半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，其中方法包括：提供基底，所述基底上具有介质层，所述介质层内具有开口；在所述开口的侧壁和底部表面上形成第一阻挡层，所述第一阻挡层中掺杂锰；在所述第一阻挡层上形成金属互连线，所述金属互连线位于所述开口内。所述方法能够提高所述第一阻挡层对所述金属互连线中金属原子的阻挡性能。

Semiconductor structure and its forming method

A semiconductor structure and a forming method thereof include: providing a substrate with a dielectric layer on which an opening is provided; forming a first barrier layer on the side wall and the bottom surface of the opening; doping manganese in the first barrier layer; forming a metal interconnect on the first barrier layer; The metal interconnect is located in the opening. The method can improve the blocking performance of the first blocking layer to metal atoms in the metal interconnect.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，超大规模集成电路芯片的集成度已经高达几亿甚至几十亿个器件的规模，两层以上的多层金属互连技术广泛使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电路密度不断增加，要求的响应时间不断减小，传统的铝互连线已经不能满足要求，铜互连线逐渐取代铝互连线。与铝相比，铜具有更低的电阻率及更高的抗电迁移特性，可以降低互连线的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件稳定性。但是，铜互连线也有缺陷。金属铜具有高迁移率，铜在硅及其氧化物以及大部分介质中扩散非常快。且铜一旦进入半导体衬底或介质层中，会影响器件的少数载流子寿命和漏电流，增大互连结构的电迁移，引起电路失效，可靠性降低。一种解决办法是：在形成铜互连线之前，在基底上形成阻挡层，能够一定程度的阻挡铜的扩散。然而，阻挡层对铜互连线中铜扩散的阻挡性能较弱，使得所述铜易扩散至介质层，使得介质层的性能变差，从而不利于提高铜互连线的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法，以提高阻挡层对所述金属互连线中铜的阻挡性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底上具有介质层，所述介质层内具有开口；在所述开口的侧壁和底部表面上形成第一阻挡层，所述第一阻挡层中掺杂锰；在所述第一阻挡层上形成金属互连线，所述金属互连线位于所述开口内。可选的，所述第一阻挡层的材料包括：掺杂锰的氮化钽。可选的，所述第一阻挡层的形成工艺包括：原子层沉积工艺；所述第一阻挡层的形成工艺包括：原子层沉积工艺；所述第一阻挡层的形成步骤包括：向基底通入钽源气体，部分所述钽源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的钽源气体；抽气去除未吸附在所述基底上的钽源气体之后，向基底通入锰源气体，部分所述锰源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的锰源气体；抽气去除未吸附在所述基底上的锰源气体之后，向基底通入氮源气体，部分氮源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的氮源气体。可选的，所述原子层沉积工艺的参数包括：钽源气体为C10H30N5Ta，所述钽源气体的流量为500标准毫升/分钟～1500标准毫升/分钟，锰源气体为(C5H5)2Mn，所述锰源的流量为50标准毫升/分钟～150标准毫升/分钟，氮源气体为：氨气，氮源的流量为：500标准毫升/分钟～2000标准毫升/分钟，沉积温度为：250摄氏度～350C摄氏度，反应腔室的压强为：2托～10托。可选的，所述第一阻挡层的厚度为：15埃～50埃。可选的，所述第一阻挡层中锰的原子百分比浓度为：0.5％～3％。可选的，所述介质层为单层结构；所述介质层的材料包括：低K介质材料；低K介质材料的介电常数K小于3.9。可选的，所述介质层的材料包括：SiCOH、掺硼的二氧化硅、掺磷的二氧化硅、掺硼磷的二氧化硅。可选的，所述金属互连线的形成步骤包括：在所述第一阻挡层上形成金属层；平坦化所述金属层，直至暴露出介质层的顶部表面，形成金属互连线。可选的，所述金属层的形成工艺包括：电镀法。可选的，所述金属互连线的材料包括：铜。可选的，形成所述第一阻挡层之后，形成所述金属互连线之前，还包括：在所述第一阻挡层的顶部表面形成第二阻挡层。可选的，所述第二阻挡层的材料包括：钽。可选的，所述第二阻挡层的形成工艺包括：物理气相沉积工艺。可选的，所述物理气相沉积工艺的参数包括：直流功率5000瓦～15000瓦，交流偏压功率200瓦～600瓦，氩气流量5标准毫升/分钟～30标准毫升/分钟，压力15毫托～60毫托。可选的，所述第二阻挡层的厚度为：20埃～60埃。相应的，本专利技术还提供一种采用上述方法形成的一种半导体结构。