[发明专利]铜互连结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺，特别涉及一种铜互连结构及其制造方法。

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线技术广泛使用。传统的金属互连线是由铝金属制成的，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，传统的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。

但是，金属铜作为互连线也有其缺点，由于铜在硅及其氧化物以及大部分介质中扩散相当快，且铜一旦进入器件结构中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，使器件性能退化甚至失效。因此，必须在铜互连线与介质层之间增加一层上扩散阻挡层，以阻止铜的扩散。

上扩散阻挡层要求能够较好地阻挡铜的扩散，并且具有较低的介电常数，以及能够与铜及介质层有良好的粘结。常用的上扩散阻挡层材料包括：SiO_x、SiN_x、SiO_xN_y、SiOF、Al₂O₃、SiCN。传统上，在半导体集成电路制造中使用SiO₂和类似的氧化物来阻止器件内的金属互连线扩散导致器件早期失效。然而这些材料的阻挡作用较差，例如：SiO_xN_y作为阻挡层，在450℃时便开始有铜扩散入器件结构。此外，这些材料的介电常数也过大，其中，介电常数相对较低的SiCN也将达到4.5～5.0，从而导致介质电容增加，降低了集成电路的产品性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜互连结构及其制造方法，以解决现有的扩散阻挡层不能有效阻挡铜扩散或者导致介质电容增加，降低了产品性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铜互连结构的制造方法，包括：形成铜互连线；在所述铜互连线上形成上扩散阻挡层，所述上扩散阻挡层是含有硼和氮的化合物。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述上扩散阻挡层是含有硼、氮和碳的化合物。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，利用化学气相沉积工艺形成所述上扩散阻挡层，所述化学气相沉积工艺所使用的气体包括C₃H₁₂BN。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述化学气相沉积工艺所使用的气体还包括N₂、NH₂-H₂N和NH₃。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述化学气相沉积工艺所使用的气体还包括He和N₂。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述化学气相沉积工艺中，功率为150w～1000w，压强为2torr～7torr。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述上扩散阻挡层的厚度为30埃～1000埃。

可选的，在所述的铜互连结构的制造方法中，在形成铜互连线之前，还包括如下步骤：形成下扩散阻挡层，所述下扩散阻挡层是含有硼和氮的化合物；在所述下扩散阻挡层上形成隔离结构，用以隔离铜互连线。

本发明还提供一种铜互连结构，包括：铜互连线；及位于所述铜互连线上的上扩散阻挡层，所述上扩散阻挡层是含有硼和氮的化合物。

可选的，在所述的铜互连结构中，所述上扩散阻挡层为含有硼、氮和碳的化合物。

可选的，在所述的铜互连结构中，所述上扩散阻挡层的厚度为30埃～1000埃。

可选的，在所述的铜互连结构中，还包括下扩散阻挡层，所述下扩散阻挡层与所述上扩散阻挡层相对设置，所述下扩散阻挡层是含有硼和氮的化合物。

可选的，在所述的铜互连结构中，还包括隔离结构，所述隔离结构位于所述上扩散阻挡层和下扩散阻挡层之间，并隔离所述铜互连线，所述隔离结构为低K介质。

在本发明提供的铜互连结构及其制造方法中，利用含有硼和氮的化合物作为扩散阻挡层，由于含有硼和氮的化合物具有较低的介电常数，通常在4.0～4.5之间，此外，含有硼和氮的化合物能够与铜很好的粘结，并且具有较高的密度，从而能够很好的阻挡铜的扩散。

附图说明

图1是本发明实施例的铜互连结构的制造方法的流程示意图；