銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法、半導(dǎo)體器件及電子裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層；形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層；在所述第一層擴散阻擋層上形成第二層擴散阻擋層；在所述第二層擴散阻擋層上形成銅仔晶層；在所述溝槽的剩余部分內(nèi)填充金屬銅，以形成所述銅互連結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層擴散阻擋層摻雜有鋁和/或錳元素。本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，通過在阻擋層中摻雜金屬，既可以抑制電遷移，又不會增加銅線的電阻，而且可以避免現(xiàn)有工藝中可能污染電鍍工藝環(huán)境的問題。
【專利說明】
銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法、半導(dǎo)體器件及電子裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體制造工藝，尤其設(shè)及一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，W及半導(dǎo)體 器件和電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，電路的特征尺寸越來越小，密度越來越大，所 含元器件的數(shù)量不斷增加。銅憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電性，已成為集成電路中互連集成技術(shù)的解 決方案之一。
[0003] 然而，由于半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，半導(dǎo)體器件中驅(qū)動電流的密度和開關(guān)頻 率不斷增大。在高電流密度和高頻率變化的銅互連結(jié)構(gòu)上，很容易發(fā)生電遷移巧lectro Migration,EM)。電遷移是由于電子按電流的方向推移金屬原子所引起的，且推移速度由電 流密度決定。對于服役條件下的銅互連結(jié)構(gòu)，由于電子流的運動將驅(qū)使金屬原子在導(dǎo)線中 發(fā)生飄移或移動，由此萌生的微小空穴將逐漸堆積形成空桐。當(dāng)空桐的體積達(dá)到某一臨界 值后，銅互連結(jié)構(gòu)中會發(fā)生通道中斷、物質(zhì)流無法傳遞的現(xiàn)象，導(dǎo)致了銅互連結(jié)構(gòu)的突然失 效并影響整個系統(tǒng)的運行。
[0004] 因此，電遷移是影響銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性的重要因素之一，電遷移可能導(dǎo)致銅互 連結(jié)構(gòu)減薄，并使其電阻率增大，更嚴(yán)重的還可能使銅互連結(jié)構(gòu)斷裂。 陽〇化]為了抑制電遷移，目前常用的方法是在銅互連工藝中，在銅仔晶層沉積過程中滲 雜其他金屬，例如侶滲雜或儘滲雜等，在退火過程中雜質(zhì)會在介電層和銅的界面形成雜質(zhì) 氧化物，運種雜質(zhì)氧化物會阻止銅的電遷移，進(jìn)而改善忍片的可靠性。
[0006] 然而，由于仔晶（Seed)本身是銅導(dǎo)線的一部分，對其進(jìn)行滲雜必然會增加電阻。 另外，如果對仔晶（seed)進(jìn)行滲雜，在其之后的電鍛工藝中，可能會出現(xiàn)滲雜元素在電鍛 液中的溶解問題，影響電鍛工藝的穩(wěn)定性。
[0007] 因此，需要一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，運將在【具體實施方式】部分中進(jìn) 一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的 關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0009] 為了克服目前存在的問題，本發(fā)明一方面提出了一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，該 方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層；形成覆蓋 所述溝槽底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層；在所述第一層擴散阻擋層上形成第二層擴散阻 擋層；在所述第二層擴散阻擋層上形成銅仔晶層；在所述溝槽的剩余部分內(nèi)填充金屬銅， W形成所述銅互連結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層擴散阻擋層滲雜有侶和/或儘元素。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一層擴散阻擋層的主要成分為TaN。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一層擴散阻擋層的厚度為10 A~200A。
[0012] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層的主要成分為化。
[0013] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層的厚度為10 A~200A。
[0014] 優(yōu)選地，在形成所述第二層擴散阻擋層時，進(jìn)行侶和/或儘滲雜，W形成含侶和/ 或儘的氧化物。
