[发明专利]一种在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法。

背景技术

过去数十年来，金属铝一直被用来当作晶片内部的导线材料。 随着线宽的缩小，元件运算的速度便会受到电阻值与电容值相乘延迟的增加而显著的下降。为了面对更密集的电路设计，业界选择具有更低电阻的铜来取代铝。

由于铜具有低电阻的特性，因此以铜为导线的元件可承受更密集的电路排列，如此可大大减少所需金属层的数目，进而降低生产成本且提高计算机的运算速度。此外，铜还具有较高的电致迁移 (Electromigration；EM)阻力，因此以铜为导线的元件具有更高的寿命以及稳定性。

用以形成金属层的铜材质在高温的环境下极易产生扩散现象。因此，公知的，用铜镶嵌工艺包括沉积阻挡层，借以阻止铜扩散的发生。

传统的形成阻挡层的方法中，一般通过物理气相沉积法在层间介质层的沟槽中沉积锰铜（CuMn），然后采用铜电镀(ECP)填充沟槽，随后进行退火在铜种子层与介质层之间自形成MnSi_xO_y，最后进行化学机械抛光（CMP）。该方法虽然在铜种子层与介质层之间自形成了含锰硅氧化合物（MnSi_xO_y）阻挡层，但铜与下一层介质层之间没有阻挡层，且当退火时间不够长时，部分锰会扩散进入铜，导致阻值的增加，影响器件性能。

基于决现有生产技术中的不足，有必要找寻一种新的在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法，在一晶圆所包含的第一层间介质层内形成有填充铜的第一沟槽，并且在所述第一层间介质层之上依次覆盖有第二、第三层间介质层，具体的，包括以下步骤：

步骤1、于所述第三层间介质层内形成第二沟槽，并刻蚀暴露在第二沟槽底部的第二层间介质层，从而在第二层间介质层内形成位于第二沟槽下方的通孔，且所述通孔位于第一沟槽内所填充的铜的上方并与之接触；

步骤2、沉积一层锰铜层覆盖在第三层间介质层之上，同时锰铜层还覆盖在第二沟槽的底部及侧壁上，以及锰铜层还覆盖在通孔的底部及侧壁上，并且通孔底部的锰铜层与第一沟槽内所填充的铜接触；

步骤3、于底部及侧壁覆盖有锰铜层的第二沟槽内、以及底部及侧壁覆盖有锰铜层的通孔内填充铜；

步骤4、采用化学机械研磨去除覆盖在第三层间介质层之上的多余的铜和锰铜层，以及去除第二沟槽中多余的铜；

步骤5、在第三层间介质层上沉积一层第四层间介质层，该第四层间介质层同时覆盖在位于第二沟槽内填充的金属铜之上；

步骤6、对晶圆进行退火处理，其中，在退火过程中，锰铜层中扩散至第二沟槽内填充的金属铜的上表面的锰与第四层间介质层中的硅、氧反应生成含锰硅氧化物的扩散阻挡层。

上述的方法，其中，步骤1中，所述锰铜层的沉积方法为物理气相沉积或原子层沉积法。

上述的方法，其中，步骤2中，所述锰铜层上方铜，采用电镀的方式进行填充。

上述的方法，其中，任意一层第一、第二、第三或第四层间介质层由SiO₂或SiCO材质组成。

上述的方法，其中，所述晶圆还包括设置在位于第一层间介质层和第二层间介质层之间的阻挡层，以及位于第二层间介质层和第三层间介质层之间的阻挡层。

本发明在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法，优点在于：

1.本发明在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法减少了工艺步骤，提高了生产效率。

2.本发明在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法在铜的周围形成了含锰硅氧化合物阻挡层，提高了器件的可靠性。

3.本发明在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法将沉积的过多的锰铜化学机械抛光掉而余下的锰能在退火中与下层的介质层中的Si和O反应生成含锰硅氧化合物阻挡层，避免了先前工艺程序中为在表面形成含锰氧化物而造成的铜的氧化的弊端。

本领域的技术人员阅读以下较佳实施例的详细说明，并参照附图之后，本发明的这些和其他方面的优势无疑将显而易见。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1-5为本发明在层间介质层中自形成含锰硅氧化合物阻挡层的方法的流程示意图。