[发明专利]互连结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种互连结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，铜互连工艺得到了广泛的应用。和相同工艺尺寸的铝互连技术相比，金属铜的电阻率较低，而且对电迁移(electromigration)现象具有更强的抵抗力。电迁移现象指的是互连结构受到流过其中的电流的不断影响，其形貌逐渐发生改变直至发生短路或断路，导致电路失效。此外，为了减小器件的电阻-电容延迟(RC delay)，铜互连工艺中往往采用低介电常数(lowk)材料作为绝缘材料。

图1示出了现有技术中一种互连结构的剖面结构示意图，包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10可以是硅衬底、硅锗衬底、III-V族元素化合物衬底等，其中可以形成有MOS场效应晶体管等半导体器件；介质层11，覆盖所述半导体衬底10的表面，所述介质层11的材料可以是氧化硅、掺杂的硅玻璃、低k介质材料等，所述介质层11上形成有开口，在双镶嵌工艺中，所述开口为沟槽和通孔相接的结构；阻挡层12，覆盖所述开口的底部和侧壁，其材料一般为氮化钽或钽；金属铜13，形成于所述阻挡层12之上，填充所述开口，其表面与介质层11的表面齐平，所述金属铜13的形成方法一般是电镀法，在填充金属铜13之前，一般还需要使用物理气相沉积(PVD)等方法形成籽晶层(图中未示出)，所述籽晶层覆盖阻挡层12的表面。

但是，随着半导体工艺水平的进一步提高，器件特征尺寸(CD，CriticalDimension)进一步减小，互连结构的尺寸也相应的减小，由于钽、氮化钽以及金属铜的电阻率以及其本身性质的限制，使得现有技术中基于铜互连工艺的互连结构的电阻增大，电迁移现象较为严重，影响整个芯片的性能。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中的互连结构电阻较大，电迁移现象较为严重的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种互连结构，包括：

半导体衬底；

形成于所述半导体衬底上的介质层，所述介质层上形成有开口；

覆盖所述开口的底部和侧壁的阻挡层；

填充所述开口的填充金属，所述填充金属位于所述阻挡层上且其上表面与所述介质层的上表面齐平；

所述阻挡层的材料包括碳、掺碳铜(carbon-containing copper)、掺碳硅铜(carbon-and-silicon-containing copper)、石墨、碳纳米管薄膜(carbon-nanotubenetwork film)、钌其中一种或任意几种的组合。

可选地，所述阻挡层为第一阻挡层和第二阻挡层的叠层结构，所述第一阻挡层的材料选自碳、掺碳铜、掺碳硅铜、石墨、碳纳米管薄膜、钌其中一种或任意几种的组合，所述第二阻挡层的材料选自钽和/或氮化钽，所述第一阻挡层位于所述第二阻挡层之上或之下。

可选地，所述填充金属的材料为掺碳铜，其中碳的含量为1％至10％。

可选地，所述填充金属包括籽晶层和位于其上的互连结构主体，所述籽晶层的材料选自铜、掺碳铜、掺碳硅铜、石墨、碳纳米管薄膜其中一种或任意几种的组合。

可选地，所述籽晶层为第一籽晶层和第二籽晶层的叠层结构，所述第一籽晶层的材料选自掺碳铜、掺碳硅铜、石墨、碳纳米管薄膜其中一种或任意几种的组合，所述第二籽晶层的材料为铜，所述第一籽晶层位于所述第二籽晶层之上或之下。

可选地，所述互连结构主体的材料为选自铜、掺碳铜或二者的组合。

可选地，所述互连结构主体的材料为掺碳铜，其中碳的含量为1％至10％。

可选地，所述开口为沟槽、通孔或二者的组合。

本发明还提供了一种互连结构的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层；

在所述介质层上形成开口；

在所述开口的底部和侧壁形成阻挡层；

在所述开口中形成填充金属，所述填充金属位于所述阻挡层上并填充所述开口，且其上表面与所述介质层的上表面齐平；

所述阻挡层的材料选自碳、掺碳铜、掺碳硅铜、石墨、碳纳米管薄膜、钌其中一种或任意几种的组合。

可选地，所述在所述开口的底部和侧壁形成阻挡层包括：

在所述开口的底部和侧壁依次形成第一阻挡层和第二阻挡层，或依次形成第二阻挡层和第一阻挡层，所述第一阻挡层的材料选自碳、掺碳铜、掺碳硅铜、石墨、碳纳米管薄膜、钌其中一种或任意几种的组合，所述第二阻挡层的材料选自钽和/或氮化钽。