專利名稱：制作擴散阻擋層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術，特別涉及一種制作擴散阻擋層的方法。
背景技術：
半導體產業(yè)正在實現(xiàn)用銅作為微芯片的互連材料。由于銅不適合用干法進行刻 蝕，為了形成銅互連金屬線，應用雙大馬士革方法以避免對銅的直接刻蝕。在利用雙大馬士 革方法形成銅互連金屬線過程中，不再需要對銅進行刻蝕確定線寬和間隔，只需要對由二 氧化硅組成的介質層進行刻蝕。圖1為現(xiàn)有的銅大馬士革的結構示意圖，圖2為現(xiàn)有的雙大馬士革的方法流程圖。 現(xiàn)結合圖1及圖2，對利用一種雙大馬士革的方法制作金屬銅互連層的方法進行說明，具體 如下步驟201 淀積介質層；在襯墊101上制作完器件102后，需要通過制作于器件102上的多層金屬互連線 將襯墊101制作的器件102連接在一起，引出相應的引線。利用離子增強型化學氣相沉積(PECVD)在器件102表面及襯墊101表面淀積一層 介質層103，該介質層103為二氧化硅(SiO2)層。步驟202 確定通孔圖形并刻蝕；利用光刻膠在介質層103上確定通孔圖形，干法刻蝕通孔窗口進入介質層103中， 刻蝕完成后去掉介質層103上的光刻膠。步驟203 確定互連圖形并刻蝕；在介質層103上涂布光刻膠，利用曝光和顯影確定互連槽圖形。利用干法刻蝕在 介質層103上刻蝕形成互連槽，刻蝕完成后去掉介質層103上的光刻膠。在該方法中，在介質層103上先刻蝕通孔再刻蝕互連槽，也可在介質層103上先刻 蝕互連槽再刻蝕通孔，具體的刻蝕互連槽和通孔的方法與步驟203和步驟202的方法相同， 在此僅以先刻蝕通孔后刻蝕互連槽為例進行說明。步驟204 淀積金屬阻擋層；利用離子化的物理氣相沉積(PVD)在步驟203形成的互連槽和步驟202形成的通 孔的底部及側壁淀積金屬阻擋層104，該金屬阻擋層104為氮化鉭層，可防止通孔和互連槽 中的銅向介質層103和器件102的硅或二氧化硅中擴散。步驟205 淀積銅種子層；用化學氣相沉積在金屬阻擋層104的表面淀積連續(xù)的銅種子層105，銅種子層105 為均勻的沒有針孔的金屬層。步驟206 淀積銅填充互連槽和通孔；用電鍍(ECP)的方法在銅種子層105表面淀積銅，填充互連槽和通孔，形成金屬銅 互連線106。步驟207 利用化學機械研磨研磨表面至介質層；
利用化學機械研磨，研磨表面至介質層103，清除淀積于互連槽外的銅，并清除淀 積于介質層103上的銅種子層105及金屬阻擋層104。步驟208 利用高頻等離子化學氣相沉積制作擴散阻擋層；利用高頻等離子化學氣相沉積在金屬銅互連線106表面和介質層103表面淀積形 成擴散阻擋層107，該擴散阻擋層107為摻碳的氮化硅(NDC)層。由于NDC需要致密沒有 針孔，通常在高頻等離子化學氣相沉積反應腔中通入三甲基硅烷(TMQ和氨氣(NH3)制作 NDC。本步驟制作的擴散阻擋層107能夠防止金屬銅向與其接觸的硅或二氧化硅中滲 透。以制作65邏輯器件為例，在本步驟制作擴散阻擋層107的方法為首先，在反應腔 內通入流量為990標準立方厘米/分鐘的NH3,在頻率為13. 5M且射頻(Radio Freqency, RF)功率為550W的離子發(fā)生器出射的高頻等離子和4. 2托的壓力下對金屬銅互連線106表 面的氧化銅(CuO)持續(xù)轟擊20秒，去除金屬銅互連線106表面的CuO，由于高頻等離子的離 子速度較小，轟擊作用較弱，需要較長的反應時間以完全去除CuO;其次，在反應腔內通入 流量為1200標準立方厘米/分鐘的氦氣(He) ,700標準立方厘米/分鐘的NH3和350標準 立方厘米/分鐘的三甲基硅烷(TMQ，在頻率為13. 5M且射頻(RF)功率為940W的離子發(fā)生 器出射的高頻等離子和3. 7托的壓力下制作擴散阻擋層107，對于65邏輯器件來說，制作擴 散阻擋層107的反應時間約為16秒。步驟209 確定通孔圖形并刻蝕；在擴散阻擋層107表面涂布感光膠，利用曝光和顯影確定通孔圖形；干法刻蝕通 孔窗口進入擴散阻擋層107中，刻蝕完成后去掉擴散阻擋層107上的光刻膠。