半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，其中，所示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括：提供襯底，所述襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有開口；在所述介質(zhì)層表面、所述開口的側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù)合阻擋層，所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層相對(duì)一面的材料不含氮元素；在所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層、以及位于所述第二氮化鉭層表面的第二鉭層；在所述第二鉭層表面形成種子層；在所述種子層表面形成填充滿所述開口的導(dǎo)電層；去除所述介質(zhì)層頂部表面的導(dǎo)電層、種子層、第二鉭層、第二氮化鉭層和第一復(fù)合阻擋層，所述開口內(nèi)的種子層和導(dǎo)電層形成導(dǎo)電插塞。所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。
【專利說明】半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路制造過程中，常采用導(dǎo)電插塞用于器件之間的電互聯(lián)。隨著集成電路 制造技術(shù)的快速發(fā)展，促使半導(dǎo)體器件的尺寸不斷地縮小，使形成導(dǎo)電插塞的工藝也受到 了挑戰(zhàn)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)形成導(dǎo)電插塞的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1至圖4所示。
[0004] 請(qǐng)參考圖1，在位于襯底100表面的介質(zhì)層101內(nèi)形成開口 102。
[0005] 請(qǐng)參考圖2,在介質(zhì)層101表面、以及開口 102的側(cè)壁和底部表面形成阻擋層103。
[0006] 請(qǐng)參考圖3,在所述阻擋層103表面形成填充滿開口 102 (如圖2所示）的導(dǎo)電層 104。
[0007] 請(qǐng)參考圖4,采用拋光工藝去除介質(zhì)層101頂部表面的導(dǎo)電層104 (如圖3所示） 和阻擋層103 (如圖3所示)，形成導(dǎo)電層104a和阻擋層103a，且所述導(dǎo)電層104a形成導(dǎo) 電插塞。
[0008] 然而，現(xiàn)有技術(shù)所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量差，容易影響器件性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，形成形貌良好、性能穩(wěn) 定的導(dǎo)電插塞。
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：提供襯底，所述襯底表面具 有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有開口；在所述介質(zhì)層表面、所述開口的側(cè)壁和底部表面形成第 一復(fù)合阻擋層；在所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層、以及位于所述第二氮化鉭 層表面的第二鉭層，所述第一復(fù)合阻擋層與第二鉭層相接觸一面的表面材料不含氮元素； 在所述第二鉭層表面形成種子層；在所述種子層表面形成填充滿所述開口的導(dǎo)電層；去除 所述介質(zhì)層頂部表面的導(dǎo)電層、種子層、第二鉭層、第二氮化鉭層和第一復(fù)合阻擋層，所述 開口內(nèi)的種子層和導(dǎo)電層形成導(dǎo)電插塞。
[0011] 可選的，所述種子層的材料為銅，所述種子層的銅材料晶向包括〈111>。
[0012] 可選的，所述導(dǎo)電層的材料為銅，所述導(dǎo)電層的銅材料晶向包括〈111>。
[0013] 可選的，所述第二鉭層的厚度為800埃?1000埃，所述第二氮化鉭層的厚度為50 埃?100埃。
[0014] 可選的，所述第二鉭層、第二氮化鉭層和種子層的形成工藝為物理氣相沉積工藝、 化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
[0015] 可選的，所述導(dǎo)電層的形成工藝為電鍍工藝。
[0016] 可選的，所述第一復(fù)合阻擋層包括：第一氮化鉭層、以及位于所述第一氮化鉭層表 面的第一鉭層。
[0017] 可選的，所述第一鉭層的厚度為800埃?1000埃，所述第一氮化鉭層的厚度為50 埃?100埃，所述第一鉭層和第一氮化鉭層的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉 積工藝或原子層沉積工藝。
