專利名稱：銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十億個(gè)器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛使用。傳統(tǒng)的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電流密度不斷增大，要求的響應(yīng)時(shí)間不斷減小，傳統(tǒng)鋁互連線已經(jīng)不能滿足要求，工藝尺寸小于130nm以后，銅互連線技術(shù)已經(jīng)取代了鋁互連線技術(shù)。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低，銅互連線可以降低互連線的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件的可靠性。在公開號為US2006/0286797A1的美國專利中公開了一種銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100表面形成有第一互連結(jié)構(gòu)110，所述第一互連結(jié)構(gòu)110表面形成第一介質(zhì)層120，所述第一介質(zhì)層120具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)Iio的通孔130 ；參考圖2，在所述通孔130的側(cè)壁和底部形成阻擋層140，所述阻擋層140包括依次形成的氮化鉭層和鉭層；參考圖3，采用PVD的方法在所述阻擋層140的表面形成合金種子層150，所述合金種子層150的材料是銅鋁合金或者銅錳合金，所述合金種子層150采用合金材料的好處是可以提高后續(xù)形成的銅互連結(jié)構(gòu)的電子遷移可靠性；參考圖4，在所述合金種子層150表面形成填充滿所述通孔的金屬銅層160，后續(xù)過程中還包括對所述金屬銅層160進(jìn)行平坦處理，直至暴露第一介質(zhì)層120，形成由阻擋層、合金種子層150和金屬銅層160組成的銅互連結(jié)構(gòu)。所述氮化鉭層的作用是隔離后續(xù)形成銅互連結(jié)構(gòu)與第一介質(zhì)層120，所述鉭層可以增加銅互連結(jié)構(gòu)與所述氮化鉭層之間的結(jié)合力。但是上述方法工藝復(fù)雜，并且所形成的銅互連結(jié)構(gòu)的阻值比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法，以解決現(xiàn)有銅互連結(jié)構(gòu)阻值大，形成工藝復(fù)雜的問題。為解決上述問題，本發(fā)明一種銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層以及貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)；在所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔；在所述通孔的側(cè)壁和底部形成合金阻擋層；
在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層?？蛇x地，還包括對所述銅互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層內(nèi)的金屬原子擴(kuò)散并發(fā)生反應(yīng)?？蛇x地，所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃。可選地，所述合金阻擋層的材料是錳-鉭合金，或者鋁-鉭合金，或者鈦-鉭合金?？蛇x地，所述退火處理的溫度是100-400攝氏度，退火時(shí)長為1-30分鐘，退火氣體
是氫氣和氮?dú)狻！た蛇x地，所述退火氣體中，氫氣所占的體積比例為0-20%?？蛇x地，所述第二介質(zhì)層是低k材料。 可選地，還包括在所述銅互連結(jié)構(gòu)表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料是硅碳氮。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種銅互連結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層和貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)；位于所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔；位于所述通孔側(cè)壁和底部的合金阻擋層；位于所述合金阻擋層表面，且填充滿所述通孔的銅層?？蛇x地，還包括所述合金阻擋層和第二介質(zhì)層中的氧原子反應(yīng)生成的合金氧化物。可選地，所述合金阻擋層的材料是錳-鉭合金，或者鋁-鉭合金，或者鈦-鉭合金。可選地，所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃?？蛇x地，所述第二介質(zhì)層的材料是低k材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法在所述合金阻擋層表面形成銅層，所述銅層的材料為銅，避免了現(xiàn)有技術(shù)合金的金屬種子層的銅之外的金屬原子聚集遷移到金屬種子層和阻擋層之間，引起銅互連結(jié)構(gòu)阻值增加的缺陷；本發(fā)明實(shí)施例的所述合金阻擋層的材料為金屬合金，與現(xiàn)有技術(shù)的氮化鉭層和鉭層阻擋層相比，具有電阻低的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠降低本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)形成方法形成的銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法先在位于第二介質(zhì)層內(nèi)的通孔表面形成合金阻擋層；再在所述合金阻擋層表面形成銅層；形成銅層后進(jìn)行退火處理；在退火處理中，所述第二介質(zhì)層內(nèi)的氧原子和所述合金阻擋層中的金屬原子朝各個(gè)方向擴(kuò)散，氧原子與金屬原子在擴(kuò)散的過程中在第二介質(zhì)層與合金阻擋層的界面處相遇并發(fā)生反應(yīng)，形成可以阻擋銅層中銅原子向第二介質(zhì)層擴(kuò)散，同時(shí)阻擋第二介質(zhì)層中的氧原子向銅層擴(kuò)散的合金氧化物，并且所形成的合金氧化物電阻率小，從而可以降低銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。更進(jìn)一步的，所述合金阻擋層中的金屬原子擴(kuò)散到銅層中，可以降低銅互連結(jié)構(gòu)的電遷移，提高銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。再進(jìn)一步的，本發(fā)明的合金阻擋層是單層結(jié)構(gòu)，形成合金阻擋層的工藝簡單，效率聞。