步驟201和步驟207的方法制作了一層介質層103和由金屬銅互連線106 —層金 屬層，若該介質層103為第一介質層，該金屬銅互連線106構成了第一金屬層，則在步驟207 之后可在根據(jù)步驟201至步驟207的方法依次制作第二介質層108、位于第二介質層108的 金屬阻擋層109和銅種子層110、由金屬銅互連線111構成的第二金屬層；利用上述方法制 作而成的多層介質層和多層金屬層構成了連接器件102的金屬互連層。檢測襯墊101上制作的器件102的擊穿電壓后發(fā)現(xiàn)，制作于襯墊101邊緣位置的 器件102的擊穿電壓較高，制作于襯墊101中心位置的器件102的擊穿電壓較低。而擴散 阻擋層107的折光指數(shù)與器件102的擊穿電壓成正比，采用高頻等離子化學氣相沉積制作 的擴散阻擋層107的折光指數(shù)的變化范圍較大，約為折光指數(shù)的士20%，且制作于襯墊101 中心位置的擴散阻擋層107的折光指數(shù)較低，制作于襯墊101邊緣位置的擴散阻擋層107 的折光指數(shù)較高，擴散阻擋層107折光指數(shù)的上述變化使得器件102的擊穿電壓因制作的 位置不同而不同。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種制作擴散阻擋層的方法，該方法能夠減小擴散阻擋 層的折光指數(shù)的變化范圍。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種制作擴散阻擋層的方法，該方法包括在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基硅烷和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積在填充于互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層 擴散阻擋層。較佳地，所述在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基硅烷和氨氣之前進一步包括在反應腔內通入稀釋性氣體和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積去除填充于互 連槽的銅表面的氧化銅。上述方法中，所述在填充于互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層擴散阻擋層所 采用的多頻等離子化學氣相沉積包含高頻等離子化學氣相沉積和低頻等離子化學氣相沉 積；所述高頻等離子化學氣相沉積的高頻離子發(fā)生器的射頻功率與所述低頻等離子 化學氣相沉積的低頻離子發(fā)生器的射頻功率的比值為1至1. 5。上述方法中，所述去除填充于互連槽的銅表面的氧化銅所采用的多頻等離子化學 氣相沉積包含高頻等離子化學氣相沉積和低頻等離子化學氣相沉積；所述高頻等離子化學氣相沉積的高頻離子發(fā)生器的射頻功率與所述低頻等離子 化學氣相沉積的低頻離子發(fā)生器的射頻功率的比值為2至2. 5。上述方法中，所述擴散阻擋層為摻碳的氮化硅層。上述方法中，所述稀釋性氣體為氮氣。上述方法中，所述三甲基硅烷和氨氣的流量比為3. 3至4. 4。上述方法中，所述在填充于互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層擴散阻擋層 時，所述稀釋性氣體的流量為50標準立方厘米/分鐘至100標準立方厘米/分鐘，所述氨 氣的流量為800標準立方厘米/分鐘至1500標準立方厘米/分鐘，所述三甲基硅烷的流量 為240標準立方厘米/分鐘至340標準立方厘米/分鐘，所述高頻等離子化學氣相沉積的 高頻離子發(fā)生器的射頻功率為150W至300W，所述低頻等離子化學氣相沉積的低頻離子發(fā) 生器的射頻功率為100W至300W。由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供了一種制作擴散阻擋層的方法，該方法包括 在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基硅烷和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積在填充于 互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層擴散阻擋層。采用本發(fā)明的方法，利用多頻等離子 化學氣相沉積，使得在制作擴散阻擋層時反應腔內等離子體的速度較均勻，縮小了制作而 成的擴散阻擋層的折光指數(shù)的變化范圍，進一步減小了檢測獲得的器件的擊穿電壓的變化 范圍，提高了產品合格率，滿足了用戶的需求。


