一種銅互連結構及其形成方法，本發明專利技術所提供的銅互連結構的形成方法包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有第一介質層以及貫穿所述第一介質層的第一互連結構；在所述第一介質層和第一互連結構表面形成第二介質層，所述第二介質層的材料含有氧原子，所述第二介質層具有暴露所述第一互連結構的通孔；在所述通孔的側壁和底部形成合金阻擋層；在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層。本發明專利技術工藝簡單、成本低，并且可以降低銅互連結構的電阻率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體領域，特別涉及。
技術介紹
隨著半導體技術的發展，超大規模集成電路芯片的集成度已經高達幾億乃至幾十億個器件的規模，兩層以上的多層金屬互連技術廣泛使用。傳統的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電流密度不斷增大，要求的響應時間不斷減小，傳統鋁互連線已經不能滿足要求，工藝尺寸小于130nm以后，銅互連線技術已經取代了鋁互連線技術。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低，銅互連線可以降低互連線的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件的可靠性。在公開號為US2006/0286797A1的美國專利中公開了一種銅互連結構的形成方法，包括參考圖1，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100表面形成有第一互連結構110，所述第一互連結構110表面形成第一介質層120，所述第一介質層120具有暴露所述第一互連結構Iio的通孔130 ；參考圖2，在所述通孔130的側壁和底部形成阻擋層140，所述阻擋層140包括依次形成的氮化鉭層和鉭層；參考圖3，采用PVD的方法在所述阻擋層140的表面形成合金種子層150，所述合金種子層150的材料是銅鋁合金或者銅錳合金，所述合金種子層150采用合金材料的好處是可以提高后續形成的銅互連結構的電子遷移可靠性；參考圖4，在所述合金種子層150表面形成填充滿所述通孔的金屬銅層160，后續過程中還包括對所述金屬銅層160進行平坦處理，直至暴露第一介質層120，形成由阻擋層、合金種子層150和金屬銅層160組成的銅互連結構。所述氮化鉭層的作用是隔離后續形成銅互連結構與第一介質層120，所述鉭層可以增加銅互連結構與所述氮化鉭層之間的結合力。但是上述方法工藝復雜，并且所形成的銅互連結構的阻值比較大。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種，以解決現有銅互連結構阻值大，形成工藝復雜的問題。為解決上述問題，本專利技術一種銅互連結構的形成方法，包括 提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有第一介質層以及貫穿所述第一介質層的第一互連結構；在所述第一介質層和第一互連結構表面形成第二介質層，所述第二介質層的材料含有氧原子，所述第二介質層具有暴露所述第一互連結構的通孔；在所述通孔的側壁和底部形成合金阻擋層；在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層?？蛇x地，還包括對所述銅互連結構進行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層內的金屬原子擴散并發生反應?？蛇x地，所述合金阻擋層在所述通孔的側壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃?？蛇x地，所述合金阻擋層的材料是錳-鉭合金，或者鋁-鉭合金，或者鈦-鉭合金?？蛇x地，所述退火處理的溫度是100-400攝氏度，退火時長為1-30分鐘，退火氣體是氫氣和氮氣。·可選地，所述退火氣體中，氫氣所占的體積比例為0-20%?？蛇x地，所述第二介質層是低k材料。 可選地，還包括在所述銅互連結構表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料是硅碳氮。相應地，本專利技術還提供一種銅互連結構，包括半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有第一介質層和貫穿所述第一介質層的第一互連結構；位于所述第一介質層和第一互連結構表面的第二介質層，所述第二介質層的材料含有氧原子，所述第二介質層具有暴露所述第一互連結構的通孔；位于所述通孔側壁和底部的合金阻擋層；位于所述合金阻擋層表面，且填充滿所述通孔的銅層?？蛇x地，還包括所述合金阻擋層和第二介質層中的氧原子反應生成的合金氧化物?？蛇x地，所述合金阻擋層的材料是錳-鉭合金，或者鋁-鉭合金，或者鈦-鉭合金?？