[0018] 可選的，所述物理氣相沉積工藝的參數(shù)為：氣壓為1(Τ托?ΚΓ9托，基臺(tái)溫度 為-15攝氏度?-25攝氏度，偏壓功率為300瓦?900瓦。
[0019] 可選的，所述開口頂部的尺寸為10微米?15微米，所述開口的深度為250微米? 350微米。
[0020] 可選的，所述去除介質(zhì)層頂部表面的導(dǎo)電層、種子層、第二鉭層、第二氮化鉭層和 第一復(fù)合阻擋層的工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
[0021] 可選的，所述介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0022] 可選的，還包括：在襯底表面形成器件，所述介質(zhì)層位于所述器件表面，所述器件 通過所述導(dǎo)電插塞電互聯(lián)。
[0023] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種采用上述任一項(xiàng)方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：襯 底；位于所述襯底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有開口；位于所述開口的側(cè)壁和底部表 面的第一復(fù)合阻擋層，所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層相對(duì)表面的表面材料不含氮元素；位 于所述第一復(fù)合阻擋層表面的第二氮化鉭層；位于所述第二氮化鉭層表面的第二鉭層；位 于所述第二鉭層表面的種子層；位于所述種子層表面且填充滿所述開口的導(dǎo)電層。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 在用于形成導(dǎo)電插塞的開口側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù)合阻擋層，在所述第一復(fù) 合阻擋層表面形成第二氮化鉭層和第二鉭層，后續(xù)在開口內(nèi)的第二鉭層表面形成導(dǎo)電層以 形成導(dǎo)電插塞。首先，所述開口的側(cè)壁和底部表面具有第一復(fù)合阻擋層、第二氮化鉭層和第 二鉭層，能夠共同用于防止導(dǎo)電層的材料擴(kuò)散；尤其針對(duì)所述開口的底部，所述第一復(fù)合阻 擋層、第二氮化鉭層和第二鉭層防止導(dǎo)電層擴(kuò)散的能力增強(qiáng)，避免由導(dǎo)電層的材料擴(kuò)散而 造成的漏電等問題，使器件性能穩(wěn)定。其次，所述第二氮化鉭層和第二鉭層的厚度和構(gòu)成比 例能夠調(diào)整，使第二鉭層表面具有所需的表面能量，從而使形成于第二鉭層表面的導(dǎo)電層 的晶向滿足要求，使導(dǎo)電層的表面光滑且難以氧化，保證了所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量好、性能 穩(wěn)定。再次，所述第一復(fù)合阻擋層表面不具有氮元素，不會(huì)增加第二鉭層下方的氮化物層的 厚度，從而保證了第二鉭層的表面能量?jī)H由第二氮化鉭層和第二鉭層的厚度和構(gòu)成比例決 定，保證了后續(xù)所形成的導(dǎo)電層具有所需的晶向。
[0026] 進(jìn)一步，控制所述第二鉭層的厚度為800埃?1000埃，所述第二氮化鉭層的厚度 為50埃?100埃，能夠使所述第二鉭層的表面能量滿足形成〈111>晶向銅層的要求，使形 成于第二鉭層的表面的種子層和導(dǎo)電層為晶向〈111>的銅層；由于晶向〈111>的銅層表面 光滑且難以氧化，能夠使所形成的導(dǎo)電插塞的質(zhì)量良好、性能穩(wěn)定。
[0027] 進(jìn)一步的，所述第一復(fù)合阻擋層包括：第一氮化鉭層、以及位于所述第一氮化鉭層 表面的第一鉭層。其中，所述第一氮化鉭層能夠與介質(zhì)層耦合，使所形成的導(dǎo)電插塞與介質(zhì) 層相接處的界面質(zhì)量良好，減少漏電，性能穩(wěn)定。其次，所述第一鉭層中不具有氮元素，與第 二氮化鉭層相接處的第一鉭層不會(huì)增加位于所述第二鉭層下方的氮化層的厚度，所述第二 鉭層的表面能量不受第一鉭層的影響，能夠保證所形成的導(dǎo)電層為〈111>晶向的銅層。再 次，所述第一氮化鉭層和第一鉭層的厚度和構(gòu)成比例能夠調(diào)整，因此所述第一氮化鉭層和 第一鉭層的電性能易于控制，保證了所形成的導(dǎo)電插塞的電性能滿足需求。
[0028] 本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層內(nèi)的開口側(cè)壁和底部表面形成有第一復(fù)合阻擋 層、第二氮化鉭層和第二鉭層，能夠充分的隔離導(dǎo)電層和介質(zhì)層，防止導(dǎo)電層的材料向介質(zhì) 層內(nèi)擴(kuò)散，使器件性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)形成導(dǎo)電插塞的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5至圖10是本發(fā)明的實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量差，容易影響器件性能。
