專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件，特別涉及具有擴散阻礙層的半導體器件及其制 造方法。
背景技術：
通常，用金屬互連將半導體器件中的器件電性互連。鋁(Al)、鋁合金 和鎢常用作金屬互連的材料。然而，由于半導體器件高度集成，所以此類金屬因其低熔點和高特性阻 抗的特點而難以利用。銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鈷(Co)、鉻(Cr) 和鎳(Ni)都具有優(yōu)良的導電性并可用作金屬互連的材料。尤其是銅和銅合 金，其具有低特性阻抗、優(yōu)良的電子遷移(electron migration, EM)和應力遷 移(stress migration, SM)的可靠性，而且制造成本低，因此得到了廣泛應用。使用銅的金屬互連件通常是用鑲嵌工藝制造的。鑲嵌工藝通過光處理工 藝和蝕刻工藝在絕緣層中形成溝槽，然后在該溝槽中填充導電材料，如鎢、 鋁或銅。然后，通過回蝕(etch-back)或化學機械拋光除去大部分導電材料， 保留所需互連部分，從而形成具有與該溝槽對應的形狀的互連件。但是，銅不適合于干法蝕刻工藝而且不易附著于Si02。銅具有低熱動力 學穩(wěn)定性(thermo-dynamical stability)和低抗腐蝕能力。另外，銅可用作擴 散入硅中的深層摻雜劑從而在帶隙中產生受體和供體狀態(tài)，因此導致漏電流 或器件的故障。所以，本領域需要一種能夠用于銅的有效擴散阻礙層。發(fā)明內容本發(fā)明的實施例提供一種半導體器件，其中將非結晶層用作擴散阻礙件 來避免銅的擴散，從而提高半導體的性能。根據(jù)一個實施例，提供一種半導體器件，該半導體器件包括半導體襯
底；層間介電層，形成于該半導體襯底上，具有鑲嵌圖案；擴散阻礙件，形 成于該鑲嵌圖案中，并且由三價材料，例如CoFeB制成；籽晶層，形成于該 擴散阻礙件上；以及銅互連件，形成于該籽晶層上。根據(jù)一個實施例，提供一種半導體器件的制造方法，包括在半導體襯 底上形成層間介電層，并在該層間介電層中形成鑲嵌圖案；在該層間介電層 上以預定厚度沉積三價材料例如CoFeB，從而形成擴散阻礙件；在該擴散阻 礙件上沉積籽晶層；以及在鑲嵌圖案中填充銅互連件。本發(fā)明的上述以及其他目的和特征將在以下的詳細說明中伴隨附圖進 一步清晰。


圖1為CoFeB的強度和角度關系的曲線圖。圖2為無退火的情況下CoFeB的強度和濺射時間關系的曲線圖。圖3為20(TC銅退火的情況下CoFeB的強度和濺射時間關系的曲線圖。圖4到圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體器件的制造方法的截面圖。具體實施例以下參照附圖詳細解釋本發(fā)明實施例。圖1到圖3為強度和角度或濺射時間曲線圖。這些圖對應于具有鉭(Ta) 層、第一銅層、IrMn層、第二銅層和CoFeB層的半導體器件。所述鉭層、 第一銅層、IrMn層、第二銅層和CoFeB層分別沉積到50A、 20A、 100A、 6A和100A。然后從CoFeB層進行濺射。參照圖l，濺射粒子的強度取決于濺射角度。在圖1的曲線中示出，每種材料由于其特性而在一個預定角度有一個頂 點。因此可確定，當對CoFeB層進行濺射時，如果在某個時刻出現(xiàn)了由于 CoFeB的特性產生的頂點，則CoFeB具有晶體結構。此外，如果在特定角 度并未出現(xiàn)由于CoFeB特性產生的頂點，則CoFeB具有非結晶結構。如圖1所示，在介于大約44度與大約46度之間的濺射角度具有強度頂 點不是出自CoFe自身的特性。因此，CoFeB是一種具有非結晶結構的三價 材料。
此處，在大約41度處出現(xiàn)了由于IrMn的特性產生的強度頂點。在鉭、銅、IrMn、銅和CoFeB堆疊的結構中，濺射依CoFeB、銅、IrMn、 銅和鉭的順序進行。通過確認觀察到的銅僅在預定時區(qū)隨濺射時間增加，該 結構幫助確定能否避免銅的擴散。如圖2所示，形成該堆疊結構后，在濺射進行大約1.6分鐘之后出現(xiàn)了 一個頂點，在大約2.25分鐘的濺射時間之后出現(xiàn)了另一頂點。在首次濺射后0.5分鐘內，濺射鐵和鈷，并極弱地濺射銅。所以，銅的 擴散被CoFeB所抑制。基于這些測試，可見非結晶三價材料可針對銅提供改 善的擴散阻礙件。在一個實施例中，將CoFeB用作銅的擴散阻礙件。在另一 實施例中，將作為非結晶三價材料的CoFeN用作銅的擴散阻礙件。在一個實施例中，本發(fā)明提供利用諸如CoFeB之類三價材料作為擴散阻 礙層的半導體器件的制造方法。參照圖4，在一個實施例中，第一層間介電層2和第二層間介電層3堆 疊在半導體襯底l上，該襯底具有器件電極或導電層構成的層。然后，針對 第一層間介電層2和第二層間介電層3進行光處理工藝和蝕刻工藝，從而形 成鑲嵌圖案10。在進一步的實施例中，可在第一層間介電層2與半導體襯底 1之間形成第一蝕刻阻止層，當蝕刻第一層間介電層2時該第一蝕刻阻止層 用作蝕刻停止點。第一蝕刻阻止層可直接在半導體襯底1上形成。在第一層 間介電層2上，可在第一層間介電層2與第二層間介電層3之間形成第二蝕 刻阻止層。在某些實施例中，第二蝕刻阻止層可使用等離子體增強型CVD (PECVD)設備形成為氮化物層(SiN)。參照圖5，在一個實施例中，擴散阻礙件4形成于所形成的鑲嵌圖案10 所暴露的部分。擴散阻礙件4幫助避免銅從鑲嵌圖案10中的銅互連件擴散 進入層間介電層2和3。擴散阻礙件4可通過物理氣相沉積(PVD)法沉積三價材料而形成。在 一個實施例中，三價材料為CoFeB。在另一實施例中，三價材料為CoFeN。 在眾多實施例中使用CoFeB作為擴散阻礙件4， CoFeB的構成比例設定為 約30%到約70%范圍內的鈷(Co):約70%到約30%范圍內的鐵(Fe): 約5°/。到約10%范圍內的硼(B)。擴散阻礙件4的厚度可為500A到1000A。為了達到加強半導體器件的層間連接的導電性的目的，在CoFeB中鈷和
