一种氮化硅薄膜的形成方法技术

本发明专利技术提供一种氮化硅薄膜的形成方法，所述方法包括：提供基底，所述基底具有沟槽，所述沟槽内填充铜材料；对所述基底进行热处理；在所述基底的表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层，并控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa。通过控制所述基底表面形成的所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa，能够有效减少铜材料由于受热膨胀而产生的小丘缺陷，进而提高产品的良率。进而提高产品的良率。进而提高产品的良率。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硅薄膜的形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体薄膜制造
，特别涉及一种氮化硅薄膜的形成方法。

技术介绍

[0002]在集成电路制造工艺中，广泛使用铜作为集成电路互连引线材料，相比于传统金属铝，铜的电阻率更低，有助于提高器件的相应速度，因此更适合用于微型化的元件。然而，金属铜也具有较高的扩散性，所以在制造工艺中，需要使用铜阻挡层与金属铜接触，阻挡铜扩散至介质层中，损害介质层薄膜性质，尤其是低介电介质层。目前常用的铜阻挡层包括氮化硅(Si3N4)。
[0003]氮化硅薄膜材料用于铜阻挡层时，在实际量产过程中，氮化硅薄膜沉积后常发现有铜小丘缺陷，铜小丘缺陷的产生是由于铜是一种软金属，具有较高的热膨胀系数，当半导体制造工艺到达某个温度时，铜会严重膨胀。铜互连线通常是通过双镶嵌工艺所制造，该工艺是蚀刻一介电层而形成沟槽或通路开口，接着在沟槽或通路开口中填入铜，一般而言，填入铜之前会先在沟槽或通路开口内形成阻挡层以预防铜原子的扩散。由于沟槽或者通路开口内的铜有三边受到阻挡层的束缚，故当温度上升时，铜只能向上或者沿铜线方向膨胀，而铜沿着铜线方向膨胀则产生凸出的结构，被称为铜小丘缺陷(hillockdefect)。小丘缺陷可能造成诸如短路之类的故障，从而影响产品的良率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氮化硅薄膜的形成方法，以解决因基底的沟槽内部的铜材料形成铜小丘缺陷而导致器件短路故障，进而影响产品良率的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种氮化硅薄膜形成方法，所述方法包括：提供基底，所述基底具有沟槽，所述沟槽内填充铜材料；对所述基底进行热处理；在所述基底的表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层，并控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa。
[0006]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，所述热处理的时间为3～5s。
[0007]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，在一反应腔内通过化学气相沉积的方法沉积形成所述氮化硅薄膜。
[0008]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，所述控制所述氮化硅薄膜的应力的方法包括：向所述反应腔内通入所述化学气相沉积所采用的硅烷和氨气，并通过调节所述硅烷和所述氨气的流量使所述反应腔内的压强为2.2Torr～2.4Torr。
[0009]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，其特征在于，调节所述硅烷的流量为715sccm～874sccm，以及调节所述氨气的流量为2700sccm～3300sccm。
[0010]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，所述控制所述氮化硅薄膜的应力的方法包括：向所述反应腔内接入高频射频源和低频射频源，使得所述高频射频源和所述低频射频源同时工作，并通过调节所述高频射频源和所述低频射频源以控制所述氮化硅薄膜的应
力。
[0011]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，调节所述高频射频源的功率为270W～330W，调节所述低频射频源的功率为742W～907W。
[0012]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，在所述金属互连结构层表面沉积形成所述氮化硅薄膜之前，所述方法还包括：预处理，所述预处理包括采用还原性气体以去除暴露于所述基底的表面而被氧化的铜氧化物。
[0013]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，对所述晶圆进行热处理的方法包括：向所述反应腔内通入惰性气体以向所述基底传导热量。