[0032] 在一實(shí)施例中，請(qǐng)繼續(xù)參考圖1至圖4,所述導(dǎo)電層104的材料為銅，所述導(dǎo)電層 104的形成工藝為電鍍工藝。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述導(dǎo)電層104的銅材料 晶向?yàn)椤?11>時(shí)，所述導(dǎo)電層104的表面光滑且難以氧化，能夠使所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量良 好，使器件性能穩(wěn)定；而決定銅晶向的因素是所述阻擋層103的表面能量，所述阻擋層103 的表面能量由所述阻擋層103的材料和結(jié)構(gòu)決定。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述阻擋 層103由氮化鉭層、以及位于氮化鉭層表面的鉭層構(gòu)成，且所述氮化鉭層的厚度為100埃， 所述鉭層的厚度為1000埃時(shí)，所述阻擋層103的表面能量滿足形成晶向?yàn)椤?11>的銅層的 要求，使所形成的導(dǎo)電插塞表面光滑且不易氧化。
[0033] 然而，隨著芯片和集成電路技術(shù)的發(fā)展，需要導(dǎo)電插塞能夠滿足更多樣的電路連 接，例如增加導(dǎo)電插塞的長(zhǎng)度以滿足特定的技術(shù)需求，致使用于形成導(dǎo)電插塞的開口 102 深寬比變大；當(dāng)所述開口 102深寬比提高時(shí)，容易使所形成的導(dǎo)電插塞形貌不良。
[0034] 具體的，在開口 102內(nèi)填充導(dǎo)電層104之前，需要首先在開口 102的側(cè)壁和底部表 面、以及介質(zhì)層101表面形成阻擋層103 ;然而，當(dāng)用于形成導(dǎo)電插塞的開口 102深寬比提 高時(shí)，形成所述阻擋層103的材料難以進(jìn)入開口 102底部，易造成開口 102底部表面的阻擋 層103不均勻；當(dāng)后續(xù)在所述阻擋層103表面形成填充滿開口 102的導(dǎo)電插塞之后，導(dǎo)電插 塞的材料容易通過開口 102底部不均勻的阻擋層103擴(kuò)散入介質(zhì)層101內(nèi)或襯底100內(nèi)， 容易產(chǎn)生漏電，影響器件性能。
[0035] 為了提高阻擋層103保護(hù)開口 102底部的能力，本發(fā)明的發(fā)明人嘗試對(duì)阻擋層103 內(nèi)的氮化鉭層或鉭層的厚度進(jìn)行調(diào)整，還對(duì)氮化鉭層和鉭層之間的厚度比例進(jìn)行調(diào)整，以 期提高阻擋層103阻擋導(dǎo)電層104材料擴(kuò)散的能力；然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一旦改變 阻擋層103的厚度或材料比例，會(huì)導(dǎo)致阻擋層103的表面能量發(fā)生改變，從而無法形成晶向 〈111>為主的銅材料導(dǎo)電層104,造成導(dǎo)電層104表面粗糙且更容易被氧化，以導(dǎo)電層104 形成的導(dǎo)電插塞的形貌不良，器件性能降低。
[0036] 經(jīng)過本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步研究，在用于形成導(dǎo)電插塞的開口側(cè)壁和底部表面形 成第一復(fù)合阻擋層，在所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層和第二鉭層，后續(xù)在開 口內(nèi)的第二鉭層表面形成導(dǎo)電層以形成導(dǎo)電插塞。首先，所述開口的側(cè)壁和底部表面具有 第一復(fù)合阻擋層、第二氮化鉭層和第二鉭層，共同用于阻止導(dǎo)電插塞材料的擴(kuò)散，尤其在開 口底部阻止導(dǎo)電插塞材料擴(kuò)散的能力得以提高，使器件性能穩(wěn)定。其次，使第二氮化鉭層和 第二鉭層的厚度和構(gòu)成比例滿足形成晶向〈111>的銅層的要求，能夠使形成于第二鉭層表 面的導(dǎo)電層的表面光滑、難以氧化；而且所述第二氮化鉭層和第二鉭層的電性能不會(huì)改變， 保證了所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。
[0037] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0038] 圖5至圖10是本發(fā)明的實(shí)施例所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 請(qǐng)參考圖5,提供襯底200,所述襯底200表面具有介質(zhì)層201，所述介質(zhì)層201內(nèi) 具有開口 202。
