。

[0035] 参照图2，其中示出了本发明提出的改善铜金属互连线与碳化硅阻障层之间附着性的方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。

[0036] 在步骤201中，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；

[0037] 在步骤202中，在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成附着层，所述附着层为掺杂碳的富氮化硅层；

[0038] 在步骤203中，在所述附着层上形成阻障层。

[0039] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。