[发明专利]铜互连结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种铜互连结构及其形成方法。

背景技术

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乃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，金属互连线中的电流密度不断增大，要求的响应时间不断减小，传统铝互连线已经不能满足要求，工艺尺寸小于130nm以后，铜互连线技术已经取代了铝互连线技术。与铝相比，金属铜的电阻率更低，铜互连线可以降低互连线的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。

金属铜作为互连线材料也有缺点，铜容易扩散进入衬底或者介质层中，在铜互连层形成后，需要在其上形成介质帽盖层来防止其扩散。但是铜与常用的介质帽盖层材料之间的附着力较差，因此仍会导致铜元素扩散进入其周围的介质层中，使得相邻的互连线之间的击穿电压(Voltage Breakdown，VBD)降低，导致器件的可靠性下降。

为了解决铜与介质帽盖层之间的粘附问题，常用的解决方法是形成金属帽盖来覆盖铜互连线，所述金属帽盖位于铜互连线和介质帽盖层之间。申请号为200510105104.x的中国专利公开了一种金属帽盖的形成方法，图1给出了该方法的结构示意图。

如图1所示，提供衬底12，在所述衬底12上形成绝缘层14，在绝缘层14内形成沟槽16，在沟槽16的侧壁和底部形成阻挡层18，所述阻挡层18的材料为钽、氮化钽或是CoWP合金，在所述沟槽16内填充有金属铜20。最后，在金属铜20上形成金属帽盖22，所述金属帽盖22的材料为CoWP。所述金属帽盖22的形成方法包括：在所述金属铜20上形成钯籽晶层；通过使用含钴、钨和磷的镀液无电镀敷所述金属铜20，形成金属帽盖22。

上述方法通过形成CoWP材质的金属帽盖解决了铜互连线与介质帽盖层之间的粘附问题，但是所述金属帽盖的形成过程使用了含钴、钨、磷的镀液，其中的钴、钨和磷离子容易发生扩散和污染，导致器件的击穿电压下降，从而降低器件的可靠性。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种铜互连结构及其形成方法，解决金属帽盖形成过程中容易发生扩散污染的问题，提高器件的可靠性。

本发明提供了一种铜互连结构的形成方法，包括：

提供半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层，所述介质层内形成有开口，所述开口内形成有阻挡层并填充有金属铜；

在所述开口上方形成金属帽盖，所述金属帽盖覆盖开口内的金属铜；

所述金属帽盖的材料选自钽、氮化钽、钛、氮化钛或是它们的组合。

可选的，所述金属帽盖的形成方法包括：在所述介质层表面和开口上方形成金属帽盖层；在所述金属帽盖层上形成光刻胶层，并图案化；以所述图案化的光刻胶层为掩膜对所述金属帽盖层进行刻蚀，形成金属帽盖，所述金属帽盖覆盖所述开口内的金属铜。

可选的，所述金属帽盖层的厚度为2nm至50nm。

可选的，所述金属帽盖层的形成方法为物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)

可选的，所述物理气相沉积的功率为10000W至40000W，所述物理气相沉积的气氛为氩气或者氩气与氮气的混合气体，所述氩气的流量为4sccm(毫升/分钟)至40sccm，所述氮气的流量为10sccm至30sccm。

可选的，所述光刻胶层图案化所使用的掩膜版(mask)与形成所述介质层内开口的掩膜版为同一个。

可选的，所述金属帽盖层的刻蚀方法为干法刻蚀。

可选的，所述干法刻蚀中的源功率为500W至1500W，偏置功率为300W至800W。

可选的，所述干法刻蚀的主要反应物为氯气(Cl₂)，氯化硼(BCl₃)，甲烷(CH₄)，所述Cl₂的流量为150sccm至300sccm，所述BCl₃的流量为50sccm至200sccm，所述CH₄的流量为10sccm至30sccm。

可选的，在形成所述金属帽盖之后还包括在形成所述金属帽盖之后还包括在所述介质层和金属帽盖表面形成介质帽盖层。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种铜互连结构，包括：

半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层，所述介质层内形成有开口，所述开口内形成有阻挡层并填充有金属铜；