[0040] 所述襯底200為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅（SOI)襯底、絕緣體上 鍺（G0I)襯底、玻璃襯底或III-V族化合物襯底(例如氮化鎵或砷化鎵等)。
[0041] 在一實(shí)施例中，所述襯底200表面還形成有器件，所述器件包括：晶體管、二極管、 電容、電感等。所述介質(zhì)層201用于電隔離所述器件，并作為后續(xù)工藝的平臺(tái)；所述介質(zhì)層 201的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，形成工藝為沉積工藝，例如化學(xué)氣相沉積工藝。
[0042] 所述開口 202內(nèi)后續(xù)形成導(dǎo)電插塞，以實(shí)現(xiàn)襯底200表面的器件電互聯(lián)。所述開口 202的形成工藝為各向異性的干法刻蝕工藝，以形成側(cè)壁垂直于襯底200表面的開口 202。 所述各向異性的干法刻蝕工藝參數(shù)根據(jù)所述介質(zhì)層201的材料而定，不應(yīng)過于限定，在此 不作贅述。
[0043] 隨著芯片和集成電路技術(shù)的發(fā)展，芯片或集成電路的電路結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，現(xiàn)有的 100微米長(zhǎng)的導(dǎo)電插塞已不能滿足更多樣的電路連接需求。本實(shí)施例中，所述開口 202頂 部的尺寸為10微米?15微米，所述開202 口的深度為250微米?350微米；所述開口 202 的深寬比較大，在所述開口 202內(nèi)形成的導(dǎo)電插塞的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。然而，當(dāng)所述開口 202的深 寬比較大時(shí)，后續(xù)形成于所述開口 202底部表面的阻擋層不易均勻，在所述阻擋層表面形 成導(dǎo)電層之后，靠近開口 202底部的阻擋層較薄的位置容易讓導(dǎo)電層的材料通過，造成導(dǎo) 電層材料向介質(zhì)層201和半導(dǎo)體襯底200內(nèi)擴(kuò)散，繼而容易造成漏電，使器件性能不穩(wěn)定。 因此，本實(shí)施例中，后續(xù)在所述開口的側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù)合阻擋層、第二氮化鉭層 和第二鉭層，以增強(qiáng)隔離導(dǎo)電層材料擴(kuò)散的能力。
[0044] 請(qǐng)參考圖6,在所述介質(zhì)層201表面、所述開口 202的側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù) 合阻擋層，所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層201相對(duì)一面的表面材料不含氮元素。
[0045] 所述第一復(fù)合阻擋層、與后續(xù)形成于所述第一復(fù)合阻擋層表面的第二氮化鉭層和 第二鉭層一起，共同用于防止后續(xù)形成于開口 202內(nèi)的導(dǎo)電層向外擴(kuò)散，使阻擋能力增強(qiáng)， 導(dǎo)電層的材料難以向外擴(kuò)散。其中，所述第二氮化鉭層和第二鉭層決定了后續(xù)形成的導(dǎo)電 層的晶向，而具有特定晶向的導(dǎo)電層的質(zhì)量更優(yōu)良；同時(shí)，所述第一復(fù)合阻擋層表面不具有 氮元素，使所述第一復(fù)合阻擋層不會(huì)改變與第二鉭層接觸的氮化層的厚度，第二氮化鉭層 和第二鉭層的厚度和構(gòu)成比例確定，能夠保證后續(xù)形成的導(dǎo)電層具有確定晶向，使導(dǎo)電層 的質(zhì)量好。
[0046] 所述第一復(fù)合阻擋層能夠由若干層重疊的金屬層和金屬氮化物層構(gòu)成，所述金屬 層的材料包括鉭或鈦，所述金屬氮化物層的材料為氮化鉭或氮化鈦；其中，與介質(zhì)層201相 接觸的第一復(fù)合阻擋層表面為金屬氮化物層，所述金屬氮化物層能夠與介質(zhì)層201耦合， 作為介質(zhì)層201與第一復(fù)合阻擋層內(nèi)的金屬層之間的過渡；所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層 201相對(duì)一面的表面不含氮元素，較佳的，位于第一復(fù)合阻擋層頂層的為金屬層，金屬層能 夠隔離后續(xù)形成于所述第一阻擋層表面的第二氮化鉭層；當(dāng)后續(xù)形成的第二氮化鉭層的厚 度一定時(shí)，第二氮化鉭層的含氮量一定，從而能夠確定第二鉭層的表面能量，而第一復(fù)合阻 擋層內(nèi)的其他金屬氮化物層通過頂層的金屬層與第二氮化鉭層隔離，不會(huì)影響第二鉭層的 表面能量，從而使后續(xù)形成于開口 202內(nèi)的導(dǎo)電層具有所需的晶向。
