[发明专利]防止铜扩散的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体的，本发明涉及一种防止铜扩散的方法。

背景技术

与传统互连材料铝相比，由于铜具有更高的电导率和更好的抗电迁移特性，所以目前被广泛地应用在超大规模集成电路的互连线中。然而，铜易在介质层内快速扩散，可能会导致很高的泄漏电流和介质层击穿，为此，需要在铜互连线与介质层之间设置防止铜扩散的阻挡层。随着超大规模集成电路的发展，特别是高性能逻辑器件尺寸的不断减小，同层相邻互连线间的介质层仍存在铜从互连线顶部进入其中的扩散，这种铜扩散使得介质层极易击穿。

按照介质层击穿的特点，可以将击穿分为两种类型。一种是本征击穿，即电压一加到铜互连结构中，电场强度就达到或超过铜互连结构的介质层击穿临界场强，介质层中的电流瞬间变得很大，介质层马上被击穿。另一种是与可靠性相关的时间相关介质击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)，即施加在介质层上的电场低于其本征击穿场强，并未引起本征击穿，但经历一定时间后介质层仍发生了击穿。

造成与时间相关介质击穿的原因是由于芯片的集成度提高，互连线变得很细，在通电状态下，其中的电流密度很大，在较高的电流密度作用下，互连线金属层中的金属离子会沿着电子运动反方向进行迁移，这种现象称之为电迁移，电迁移会使得金属层因金属离子的迁移在局部区域由质量堆积(Pileup)而出现小丘(Hillocks)，或由质量亏损出现空洞(Voids)而造成的器件或互连性能退化甚至失效。

因此，抑制铜互连线金属层中铜离子的流失可以改善与时间相关介质击穿。由于铜互连线在形成过程中会接触到氧化性刻蚀气体，并难免会暴露在空气中，所以铜表面的铜原子极易被氧化形成CuO，目前也有相关报道采用N₂或H₂等离子还原铜离子Cu，详见Tsung-Kuei Kang等人于2004年发表在Journal of The Electrochemical Society上题目为Avoiding Cu Hillocks during the Plasma Process的文章。但是，采用N₂或H₂等离子还原的原理是基于：等离子体在高压下电离成离子原子等，与铜互连线表面发生还原反应，将CuO还原成Cu，但是金属原子仍处于不稳定状态，对抑制铜离子的流失、以及改善与时间相关介质击穿效果不明显。

因此，提出一种防止铜扩散的方法，以抑制铜互连线中铜离子的流失，改善与时间相关介质击穿成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种防止铜扩散的方法，以抑制铜互连线中铜离子流失，改善与器件可靠性相关的时间相关介质击穿。

为解决上述问题，本发明提供了一种防止铜扩散的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层、以及位于所述介质层内且表面暴露出来的铜互连线；

通过惰性气体等离子体对所述铜互连线表面进行轰击。

可选的，在通过惰性气体等离子体对所述铜互连线表面进行轰击前，还包括：通过氢气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击。

可选的，通过氢气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击时，氢气的流量在100～2000sccm范围内，压强在1～7torr范围内，功率在100～15000w范围内，时间在1～20s范围内。

可选的，所述惰性气体为氦气，通过氦气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击时，氦气的流量在100～2000sccm范围内，压强在1～7torr范围内，功率在100～15000W范围内，时间在1～20s范围内。

可选的，所述惰性气体为氩气，通过氩气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击时，氩气的流量在100～2000sccm范围内，压强在1～7torr范围内，功率在100～15000W范围内，时间在1～20s范围内。

可选的，通过惰性气体等离子体对所述铜互连线表面进行轰击包括：先通过氦气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击，再通过氩气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击。

可选的，通过氦气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击时，氦气的流量在100～1000sccm范围内，压强在1～7torr范围内，功率在500～1500W范围内，时间在10～20s范围内；通过氩气等离子体对所述铜互连线表面进行轰击时，氩气的流量在100～1000sccm范围内，压强在1～7torr范围内，功率在500～1500W范围内，时间在10～20s范围内。