双镶嵌结构的形成方法技术

一种双镶嵌结构的形成方法，包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有金属导线层；在所述半导体基底上形成含氮的高应力介质层；在所述含氮的高应力介质层上形成介电层；在所述介电层中形成开口。该方法形成的器件中金属导线沿介质层不会发生电击穿的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及丰导体制造
，特別涉及一种。
技术介绍
随着半导体工艺线宽的逐渐减小，业界选用铜作为后段的互连材料，相 应的，选用低介电常数材料作为绝缘材料。由于铜难以刻蚀且极易扩散，引 入双镶嵌工艺，克服难以刻蚀的缺点，并引入阻挡层阻挡铜在低介电常数材 料中的扩散，作为阻挡层的材料可以是金属材料，例如，钛、氮化钛等，也可以是介质材料，例如氧化硅等。专利申请号为02106882.8的中国专利公开了 一种双镶嵌工艺。图1至图4为述公开的双镶嵌工艺的制造方法剖面示意图。如图l所示，提供一具有金属导线层的基底IOO，所述金属导线层材质可 以是铜。在所述基底100上形成第一介质层102,所述第一介质层102用于覆盖 基底100中的金属导线层的铜表面，以避免所述铜表面曝露于空气中或其它腐 蚀性化学制程中，其形成的方法为等离子体增强化学气相沉积(PEC.VD)， 其厚度为30至100nm。在所述第一介质层102上形成第二介质层104,所述第二介质层104为低介 电常数材料。在所述第二介质层104上形成一抗反射层106，所述抗反射层106 可以是有机或无机材料。在所述抗反射层1()6上形成一光刻胶层108,通过曝 光显影形成连接孔开口图案IIO。如图2所示，以所述光刻胶层108为罩幕，通过刻蚀将所述连接孔开口图 案110转移到所述抗反射层106和第二介质层104中形成连接孔110a,所述连接 孔110a底部露出所述第一介质层102表面。在所述连接孔11 Oa中和抗反射层106上旋涂光刻胶并形成沟槽图案，通过 刻蚀将所述沟槽图案转移到所述抗反射层106和第二介质层104中，形成如图3 所示的沟槽U2。并移除所述抗反射层106。如图4所示，通过刻蚀移除所述连接孔11 Oa底部的第 一介质层102。在所述沟槽112和连接孔11 Oa中填充导电材料例如铜即形成铜双镶嵌结构。 上述双镶嵌结构的制造工艺中，引入材料为氮化硅的第 一介质层102作为 基底中铜表面的覆盖层和刻蚀停止层。所述形成所述氮化硅的反应气体为氨气(NH3)、硅烷(SiH4),由于上述氨气和硅烷反应的另一种生成物氢气大 量被束缚在氮化硅薄膜中，使的生成的氮化硅薄膜特性蜕化，抗击穿能力下 降。如图5所示，在所述基底100中形成有第一铜导线100a和第二铜导线100b， 所述第 一铜导线1 OOa和第二铜导线1 OOb之间电绝缘，在器件的制造过程中， 引入材料为氮化硅作的第一介质层102作为第一铜导线100a和第二铜导线 100b上表面的覆盖层，以避免铜表面被氧化。上述结构形成的器件后在工作 时，第一铜导线100a和第二铜导线100b会沿着所述第一介质层102发生电击 穿，有击穿电流101从所述第一介质层102中流过，造成器件电性失败。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种，以解决现双 镶嵌结构中不同金属导线间发生电击穿的问题。为达到上述目的，本专利技术提供的一种，包括提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有金属导线层；在所述半 导体基底上形成含氮的高应力介质层；在所述高应力介质层上形成介电层； 在所述介电层中形成开口。所述金属导线层材质包括铜、铝、钛、氮化钛、鴒中的一种或其组合。 所述高应力介质层包括氮化硅、碳氮硅化合物、氧氮硅化合物中的一种或其 组合。所述高应力介质层的形成方法包括物理气相沉积、等离子体增强化学气 相沉积、低压化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、原子层沉积中 的一种。形成所述氮化硅的反应气体包括硅烷和氨气。形成所述氮化硅的射频源 功率为800至960瓦。所述石圭烷流量为420至490sccm，氨气流量为100至 200sccm。形成所述氮化石圭的反应气体包括氮气，氮气的流量为15000至 20000sccm。形成所述氮化硅的环境压力为3至5托，温度为300至600°C。所述介电层包括黑钻石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一种或其组合。该方法进一步包括在所述开口中填充金属材料。