[0047] 本實(shí)施例中，所述第一復(fù)合阻擋層包括：第一氮化鉭層203、以及位于所述第一氮 化鉭層203表面的第一鉭層204。所述第一氮化鉭層203易與介質(zhì)層201稱合，作為第一鉭 層204和介質(zhì)層201之間的過渡；所述第一鉭層204用于隔離第一氮化鉭層203和后續(xù)形 成的第二氮化鉭層，則后續(xù)形成的第二鉭層的表面能量，僅由所述第二氮化鉭層和第二鉭 層的厚度決定，不會(huì)受到所述第一氮化鉭層203的影響，從而保證后續(xù)形成的導(dǎo)電層具有 所需晶向。
[0048] 其次，所述第一復(fù)合阻擋層的電阻由第一氮化鉭層203主導(dǎo)，通過調(diào)整所述第一 氮化鉭層203和第一鉭層204的厚度和構(gòu)成比例，能夠調(diào)節(jié)所述第一復(fù)合阻擋層的電性能， 因此所形成的第一復(fù)合阻擋層不會(huì)對(duì)后續(xù)形成于開口 202內(nèi)的導(dǎo)電插塞的電性能造成過 大影響。
[0049] 再次，所述第一氮化鉭層203和第一鉭層204保證后續(xù)所形成的導(dǎo)電插塞電性能 和形貌的同時(shí)，還能夠阻擋后續(xù)形成于開口內(nèi)的導(dǎo)電層的材料向外擴(kuò)散，尤其是能夠提高 所述開口 202底部的防擴(kuò)散能力，避免所形成的導(dǎo)電插塞產(chǎn)生漏電。
[0050] 所述第一鉭層204的厚度為800埃?1000埃，所述第一氮化鉭層203的厚度為50 埃?100埃，所述第一鉭層204和第一氮化鉭層203的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué) 氣相沉積工藝或原子層沉積工藝，較佳的是物理氣相沉積工藝。本實(shí)施例中，采用物理氣相 沉積工藝形成第一鉭層204和第一氮化鉭層203,所述物理氣相沉積工藝的參數(shù)為：氣壓為 10_ 7托?10_9托，基臺(tái)溫度為-15攝氏度?-25攝氏度，偏壓功率為300瓦?900瓦。
[0051] 所述物理氣相沉積（PVD)工藝的沉積速率快，而且沉積氣體能夠深入高深寬比的 開口 202底部，使開口 202底部和側(cè)壁表面均覆蓋有第一氮化鉭層203和第一鉭層204。然 而，以所述物理氣相沉積工藝形成的第一氮化鉭層203和第一鉭層204的均勻度有限，且厚 度越厚，均勻度越差；因此在本實(shí)施例中，使所述第一鉭層204的厚度為800埃?1000埃， 所述第一氮化鉭層203的厚度為50埃?100埃，能夠?qū)⑽锢須庀喑练e工藝產(chǎn)生的凹陷或突 起的尺寸控制在技術(shù)要求之內(nèi)，而且也相應(yīng)改善后續(xù)形成于第一鉭層204表面的第二氮化 鉭層和第二鉭層的均勻性。因此，所述第一氮化鉭層203和第一鉭層204能夠提高隔離能 力，而且均勻性好，不易使導(dǎo)電層的材料通過，后續(xù)所形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。
[0052] 請(qǐng)參考圖7,在所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層205、以及位于所述第 二氮化鉭層205表面的第二鉭層206,所述第一復(fù)合阻擋層與第二鉭層206相接觸一面的表 面材料不含氮元素。
[0053] 所述第二鉭層206的厚度為800埃?1000埃，所述第二氮化鉭層205的厚度為50 埃?100埃；所述第二鉭層206、第二氮化鉭層205的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué) 氣相沉積工藝或原子層沉積工藝，較佳的是物理氣相沉積工藝；所述物理氣相沉積工藝參 數(shù)與形成第一氮化鉭層203和第一鉭層204的工藝參數(shù)相同（如圖6的相關(guān)內(nèi)容所述)，在 此不作贅述。
[0054] 所述第二氮化鉭層205和第二鉭層206、與第一復(fù)合阻擋層共同用于阻擋后續(xù)形 成于開口 202內(nèi)的導(dǎo)電層的擴(kuò)散；同時(shí)，所述第二鉭層206表面后續(xù)形成種子層，而所述種 子層的晶向由所述第二鉭層206的表面能量決定，所述第二氮化鉭層205和第二鉭層206 的厚度和構(gòu)成比例決定了所述種子層、以及形成于所述種子層表面的導(dǎo)電層的晶向，繼而 決定了導(dǎo)電層的質(zhì)量。
[0055] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)后續(xù)形成的導(dǎo)電層的銅材料晶向?yàn)椤?11>時(shí)， 所形成的導(dǎo)電層表面光滑且不易氧化，以所述導(dǎo)電層形成的導(dǎo)電插塞的質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。 為了形成晶向?yàn)椤?11>的銅種子層和導(dǎo)電層，需要所述第二鉭層206的表面能量一定，而決 定所述第二鉭層206表面能量的是所述第二氮化鉭層205和第二鉭層206之間的厚度和構(gòu) 成比例。發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出，當(dāng)?shù)诙g層206的厚度為800埃?1000埃，所述第二 氮化鉭層205的厚度為50埃?100埃時(shí)，形成于第二鉭層206表面的銅為〈111>晶向，而 〈111>晶向的銅不易氧化且光滑平整。