[0014]优选的，在所述氮化硅薄膜形成方法中，所述惰性气体包括氦气。
[0015]综上所述，本专利技术提供一种氮化硅薄膜的形成方法，所述方法包括：提供基底，所述基底具有沟槽，所述沟槽内填充铜材料；对所述基底进行热处理；在所述基底的表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层，并控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa。通过控制所述基底表面形成的所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa，能够有效减少铜材料由于受热膨胀而产生的小丘缺陷，进而提高产品的良率。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的铜小丘缺陷的结构示意图；
[0017]图2是本专利技术实施例的氮化硅薄膜形成方法流程图；
[0018]其中，各附图标记如下：
[0019]1‑
基底；10
‑
沟槽；11
‑
铜材料；
[0020]2‑
铜溢出阻挡层；
[0021]3‑
小丘缺陷。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种氮化硅薄膜的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
[0023]请结合图1～图2，本专利技术实施例提供一种氮化硅薄膜的形成方法，所述方法包括：
[0024]步骤S1：提供基底1，所述基底1具有沟槽10，所述沟槽10内填充铜材料11；
[0025]步骤S2：对所述基底1进行热处理；
[0026]步骤S3：在所述基底1表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层2，并控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa。
[0027]在步骤S1中，所述基底1内的沟槽10中填充铜材料11的作用是将前段工艺制备的晶体管连接起来以形成铜互连层，即铜互连工艺。请继续参见图1，在一具体的实施例中，可采用“双镶嵌法”的技术形成铜互连，所谓“双镶嵌法”，就是在介质上打孔和挖槽，然后将铜填充进去，再进行CMP抛光研磨，由于铜的扩散性和迁移率较高，在介质中填充铜会导致铜原子扩散渗透到介质层中，从而导致互连的可靠性变差，因此，需要在与介质之间通过物理
沉积制备一层阻挡层来阻止铜的扩散，目前常用的铜阻挡层包括氮化硅(Si3N4)。
[0028]值得说明的是，本实施例中的所述基底1可以为具有有源电路的半导体衬底(图中未示出)，或者为前一层的铜互连层。
[0029]在步骤S2中，对所述基底1进行热处理时，由于铜具有较高的膨胀系数的材料特性，当受热达到一温度时，铜材料11便会沿铜线方向向上膨胀，进而产生凸出的丘状结构，即铜小丘缺陷3(hillockdefect)。铜小丘缺陷3可能造成器件短路故障，进而影响产品的良率。
[0030]为避免上述铜小丘缺陷3的产生，本专利技术实施例提供一种氮化硅薄膜的形成方法，在所述基底1表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层2时，控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa，可选的，所述氮化硅薄膜的应力为800Mpa。以此实现有效减少铜由于受热膨胀而产生的小丘缺陷3(hillock defect)，进而提高产品的良率。
[0031]在步骤S3中，在所述基底1表面沉积形成所述氮化硅薄膜的方法包括直接氮化法，物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硅薄膜形成方法，其特征在于，所述方法包括：提供基底，所述基底具有沟槽，所述沟槽内填充铜材料；对所述基底进行热处理；在所述基底表面沉积形成氮化硅薄膜以作为铜溢出阻挡层，并控制所述氮化硅薄膜的应力为740Mpa～860Mpa。2.如权利要求1所述的氮化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述热处理的时间为3s～5s。3.如权利要求1所述的氮化硅薄膜的形成方法，其特征在于，在一反应腔内通过化学气相沉积的方法沉积形成所述氮化硅薄膜。4.如权利要求3所述的氮化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述控制所述氮化硅薄膜的应力的方法包括：向所述反应腔内通入所述化学气相沉积采用的硅烷和氨气，并通过调节所述硅烷和所述氨气的流量使所述反应腔内的压强为2.2Torr～2.4Torr。5.如权利要求4所述的氮化硅薄膜的形成方法，其特征在于，调节所述硅烷的流量为715sccm～874sccm，以及调节所述氨气的流量为2700sccm～3300sc...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪新，韩晓刚，杨奕，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：