与现有4支术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术在形成介质层时，增加 反应物中氮气或含氮反应物的流量，使得生成的含氮的高应力介质层中氮的 含量较高，氮气有助于抑止所述氮化硅膜层中载流子迁移，增加介电常数，减小漏电流；同时，通过在氮化硅膜层中束缚氮气可将反应的生成物之一氢 气从氮化硅膜层中赶出来，提高氮化硅膜层的击穿电压；由于氬气在氮化硅 膜层中可使膜层特性蜕化，降低膜层的内部应力，降低击穿电压，因而通过 在氮化硅膜层中束缚氮气一方面减少或消除了降低膜层击穿电压的氢气，同 时提高氮化硅膜层氮的含量又可以进一步提高膜层的击穿电压。从而提高了 形成的器件的耐压能力和稳定性。附图说明图1至图4为现有一种双镶嵌工艺的制造方法剖面示意图； 面示意图6为本专利技术双镶嵌结构制造方法的流程图7至图16为根据本专利技术实施例的双镶嵌结构制造方法剖面示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。由于铜易扩散和易被氧化的特点，在沉积铜之后需要在金属铜之上覆盖 阻挡材料，以避免铜曝露在外部环境中被氧化或铜直接与低介电常数材料接止层，所述刻蚀停止层作为金属间介质层的一部分被保留在器件中。本专利技术 中通过在具有金属层的基底上形成含氮的高应力介质层作为金属铜的阻挡材 料，以此提高形成器件的击穿电压，从而提高器件的稳定性及寿命。 图6为本专利技术双镶嵌结构制造方法的流程图。如图6所示，首先，提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有金 属导线层(S200)。所述半导体基底可以是多晶硅、单晶硅、非晶硅、绝缘层 上硅(SOI)、砷化稼、硅锗化合物等材料，所述金属导线层材料可以是铜、 铝、钛、氮化钛、鴒中的一种或其组合。在所述半导体基底上形成含氮的高应力介质层(S210)。所述高应力介质层包括氮化硅、碳氮硅化合物、氧氮硅化合物中的一种或其组合。所述高应 力介质层的形成方法为物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、低压化 学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、原子层沉积中的一种。在所述含氮的高应力介质层上形成介电层(S220)。所述介电层为黑钻石、 氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅、碳化硅中 的一种或其组合。形成所述介电层的方法为物理气相沉积、化学气相沉积中 的一种或其组合。在所述介电层中形成开口，所述开口为连接孔和沟槽(S230 )。 下面结合实施例对本专利技术双镶嵌结构的制造方法进行详细描述。 图7至图16为根据本专利技术实施例的制造方法剖面示意图。 如图7所示，提供一半导体基底200，在所述半导体基底200中形成有器 件层和金属导线层200a、 200b。所述半导体基底200可以是多晶硅、单晶硅、 非晶硅、绝缘层上硅(SOI)、砷化稼、硅锗化合物等材料，所述器件层可以 是金属氧化物半导体晶体管。所述金属导线层200a、 200b材料可以是铜、铝、 钛、氮化钛、钨中的一种或其组合。本实施例中所述金属导线层200a、 200b 材料为铜。如图8所示，首先，对所述具有器件层的半导体基底200进行等离子体 表面预处理。通过等离子体表面预处理可以减少或消除基底表面的污染物， 改善所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双镶嵌结构的形成方法，包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有金属导线层；在所述半导体基底上形成含氮的高应力介质层；在所述高应力介质层上形成介电层；在所述介电层中形成开口。

【技术特征摘要】
1、一种双镶嵌结构的形成方法，包括提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有金属导线层；在所述半导体基底上形成含氮的高应力介质层；在所述高应力介质层上形成介电层；在所述介电层中形成开口。2、 如权利要求1所述的双镶嵌结构的形成方法，其特征在于所述金属 导线层材质包括铜、铝、钛、氮化钛、鴒中的一种或其组合。3、 如权利要求1所述的双镶嵌结构的形成方法，其特征在于所述高应 力介质层包括氮化硅、碳氮硅化合物、氧氮硅化合物中的一种或其组合。4、 如权利要求1所述的双镶嵌结构的形成方法，其特征在于所述高应 力介质层的形成方法包括物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、低压 化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、原子层沉积中的一种。5、 如权利要求3所述双镶嵌结构的形成方法，其特征在于形成所述氮 化硅的反应气体包括硅烷和氨气。6、 如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪钉崇，蓝受龙，杨小明，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]