圖1為現(xiàn)有的銅大馬士革的結構示意圖。圖2為現(xiàn)有的雙大馬士革的方法流程圖。圖3為本發(fā)明制作金屬銅互連層的方法流程圖。圖4為采用本發(fā)明的方法制作的銅大馬士革的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明提供了一種制作擴散阻擋層的方法，該方法包括在反應腔中通入稀釋性 氣體、三甲基硅烷和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積在填充于互連槽的銅表面和介質 層表面淀積一層擴散阻擋層。圖3為現(xiàn)有的雙大馬士革的方法流程圖。圖4為本發(fā)明的銅大馬士革的結構示 意圖，現(xiàn)結合圖3及圖4，對本發(fā)明利用雙大馬士革的方法制作金屬銅互連層的方法進行說 明，具體如下步驟301 淀積介質層；在襯墊401上制作完器件402后，需要通過制作于器件402上的多層金屬互連線 將襯墊401上制作的多個器件402連接在一起，引出相應的引線。利用離子增強型化學氣相沉積(PECVD)在器件402表面及襯墊401表面淀積一層 介質層403，該介質層403為二氧化硅(SiO2)層。步驟302 確定通孔圖形并刻蝕；利用光刻膠在介質層403上確定通孔圖形，干法刻蝕通孔窗口進入介質層403中， 刻蝕完成后去掉介質層403上的光刻膠。步驟303 確定互連圖形并刻蝕；在介質層403上涂布光刻膠，利用曝光和顯影確定互連槽圖形。利用干法刻蝕在 介質層403上刻蝕形成互連槽，刻蝕完成后去掉介質層403上的光刻膠。步驟304 淀積金屬阻擋層；利用離子化的物理氣相沉積(PVD)在步驟303形成的互連槽和步驟302形成的通 孔的底部及側壁淀積金屬阻擋層404，該金屬阻擋層404為氮化鉭層，可防止通孔中的銅向 介質層403和器件402的硅或二氧化硅中擴散。步驟305 淀積銅種子層；用化學氣相沉積在金屬阻擋層404的表面淀積連續(xù)的銅種子層405，銅種子層405 為均勻的沒有針孔的金屬層。步驟306 淀積銅填充互連槽和通孔；用電鍍(ECP)的方法在銅種子層405表面淀積銅406，填充互連槽和通孔，形成金 屬銅互連線406。步驟307 利用化學機械研磨研磨表面至介質層；利用化學機械研磨，研磨表面至介質層403，清除淀積于互連槽外的銅和介質層 403上淀積的銅種子層405及金屬阻擋層404。步驟308 利用多頻等離子化學氣相沉積制作擴散阻擋層；現(xiàn)有的等離子化學氣相沉積的反應腔中通常包含一個離子發(fā)生器，離子發(fā)生器依 據(jù)其頻率出射與其頻率匹配的等離子體，可通過調節(jié)離子發(fā)生器的功率控制出射的等離子 體的數(shù)量。若采用高頻等離子化學氣相沉積，則該反應腔中離子發(fā)生器的頻率為13.5MHz， 其出射的等離子體的速度較小，轟擊較弱；若采用低頻等離子化學氣相沉積，則該反應腔中 離子發(fā)生器的頻率為400KHZ，其出射的等離子體的速度較大，轟擊較強。可依據(jù)需要在反應 腔中裝設高頻離子發(fā)生器或低頻離子發(fā)生器，或者同時裝設高頻離子發(fā)生器和低頻離子發(fā) 生器。利用多頻等離子化學氣相沉積在金屬銅互連線406表面和介質層403表面淀積形成擴散阻擋層407，該擴散阻擋層407為摻碳的氮化硅(NDC)層。多頻等離子化學氣相沉積 包括高頻等離子化學氣相沉積和低頻等離子化學氣相沉積。