一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法。公开了一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，在半导体衬底上的介质层上形成金属沟槽、接触孔或通孔，该方法包括如下步骤：首先，在该金属沟槽的槽内或接触孔的孔内或通孔的孔内和所述介质层上淀积第一金属膜；然后，在该第一金属膜表面上生成一氮化物膜；最后，在该氮化物膜表面淀积第二金属膜。通过所述方法制作的应用于铜互连扩散阻挡层，不仅能提高台阶覆盖特性，而且可以增强扩散阻挡层和介质的黏附性，可以形成具有较佳物理形貌且具优异阻挡效果的应用于铜互连的扩散阻挡层，避免了后续铜工艺产生孔洞，并且有效提高了芯片的性能和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种应用于铜互连扩散阻挡层的制 作方法。
技术介绍
随着CMOS技术按摩尔定律而高速发展，互连延迟逐渐取代器件延迟成为影 响芯片性能的关键因素，铜互连逐渐取代传统铝互连成为业界主流。铜在介质 中的扩散系数较高， 一旦扩散到器件有源区，会造成器件特性变差和结漏电； 而如果互连层次的铜扩散到介质中，会造成严重的漏电。因此铜互连扩散阻挡 层性能会极大地影响到芯片的性能和可靠性。氮化钽(TaN) /钽(Ta)膜为现今通常使用的扩散阻挡层，在制作该扩散阻挡 层时，需先利用金属离化溅射技术，使钽离子在衬底底部偏压作用下，边淀积 边轰击，从而形成具有较好物理形貌的钽膜；或者先使用普通物理气相淀积技 术淀积钽膜，再利用惰性气体离子轰击钽膜，从而形成具有较好物理形貌的钽 膜。而制备氮化钽膜时需先在氮气中将钽靶材氮化，然后通过普通的物理賊射 方法溅射出氮化钽薄膜，并淀积在衬底硅片上。上述溅射出的氮化钽无法形成 离化状态，因而无法在衬底偏压下形成导向型淀积，因而通过上述普通物理溅 射方法制备的扩散阻挡层易在接触孔的入口处形成如图1所示的悬垂物1，后续 在接触孔中制作插塞时易形成如图2所示的空洞2,如此将会影响半导体器件的 性能。同时制备的氮化钽/钽膜如果晶化程度较高，会在晶界处形成铜的扩散通 道，造成严重的铜扩散。传统铜互连是用氮化钽/钽双层薄膜阻挡层，其与介质层的翁附性较差，易 发生可靠性问题。为克服上述使用普通物理'减射方法制备的氮化钽膜时所遇到的问题，可使用金属氧化物化学气相淀积(M0CVD)制成具有良好物理形貌的氮化钽脱但是， 金属氧化物化学气相淀积所用到设备和原材料均十分昂贵，且其产能又低，无 法满足大规模的工业生产的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过上 述方法制作的应用于铜互连扩散阻挡层，不仅能提高台阶覆盖特性，而且可以 增强扩散阻挡层和层间绝缘介质层的黏附性，可形成具有较佳物理形貌且具优 异阻挡效果的应用于铜互连的扩散阻挡层。本专利技术的目的是这样实现的，在半导体衬底上的介质层上形 成金属沟槽、接触孔或通孔，该方法包括如下步骤首先，在该金属沟槽的槽内或接触孔的孔内或通孔的孔内和所述介质层上 淀积第一金属膜；然后，在该第一金属膜表面上生成氮化物膜；最后，在该氮化物膜表面淀积第二金属膜。所述氮化物膜是利用氮气等离子体对该第一金属膜进行氮化处理而得。 所述氮化物膜是利用氮气等离子体和惰性气体等离子体对该第一金属膜进 行氮化处理而得。所述对该第一金属膜进行氮化处理时，在半导体衬底上形成用于对氮离子 进行定向的偏压。所述对该第一金属膜进行氮化处理时，其处理温度是100-300摄氏度。 所述淀积第二金属膜之前，先进行在线退火处理。所述在线退火处理时，退火温度是100-400摄氏度，且退火时间小于l分钟。所述第一金属膜为钽膜，所述氮化物膜为氮化钽。 所述第二金属膜为钽膜。所述淀积第一或第二金属膜是通过金属离化溅射方法而得，或者先通过普 通物理溅射方法淀积金属膜，再通过惰性气体离子轰击该金属膜而得。所述淀积第一或第二金属膜可以通过金属离化賊射方法而得。或者也可以， 先通过普通物理賊射方法淀积金属膜，再通过惰性气体离子轰击该金属膜而得。传统铜互连是用氮化钽/钽双层薄膜阻挡层，但是，m氮化钽与介质层的黏附性 较差，因此，易发生可靠性问题。而本专利技术是在传统工艺前，先淀积一层金属 膜。由于金属如钽的侧壁覆盖特性较好，因此，使用金属膜不仅能提高台阶覆 盖特性，而且可以增强扩散阻挡层和层间绝缘用介质层的黏附性，能够防止因 此而产生的可靠性问题。与现有的扩散阻挡层中金属膜和该金属膜对应的氮化物膜均使用物理'践射 方法制作相比，本专利技术的扩散阻挡层的制作方法中，氮化物膜是通过对所述的 第一金属膜进行氮化处理而在第一金属膜表面上生成一所述的第一金属膜对应 的氮化物膜。由于钽的侧壁覆盖特性较好，经过氮化处理后，在原有第一钽膜 上生成的氮化钽薄膜的側壁覆盖特性也会很好，因而其具有优异的扩散阻挡特 性。而一旦氮化钽薄膜的侧壁覆盖特性较好，那么就可以在保证阻挡效果的基 础上减小阻挡层厚度，进而实现金属铜在孔/沟槽所占比例增加，最终可以实现 电阻率大幅度减小。