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，形成方法包括：提供基底，基底包括：介电层和位于介电层中的导电层；在导电层表面形成合金层，合金层材料包括盖帽金属和增强金属，增强金属适于提高合金层与导电层之间的粘附性以及提高合金层的阻挡扩散能力。增强金属堵塞了合金层中晶界和晶体表面的扩散通道，从而提高导电层中的原子向合金层扩散的激活能，因此阻挡效果好；增强金属可以使得导电层和合金层的接触角变小，根据Young‑Dupre方程可知，粘附激活能增加，相应的粘附效果更好；提高了抗电迁移的能力，使得导电层中不易出现断裂或缺口，提高了半导体结构的可靠性和良品率，优化了半导体结构的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术实施例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
随着半导体制造技术越来越精密，集成电路也发生着重大的变革，集成在同一芯片上的元器件数量已从最初的几十、几百个增加到现在的数以百万个。为了达到电路密度的要求，半导体集成电路芯片的制作工艺利用批量处理技术，在衬底上形成各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电子功能，目前大多采用在导线之间以超低k层间介电层作为隔离各金属内连线的介电材料，互连结构用于提供在IC芯片上的器件和整个封装之间的布线。在该技术中，在半导体衬底表面首先形成例如场效应晶体管(FET)的器件，然后在集成电路制造后段制程(BackEndofLine，BEOL)中形成互连结构。正如摩尔定律所预测的，半导体衬底尺寸的不断缩小，以及为了提高器件的性能在半导体衬底上形成了更多的晶体管，采用互连结构来连接晶体管是必然的选择。然而相对于元器件的微型化和集成度的增加，电路中导体连线数目不断的增多，互连结构的形成质量对后端(BackEndOfLine，BEOL)电路的性能影响很大，严重时会影响半导体器件的正常工作。
技术实现思路
本专利技术实施例解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，优化半导体结构的电学性能。为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括：介电层和位于所述介电层中的导电层；在所述导电层表面形成合金层，所述合金层材料包括盖帽金属和增强金属，所述增强金属适于提高所述合金层与导电层之间的粘附性以及提高所述合金层的阻挡扩散能力。可选的，所述合金层的厚度为10埃米至40埃米。可选的，所述增强金属包括W。可选的，所述盖帽金属包括Co、Ta或TaN中的一种或多种。可选的，所述合金层中增强金属的摩尔体积占总体积的21％至30％。可选的，形成所述合金层的工艺步骤包括：将具有所述盖帽金属的前驱体和具有所述增强金属的前驱体混合，形成混合前驱体；利用所述混合前驱体，采用原子层沉积工艺或者金属有机化学气相沉积工艺形成合金层。可选的，形成合金层的步骤包括：在沿所述导电层指向所述导电层顶面的方向上，在所述导电层上形成至少一个叠层结构；形成叠层结构的步骤包括：在所述导电层和所述介电层上形成盖帽金属层；在所述盖帽金属层上形成具有增强金属的增强金属层；去除位于所述介电层上的盖帽金属层和增强金属层，剩余的盖帽金属层和增强金属层作为叠层结构；或者，在所述导电层和所述介电层上形成具有增强金属的增强金属层；在所述增强金属层上形成盖帽金属层；去除位于所述介电层上的盖帽金属层和增强金属层，剩余的盖帽金属层和增强金属层作为叠层结构。可选的，采用原子层沉积工艺或者金属有机化学气相沉积工艺形成所述增强金属层。可选的，采用原子层沉积工艺或者金属有机化学气相沉积工艺形成所述盖帽金属层。可选的，采用等离子干法刻蚀工艺去除位于所述介电层上的所述盖帽金属层和增强金属层。可选的，所述等离子干法刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括NH3、CF4、CHF3、CH2F2或C4F8。可选的，在所述导电层表面形成合金层的步骤还包括：对所述叠层结构进行退火处理。可选的，所述退火处理的工艺参数包括：退火温度在300℃至350℃。可选的，在形成所述导电层后，形成所述合金层前，对所述导电层表面进行去氧化处理。可选的，所述去氧化处理的步骤包括：采用氢气对所述导电层表面进行等离子处理。相应的，本专利技术实施例还提供一种半导体结构，包括：基底，所述基底包括介电层和位于所述介电层中的导电层；合金层，位于所述导电层上，所述合金层包括盖帽金属和增强金属；所述增强金属适于提高所述合金层与导电层之间的粘附性以及提高所述合金层的阻挡扩散能力。可选的，所述合金层的厚度为10埃米至40埃米。可选的，所述增强金属的材料包括W。可选的，所述盖帽金属的材料包括Co、Ta、TaN。可选的，所述合金层中增强金属的摩尔体积占总体积的21％至30％。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：本专利技术实施例在所述导电层表面形成合金层，所述合金层材料包括盖帽金属和增强金属，所述增强金属适于提高所述合金层与导电层之间的粘附性以及提高所述合金层的阻挡扩散能力。增强金属堵塞了合金层中晶界和晶体表面的扩散通道，从而使得所述导电层中的金属离子向所述合金层内扩散所需的激活能变大，所述导电层中的金属离子难以经由所述合金层扩散，因此所述合金层阻挡效果好；且增强金属还可以使得导电层和合金层的接触角变小，根据Young-Dupre方程可知，粘附激活能增加，相应的粘附效果更好；所述合金层与导电层之间的粘附性更好，电迁移过程中，导电层中的原子不易在所述合金层与导电层的交界面处扩散，所述合金层对导电层中的原子阻挡性更好，电迁移过程中，导电层中的原子不易穿过合金层，提高了抗电迁移的能力，使得导电层中不易出现断裂或缺口，提高了半导体结构的可靠性和良品率，优化了半导体结构的电学性能。附图说明图1至图3是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图；图4至图13是本专利技术实施例半导体结构的形成方法第一实施例中各步骤对应的结构示意图；图14至图15是本专利技术实施例半导体结构的形成方法第二实施例中各步骤对应的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，目前所形成的器件仍有性能不佳的问题。现结合一种半导体结构的形成方法分析半导体结构性能不佳的原因。参考图1至图3，示出了一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图。如图1所示，提供基底，所述基底包括介电层2、位于所述介电层2中的第一导电层1以及位于所述第一导电层1上的第二导电层3，第二导电层3的材料一般为Cu。如图2所示，在所述第二导电层3上形成盖帽层4。由于所述盖帽层4与所述第二导电层3之间有化学键合作用，因此盖帽层4与第二导电层3具有较好的粘附性(adhesion)，从而有效防止Cu原子在第二导电层3与盖帽层4的交界面处扩散；盖帽层4对第二导电层3中的Cu具有较好的阻挡防扩散能力(segregate)，从而有效防止Cu原子穿过盖帽层4进入介电层2或者后续形成的刻蚀停止层中，减小对后端电路性能造成的影响。如图3所示，形成覆盖所述盖帽层4和介电层2的刻蚀停止层5。所述盖帽层4与所述第二导电层3之间的粘附性不够强，不能有效防止Cu原子在第二导电层3与盖帽层4的交界面中快速扩散；所述盖帽层4与第二导电层3之间的阻挡防扩散能力不够强，不能阻止Cu原子穿过盖帽层4。在电迁移发生时，运动的电子的部分动量会转移到邻近的Cu原子，激活该Cu离子使得该离子离开它原来的位置，Cu原子在盖帽层4与第二导电层3之间快速扩散，Cu原子穿过盖帽层4后，在所述盖帽层4与刻蚀停止层5形成的快速扩散通道中快速扩散，随着时间的推移，越来越多的Cu原子远离它们原始的位置，最终导致在第二导本文档来自技高网...