[0056] 需要說明的是，在所述第二氮化鉭層205和第二鉭層206中的氮含量決定了第二 鉭層206的表面能量，本實(shí)施例中，所述第二氮化鉭層205形成于第一鉭層204表面，所 述第一鉭層204內(nèi)不具有氮元素；因此，所述第二鉭層206的表面能量?jī)H由第二氮化鉭層 205和第二鉭層206決定，而不會(huì)受到第一復(fù)合阻擋層的材料的影響，有利于后續(xù)形成晶向 〈111>的銅材料的種子層和導(dǎo)電層。
[0057] 請(qǐng)參考圖8,在所述第二鉭層206表面形成種子層207。
[0058] 所述種子層207的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉 積工藝，較佳的是物理氣相沉積工藝；所述物理氣相沉積工藝與形成第一氮化鉭層203、第 一鉭層204、第二氮化鉭層205和第二鉭層206的工藝相同在此不作贅述。本實(shí)施例中，所 述種子層207的材料為銅，晶向?yàn)椤?11>，后續(xù)采用電鍍工藝形成于種子層表面的導(dǎo)電層的 晶向與種子層207 -致，從而使所形成的導(dǎo)電插塞的形貌良好、性能穩(wěn)定。而且，所述種子 層207形成于第二鉭層206表面，所述第二鉭層206易于與種子層207耦合，保證了后續(xù)形 成于開口 202內(nèi)的導(dǎo)電插塞的電性能穩(wěn)定。
[0059] 請(qǐng)參考圖9,在所述種子層207表面形成填充滿所述開口 202 (如圖8所示）的導(dǎo) 電層208。
[0060] 所述導(dǎo)電層208的形成工藝為電鍍工藝。在本實(shí)施例中，所述種子層207的材料為 銅，晶向?yàn)椤?11>，則形成所述導(dǎo)電層208的工藝為銅電鍍工藝（ECP)，所形成的導(dǎo)電層208 的材料為銅，晶向?yàn)椤?11>，所形成的導(dǎo)電層208表面光滑平整、且不易氧化，以所述導(dǎo)電層 208形成的導(dǎo)電插塞質(zhì)量好。所述導(dǎo)電層208的厚度由電鍍工藝的時(shí)間決定，并使導(dǎo)電層 208的表面高于開口 202的頂部，以填充滿所述開口 202。
[0061] 請(qǐng)參考圖10,去除所述介質(zhì)層201頂部表面的導(dǎo)電層208、種子層207、第二鉭層 206、第二氮化鉭層205、第一氮化鉭層203和第一鉭層204,形成導(dǎo)電層208a、種子層207a、 第二鉭層206a、第二氮化鉭層205a、第一氮化鉭層203a和第一鉭層204a，且所述開口 202 (如圖8所示）內(nèi)的種子層207a和導(dǎo)電層208a形成導(dǎo)電插塞209。
[0062] 去除所述介質(zhì)層201頂部表面的導(dǎo)電層208、種子層207、第二鉭層206、第二氮化 鉭層205、第一氮化鉭層203和第一鉭層204的工藝為拋光工藝，較佳的是化學(xué)機(jī)械拋光工 藝；在所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝過程中，所述第二鉭層206、第二氮化鉭層205、第一氮化鉭層 203和第一鉭層204還作為拋光阻擋層，以確定拋光工藝的停止位置。
[0063] 所形成的導(dǎo)電插塞209的材料為晶向〈111>的銅，所述導(dǎo)電插塞209的不易氧化； 而開口 202的側(cè)壁和底部表面具有第二鉭層206a、第二氮化鉭層205a、第一氮化鉭層203a 和第一鉭層204a共同用于阻擋導(dǎo)電插塞209,使導(dǎo)電插塞209的材料不易向外擴(kuò)散，從而減 少漏電，使器件性能穩(wěn)定。
[0064] 本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，在開口的側(cè)壁和底部表面依次形成第一氮 化鉭層、第一鉭層、第二氮化鉭層和第二鉭層，共同用于阻擋導(dǎo)電插塞的材料向外擴(kuò)散，提 高了隔離效果，使所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能穩(wěn)定，質(zhì)量良好。而且，所述第一鉭層能夠隔 離第一氮化鉭層和第二氮化鉭層，使第二鉭層的表面能量?jī)H由第二氮化鉭層和第二鉭層的 厚度和構(gòu)成比例控制，而不受第一氮化鉭層的影響，使形成于第二鉭層表面的種子層和導(dǎo) 電層的材料為銅，晶向?yàn)椤?11>，則由種子層和導(dǎo)電層形成的導(dǎo)電插塞的不易氧化、質(zhì)量好。
[0065] 相應(yīng)的，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，請(qǐng)繼續(xù)參考圖10,包括：襯底 200 ;位于所述襯底200表面的介質(zhì)層201，所述介質(zhì)層201內(nèi)具有開口（未不出）;位于所述 開口的側(cè)壁和底部表面的第一復(fù)合阻擋層，所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層201相對(duì)一面的 表面材料不含氮元素；位于所述第一復(fù)合阻擋層表面的第二氮化鉭層205a ;位于所述第二 氮化鉭層205a表面的第二鉭層206a ;位于所述第二鉭層206a表面的且填充滿所述開口的 導(dǎo)電插塞209,所述導(dǎo)電插塞209包括種子層207a以及位于所述種子層207a表面的導(dǎo)電層 208a。