然后，进行在线退火处理。最后再溅射一层第二钽膜，以 P争低电阻率，并且防止铜扩散。通过所述方法制作的应用于铜互连扩散阻挡层， 不仅能提高台阶覆盖特性，而且可以增强扩散阻挡层和介质的翁附性，可以形 成具有较佳物理形貌且具优异阻挡效果的应用于铜互连的扩散阻挡层，避免了 后续铜工艺产生孔洞，并且有效提高了芯片的性能和可靠性。附图说明本专利技术的扩散阻挡层的制作方法由以下的实施例及附图给出。图1是通过现有的扩散阻挡层的制作方法制成扩散阻挡层后晶圆的剖视图2是在图1所示的扩散阻挡层上进行金属铜工艺后的结构剖视图3是本专利技术的扩散阻挡层的制作方法的实施例的流程图4是用本专利技术制得的扩散阻挡层的结构示意图中1-半导体衬底，2-介质层，3-扩散阻挡层，31-第一金属膜(笫一钽 膜)，32-氮化物膜(氮化钽膜)，33-第二金属膜(第二钽膜)，4-金属沟槽或接 触孔或通孑L。具体实施例方式以下将对本专利技术应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法作进一步详细描述。本专利技术是应用于铜互连技术的扩散阻挡层(Ta/TaN/Ta)制作方法，主要应 用于130nm、 90nm及以下技术代工艺产品中。 实施例1如图4所示，本专利技术制得的扩散阻挡层的结构示意图。如图3所示，本发 明的应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法先期，在半导体衬底1 (如硅衬底)上淀积一层用于层间绝缘的介质层2 (如 氧化膜)。接着，利用光刻和蚀刻工艺形成金属沟槽或接触孔或通孔4。开始第一步骤Sl:在该金属沟槽4的槽内或接触孔4的孔内或通孔4的孔 内和所述层间绝缘用介质层2上淀积第一钽膜31。在本实施例中，可通过金属 离化溅射方法来淀积第一钽膜31。当然，也可以先通过普通物理'践射方法淀积 第一钽膜31，然后再通过惰性气体离子轰击所迷的第一钽膜31而得。由于钽的 侧壁覆盖特性较好，扩散阻挡层3的第一层采用第一钽膜31，而不是传统的氮 化钽层。不仅能有效提高台阶覆盖特性，同时有效能提高扩散阻挡层3和介质 层2的黏附性。金属沟槽、通孔或接触孔4的底角侧壁处是扩散阻挡层3经常 发生不连续的地方。但当经过惰性气体等离体轰击后，金属沟槽、通孔或接触 孔4的底部的薄膜可'以被再溅射出来，淀积在金属沟槽、通孔或接触孔4的底 角侧壁处，使得扩散阻挡层3的薄膜表面更加均匀，阻挡特性更好。接着继续 第二步骤S2。在第二步骤S2中对所述第一钽膜31进行氮化处理，以在所述第一钽膜 31表面上生成一层氮化钽膜32。在本实施例中，是在和第一步骤S1中同一工 艺腔中进行在线氮等离子体氮化处理，其处理温度在300摄氏度，且在半导体 衬底1上形成用于对氮离子进行定向的偏压，以在一定程度上提高氮化工艺的 效果；之后可以应用惰性气体等离子体对氮化钽膜32进行处理，以进一步提高 金属沟槽、通孔或接触孔4底角区域的台阶覆盖率。由于钽的侧壁覆盖特性较 好，经过氮化处理后，在原有第一钽膜31上生成的氮化钽膜32的侧壁覆盖特 性也会很好，因而其具有优异的扩散阻挡特性。 一旦氮化钽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，在半导体衬底上的介质层上形成金属沟槽、接触孔或通孔，其特征在于，该方法包括如下步骤：　首先，在该金属沟槽的槽内或接触孔的孔内或通孔的孔内和所述介质层上淀积第一金属膜；　然后，在该第一金属膜表面上生成一氮化物膜；　最后，在该氮化物膜表面淀积第二金属膜。

【技术特征摘要】
1、一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，在半导体衬底上的介质层上形成金属沟槽、接触孔或通孔，其特征在于，该方法包括如下步骤首先，在该金属沟槽的槽内或接触孔的孔内或通孔的孔内和所述介质层上淀积第一金属膜；然后，在该第一金属膜表面上生成一氮化物膜；最后，在该氮化物膜表面淀积第二金属膜。2、 如权利要求1所述的应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，其特征在于， 所述氮化物膜是利用氮气等离子体对该第 一金属膜进行氮化处理而得。3、 如权利要求2所述的应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，其特征在于， 所述氮化物膜是利用氮气等离子体和惰性气体等离子体对该第 一金属膜进行氮 化处理而得。4、 如权利要求2所述的应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，其特征在于， 所述对该第一金属膜进行氮化处理时，在半导体衬底上形成用于对氮离子进行 定向的偏压。5、 如权利要求2或3或4所述的应用于铜互连扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]