【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：/n提供基底，所述基底包括：介电层和位于所述介电层中的导电层；/n在所述导电层表面形成合金层，所述合金层材料包括盖帽金属和增强金属，所述增强金属适于提高所述合金层与导电层之间的粘附性以及提高所述合金层的阻挡扩散能力。/n

【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，所述基底包括：介电层和位于所述介电层中的导电层；
在所述导电层表面形成合金层，所述合金层材料包括盖帽金属和增强金属，所述增强金属适于提高所述合金层与导电层之间的粘附性以及提高所述合金层的阻挡扩散能力。


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，所述合金层的厚度为10埃米至40埃米。


3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述增强金属包括W。


4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述盖帽金属包括Co、Ta或TaN中的一种或多种。


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，所述合金层中增强金属的摩尔体积占总体积的21％至30％。


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，形成所述合金层的工艺步骤包括：将具有所述盖帽金属的前驱体和具有所述增强金属的前驱体混合，形成混合前驱体；利用所述混合前驱体，采用原子层沉积工艺或者金属有机化学气相沉积工艺形成合金层。


7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成合金层的步骤包括：在沿所述导电层指向所述导电层顶面的方向上，在所述导电层上形成至少一个叠层结构；
形成叠层结构的步骤包括：在所述导电层和所述介电层上形成盖帽金属层；在所述盖帽金属层上形成具有增强金属的增强金属层；去除位于所述介电层上的盖帽金属层和增强金属层，剩余的盖帽金属层和增强金属层作为叠层结构；
或者，
在所述导电层和所述介电层上形成具有增强金属的增强金属层；在所述增强金属层上形成盖帽金属层；去除位于所述介电层上的盖帽金属层和增强金属层，剩余的盖帽金属层和增强金属层作为叠层结构。


8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用原子层沉积工艺或者金属有机化学气相沉积工艺形成所述增强金属层。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴轶超，张天豪，
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