專利名稱：一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路工藝制造技術(shù)，特別涉及一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的銅互連工藝中，作為布線材料的銅具有幾個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)它可以快速進(jìn)入相鄰的介質(zhì)區(qū)域，可導(dǎo)致在兩互連線之間形成導(dǎo)通路徑，產(chǎn)生短路；同時(shí)銅與介質(zhì)層的附著力也很差，很容易產(chǎn)生脫落(peeling)現(xiàn)象。目前，在銅互連形成后，需要在其上形成介質(zhì)蓋帽層，由于銅與介質(zhì)帽蓋層的附著力很差，仍然會(huì)有銅擴(kuò)散的現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而使互聯(lián)線之間的擊穿電壓降低，引發(fā)器件的可靠性問(wèn)題。為了解決銅與上覆介質(zhì)帽蓋的粘附性問(wèn)題，同時(shí)減少銅的電遷移，人們已提 出了一種金屬帽蓋的概念，即在金屬銅上覆蓋一層其他的物質(zhì)，然后再淀積上層的阻擋層，以提高與上覆蓋阻擋層的附著力。目前已經(jīng)提出的最常見的金屬帽蓋材料是CoWP，它采用化學(xué)鍍的方法，它是利用氧化還原反應(yīng)使金屬離子被還原沉積在基板表面；CoWP沉積完成后再淀積一層刻蝕阻擋層。然而，采用CoWP的缺點(diǎn)是，采用化學(xué)鍍方法沉積的金屬都可能降低漏電流特性，而且將CoWP引入到半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)工藝流程之前，由于其所使用的方法和設(shè)備均與之后的流程有所區(qū)別，需要對(duì)半導(dǎo)體集成重新開發(fā)，所以這種方法實(shí)際生產(chǎn)中面臨選擇性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，解決現(xiàn)有金屬帽蓋與銅粘附性差的問(wèn)題，同時(shí)可以提高生產(chǎn)效率。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括
提供一半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有溝槽；
在所述溝槽內(nèi)沉積擴(kuò)散阻擋層并填充金屬銅；
在所述溝槽上方形成硅化二銅層；
對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理，形成CuSiN金屬帽蓋，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅；
在所述CuSiN金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體基底自下而上包括半導(dǎo)體襯底層，第二刻蝕阻擋層與超低K電介質(zhì)材料層。進(jìn)一步的，在所述溝槽上方形成硅化二銅層所采用方法為通入硅烷，并對(duì)所述硅烷進(jìn)行分解。進(jìn)一步的，通入所述硅烷的流量為150sccnT300sccm，分解溫度為200°C 400°C。進(jìn)一步的，對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理所采用的方法為通入氨氣，并對(duì)所述氨氣進(jìn)行等離子分解。
進(jìn)一步的,通入所述氨氣的流量為50sccnTl50sccm,所述等離子分解所采用的功率為100W 200W。進(jìn)一步的，在所述金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層所采用的方法為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝。進(jìn)一步的，在所述金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層所采用的氣體為硅烷和甲烷，其中，所述硅烷流量為150sccnT300sccm，所述甲烷流量為40 sccnT90sccm。進(jìn)一步的，在所述溝槽上方形成硅化二銅層前，還包括去利用化學(xué)機(jī)械研磨方法去除溝槽外多余的擴(kuò)散阻擋層及金屬銅。進(jìn)一步的，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層中，并暴露所述半導(dǎo)體襯底層。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提出一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，包 括
半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有溝槽；
擴(kuò)散阻擋層，形成于所述溝槽底部及側(cè)壁；
金屬銅，填充于所述溝槽內(nèi)；
CuSiN金屬帽蓋，形成于所述溝槽上方，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅；
第一刻蝕阻擋層，形成于所述金屬帽蓋與半導(dǎo)體基底表面。進(jìn)一步的,所述CuSiN金屬帽蓋的厚度為5nnTl0nm。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體基底自下而上包括半導(dǎo)體襯底層、第二刻蝕阻擋層與超低K電介質(zhì)材料層。進(jìn)一步的，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層中，暴露所述半導(dǎo)體襯底層。進(jìn)一步的，所述第一刻蝕阻擋層材料為SiC。進(jìn)一步的，所述擴(kuò)散阻擋層材料為氮化鉭、鉭、氮化鈦及鈦中的一種或其組合。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用CuSiN材料制作金屬帽蓋，不僅增加了銅與上覆介質(zhì)帽蓋的粘附性，同時(shí)減少了銅的電遷移和提高了銅的溫度依賴擊穿特性；相對(duì)于以往采用化學(xué)鍍方式制備CoWP材料金屬帽蓋的方式，本發(fā)明中CuSiN金屬帽蓋層以及后續(xù)刻蝕阻擋層的制備都可以在同一臺(tái)設(shè)備中同一個(gè)工藝腔(chamber)完成,工藝技術(shù)簡(jiǎn)單,能和業(yè)界通用設(shè)備兼容，在降低制造成本的同時(shí)提高了產(chǎn)量(through put)ο


