一種半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展，特征尺寸不斷減小，金屬導(dǎo)線通入的電流密度急劇上升；同時，芯片集成度的提高導(dǎo)致單位面積功耗增大，因此，金屬連線的可靠性一直是IC設(shè)計(jì)和制造所關(guān)心的重要問題。金屬導(dǎo)線中，沿電場反方向運(yùn)動的電子與金屬離子進(jìn)行動量交換，導(dǎo)致金屬離子產(chǎn)生由擴(kuò)散主導(dǎo)的質(zhì)量運(yùn)輸，這種現(xiàn)象被稱為電遷移。在半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)中電遷移是重要的金屬失效機(jī)理。電遷移引起的失效有兩種，分別是互連線短路和斷路。隨著Cu離子的電遷移，在陰極附近會發(fā)生原子損耗，局部張力逐漸增大，達(dá)到臨界值以后，就會形成空洞，從而導(dǎo)致電阻的增大，最終導(dǎo)致互連線開路。而在陽極原子積聚區(qū)，局部壓力不斷增大，使得在該區(qū)域可能有金屬凸出，如果凸出的金屬和與它鄰近的金屬互連接觸，就會導(dǎo)致互連線短路。
[0003]電遷移可以有多條擴(kuò)散路徑，如表面、界面、晶界擴(kuò)散、晶格擴(kuò)散。近年來的研究表明，電遷移主要是由Cu/介質(zhì)覆蓋層界面和Cu/阻擋層界面處的擴(kuò)散引起的，而Cu/介質(zhì)覆蓋層界面為電遷移最主要的擴(kuò)散路徑，因此，Cu/介質(zhì)覆蓋層界面對于控制相應(yīng)電性質(zhì)和可靠性性能是至關(guān)重要的，可以通過改善界面性能來抑制Cu/介質(zhì)覆蓋層界面處的擴(kuò)散現(xiàn)象，改善電遷移特性。各種界面處理技術(shù)作為能夠改善Cu/介質(zhì)覆蓋層界面的方法被廣泛的應(yīng)用與研究。
[0004]因此，提出了一種能夠改善Cu/介質(zhì)覆蓋層界面特性的界面處理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，
[0006]包括步驟:
[0007]步驟一、提供半導(dǎo)體襯底；
[0008]步驟二、在所述半導(dǎo)體襯底上形成低k介電層和位于所述低k介電層中的銅互連結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟三、引入第一氣體源處理所述銅互連結(jié)構(gòu)和所述低k介電層的表面，以形成高分子量聚合物層；
[0010]步驟四、引入第二氣體源處理所述高分子量聚合物層，以形成界面層；
[0011]步驟五、交替重復(fù)步驟三和步驟四，直到所述界面層的厚度達(dá)到預(yù)定值；
[0012]步驟六、在所述界面層上沉積形成電介質(zhì)覆蓋層。
[0013]進(jìn)一步，還包括在對所述銅互連結(jié)構(gòu)和所述低k介電層的表面進(jìn)行處理以形成所述高分子量聚合物之前，采用氨氣或者氮?dú)馓幚硭鼋饘倩ミB結(jié)構(gòu)露出的頂面的步驟。
[0014]進(jìn)一步，所述第一氣體源為三硅基氮(TSA)和氨氣的混合氣體。
[0015]進(jìn)一步，引入所述第一氣體源對所述銅互連結(jié)構(gòu)和所述低k介電層的表面進(jìn)行浸潤和清洗處理，以形成所述高分子量聚合物層。
[0016]進(jìn)一步，所述第二氣體源為三甲基硅烷或者四甲基硅烷。
[0017]進(jìn)一步，射頻處理所述第二氣體源，以形成能與所述高分子量聚合物反應(yīng)的等離子體。
[0018]進(jìn)一步，所述界面層材料為SiCN。
[0019]進(jìn)一步,所述界面層的厚度預(yù)定值為2?5nm。
[0020]進(jìn)一步，所述低k層間介電層和所述半導(dǎo)體襯底之間形成有刻蝕停止層。
[0021]進(jìn)一步，所述電介質(zhì)覆蓋層材料為氮化硅或者摻碳的氮化硅。
[0022]綜上所示，根據(jù)本發(fā)明的制造工藝采用界面處理技術(shù)對所述銅互連結(jié)構(gòu)和所述低k介電層的界面進(jìn)行處理，改善Cu/介質(zhì)覆蓋層界面特性，以改善電遷移特性，進(jìn)而提高器件的可靠性和良品率。
【附圖說明】
[0023]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(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0024]附圖中:
[0025]圖1A-圖1C為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0026]圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法為TSA在銅互連結(jié)構(gòu)和低k介電層的表面發(fā)生吸附反應(yīng)后形成的高分子聚合物的示意圖；
[0027]圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法在銅互連結(jié)構(gòu)表面拐角處界面層的覆蓋情況的局部放大不意圖；
[0028]圖4為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(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)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)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。
[0030]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的本發(fā)明的制造工藝采用界面處理技術(shù)對所述銅互連結(jié)構(gòu)和所述低k介電層的界面進(jìn)行處理以形成具有良好拐角覆蓋的覆蓋層。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0032][示例性實(shí)施例]
[0033]下面，參照圖1A-圖1C來描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法實(shí)施銅互連工藝時在銅互連層上形成覆蓋層的詳細(xì)步驟。
[0034]首先，如圖1A所示，其示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在半導(dǎo)體襯底100上形成第一層銅互連層103之后的器件的示意性剖面圖。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個優(yōu)選實(shí)施例，采用雙大馬士革工藝形成銅互連層103。
[0035]如圖1A所示,提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可包括任何半導(dǎo)體材料，此半導(dǎo)體材料可包括但不限于:S1、SiC、SiGe、SiGeC, Ge合金、GeAs, InAs, InP,以及其它II1- V或I1-VI族化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底100包括各種隔離結(jié)構(gòu)，例如淺溝槽絕緣。半導(dǎo)體襯底100還可以包括有機(jī)半導(dǎo)體或者如Si/SiGe、絕緣體上娃(SOI)、或者絕緣體上SiGe (SGOI)的分層半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體襯底100上沉積形成刻蝕停止層101，其材料為含碳的氮化硅(NDC)，制備的方法可選用化學(xué)氣相沉積(CVD)。作為一個實(shí)例，在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積時，功率為200?400W，加熱使腔體內(nèi)的溫度至300?400°C，腔體內(nèi)的壓力為2?5Torr，采用的三甲基硅烷(3MS)或者四甲基硅烷(4MS)的氣體流量為100?200立方厘米/分鐘(sccm)，He的氣體流量為350?450立方厘米/分鐘(sccm)，NH3氣體流量為300?500立方厘米/分鐘(sccm),沉積時間持續(xù)3s。然后,在刻蝕停止層101上沉積形成低k介電層102，其介電常數(shù)k小于3，通常采用化學(xué)氣相旋涂工藝(S0G)、甩膠技術(shù)或化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備，其材料可以為娃玻璃(FSG)、氧化娃(silicon oxide)、含碳材料、孔洞性材料(porous-like material)或相似物。作為一個實(shí)例，低k介電層102為孔洞性材料包含有致孔劑，致孔劑可以是任何合適產(chǎn)生孔的材料，致孔劑材料可以是碳?xì)浠衔?、含有抗蝕劑的丙烯酸鹽(丙烯酸脂)族的聚合物、氟化的聚合物等?？梢栽谌蹱t中或者通過其他工藝實(shí)施固化，例如紫外線固化、快速熱固化、閃光燈固化、激