[0015] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層中侶和/或儘的原子百分比為0. 2%~5%。
[0016] 優(yōu)選地，所述侶和/或儘的滲雜濃度自下而上逐漸增大。
[0017] 本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，在用于形成銅互連結(jié)構(gòu)的溝槽中形成兩層 擴散阻擋層，并在第二層擴散阻擋層中滲雜金屬儘和/或侶，該滲雜的金屬儘和/或侶，可 W在介電層/銅層的界面形成雜質(zhì)氧化物，金屬儘和/或侶形成的氧化物會比較致密，對金 屬銅中的空桐缺陷（電遷移造成破壞的薄弱之處）形成包圍保護(hù)，阻擋空桐附近的銅在電 流作用下進(jìn)一步流失，因此有效抑制了電遷移現(xiàn)象，提高了銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。此外，由 于仔晶層采用純銅制作，沒有滲雜其他金屬，因而銅導(dǎo)線的整體電阻并未增大，而且由于仔 晶層為純銅，在其之后的電鍛工藝中，不會出現(xiàn)滲雜元素在電鍛液中的溶解問題，有利于電 鍛工藝的穩(wěn)定性。目P，本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，通過在阻擋層中滲雜金屬，既 可W有效抑制電遷移，改善銅互連結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又不會增加銅線的電阻，而且可W避免現(xiàn) 有工藝中可能污染電鍛工藝環(huán)境的問題。
[0018] 為了克服目前存在的問題，本發(fā)明另一方面提出了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器 件包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層；形成在所述溝槽 底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層；形成在所述第一層擴散阻擋層上的第二層擴散阻擋層； 形成在所述第二層擴散阻擋層上的銅仔晶層；和在所述溝槽的剩余部分內(nèi)填充的金屬銅， 其中，所述第二層擴散阻擋層滲雜有侶和/或儘元素。
[0019] 優(yōu)選地，所述第一層擴散阻擋層的主要成分為TaN。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一層擴散阻擋層的厚度為10 A~200A。
[0021] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層的主要成分為化。
[0022] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層的厚度為10 Λ~200 A。
[0023] 優(yōu)選地，在所述第二層擴散阻擋層和金屬銅的界面處形成含侶和/或儘的氧化 物。
[0024] 優(yōu)選地，所述第二層擴散阻擋層中侶和/或儘的原子百分比為0. 2%~5%。
[00巧]優(yōu)選地，所述侶和/或儘的滲雜濃度自下而上逐漸增大。
[0026] 本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件，包括兩層擴散阻擋層，并且在第二層擴散阻擋層中滲 雜金屬儘和/或侶，該滲雜的金屬儘和/或侶，可W在介電層/銅層的界面形成雜質(zhì)氧化 物，金屬儘和/或侶形成的氧化物會比較致密，對金屬銅中的空桐缺陷（電遷移造成破壞的 薄弱之處）形成包圍保護(hù)，阻擋空桐附近的銅在電流作用下進(jìn)一步流失，因此有效抑制了 電遷移現(xiàn)象，提高了銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。此外，由于仔晶層采用純銅制作，沒有滲雜其他 金屬，因而銅導(dǎo)線的整體電阻并未增大。目Ρ，本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)，由于在阻擋層中滲 雜有金屬儘和/或侶，既可W有效抑制電遷移，又不會增加銅線的電阻。
[0027] 為了克服目前存在的問題，本發(fā)明再一方面提出了一種電子裝置，該電子裝置包 括本發(fā)明提出的上述半導(dǎo)體器件。
[0028] 本發(fā)明提出的電子裝置，由于具有本發(fā)明提出的上述銅互連結(jié)構(gòu)，因而可在不增 加銅線整體電阻的前提下，有效抑制電子遷移，并改善電子裝置的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0029] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0030] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；
[0031] 圖2a~圖2g為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法中各步驟所獲得 的器件的剖視圖；
[0032] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的半導(dǎo)體器件的剖視圖；
[0033] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的電子裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)W便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可W無需一個或多個運些細(xì)節(jié)而得W 實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。
