[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

在集成电路工艺中，有着热稳定性、抗湿性的二氧化硅一直是金属互连线之间使用的主要绝缘材料，金属铝则是连接器件以形成电路的金属互连线的主要材料。然而，相对于元件的微型化及集成度的增加，电路中金属互连线数目的不断增多，使得金属互连线架构中的电阻（R）及电容（C）产生了显著的寄生效应，造成了严重的传输延迟（RC Delay）及串音（Cross Talk），在90纳米及更先进的技术中成为电路中讯号传输速度受限的主要因素。

因此，在降低金属互连线电阻方面，由于金属铜具有高熔点、低电阻系数及高抗电子迁移的能力，已被广泛地应用于金属互连线架构中来取代金属铝作为金属互连线的材料。

同时，在降低寄生电容方面，由于工艺上和金属互连线电阻的限制，难以通过几何上的改变来降低寄生电容值。因此，现有工艺中便使用低介电常数（low K）的材料来形成层间介质层（Inter-Layer Dielectric，ILD）以替代二氧化硅。常用的低介电常数材料包括SiOCH薄膜、氟硅玻璃（FSG）、碳掺杂的氧化硅（Black Diamond）等。

虽然现有工艺很好地解决了传输延迟及串音的问题，但随着金属铜被用来作为金属互连线的材料，也引来了其他问题。由于铜在硅及其氧化物以及大部分介质中扩散相当快，且铜一旦进入器件结构中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，使器件性能退化甚至失效。因此，现有技术中在形成铜互连线（即金属互连线的材料为铜）之后，必须形成一铜阻挡层，用以阻挡金属铜的扩散，该铜阻挡层覆盖铜互连线及铜互连线之间的层间介质层。现有工艺中通常用SiCN（氮掺杂的碳化硅，NDC）作为铜阻挡层的材料，该铜阻挡层能够很好地防止铜扩散，但是，其与铜互连线以及层间介质层之间的粘附性不高，易于发生剥离（peeling）等不良后果。

为此，现有技术中在形成SiCN层之前，先形成一富硅氮化硅层（以Rich-SiSiN为材料、具有较好粘附性能的膜层），以期通过该富硅氮化硅层改善铜阻挡层与铜互连线以及层间介质层之间的粘附性，进而避免剥离现象的发生。然而，所述富硅氮化硅层与铜互连线之间具有很好的粘附性，但是其与层间介质层之间的粘附性较差，因此即使使用了该富硅氮化硅层，产生的整体粘附效果仍并不理想，从而仍旧容易发生剥离的不良后果。

具体如图1所示，半导体结构包括铜互连线10、铜互连线10之间的层间介质层11、覆盖铜互连线10及层间介质层11的富硅氮化硅层12、以及覆盖富硅氮化硅层12的铜阻挡层13。在该半导体结构中，仍旧易于发生铜互连线与铜阻挡层之间的剥离，特别的，在后续的互连线接合过程中，由于施加到铜互连线10及层间介质层11上的应力不同，将导致铜互连线10与其上层的富硅氮化硅层12及铜阻挡层13之间的剥离问题更严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体结构及其形成方法，以解决现有技术中，铜互连线与铜阻挡层之间的粘附性较差，易于产生剥离的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成层间介质层，对所述层间介质层表面执行氮离子处理；

刻蚀所述层间介质层形成接触孔；

在所述接触孔中填充金属铜，形成铜互连线；

形成富硅氮化硅层，所述富硅氮化硅层覆盖所述铜互连线及层间介质层；

形成铜阻挡层，所述铜阻挡层覆盖所述富硅氮化硅层。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，在所述半导体衬底上形成层间介质层，对所述层间介质层表面执行氮离子处理的工艺步骤执行n次，其中，n为大于或等于2的自然数。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，第1次形成的层间介质层的厚度是n次形成的层间介质层的总厚度的50%~95%。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，当n为大于2的自然数时，自第2次开始，每一次形成的层间介质层的厚度均相同。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，利用氮气或者氨气对所述层间介质层表面执行氮离子处理。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，利用原位等离子工艺对所述层间介质层表面执行氮离子处理。

可选的，在所述的半导体结构的形成方法中，利用原位等离子工艺对所述层间介质层表面执行氮离子处理的工艺条件为：

压力：2torr~7torr；