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中，所述第一阻挡层中掺杂锰，其中一部分锰易扩散至第一阻挡层与金属互连线的界面处以及金属互连线内的晶界处，使金属互连线中的金属原子不易沿金属互连线内的晶界处和第一阻挡层与金属互连线的界面处扩散，从而降低金属原子向第一阻挡层和介质层内扩散。另一部分锰易扩散至第一阻挡层和介质层的界面处和界面缺陷处，与介质层中的氧反应生成氧化锰，使得第一阻挡层与介质层的界面状态较好，且缺陷较少，从而进一步降低金属互连线中金属原子向介质层内扩散，从而提高介质层的隔离性能。进一步，所述第一阻挡层的厚度为：15埃～50埃。由于所述第一阻挡层位于所述开口的侧壁和底部表面，所述金属互连线位于所述第一阻挡层之上，且所述第一阻挡层的厚度较薄，因此，当所述开口的深宽比一定时，用于形成金属互连线的空间尺寸较大，使得用于形成金属互连线的材料易进入所述开口内，所形成的金属互连线致密，所述金属互连线的性能较好，从而提高互连结构的性能。附图说明图1至图2是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图；图3至图7是本专利技术一实施例的半导体结构的形成方法的各步骤的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，互连结构中的阻挡层的阻挡性能较差。图1至图2是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。请参考图1，提供基底100，所述基底上具有介质层101，在所述介质层101内具有开口102；在所述开口102的侧壁和底部形成阻挡层结构103。请参考图2，在所述阻挡层结构103的顶部表面形成金属互连线107。所述金属互连线107的材料包括：铜。然而，采用上述方法制备的半导体结构性能较差，原因在于：上述方法中，氮化钽常作为阻挡层结构103的材料，而形成所述氮化钽的工艺包括：原子层沉积工艺或物理气相沉积工艺。当采用原子层沉积工艺形成所述阻挡层结构103时，所述阻挡层结构103对所述开口102的侧壁和底部的台阶覆盖性较好，但是，由于采用原子层沉积工艺形成的阻挡层结构103不够致密，使得所述阻挡层结构103对所述金属互连线107中铜原子的阻挡性能较差，使得所述铜原子易扩散至介质层101内，从而降低介质层101的隔离性能。当采用物理气相沉积工艺形成所述阻挡层结构103时，所述阻挡层结构103致密性较好，使得所述阻挡层结构103对金属互连线107中铜原子的阻挡性能较好。但是，采用物理气相沉积工艺形成的所述阻挡层结构103对开口102的侧壁和底部的台阶覆盖性不好，使得所述阻挡层结构103与开口102的侧壁以及所述阻挡层结构103与开口102的底部之间存在间隙，不利于提高互连结构的性能。为提高所述阻挡层结构103对所述开口102的台阶覆盖性以及所述阻挡层结构103对金属互连线107中铜原子的阻挡性能，提出一种解决办法：所述阻挡层结构103为叠层结构，所述阻挡层结构103包括：位于所述开口102侧壁和底部的第一阻挡层104、位于所述第一阻挡层104上的第二阻挡层105以及位于所述第二阻挡层105上的第三阻挡层106。其中，所述第一阻挡层104是通过原子层沉积工艺形成的，因此，所述第一阻挡层104对开口102的侧壁和底部的台阶覆盖性较好，并且，由于所述第一阻挡层104上的第二停止层105和第三停止层106是通过物理气相沉积工艺形成，因此，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底上具有介质层，所述介质层内具有开口；在所述开口的侧壁和底部表面上形成第一阻挡层，所述第一阻挡层中掺杂锰；在所述第一阻挡层上形成金属互连线，所述金属互连线位于所述开口内。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底上具有介质层，所述介质层内具有开口；在所述开口的侧壁和底部表面上形成第一阻挡层，所述第一阻挡层中掺杂锰；在所述第一阻挡层上形成金属互连线，所述金属互连线位于所述开口内。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括：掺杂锰的氮化钽。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层的形成工艺包括：原子层沉积工艺；所述第一阻挡层的形成步骤包括：向基底通入钽源气体，部分所述钽源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的钽源气体；抽气去除未吸附在所述基底上的钽源气体之后，向基底通入锰源气体，部分所述锰源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的锰源气体；抽气去除未吸附在所述基底上的锰源气体之后，向基底通入氮源气体，部分氮源气体吸附在所述基底上；抽气去除未吸附在所述基底上的氮源气体。4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述原子层沉积工艺的参数包括：钽源气体为C10H30N5Ta，所述钽源气体的流量为500标准毫升/分钟～1500标准毫升/分钟，锰源气体为(C5H5)2Mn，锰源的流量为50标准毫升/分钟～150标准毫升/分钟，氮源气体为：氨气，氮源的流量为：500标准毫升/分钟～2000标准毫升/分钟，沉积温度为：250摄氏度～350C摄氏度，反应腔室的压强为：2托～10托。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为：15埃～50埃。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一阻挡层中锰的原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31