[0035] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠W不同形式實施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于運里提出的 實施例。相反地，提供運些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給 本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸W及相對尺寸可能被夸大。自始至終 相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0036] 應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為"在…上"、"與…相鄰V嘴接到"或"禪合到"其它元 件或?qū)訒r，其可W直接地在其它元件或?qū)由稀⑴c之相鄰、連接或禪合到其它元件或?qū)樱蛘?可W存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為"直接在…上"、"與…直接相鄰"、"直接連接 到"或"直接禪合到"其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù) 語第一、第二、第Ξ等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，運些元件、部件、區(qū)、層和/或 部分不應(yīng)當(dāng)被運些術(shù)語限制。運些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一 個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、 區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
[0037] 空間關(guān)系術(shù)語例如"在…下"、"在…下面"、"下面的"、"在…之下"、"在…之上"、"上 面的"等，在運里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元 件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向W外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操 作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為"在其它元件下面"或 "在其之下"或"在其下"元件或特征將取向為在其它元件或特征"上"。因此，示例性術(shù)語 "在…下面"和"在…下"可包括上和下兩個取向。器件可W另外地取向（旋轉(zhuǎn)90度或其它 取向）并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。
[0038] 在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使 用時，單數(shù)形式的"一"、"一個"和"所述/該"也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語"組成"和/或"包括"，當(dāng)在該說明書中使用時，確定所述特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、 操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語"和/或"包括相關(guān)所列項目的 任何及所有組合。
[0039] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及步驟，W便闡釋本發(fā) 明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了運些詳細(xì)描述外，本發(fā)明 還可W具有其他實施方式。 陽040] 實施例一
[0041] 本發(fā)明提供了一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式銅互 連結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括W下步驟：
[0042] 首先，執(zhí)行步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底上形成具有溝槽的層間介 電層。
[0043] 半導(dǎo)體襯底可W是W下所提到的材料中的至少一種：娃、絕緣體上娃
[0044] (SOI)、絕緣體上層疊娃（SS0I)、絕緣體上層疊錯化娃（S-SiGeOI)、絕緣體上錯化 娃（SiGeOI) W及絕緣體上錯（GeOI)等。此外，半導(dǎo)體襯底上可W形成有其它器件，例如 PM0S和NM0S晶體管。在半導(dǎo)體襯底中可W形成有隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離 (STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化娃
