[发明专利]互连结构及其形成方法有效

专利信息
申请号: 201410229127.0 申请日: 2014-05-27
公开(公告)号: CN105140172B 公开(公告)日: 2019-01-25
发明(设计)人: 邓浩 申请(专利权)人: 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司;中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
主分类号: H01L21/768 分类号: H01L21/768;H01L23/538
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 应战;骆苏华
地址: 100176 北京市大兴*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 互连 结构 及其 形成 方法
【说明书】:

一种互连结构及其形成方法,其中互连结构的形成方法包括:提供衬底,所述衬底表面形成有介质层;在所述介质层中形成开口,所述开口底部露出所述衬底表面;在所述开口内形成填充满开口的金属层,所述金属层表面与介质层顶部平齐;在所述金属层表面以及介质层表面形成半导体覆盖层;对所述半导体覆盖层进行退火处理,将位于金属层表面的半导体覆盖层转化为金属帽层。本发明能有效的阻挡金属层顶角区域的金属原子的扩散,进一步提高互连结构的抗电迁移能力,优化互连结构的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体制作领域技术,特别涉及互连结构及其形成方法。

背景技术

随着超大规模集成电路工艺技术的不断进步,半导体器件的特征尺寸不断缩小,半导体器件的性能越来越强。然而,随着半导体尺寸的不断缩小,越来越小的互连结构中承载越来越高的电流,且互连结构的响应时间要求越来越短,传统铝互连结构已经不能满足要求。与铝相比,金属铜的电阻率更低且抗电迁移性更好,铜互连结构可以降低互连结构的电阻电容(RC)延迟,改善电迁移,提高器件的可靠性。因此,铜互连技术取代铝互连技术成为发展趋势。

然而,铜互连技术也有其缺陷。金属铜具有高迁移率,在硅及硅氧化物以及大部分介质材料中扩散非常快。一旦铜扩散进入半导体基底或介质层中,会影响器件的少数载流子寿命和结的漏电流,引起电路失效,可靠性下降。

为解决铜扩散的问题,现有技术通常在金属层以及介质层表面形成帽层,以阻挡铜扩散至上层介质层中。

尽管形成帽层在一定程度上可以减少铜扩散,但是现有技术形成的互连结构性能仍有待提高,互连结构性能低下可靠性差。

发明内容

本发明解决的问题是避免互连结构中发生铜扩散现象,同时防止金属层顶角区域发生铜扩散现象,提高互连结构的抗电迁移能力,优化互连结构的电学性能。

为解决上述问题,本发明提供一种互连结构的形成方法,包括:提供衬底,所述衬底表面形成有介质层;在所述介质层中形成开口,所述开口底部露出所述衬底表面;在所述开口内形成填充满开口的金属层;在所述金属层表面以及介质层表面形成半导体覆盖层;对所述半导体覆盖层进行退火处理,将位于金属层表面的半导体覆盖层转化为金属帽层。

可选的,所述半导体覆盖层的材料为硅或锗。

可选的,所述半导体覆盖层的材料为非晶态材料。

可选的,采用原子层沉积、低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述半导体覆盖层。

可选的,所述半导体覆盖层的材料为硅时,采用原子层沉积工艺形成半导体覆盖层的工艺参数为:反应气体包括硅源气体,其中,硅源气体为SiH4或SiH2Cl2,硅源气体流量为10sccm至1000sccm,沉积温度为250度至400度,反应腔室压强为1毫托至50托。

可选的,所述半导体覆盖层的厚度为10埃至50埃。

可选的,所述退火处理的工艺参数为:退火温度为300度至400度,退火时长为5秒至300秒。

可选的,所述金属帽层的材料为CuSi或CuGe。

可选的,在形成所述金属帽层之后,还包括步骤:对所述金属帽层以及位于介质层表面的半导体覆盖层进行氮化处理,将金属帽层转化为金属氮化物层,将半导体覆盖层转化为半导体氮化物层。

可选的,所述氮化处理的工艺参数为:反应气体为NH3和N2,NH3和N2流量之和为100sccm至1000sccm,射频功率为100瓦至1000瓦,氮化处理的时长为5秒至300秒。

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