圖I為本發(fā)明制造一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意 圖2至圖6為采用圖I所示步驟形成一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖對(duì)具體結(jié)構(gòu)及方法進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖I為本發(fā)明銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法的一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意 如圖I所示，執(zhí)行步驟S01，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底自下而上包括半導(dǎo)體襯底層、第二刻蝕阻擋層與超低K電介質(zhì)材料層；
執(zhí)行步驟S02，在所述半導(dǎo)體基底上形成溝槽，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層中，并暴露所述半導(dǎo)體襯底層；
執(zhí)行步驟S03，在所述溝槽中沉積擴(kuò)散阻擋層并填充金屬銅； 執(zhí)行步驟S04，去除溝槽外多余的擴(kuò)散阻擋層及金屬銅；
執(zhí)行步驟S05，在所述溝槽上方形成硅化二銅層；
執(zhí)行步驟S06，對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理，形成CuSiN金屬帽蓋，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅。執(zhí)行步驟S07，在所述CuSiN金屬帽蓋及所述超低K電介質(zhì)材料層表面形成第一刻蝕阻擋層。圖2至圖6為采用圖I所示步驟形成銅互連結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。以下將結(jié)合圖2至圖6，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法。如圖2所示，提供一半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底包括自下而上依次形成的半導(dǎo)體襯底層101，第二刻蝕阻擋層102和超低K電介質(zhì)材料層(ULK) 103 ;所述半導(dǎo)體襯底101的材料可以為單晶硅、多晶硅、非晶硅中的一種，所述半導(dǎo)體襯底100的材料還可以是絕緣體上娃(SOI, Silicon On Insulator),或者其他半導(dǎo)體材料或娃上外延結(jié)構(gòu)。所述第二刻蝕阻擋層102的材料可以是SiCN，所述第二刻蝕阻擋層102用于作為后續(xù)刻蝕超低K電介質(zhì)材料層(ULK) 102步驟中的刻蝕停止層；所述超低K電介質(zhì)材料103可以是SiCOH材料，其形成工藝可以采用現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積工藝。所述半導(dǎo)體基底100中形成有溝槽104，該溝槽通過(guò)對(duì)所述超低K電介質(zhì)材料層(ULK) 103、第二刻蝕阻擋層102，進(jìn)行刻蝕形成，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層102中，并暴露所述半導(dǎo)體襯底層101。如圖3所示，在所述溝槽內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層105，并填充金屬銅106。所述擴(kuò)散阻擋層105覆蓋所述溝槽側(cè)壁及底部并覆蓋所述超低K電介質(zhì)材料層103表面上，所述擴(kuò)散阻擋層105的材料可以為氮化鉭、鉭、氮化鈦及鈦中的一種或其組合，所述擴(kuò)散阻擋層105可以是單層或者疊層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，優(yōu)選的擴(kuò)散阻擋層材料為鉭。所述金屬銅覆蓋所述擴(kuò)散阻擋層105充滿所述溝槽。所述金屬銅的填充可以采用業(yè)界通用的電鍍方法實(shí)現(xiàn)。之后采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝去除所述溝槽外的擴(kuò)散阻擋層及金屬銅，并采用業(yè)界通用的ST250清洗液，對(duì)溝槽內(nèi)金屬銅上表面進(jìn)行清洗。如圖4所示，通入硅烷(SiH4),并對(duì)所述硅烷進(jìn)行分解，其中，通入所述硅烷的流量為150SCCnT300SCCm，分解溫度為200°C 400°C。經(jīng)分解的硅烷的硅與所述溝槽表面的銅進(jìn)行反應(yīng)，在所述溝槽上方形成硅化二銅層(Cu2Si) 107。接著，如圖5所示，通過(guò)通入氨氣(NH3),并對(duì)所述氨氣進(jìn)行等離子分解，對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理。通入氨氣的流量為50sccnTl50sccm,所述等離子分解所采用的功率為100W 200W。氨氣經(jīng)過(guò)等離子分解,與所述硅化二銅層進(jìn)行反應(yīng)，生成CuSiN金屬帽蓋108，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅。CuSiN金屬帽蓋不僅與金屬銅有更好的粘附性，也可以有效減少銅的電遷移和提高了銅的溫度依賴擊穿特性。如圖6所示，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝，在所述CuSiN金屬帽蓋108和超低K電介質(zhì)材料層103表面形成第一刻蝕阻擋層109，所述第一刻蝕阻擋層材料可以為SiC，反應(yīng)氣體具體為硅烷和甲烷(CH4),其中，所述硅烷流量為150sccnT300sccm，所述甲烷流量為40 sccm^90sccmo該步驟中第一刻蝕阻擋層的形成可以與之前CuSiN金屬帽蓋的形成在同一臺(tái)設(shè)備中同一個(gè)工藝腔(chamber)完成，相對(duì)于以往采用化學(xué)鍍方式制備CoffP材料金屬帽蓋的方式，省略了將芯片移送化學(xué)品槽的步驟，工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，能和業(yè)界通用設(shè)備兼容，在降低制造成本的同時(shí)提高了產(chǎn)量(through put)ο此外，在完成上述步驟后，繼續(xù)執(zhí)行形成CMOS器件的銅后道的其他工藝，這些工藝步驟可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的方法形成，在此不贅述。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此