[0045] (LOCO巧隔離結(jié)構(gòu)。。半導(dǎo)體襯底中還可W形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶 體管（例如，NM0S和/或PM0巧等。同樣，半導(dǎo)體襯底中還可W形成有導(dǎo)電構(gòu)件，導(dǎo)電構(gòu)件 可W是晶體管的柵極、源極或漏極，也可W是與晶體管電連接的金屬互連結(jié)構(gòu)，等等。
[0046] 該半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層。為了改善銅互連結(jié)構(gòu)之間可能發(fā) 生的相互作用或串?dāng)_，并降低銅互連結(jié)構(gòu)的電阻電容（RC)延遲，層間介電層可W是由低k 材料或超低k材料形成的。層間介電層的形成方法可采用化學(xué)氣相沉積或旋涂法等。層間 介電層中形成的溝槽主要用于經(jīng)后續(xù)工藝在其內(nèi)填充銅材料而形成銅互連結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可W采用本領(lǐng)域內(nèi)常用的方法在層間介電層內(nèi)形成上述溝槽，舉例來說，可W采 用光刻工藝在層間介電層內(nèi)形成溝槽。
[0047] 接著，執(zhí)行步驟102,形成覆蓋所述溝槽的底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層。形成 第一層擴散阻擋層的方法可W為沉積法或瓣射法，其中沉積法包括化學(xué)氣相沉積法、物理 氣相沉積法和原子層沉積法等等，瓣射法包括磁控瓣射法等等?？蒞理解的是，采用上述方 法在溝槽的底部和側(cè)壁上形成第一層擴散阻擋層時，不可避免地會在層間介電層的上表面 也形成第一層擴散阻擋層，運并不與本發(fā)明的想法相背離。
[0048] 接著，執(zhí)行步驟S103,在所述第一層擴散阻擋層上形成第二次擴散阻擋層。形成第 二層擴散阻擋層的方法與形成第一層擴散阻擋層的方法類似，可W為沉積法或瓣射法。不 同的是，在形成第二層擴散阻擋層時，進(jìn)行金屬儘和/或金屬侶的滲雜。滲雜采用本領(lǐng)域常 用的方法，例如如果用瓣射法形成第二阻擋層，則通過使用已經(jīng)滲雜了儘和/或侶的祀材 進(jìn)行瓣射，從而形成滲雜金屬儘和/或侶的第二層擴散阻擋層。滲雜儘和/或侶通過與空 氣/環(huán)境中的氧發(fā)生反應(yīng)，可W在銅的表面形成氧化物，且該氧化物會比較致密，對金屬銅 中的空桐缺陷（電遷移造成破壞的薄弱之處）形成包圍保護(hù)，阻擋空桐附近的銅在電流作 用下進(jìn)一步流失，從而抑制了電遷移，有效抑制電遷移，改善忍片的可靠性。
[0049] 同樣，可W理解的是，采用上述方法在第一層擴散阻擋層上形成第二層擴散阻擋 層時，不可避免地會在溝槽外部層間介電層的上表面和/或第一層擴散阻擋層的上表面也 形成第二層擴散阻擋層，運并不與本發(fā)明的想法相背離。
[0050] 接著，執(zhí)行步驟S104,在所述第二層擴散阻擋層上形成銅仔晶層。形成銅仔晶層 的方法可W為沉積法，比如化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法和原子層沉積法等等。作為示 例，銅仔晶層由純銅材料形成，沒有滲雜其他金屬材料。
[0051] 同樣，可W理解的是，采用上述方法在所述第二層擴散阻擋層上形成銅仔晶層時， 不可避免地會在層間介電層的上表面和/或第一、二層擴散阻擋層的上表面也形成銅仔晶 層，運并不與本發(fā)明的想法相背離。
[0052] 最后，執(zhí)行步驟105,采用電化學(xué)鍛方法巧(P)在溝槽的剩余部分內(nèi)填充金屬銅， W形成銅互連結(jié)構(gòu)。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，采用電化學(xué)鍛方法形成金屬銅W為本領(lǐng) 域所熟知，因此不再詳述。同樣，采用電化學(xué)鍛方法填充溝槽的剩余部分時，也會在溝槽外 部形成金屬銅層，運并不與本發(fā)明的想法相背離。因此，當(dāng)銅填充完畢后，采用平坦化工藝 (化學(xué)機械研磨工藝CM巧去除層間介電層W上的第一、二層擴散阻擋層、銅仔晶層和金屬 銅層，W在溝槽內(nèi)形成銅互連結(jié)構(gòu)。
[0053] 圖2a~圖2g為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法中各步驟所獲得 的器件的剖視圖。下面將結(jié)合圖2a~圖2g來詳細(xì)說明本發(fā)明的銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法。
[0054] 如圖2a所示，提供半導(dǎo)體襯底200,該半導(dǎo)體襯底200的上表面形成介電層202， 在介電層202中形成有用于填充銅金屬互連結(jié)構(gòu)的溝槽210。 陽化5] 其中，半導(dǎo)體襯底200可W由上述提供的材料制成，并且半導(dǎo)體襯底200中可W包 含上面所提到的器件或結(jié)構(gòu)等，具有溝槽210的層間介電層202可W采用上述方法制得，因 此不再詳述。為了簡化，此處僅W-空白來表示半導(dǎo)體襯底200。
[0056] 進(jìn)一步，在半導(dǎo)體襯底200與介電層202之間還可W形成有用于形成溝槽210的 刻蝕停止層201。蝕刻停止層201可W由例如含娃材料、含氮材料、含碳材料或相似物的介 電材料所形成。
[0057] 如圖化所示，在溝槽210的底部和側(cè)壁上形成第一層擴散阻擋層203。作為示例， 第一層擴散阻擋層采用TaN材料形成，其形成方法采用化學(xué)氣相沉積法。第一層擴散阻擋 層的厚度為K)~2()0A。
