[发明专利]一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种应用于铜互连扩散阻挡层的制 作方法。

背景技术

随着CMOS技术按摩尔定律而高速发展，互连延迟逐渐取代器件延迟成为影 响芯片性能的关键因素，铜互连逐渐取代传统铝互连成为业界主流。铜在介质 中的扩散系数较高，一旦扩散到器件有源区，会造成器件特性变差和结漏电； 而如果互连层次的铜扩散到介质中，会造成严重的漏电。因此铜互连扩散阻挡 层性能会极大地影响到芯片的性能和可靠性。

氮化钽(TaN)/钽(Ta)膜为现今通常使用的扩散阻挡层，在制作该扩散阻挡 层时，需先利用金属离化溅射技术，使钽离子在衬底底部偏压作用下，边淀积 边轰击，从而形成具有较好物理形貌的钽膜；或者先使用普通物理气相淀积技 术淀积钽膜，再利用惰性气体离子轰击钽膜，从而形成具有较好物理形貌的钽 膜。而制备氮化钽膜时需先在氮气中将钽靶材氮化，然后通过普通的物理溅射 方法溅射出氮化钽薄膜，并淀积在衬底硅片上。上述溅射出的氮化钽无法形成 离化状态，因而无法在衬底偏压下形成导向型淀积，因而通过上述普通物理溅 射方法制备的扩散阻挡层易在接触孔的入口处形成如图1所示的悬垂物1，后续 在接触孔中制作插塞时易形成如图2所示的空洞2，如此将会影响半导体器件的 性能。

同时制备的氮化钽/钽膜如果晶化程度较高，会在晶界处形成铜的扩散通 道，造成严重的铜扩散。

传统铜互连是用氮化钽/钽双层薄膜阻挡层，其与介质层的黏附性较差，易 发生可靠性问题。

为克服上述使用普通物理溅射方法制备的氮化钽膜时所遇到的问题，可使 用金属氧化物化学气相淀积(MOCVD)制成具有良好物理形貌的氮化钽膜，但是， 金属氧化物化学气相淀积所用到设备和原材料均十分昂贵，且其产能又低，无 法满足大规模的工业生产的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，通过上 述方法制作的应用于铜互连扩散阻挡层，不仅能提高台阶覆盖特性，而且可以 增强扩散阻挡层和层间绝缘介质层的黏附性，可形成具有较佳物理形貌且具优 异阻挡效果的应用于铜互连的扩散阻挡层。

本发明的目的是这样实现的：

一种应用于铜互连扩散阻挡层的制作方法，在半导体衬底上的介质层上形 成金属沟槽、接触孔或通孔，该方法包括如下步骤：

首先，在该金属沟槽的槽内或接触孔的孔内或通孔的孔内和所述介质层上 淀积第一金属膜；

然后，在该第一金属膜表面上生成氮化物膜；

最后，在该氮化物膜表面淀积第二金属膜。

所述氮化物膜是利用氮气等离子体对该第一金属膜进行氮化处理而得。

所述氮化物膜是利用氮气等离子体和惰性气体等离子体对该第一金属膜进 行氮化处理而得。

所述对该第一金属膜进行氮化处理时，在半导体衬底上形成用于对氮离子 进行定向的偏压。

所述对该第一金属膜进行氮化处理时，其处理温度是100-300摄氏度。

所述淀积第二金属膜之前，先进行在线退火处理。

所述在线退火处理时，退火温度是100-400摄氏度，且退火时间小于1分 钟。

所述第一金属膜为钽膜，所述氮化物膜为氮化钽。

所述第二金属膜为钽膜。

所述淀积第一或第二金属膜是通过金属离化溅射方法而得，或者先通过普 通物理溅射方法淀积金属膜，再通过惰性气体离子轰击该金属膜而得。

所述淀积第一或第二金属膜可以通过金属离化溅射方法而得。或者也可以， 先通过普通物理溅射方法淀积金属膜，再通过惰性气体离子轰击该金属膜而得。 传统铜互连是用氮化钽/钽双层薄膜阻挡层，但是，m氮化钽与介质层的黏附性 较差，因此，易发生可靠性问题。而本发明是在传统工艺前，先淀积一层金属 膜。由于金属如钽的侧壁覆盖特性较好，因此，使用金属膜不仅能提高台阶覆 盖特性，而且可以增强扩散阻挡层和层间绝缘用介质层的黏附性，能够防止因 此而产生的可靠性问题。