[0066] 所述襯底200表面還能夠具有器件，所述器件包括：晶體管、二極管、電容、電感 等。所述介質(zhì)層201用于電隔離所述器件，并作為后續(xù)工藝的平臺(tái)；所述介質(zhì)層201的材料 為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0067] 本實(shí)施例中，所述開口頂部的尺寸為10微米?15微米，所述開口的深度為250微 米?350微米。所述第一復(fù)合阻擋層包括：第一氮化鉭層203a、以及位于所述第一氮化鉭 層203a表面的第一鉭層204a ;所述第一鉭層204a的厚度為800埃?1000埃，所述第一氮 化鉭層203a的厚度為50埃?100埃。
[0068] 所述第二鉭層206a的厚度為800埃?1000埃，所述第二氮化鉭層205a的厚度 為50埃?100埃；所述第一氮化鉭層203a、第一鉭層204a、第二氮化鉭層205a和第二鉭層 206a共同用于阻擋導(dǎo)電插塞209的材料向外擴(kuò)散。所述種子層207a和導(dǎo)電層208a的材料 為銅，晶向?yàn)椤?11>，以所述種子層207a和導(dǎo)電層208a形成的導(dǎo)電插塞209不易氧化，因此 性能穩(wěn)定、質(zhì)量良好。
[0069] 本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層和導(dǎo)電插塞之間具有第一復(fù)合阻擋層、第二氮 化鉭層和第二鉭層，所述第一復(fù)合阻擋層、第二氮化鉭層和第二鉭層共同用于阻擋導(dǎo)電插 塞的材料向外擴(kuò)散，減少漏電，使器件性能穩(wěn)定。
[0070] 綜上所述，在用于形成導(dǎo)電插塞的開口側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù)合阻擋層，在 所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層和第二鉭層，后續(xù)在開口內(nèi)的第二鉭層表面形 成導(dǎo)電層以形成導(dǎo)電插塞。首先，所述開口的側(cè)壁和底部表面具有第一復(fù)合阻擋層、第二氮 化鉭層和第二鉭層，能夠共同用于防止導(dǎo)電層的材料擴(kuò)散；尤其針對(duì)所述開口的底部，所述 第一復(fù)合阻擋層、第二氮化鉭層和第二鉭層防止導(dǎo)電層擴(kuò)散的能力增強(qiáng)，避免由導(dǎo)電層的 材料擴(kuò)散而造成的漏電等問題，使器件性能穩(wěn)定。其次，所述第二氮化鉭層和第二鉭層的厚 度和構(gòu)成比例能夠調(diào)整，使第二鉭層表面具有所需的表面能量，從而使形成于第二鉭層表 面的導(dǎo)電層的晶向滿足要求，使導(dǎo)電層的表面光滑且難以氧化，保證了所形成的導(dǎo)電插塞 質(zhì)量好、性能穩(wěn)定。再次，所述第一復(fù)合阻擋層表面不具有氮元素，不會(huì)增加第二鉭層下方 的氮化物層的厚度，從而保證了第二鉭層的表面能量?jī)H由第二氮化鉭層和第二鉭層的厚度 和構(gòu)成比例決定，保證了后續(xù)所形成的導(dǎo)電層具有所需的晶向。
[0071] 進(jìn)一步，控制所述第二鉭層的厚度為800埃?1000埃，所述第二氮化鉭層的厚度 為50埃?100埃，能夠使所述第二鉭層的表面能量滿足形成〈111>晶向銅層的要求，使形 成于第二鉭層的表面的種子層和導(dǎo)電層為晶向〈111>的銅層；由于晶向〈111>的銅層表面 光滑且難以氧化，能夠使所形成的導(dǎo)電插塞的質(zhì)量良好、性能穩(wěn)定。
[0072] 進(jìn)一步的，所述第一復(fù)合阻擋層包括：第一氮化鉭層、以及位于所述第一氮化鉭層 表面的第一鉭層。其中，所述第一氮化鉭層能夠與介質(zhì)層耦合，使所形成的導(dǎo)電插塞與介質(zhì) 層相接處的界面質(zhì)量良好，減少漏電，性能穩(wěn)定。其次，所述第一鉭層中不具有氮元素，與第 二氮化鉭層相接處的第一鉭層不會(huì)增加位于所述第二鉭層下方的氮化層的厚度，所述第二 鉭層的表面能量不受第一鉭層的影響，能夠保證所形成的導(dǎo)電層為〈111>晶向的銅層。再 次，所述第一氮化鉭層和第一鉭層的厚度和構(gòu)成比例能夠調(diào)整，因此所述第一氮化鉭層和 第一鉭層的電性能易于控制，保證了所形成的導(dǎo)電插塞的電性能滿足需求。
[0073] 本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層內(nèi)的開口側(cè)壁和底部表面形成有第一復(fù)合阻擋 層、第二氮化鉭層和第二鉭層，能夠充分的隔離導(dǎo)電層和介質(zhì)層，防止導(dǎo)電層的材料向介質(zhì) 層內(nèi)擴(kuò)散，使器件性能穩(wěn)定。