[0058] 如圖2c所示，在第一層擴散阻擋層203上形成第二層擴散阻擋層204。作為示例， 第二層擴散阻擋層204采用化材料形成，其形成方法采用化學(xué)氣相沉積法。第二層擴散 阻擋層204的厚度為10~200A。如前所述，在形成第二層擴散阻擋層204時進(jìn)行金屬儘和 /或侶的滲雜，滲雜的金屬儘和/或侶的滲雜可W在銅的表面形成雜質(zhì)氧化物，從而有效抑 制電遷移，改善忍片的可靠性。作為示例，在第二層擴散阻擋層204中，滲雜金屬的原子百 分比為0.2%~5%，即，金屬儘、金屬侶或二者之和的原子總數(shù)占第二層擴散阻擋層204中 的原子總數(shù)的比例為0. 2%~5%。
[0059] 作為示例，金屬儘和/或侶可W在第二層擴散阻擋層204中均勻滲雜，也可W是自 溝槽底部向上方向，滲雜濃度逐漸增大。并且后一種為優(yōu)選實施例，因為運樣，第二層擴散 阻擋層204的上端金屬滲雜更容易在第二擴散阻擋層/銅層的界面形成雜質(zhì)氧化物，改善 電遷移性能。
[0060] 如圖2d所示，在第二層擴散阻擋層204上形成有銅仔晶層205。作為示例，銅仔晶 層205采用物理氣相沉積形成，并且如前所述銅仔晶層205由純銅材料形成，不滲雜其他金 屬。
[0061] 如圖2e所示，采用電化學(xué)鍛方法在溝槽210形成金屬銅層206。
[0062] 如圖2f所示，采用平坦化工藝（化學(xué)機械研磨工藝）去除層間介電層202 W上 的第一層擴散阻擋層203、第二層擴散阻擋層204、銅仔晶層205和金屬銅層206, W在溝槽 210內(nèi)形成銅互連結(jié)構(gòu)207。
[0063] 應(yīng)當(dāng)注意的是，上面所提供的步驟W及各步驟之間的次序僅為示范性的，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可W調(diào)整各步驟之前的次序，或者采用替代步驟來實現(xiàn)目的，也可W包括其他 步驟等。比如，本發(fā)明的方法還可W包括在銅互連結(jié)構(gòu)和介電層上形成蓋帽層的步驟。如 圖2g所示，蓋帽層208覆蓋銅互連結(jié)構(gòu)207和介電層202。作為示例，蓋帽層208的厚度 可W約為10-60nm，其材料可W為氮化娃、氮氧化娃、碳化娃、富娃氧化物、娃碳氨化合物或 娃碳氮化合物等。至此，完成了形成銅互連結(jié)構(gòu)的全部步驟。
[0064] 本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，在用于形成銅互連結(jié)構(gòu)的溝槽中形成兩層 擴散阻擋層，并在第二層擴散阻擋層中滲雜金屬儘和/或侶，該滲雜的金屬儘和/侶，可W 在第二層擴散阻擋層/銅層的界面形成雜質(zhì)氧化物，使銅原子不易沿晶界流動，因此有效 抑制了電遷移現(xiàn)象，提高了銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。此外，由于仔晶層采用純銅制作，沒有滲 雜其他金屬，因而銅導(dǎo)線的整體電阻并未增大，而且由于仔晶層為純銅，在其之后的電鍛工 藝中，不會出現(xiàn)滲雜元素在電鍛液中的溶解問題，有利于電鍛工藝的穩(wěn)定性。 W65] 實施例二
[0066] 本發(fā)明還提供一種采用實施例一中所述的方法制作的半導(dǎo)體器件，圖3為根據(jù)本 發(fā)明一個實施方式的半導(dǎo)體器件的剖視圖，如圖3所示，該半導(dǎo)體器件300包括：半導(dǎo)體襯 底301，其上形成有具有溝槽310的層間介電層303 ;形成在溝槽310底部和側(cè)壁的第一層 擴散阻擋層304 ;形成在第一層擴散阻擋層304上的第二層擴散阻擋層305 ;形成在第二層 擴散阻擋層305上的銅仔晶層306 ;和在溝槽310的剩余部分內(nèi)填充的金屬銅307,其中，第 二層擴散阻擋層305滲雜有侶和/或儘元素。
[0067] 示例性地，第一層擴散阻擋層304的主要成分為TaN，厚度為10~2004。第二層擴 散阻擋層305的主要成分為Ta，厚度為j 0-..200 A。并且，在第二層擴散阻擋層305和金屬 銅307的界面處形成含侶和/或儘的氧化物。 W側(cè)可選地，第二層擴散阻擋層305中侶和/或儘的原子百分比為0. 2%~5%。
[0069] 可選地，所述金屬儘和/或侶可W在第二層擴散阻擋層305中均勻滲雜，也可W是 自溝槽底部向上方向，滲雜濃度逐漸增大。并且后一種為優(yōu)選實施例，因為運樣，第二層擴 散阻擋層305的上端金屬滲雜更容易在第二擴散阻擋層/銅層的界面形成雜質(zhì)氧化物，改 善電遷移性能。
[0070] 可選地，半導(dǎo)體器件300還包括蝕刻停止層在半導(dǎo)體襯底301與介電層303之間 用于形成溝槽310的刻蝕停止層302。蝕刻停止層302可W由例如含娃材料、含氮材料、含 碳材料或相似物的介電材料所形成。
[0071] 可選地，半導(dǎo)體器件300還包括蓋帽層308,蓋帽層308覆蓋銅互連結(jié)構(gòu)307和介 電層303。作為示例，蓋帽層308的厚度可W約為10-60nm，其材料可W為氮化娃、氮氧化娃、 碳化娃、富娃氧化物、娃碳氨化合物或娃碳氮化合物等。
[0072] 本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)，包括兩層擴散阻擋層，并且在第二層擴散阻擋層中滲 雜金屬儘和/或侶，該滲雜的金屬銅和/侶，可W在第二層擴散阻擋層/銅層的界面形成雜 質(zhì)氧化物，使銅原子不易沿晶界流動，因此有效抑制了電遷移現(xiàn)象，提高了銅互連結(jié)構(gòu)的可 靠性。此外，由于仔晶層采用純銅制作，沒有滲雜其他金屬，因而銅導(dǎo)線的整體電阻并未增 大。目P，本發(fā)明提出的銅互連結(jié)構(gòu)，由于在阻擋層中滲雜有金屬儘和/或侶，既可W有效抑 制電遷移，又不會增加銅線的電阻。 W73] 實施例Ξ