鐵的構成比例與硼的構成比例高度相關。參照圖6，可在擴散阻礙件4上形成籽晶層5。籽晶層5作用為向填充 在鑲嵌圖案10中的銅互連件穩(wěn)定提供電子，從而加速銅互連件的生長。在 一個實施例中，可通過化學氣相沉積(CVD)在籽晶層5上沉積銅。參照圖7，在一個實施例中，通過電解銅電鍍或化學氣相沉積法在籽晶 層5上形成用于層間互連的銅，從而形成銅互連件7。當填充銅互連件時， 籽晶層5可擴散進入銅互連件7，同時加速銅的生長。參照圖8，在一個實施例中，形成銅互連件7后，進行CMP工藝，從而 對銅互連件7的表面進行平坦化。在眾多實施例中，用作擴散阻礙件4的材料為三價非結晶材料。非結晶 三價材料針對半導體器件中的銅擴散提供改善的阻礙。在一個實施例中，擴 散阻礙件4為CoFeB。在另一實施例中，擴散阻礙件為CoFeN。在本說明書中，任何涉及"一個實施例"、"一實施例"、"示范實施 例"等之處，都意味著所描述的與該實施例相關的特殊的特性、結構或特征 是包括在本發(fā)明的至少一個實施例中的。在本說明書中多處出現(xiàn)的此類描述 并非必然都指向相同的實施例。另外，當描述與任一實施例相關的特殊的特 性、結構或特征時，應理解成在本領域技術人員的能力范圍內可使得該特性、 結構或特征與其他實施例相關地起作用。雖然己經參照多個實施例詳細介紹本發(fā)明，但是本領域技術人員在本發(fā) 明的精神和原理內，當可作各種修改、等同替換、或改進。特別是，在本發(fā) 明的說明書、附圖和權利要求的公開范圍之內能夠進行各部件和/或部件組合 安排中的各種修改、等同替換、或改進。此外，本領域技術人員顯然可對各 部件和/或部件組合安排作各種修改、等同替換、或改進。
權利要求
1.一種半導體器件，包括半導體襯底；層間介電層，在該半導體襯底上，具有鑲嵌圖案；擴散阻礙件，形成于鑲嵌圖案中，包括三價材料；籽晶層，形成于在該擴散阻礙件上；以及銅互連件，形成于該籽晶層上。
2. 如權利要求l所述的半導體器件，其特征在于，該擴散阻礙件包 括非結晶三價材料。
3. 如權利要求l所述的半導體器件，其特征在于，該擴散阻礙件包 括CoFeB。
4. 如權利要求3所述的半導體器件，其特征在于，鈷在CoFeB的 構成比例中的百分比在大約30%到70%的范圍內。
5. 如權利要求3所述的半導體器件，其特征在于，鐵在CoFeB的 構成比例中的百分比為大約30%到70%的范圍內。
6. 如權利要求3所述的半導體器件，其特征在于，硼在CoFeB的 構成比例中的百分比為大約5 %到10 %的范圍內。
7. 如權利要求l所述的半導體器件，其特征在于，該擴散阻礙件包 括CoFeN。
8. 如權利要求l所述的半導體器件，其特征在于，該擴散阻礙的厚 度為大約500A到大約1000A。
9. 一種半導體器件的制造方法，包括 在半導體襯底上形成層間介電層； 在該層間介電層中形成鑲嵌圖案； 在該層間介電層上沉積三價材料以形成擴散阻礙件； 在該擴散阻礙件上沉積籽晶層；以及 將銅互連件填充到該鑲嵌圖案中。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，該擴散阻礙件包括非 結晶三價材料。
11. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，該擴散阻礙件包括CoFeB。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，鈷在CoFeB的構成 比例中的百分比在大約30%到70%的范圍內。
13. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，鐵在CoFeB的構成 比例中的百分比為大約3 0%到70%的范圍內。
14. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，硼在CoFeB的構成 比例中的百分比為大約5%到10%的范圍內。
15. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，該擴散阻礙件包括 CoFeN。
16. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，該擴散阻礙件的厚度 為大約500A到ioooA。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體器件及半導體器件的制造方法。該半導體器件可包括半導體襯底；層間介電層，形成于該半導體襯底上，具有鑲嵌圖案；擴散阻礙件，形成于鑲嵌圖案中，且由三價材料制成；籽晶層，形成于該擴散阻礙上；以及銅互連件，形成于該籽晶層上。在一個實施例中，該三價材料為CoFeB。本發(fā)明將非結晶層用作擴散阻礙件來避免銅的擴散，提高了半導體器件的性能。
文檔編號H01L21/768GK101118898SQ20071014373
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權日2006年8月3日
發(fā)明者朱星中 申請人:東部高科股份有限公司