本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括 提供一半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有溝槽； 在所述溝槽內(nèi)沉積擴(kuò)散阻擋層并填充金屬銅； 在所述溝槽上方形成硅化二銅層； 對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理，形成CuSiN金屬帽蓋，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅； 在所述CuSiN金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層。
2.如權(quán)利要求I所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底自下而上包括半導(dǎo)體襯底層，第二刻蝕阻擋層與超低K電介質(zhì)材料層。
3.如權(quán)利要求I所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在所述溝槽上方形成硅化二銅層所采用方法為通入硅烷，并對(duì)所述硅烷進(jìn)行分解。
4.如權(quán)利要求3所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，通入所述硅烷的流量為150sccnT300sccm，分解溫度為200°C 400°C。
5.如權(quán)利要求I所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理所采用的方法為通入氨氣，并對(duì)所述氨氣進(jìn)行等離子分解。
6.如權(quán)利要求5所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，通入所述氨氣的流量為50SCCnTl50SCCm，所述等離子分解所采用的功率為100W 200W。
7.如權(quán)利要求I或2所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在所述金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層所采用的方法為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝。
8.如權(quán)利要求I或2所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在所述金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層所采用的氣體為硅烷和甲烷，其中，所述娃燒流量為150sccnT300sccm,所述甲燒流量為40 sccnT90sccm。
9.如權(quán)利要求I所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在所述溝槽上方形成硅化二銅層前，還包括去利用化學(xué)機(jī)械研磨方法去除溝槽外多余的擴(kuò)散阻擋層及金屬銅。
10.如權(quán)利要求2所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層中，并暴露所述半導(dǎo)體襯底層。
11.一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有溝槽，; 擴(kuò)散阻擋層，形成于所述溝槽底部及側(cè)壁； 金屬銅，填充于所述溝槽內(nèi)； CuSiN金屬帽蓋，形成于所述溝槽上方，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅； 第一刻蝕阻擋層，形成于所述金屬帽蓋與半導(dǎo)體基底表面。
12.如權(quán)利要求11所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)的制備工藝，所述CuSiN金屬帽蓋的厚度為5nnTl0nm。
13.如權(quán)利要求11所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底自下而上包括半導(dǎo)體襯底層、第二刻蝕阻擋層與超低K電介質(zhì)材料層。
14.如權(quán)利要求13所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝槽底部位于所述第二刻蝕阻擋層中，暴露所述半導(dǎo)體襯底層。
15.如權(quán)利要求11所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一刻蝕阻擋層材料為SiC。
16.如權(quán)利要求11所述的一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層材料為氮化鉭、鉭、氮化鈦及鈦中的一種或其組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶金屬帽蓋的銅互連結(jié)構(gòu)及其制造方法，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有溝槽；在所述溝槽內(nèi)沉積擴(kuò)散阻擋層并填充金屬銅；在所述溝槽上方形成硅化二銅層；對(duì)所述硅化二銅層進(jìn)行處理，形成CuSiN金屬帽蓋，覆蓋所述溝槽內(nèi)金屬銅；在所述CuSiN金屬帽蓋及半導(dǎo)體基底表面形成第一刻蝕阻擋層。本發(fā)明通過(guò)采用新方法制造不同材質(zhì)的金屬帽蓋，解決了現(xiàn)有技術(shù)中金屬帽蓋與銅粘附性差的問(wèn)題，提高了器件可靠性，同時(shí)該制造方法可以后續(xù)刻蝕阻擋層的制備相兼容，降低了制造成本，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102945825SQ20121043697
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者曾紹海 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司