蛇x地，所述合金阻擋層在所述通孔的側壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃?？蛇x地，所述第二介質層的材料是低k材料。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點本專利技術實施例的銅互連結構的形成方法在所述合金阻擋層表面形成銅層，所述銅層的材料為銅，避免了現有技術合金的金屬種子層的銅之外的金屬原子聚集遷移到金屬種子層和阻擋層之間，引起銅互連結構阻值增加的缺陷；本專利技術實施例的所述合金阻擋層的材料為金屬合金，與現有技術的氮化鉭層和鉭層阻擋層相比，具有電阻低的優點，從而能夠降低本專利技術實施例的銅互連結構形成方法形成的銅互連結構的電阻率。進一步的，本專利技術實施例的銅互連結構的形成方法先在位于第二介質層內的通孔表面形成合金阻擋層；再在所述合金阻擋層表面形成銅層；形成銅層后進行退火處理；在退火處理中，所述第二介質層內的氧原子和所述合金阻擋層中的金屬原子朝各個方向擴散，氧原子與金屬原子在擴散的過程中在第二介質層與合金阻擋層的界面處相遇并發生反應，形成可以阻擋銅層中銅原子向第二介質層擴散，同時阻擋第二介質層中的氧原子向銅層擴散的合金氧化物，并且所形成的合金氧化物電阻率小，從而可以降低銅互連結構的電阻率。更進一步的，所述合金阻擋層中的金屬原子擴散到銅層中，可以降低銅互連結構的電遷移，提高銅互連結構的可靠性。再進一步的，本專利技術的合金阻擋層是單層結構，形成合金阻擋層的工藝簡單，效率聞。本專利技術實施例的銅互連結構以合金阻擋層取代現有結構中的氮化鉭/鉭雙層結構，合金阻擋層的電阻率小，所以降低了銅互連結構的電阻率。進一步本專利技術實施例的銅互連結構還包括合金阻擋層與第二介質層反應形成的合金氧化物，所述合金氧化物可以提高合金阻擋層的擴散阻擋作用，并且本專利技術實施例所提供的銅互連結構可靠性高。附圖說明圖I至圖4是現有銅互連結構形成過程的剖面結構示意圖；圖5是本專利技術的實施例所提供的銅互連結構形成方法的流程示意圖； 圖6至圖10是本專利技術的實施例所提供的銅互連結構形成過程的剖面結構示意圖。具體實施例方式由
技術介紹
可知，現有方法所形成的銅互連結構電阻值比較大，并且工藝復雜。請繼續參考圖4，專利技術人針對上述問題進行研究，認為現有方法所形成的銅互連結構電阻值比較大的主要原因為金屬種子層150中的銅之外的金屬原子(比如銅鋁合金中的鋁或銅錳合金中的錳)會聚集起來并遷移到金屬種子層150與阻擋層140之間，從而引起銅互連結構的阻值增加；此外，由于位于銅互連結構底部的氮化鉭的阻值比較大，所以銅互連結構底部電阻會比較大。專利技術人針對上述問題進行進一步研究，在本專利技術的實施例中提供一種銅互連結構形成方法，圖5是本專利技術所提供的銅互連結構形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有第一介質層以及貫穿所述第一介質層的第一互連結構；步驟S102，在所述第一介質層和第一互連結構表面形成第二介質層，所述第二介質層的材料含有氧原子，所述第二介質層具有暴露所述第一互連結構的通孔；步驟S103，在所述通孔的側壁和底部形成合金阻擋層；步驟S104，在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層；步驟S105，對所述銅互連結構進行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層內的金屬原子擴散并發生反應。為了進一步說明本專利技術的精神和實質，在下文中，結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細闡述。圖6至圖10是本專利技術的實施例所提供的銅互連結構形成過程的剖面結構示意圖。參考圖6,提供半導體襯底200,所述半導體襯底200表面形成有第一介質層220以及貫穿所述第一介質層220的第一互連結構210。本實施例中，所述半導體襯底200是硅襯底或者SOI襯底，所述半導體襯底200內和/或表面還本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種銅互連結構的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面形成有第一介質層以及貫穿所述第一介質層的第一互連結構；在所述第一介質層和第一互連結構表面形成第二介質層，所述第二介質層的材料含有氧原子，所述第二介質層具有暴露所述第一互連結構的通孔；在所述通孔的側壁和底部形成合金阻擋層；在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑宇，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：
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