[0074] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括： 提供襯底，所述襯底表面具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有開口； 在所述介質(zhì)層表面、所述開口的側(cè)壁和底部表面形成第一復(fù)合阻擋層； 在所述第一復(fù)合阻擋層表面形成第二氮化鉭層、以及位于所述第二氮化鉭層表面的第 二鉭層，所述第一復(fù)合阻擋層與第二鉭層相接觸一面的表面材料不含氮元素； 在所述第二鉭層表面形成種子層； 在所述種子層表面形成填充滿所述開口的導(dǎo)電層； 去除所述介質(zhì)層頂部表面的導(dǎo)電層、種子層、第二鉭層、第二氮化鉭層和第一復(fù)合阻擋 層，所述開口內(nèi)的種子層和導(dǎo)電層形成導(dǎo)電插塞。
2. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述種子層的材料為銅，所 述種子層的銅材料晶向包括〈111>。
3. 如權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的材料為銅，所 述導(dǎo)電層的銅材料晶向包括〈111 >。
4. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鉭層的厚度為800 埃?1000埃，所述第二氮化鉭層的厚度為50埃?100埃。
5. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鉭層、第二氮化鉭 層和種子層的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
6. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的形成工藝為 電鍍工藝。
7. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一復(fù)合阻擋層包括： 第一氮化鉭層、以及位于所述第一氮化鉭層表面的第一鉭層。
8. 如權(quán)利要求7所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一鉭層的厚度為800 埃?1000埃，所述第一氮化鉭層的厚度為50埃?100埃，所述第一鉭層和第一氮化鉭層的 形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。
9. 如權(quán)利要求6或8所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述物理氣相沉積工藝 的參數(shù)為：氣壓為ΚΓ7托?ΚΓ 9托，基臺(tái)溫度為-15攝氏度?-25攝氏度，偏壓功率為300 瓦?900瓦。
10. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述開口頂部的尺寸為10 微米?15微米，所述開口的深度為250微米?350微米。
11. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述去除介質(zhì)層頂部表 面的導(dǎo)電層、種子層、第二鉭層、第二氮化鉭層和第一復(fù)合阻擋層的工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工 藝。
12. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為氧化 硅、氮化硅或氮氧化硅。
13. 如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括：在襯底表面形成 器件，所述介質(zhì)層位于所述器件表面，所述器件通過所述導(dǎo)電插塞電互聯(lián)。
14. 一種采用如權(quán)利要求1至13所述任一項(xiàng)方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于， 包括：襯底；位于所述襯底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有開口；位于所述開口的側(cè)壁和 底部表面的第一復(fù)合阻擋層，所述第一復(fù)合阻擋層與介質(zhì)層相對(duì)表面的表面材料不含氮元 素；位于所述第一復(fù)合阻擋層表面的第二氮化鉭層；位于所述第二氮化鉭層表面的第二鉭 層；位于所述第二鉭層表面的種子層；位于所述種子層表面且填充滿所述開口的導(dǎo)電層。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK104103573SQ201310113655
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月2日
【發(fā)明者】李廣寧, 沈哲敏 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司