本發(fā)明的等離子化學氣相沉積 反應腔中裝設有高頻離子發(fā)生器和低頻離子發(fā)生器，上述兩個離子發(fā)生器的結構和功能與 現(xiàn)有技術相同，僅高頻離子發(fā)生器和低頻離子發(fā)生器的射頻功率可根據(jù)制作的NDC進行調 整。在反應腔中通入三甲基硅烷(TMS)和氨氣(NH3)作為制作NDC的反應氣體，通過調節(jié) 高頻離子發(fā)生器和低頻離子發(fā)生器的功率及通入反應氣體的比例，調節(jié)制作而成的NDC的 折光指數(shù)的變化范圍。在本發(fā)明中，制作NDC包括去除Cu表面的CuO及淀積NDC ；在去除CuO時，高頻離 子發(fā)生器與低頻離子發(fā)射器的射頻功率比的范圍為2至2. 5，僅通入氨氣；在淀積NDC時， 高頻離子發(fā)生器與低頻離子發(fā)射器的射頻功率比的范圍為1至1.5，通入TMS和NH3，且上 述兩種氣體的流量比范圍為3. 3至4. 4。在淀積NDC時，低頻離子發(fā)生器出射的離子速度較 大，高頻離子發(fā)生器出射的離子速度較小，通過調整低頻離子發(fā)生器和高頻離子發(fā)生器的 射頻功率，使反應腔內的等離子體的速度更均勻，通過調整TMS和NH3的流量比和反應腔內 等離子體的速度可有效地縮小制作而成的NDC的折光指數(shù)的變化范圍。采用本發(fā)明的多頻 等離子化學氣相沉積的方法制作而成的NDC的折光指數(shù)的變化范圍為士 10%。本步驟制作的擴散阻擋層407能夠防止構成金屬銅互連線406的銅向與其接觸的 硅或二氧化硅中滲透。以制作65邏輯器件為例，在本步驟制作擴散阻擋層407的方法為首先，在反應 腔內通入流量為1000標準立方厘米/分鐘至2000標準立方厘米/分鐘的NH3,通入流量為 500標準立方厘米/分鐘至1000標準立方厘米/分鐘的氮氣，在射頻(RF)功率為500W至 600W的高頻等離子化學氣相沉積、射頻(RF)功率為200W至300W的低頻等離子化學氣相 沉積和2. 0托至3. 0托的壓力下對金屬銅互連線406表面的氧化銅(CuO)持續(xù)轟擊9秒至 15秒，去除金屬銅互連線表面的CuO ；其次，在反應腔內通入流量為50標準立方厘米/分鐘 至100標準立方厘米/分鐘的氮氣、800標準立方厘米/分鐘至1500標準立方厘米/分鐘 的NH3和240標準立方厘米/分鐘至340標準立方厘米/分鐘的三甲基硅烷(TMQ，在射頻 (RF)功率為150W至300W的高頻等離子化學氣相沉積、射頻(RF)功率為100W至300W的低 頻等離子化學氣相沉積和3. 7托至4. 5托的壓力下制作擴散阻擋層407，淀積時間為10秒 至20秒。采用低頻等離子化學氣相沉積和高頻等離子化學氣相沉積淀積NDC，不僅減小了 制作的NDC的折光指數(shù)的變化范圍，而且節(jié)省了制作過程中等離子化學氣相沉積消耗的能量。在去除CuO時，可采用高頻等離子化學氣相沉積，也可采用多頻等離子化學氣相 沉積，進一步地，由于低頻等離子化學氣相沉積中離子的速度較大，轟擊較強，采用多頻等 離子化學氣相沉積去除銅表面的氧化銅的效果更佳。本發(fā)明在制作擴散阻擋層407時，向反應腔內通入的用于稀釋的氣體為氮氣，相 比較現(xiàn)有的用于稀釋的氦氣，降低了生產成本?？筛鶕?jù)生產成本通入用于稀釋的氦氣、氮氣 或者氦氣和氮氣的混合氣體。步驟309 確定通孔圖形并刻蝕；在擴散阻擋層407表面涂布感光膠，利用曝光和顯影確定通孔圖形；干法刻蝕通孔窗口進入擴散阻擋層407中，刻蝕完成后去掉擴散阻擋層407上的光刻膠。步驟301和步驟309的方法制作了一層介質層403和由金屬銅互連線406構成的 一層金屬層；若該介質層403為第一介質層，該金屬銅互連線406構成了第一金屬層，則在 步驟309之后可在根據(jù)步驟301至步驟309的方法依次制作第二介質層408、位于第二介質 層408的金屬阻擋層409、銅種子層410和由金屬銅互連線411構成的第二金屬層；利用上 述方法制作而成的多層介質層和多層金屬層構成了連接器件402的金屬互連層。本發(fā)明的上述實施例中，采用本發(fā)明步驟308的方法在金屬銅互連線406表面和 介質層403的表面制作的擴散阻擋層407的折光指數(shù)的變化范圍為士 10%，減小了擊穿電 壓的變化范圍，提高了產品的合格率，滿足了用戶的需求。本發(fā)明的上述實施例中，僅以在介質層上先刻蝕通孔后刻蝕互連槽的雙大馬士革 的方法為例，對制作金屬互連層時擴散阻擋層的制作方法進行說明；也可以采用在介質層 上先刻蝕互連槽后刻蝕通孔等其它類型的雙大馬士革的方法制作金屬互連層，在利用其它 類型的雙大馬士革的方法制作金屬互連層時，采用多頻等離子化學氣相沉積的方法制作擴 散阻擋層。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的 保護范圍之內。