[0074] 本發(fā)明另外還提供一種電子裝置，其包括前述的半導(dǎo)體器件。圖4為根據(jù)本發(fā)明 一個實施方式的電子裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由于包括的前述半導(dǎo)體器件可有效抑制電遷移， 具有更高的穩(wěn)定性，該電子裝置同樣具有上述優(yōu)點。
[0075] 該電子裝置，可W是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機、電視機、VCD、 DVD、導(dǎo)航儀、照相機、攝像機、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備，也可W是具有 上述半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品，例如：具有該集成電路的手機主板等。圖4僅W便攜式計算機 為例示出一種電子裝置，其不對本發(fā)明構(gòu)成限制。
[0076] 本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人 員可W理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可W做出更多種的 變型和修改，運些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍W內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由 附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項】
1. 一種銅互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括： 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層； 形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層； 在所述第一層擴散阻擋層上形成第二層擴散阻擋層； 在所述第二層擴散阻擋層上形成銅仔晶層；和 在所述溝槽的剩余部分內(nèi)填充金屬銅，以形成所述銅互連結(jié)構(gòu)， 其中，所述第二層擴散阻擋層摻雜有鋁和/或錳元素。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層擴散阻擋層的主要成分為TaN。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層擴散阻擋層的厚度為 10 λ ^~20〇Au〇4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二層擴散阻擋層的主要成分為Ta。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二層擴散阻擋層的厚度為 ?ο A ~200 A。6. 如權(quán)利要求1-5任意一項所述的方法，其特征在于，在形成所述第二層擴散阻擋層 時，進(jìn)行鋁和/或錳摻雜，以形成含鋁和/或錳的氧化物。7. 如權(quán)利要求1-5任意一項所述的方法，其特征在于，所述第二層擴散阻擋層中鋁和/ 或猛的原子百分比為0. 2%~5%。8. 如權(quán)利要求1-5任意一項所述的方法，其特征在于，所述鋁和/或錳的摻雜濃度自下 而上逐漸增大。9. 一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有溝槽的層間介電層； 形成在所述溝槽底部和側(cè)壁的第一層擴散阻擋層； 形成在所述第一層擴散阻擋層上的第二層擴散阻擋層； 形成在所述第二層擴散阻擋層上的銅仔晶層；和 在所述溝槽的剩余部分內(nèi)填充的金屬銅， 其中，所述第二層擴散阻擋層摻雜有鋁和/或錳元素。10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一層擴散阻擋層的主要成分 為 TaN。11. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一層擴散阻擋層的厚度為 ?ο A ~200 A。12. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二層擴散阻擋層的主要成分 為Ta〇13. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二層擴散阻擋層的厚度為 10 A ~200 A。14. 如權(quán)利要求9-13任意一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述第二層擴散阻 擋層和金屬銅的界面處形成含鋁和/或錳的氧化物。15. 如權(quán)利要求9-13任意一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二層擴散阻擋 層中鋁和/或錳的原子百分比為0. 2%~5%。16. 如權(quán)利要求9-13任意一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述鋁和/或錳的摻雜 濃度自下而上逐漸增大。17. -種電子裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求9-16之一所述的半導(dǎo)體器件。
【文檔編號】H01L21/768GK105870049SQ201510024597
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月19日
【發(fā)明人】王志高, 李澤逵
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司