[发明专利]扩散阻挡层和带扩散阻挡层的半导体器件

说明书

本发明涉及扩散阻挡层和带扩散阻挡层的半导体器件。更具体而言，涉及一种由硅、碳、氮和氢形成的新颖的扩散阻挡层，氮在扩散阻挡层的上表面和下表面附近浓度更大，即在整个扩散阻挡层中氮是非均匀分布的，并且涉及带这种扩散阻挡层的半导体器件。同时还涉及生产这种带扩散阻挡层的半导体器件的方法。

一般来说，半导体器件包括形成集成电路的许多电路。集成电路对计算机和电子设备是有用的，它可以包括几百万个晶体管和其他电路元件，它们可制造在一个硅晶体半导体器件上，即芯片。为了使该器件能使用，通常会把一个复杂的信号通道网连接到分布在器件表面的电路元件上。通过器件的这些信号的有效布线随着集成电路的复杂程度和数量的增加而变得更为困难。因此，诸如双镶嵌布线结构这种多级或多层互连方案变得更为需要，这是由于它们在复杂的半导体芯片上的大量晶体管之间提供高速信号布线图案的有效作用。

用多层方案为集成电路布线时，像氧化硅这样的绝缘或是介电材料通常会用光处理技术构图形成数千个孔口，来形成导电线孔和/或通孔，例如，采用光刻随后通过等离子体处理进行刻蚀。这些通孔典型地填以诸如铝、铜等导电金属材料，以互相连接集成电路的有源元件和/或无源元件。然后，这些半导体器件被抛光以修平表面。

扩散阻挡层，比如由氮化硅形成的在整个层中氮均匀分布的扩散阻挡层，被规则地沉积在介电材料和导电金属材料的平整化表面上。下一步，一种介电材料沉积在该扩散阻挡层上，如前所述在介电层和阻挡层内产生通孔和线孔，在孔口中沉积另一种导电金属材料，另一个扩散阻挡层沉积在它上面。接着，重复该过程来制作多层互连布线系统。扩散阻挡层起一种粘接的作用，来保持互连结构的相续的层连在一起。可是，当所用的是一个由氮在整个层中均匀分布的硅和氮即氮化硅形成的扩散阻挡层时，存在几个问题。首先，扩散阻挡层不能提供最佳的粘着力，因此，在半导体器件制造和使用中就会带来分层的危险。第二，这种扩散阻挡层也导致半导体器件具有相对较高的介电常数，一般在6到7之间，因此就会在导电金属材料间产生较高的电容，从而导致电信号以较慢速度传播，同时，在这种互连布线方式中增加串扰。

因此希望提供一种既能在互连层之间提供强粘着力又能保持器件有相对较低的介电常数的带扩散阻挡层的半导体器件，从而使电信号在其间传播快一些。

本发明发现了一种新的扩散阻挡层。用于半导体器件中的新的扩散阻挡层有一个上表面、一个下表面和一个中间部分，包含有硅、碳、氮和氢，在整个扩散阻挡层中氮是非均匀分布的，即与扩散阻挡层的中间部分相比，氮在阻挡层的上下表面附近浓度更大。这样，这种新的层可以描述为是三个层，中间层主要含有硅、碳和氢，上层和下层有氮、硅、碳、氢，和选择地有氧。

带扩散阻挡层的半导体器件包括一个衬底，衬底包括第一组导电金属元件，第一个扩散阻挡层加在至少一部分衬底上而接触导电金属元件，该扩散阻挡层有一个上表面、一个下表面和一个中间部分，且由硅、碳、氮和氢形成，氮在整个扩散阻挡层中是非均匀分布的。因此，例如，与扩散阻挡层的中间部分相比，氮在扩散阻挡层的上下表面附近浓度更大。半导体器件还可以包括加在第一扩散阻挡层上的一个介电层，穿过介电层和第一扩散阻挡层形成的线孔和通孔暴露至少一种导电金属元件的表面，从而使沉积并填充线孔和通孔的导电金属材料来提供第二组电接触导电金属元件。或者，加上第二个扩散阻挡层接触第二组导电金属元件的上表面的至少一部分，该扩散阻挡层有一个上表面、一个下表面和一个中间部分，是由硅、碳、氮和氢形成的，氮在整个扩散阻挡层中是非均匀分布的。

本发明还发现一种制作该半导体器件的方法，包括如下步骤：

a)在半导体衬底上形成第一个扩散阻挡层，衬底中含有第一组导电金属元件，该扩散阻挡层有一个上表面、一个下表面和一个中间部分，且含有硅、碳、氮和氢，而且其中的氮是非均匀分布沉积的；

b)至少在一部分第一扩散阻挡层上形成一个介电层；

c)在介电层和扩散阻挡层中形成线孔和通孔，以暴露第一组导电金属元件的至少一个的上表面；

d)在线孔和通孔中沉积并填充导电金属材料，以形成第二组导电金属元件；以及

e)在第二组导电金属元件的上表面形成第二个扩散阻挡层，该扩散阻挡层有一个上表面、一个下表面和一个中间部分，且含有硅、碳、氮和氢，氮在整个层中是非均匀分布的。