權利要求
1.一種制作擴散阻擋層的方法，該方法包括在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基硅烷和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積在填 充于互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層擴散阻擋層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基 硅烷和氨氣之前進一步包括在反應腔內通入稀釋性氣體和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積去除填充于互連槽 的銅表面的氧化銅。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在填充于互連槽的銅表面和介質 層表面淀積一層擴散阻擋層所采用的多頻等離子化學氣相沉積包含高頻等離子化學氣相 沉積和低頻等離子化學氣相沉積；所述高頻等離子化學氣相沉積的高頻離子發(fā)生器的射頻功率與所述低頻等離子化學 氣相沉積的低頻離子發(fā)生器的射頻功率的比值為1至1. 5。
4.根據(jù)權利3所述的方法，其特征在于，所述去除填充于互連槽的銅表面的氧化銅所 采用的多頻等離子化學氣相沉積包含高頻等離子化學氣相沉積和低頻等離子化學氣相沉 積；所述高頻等離子化學氣相沉積的高頻離子發(fā)生器的射頻功率與所述低頻等離子化學 氣相沉積的低頻離子發(fā)生器的射頻功率的比值為2至2. 5。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述擴散阻擋層為摻碳的氮化硅層。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述稀釋性氣體為氮氣。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述三甲基硅烷和氨氣的流量比為 3. 3 至 4. 4。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在填充于互連槽的銅表面和介 質層表面淀積一層擴散阻擋層時，所述稀釋性氣體的流量為50標準立方厘米/分鐘至100 標準立方厘米/分鐘，所述氨氣的流量為800標準立方厘米/分鐘至1500標準立方厘米/ 分鐘，所述三甲基硅烷的流量為240標準立方厘米/分鐘至340標準立方厘米/分鐘，所述 高頻等離子化學氣相沉積的高頻離子發(fā)生器的射頻功率為150W至300W，所述低頻等離子 化學氣相沉積的低頻離子發(fā)生器的射頻功率為100W至300W。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制作擴散阻擋層的方法，該方法包括在反應腔中通入稀釋性氣體、三甲基硅烷和氨氣，利用多頻等離子化學氣相沉積在填充于互連槽的銅表面和介質層表面淀積一層擴散阻擋層。采用本發(fā)明的方法，利用多頻等離子化學氣相沉積，縮小了擴散阻擋層的折光指數(shù)的變化范圍，進一步減小了檢測獲得的器件的擊穿電壓的變化范圍。
文檔編號C23C16/44GK102110639SQ200910200988
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者徐強 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司