[发明专利]一种用于铜互连的混合介质抗铜扩散阻挡层及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造互连领域，具体涉及一种用于铜互连的混合介质（氧化层/金属）抗铜扩散阻挡层及其制造方法。

背景技术

铜互连技术是指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺技术。传统的铜互连结构如图1所示，包括在半导体基底10上形成的低介电常数介质层11，在低介电常数介质层11中形成有互连通孔，覆盖所述互连通孔的底壁和侧壁形成有抗铜扩散阻挡层12，在所述互连通孔内所述抗铜扩散阻挡层12之上形成有铜金属互连线13，在铜金属互连线13之上还形成有氮化硅薄膜作为刻蚀阻挡层以及同一层铜互连线的绝缘。.如上所述，在电镀铜金属之前，需先淀积一层抗铜扩散阻挡层以阻止铜扩散进入到介质当中，以防止漏电等一些列问题的发生。

由于半导体器件工艺技术节点越来越小，导致整个电路对时序的要求越来越高，迫切需要新技术来减小互连本身带来的RC（R指电阻，C指电容）延迟，从根本上来说即需要减小互连当中绝缘层的有效介电常数值。从90纳米到现在的22纳米工艺技术节点，为了减小互连电路的影响，已引入了超低介电常数介质（ULK）作为电路的绝缘层，然而要保持整个电路的介电常数在一个很低的水平却是很难的。

目前一般使用物理汽相沉积（PVD）工艺来淀积扩散阻挡层，生长好的扩散阻挡层的一致性和致密性比较差，当暴露在空气中或暴露在含氧气体中的时候，容易被氧化而逐渐失效，而且，PVD工艺淀积的扩散阻挡层在制备好之后需要进行热退火才能具有良好的接触，然后退火会给已经制作好的器件带来热损伤以及负面影响，同时，在扩散阻挡层生长好之后，仍然需要在表面先淀积一层铜籽晶才能进行金属铜的电镀，工艺过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的扩散阻挡层，在简化工艺过程的同时还可以增强扩散阻挡层的性能。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种用于铜互连的抗铜扩散阻挡层，包括：

在半导体基底上形成的低介电常数介质层；

在所述低介电常数介质层中形成的互连通孔；

在所述互连通孔的侧壁以及所述低介电常数介质层之上形成的氧化层；

覆盖所述氧化层与所述互连通孔的底壁形成的金属层；

所述氧化层与所述金属层形成氧化层/金属混合介质抗铜扩散阻挡层。

同时，本发明还提出了上述用于铜互连的抗铜扩散阻挡层的制造方法，具体包括：

在提供的半导体基底表面淀积一层低介电常数介质层；

在所述低介电常数介质层之上旋涂光刻胶并光刻定义出互连通孔的位置；

刻蚀所述低介电常数介质层形成互连通孔；剥除光刻胶；

覆盖所形成的互连通孔的底壁、侧壁以及所述低介电常数介质层的表面生长一层薄的氧化层；

对所形成的氧化层进行回刻以去除在所述互连通孔底部的所述氧化层；

覆盖剩余的氧化层以及互连通孔的底壁淀积一金属层，所形成的金属层与氧化层构成氧化层/金属混合介质抗铜扩散阻挡层。

如上所述的用于铜互连的抗铜扩散阻挡层的制造方法，所述的氧化层可以为硅碳氮（SiCN）、氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化铝（AlON）、或者为氧化铝（Al₂O₃）、氧化钽（Ta₂O₅）、、氧化铪（HfO₂）等金属氧化物。

如上所述的用于铜互连的抗铜扩散阻挡层的制造方法，所述的金属层可以为钴（Co）、钌(Ru)、钽（Ta）、钨（W）、钼（Mo）、钛（Ti）、铜（Cu）等单质金属，也可以、氮化钽（TaN）、氮化钛（TiN）、或者为氮化钼（MoN）等金属氮化物。

本发明使用混合介质（氧化层/金属）来作为抗铜扩散阻挡层，具有已下优点：

首先，可以有效增强金属对铜的抗扩散能力，并有效防止扩散阻挡层被氧化而失效，延长扩散阻挡层的寿命。

其次，可以降低互连电路的有效介电常数值，进而使得互连电路整体的RC延迟下降。

再次，由于金属与铜具有良好的粘附性和接触，可以在金属表面直接电镀铜而不需要先淀积一层铜籽晶，工艺简单可行，有望在未来铜互连的抗扩散阻挡层的制造中得到应用。

附图说明

图1为传统技术的铜互连结构的截面图。

图2为本发明所提出的混合介质抗铜扩散阻挡层的一个实施例的截面图。