[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，特别涉及具有扩散阻碍层的半导体器件及其制造方法。

背景技术

通常，用金属互连将半导体器件中的器件电性互连。铝(Al)、铝合金和钨常用作金属互连的材料。

然而，由于半导体器件高度集成，所以此类金属因其低熔点和高特性阻抗的特点而难以利用。铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钴(Co)、铬(Cr)和镍(Ni)都具有优良的导电性并可用作金属互连的材料。尤其是铜和铜合金，其具有低特性阻抗、优良的电子迁移(electron migration，EM)和应力迁移(stress migration，SM)的可靠性，而且制造成本低，因此得到了广泛应用。

使用铜的金属互连件通常是用镶嵌工艺制造的。镶嵌工艺通过光处理工艺和蚀刻工艺在绝缘层中形成沟槽，然后在该沟槽中填充导电材料，如钨、铝或铜。然后，通过回蚀(etch-back)或化学机械抛光除去大部分导电材料，保留所需互连部分，从而形成具有与该沟槽对应的形状的互连件。

但是，铜不适合于干法蚀刻工艺而且不易附着于SiO₂。铜具有低热动力学稳定性(thermo-dynamical stability)和低抗腐蚀能力。另外，铜可用作扩散入硅中的深层掺杂剂从而在带隙中产生受体和供体状态，因此导致漏电流或器件的故障。

所以，本领域需要一种能够用于铜的有效扩散阻碍层。

发明内容

本发明的实施例提供一种半导体器件，其中将非结晶层用作扩散阻碍件来避免铜的扩散，从而提高半导体的性能。

根据一个实施例，提供一种半导体器件，该半导体器件包括：半导体衬底；层间介电层，形成于该半导体衬底上，具有镶嵌图案；扩散阻碍件，形成于该镶嵌图案中，并且由三价材料，例如CoFeB制成；籽晶层，形成于该扩散阻碍件上；以及铜互连件，形成于该籽晶层上。

根据一个实施例，提供一种半导体器件的制造方法，包括：在半导体衬底上形成层间介电层，并在该层间介电层中形成镶嵌图案；在该层间介电层上以预定厚度沉积三价材料例如CoFeB，从而形成扩散阻碍件；在该扩散阻碍件上沉积籽晶层；以及在镶嵌图案中填充铜互连件。

本发明的上述以及其他目的和特征将在以下的详细说明中伴随附图进一步清晰。

附图说明

图1为CoFeB的强度和角度关系的曲线图。

图2为无退火的情况下CoFeB的强度和溅射时间关系的曲线图。

图3为200℃铜退火的情况下CoFeB的强度和溅射时间关系的曲线图。

图4到图8为根据本发明实施例的半导体器件的制造方法的截面图。

具体实施例

以下参照附图详细解释本发明实施例。

图1到图3为强度和角度或溅射时间曲线图。这些图对应于具有钽(Ta)层、第一铜层、IrMn层、第二铜层和CoFeB层的半导体器件。所述钽层、第一铜层、IrMn层、第二铜层和CoFeB层分别沉积到50、20、100、6和100。然后从CoFeB层进行溅射。

参照图1，溅射粒子的强度取决于溅射角度。

在图1的曲线中示出，每种材料由于其特性而在一个预定角度有一个顶点。因此可确定，当对CoFeB层进行溅射时，如果在某个时刻出现了由于CoFeB的特性产生的顶点，则CoFeB具有晶体结构。此外，如果在特定角度并未出现由于CoFeB特性产生的顶点，则CoFeB具有非结晶结构。

如图1所示，在介于大约44度与大约46度之间的溅射角度具有强度顶点不是出自CoFe自身的特性。因此，CoFeB是一种具有非结晶结构的三价材料。

此处，在大约41度处出现了由于IrMn的特性产生的强度顶点。

在钽、铜、IrMn、铜和CoFeB堆叠的结构中，溅射依CoFeB、铜、IrMn、铜和钽的顺序进行。通过确认观察到的铜仅在预定时区随溅射时间增加，该结构帮助确定能否避免铜的扩散。

如图2所示，形成该堆叠结构后，在溅射进行大约1.6分钟之后出现了一个顶点，在大约2.25分钟的溅射时间之后出现了另一顶点。

在首次溅射后0.5分钟内，溅射铁和钴，并极弱地溅射铜。所以，铜的扩散被CoFeB所抑制。基于这些测试，可见非结晶三价材料可针对铜提供改善的扩散阻碍件。在一个实施例中，将CoFeB用作铜的扩散阻碍件。在另一实施例中，将作为非结晶三价材料的CoFeN用作铜的扩散阻碍件。

在一个实施例中，本发明提供利用诸如CoFeB之类三价材料作为扩散阻碍层的半导体器件的制造方法。