本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)以合金阻擋層取代現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的氮化鉭/鉭雙層結(jié)構(gòu)，合金阻擋層的電阻率小，所以降低了銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。進(jìn)一步本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)還包括合金阻擋層與第二介質(zhì)層反應(yīng)形成的合金氧化物，所述合金氧化物可以提高合金阻擋層的擴(kuò)散阻擋作用，并且本發(fā)明實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)可靠性高。


圖I至圖4是現(xiàn)有銅互連結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)形成方法的流程示意圖；
圖6至圖10是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有方法所形成的銅互連結(jié)構(gòu)電阻值比較大，并且工藝復(fù)雜。請繼續(xù)參考圖4，發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，認(rèn)為現(xiàn)有方法所形成的銅互連結(jié)構(gòu)電阻值比較大的主要原因?yàn)榻饘俜N子層150中的銅之外的金屬原子(比如銅鋁合金中的鋁或銅錳合金中的錳)會聚集起來并遷移到金屬種子層150與阻擋層140之間，從而引起銅互連結(jié)構(gòu)的阻值增加；此外，由于位于銅互連結(jié)構(gòu)底部的氮化鉭的阻值比較大，所以銅互連結(jié)構(gòu)底部電阻會比較大。發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行進(jìn)一步研究，在本發(fā)明的實(shí)施例中提供一種銅互連結(jié)構(gòu)形成方法，圖5是本發(fā)明所提供的銅互連結(jié)構(gòu)形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層以及貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)；步驟S102，在所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔；步驟S103，在所述通孔的側(cè)壁和底部形成合金阻擋層；步驟S104，在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層；步驟S105，對所述銅互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層內(nèi)的金屬原子擴(kuò)散并發(fā)生反應(yīng)。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)，在下文中，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖6至圖10是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖6,提供半導(dǎo)體襯底200,所述半導(dǎo)體襯底200表面形成有第一介質(zhì)層220以及貫穿所述第一介質(zhì)層220的第一互連結(jié)構(gòu)210。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200是硅襯底或者SOI襯底，所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)和/或表面還形成有其他半導(dǎo)體器件(未示出)。所述第一互連結(jié)構(gòu)210的材料是任何可以用于互連結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料，比如銅或者鎢。因?yàn)殂~在硅材料中擴(kuò)散的速度很快，所以在本實(shí)施例中，直接形成在硅材料表面的底層互連結(jié)構(gòu)的材料不采用銅。參考圖7,在所述第一介質(zhì)層220和第一互連結(jié)構(gòu)210表面形成第二介質(zhì)層230,所述第二介質(zhì)層230的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層230具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)210的通孔。本實(shí)施例中，先采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述第二介質(zhì)層230 ;然后在所述第二介質(zhì)層230表面形成第一掩膜層，所述第一掩膜層具有第一開口，所述第一開口的位置與所述通孔的位置相對應(yīng)；接著沿所述第一開口刻蝕部分厚度的所述第二介質(zhì)層230,形成第一通孔240a ;形成第一通孔240a后,在所述第一通孔240a的底部形成第二掩膜層，所述第二掩膜層具有第二開口，所述第二開口的寬度小于所述第一開口的寬度；再沿所述第二開口刻蝕所述第二介質(zhì)層230，直至暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)210，形成第二通孔240b。所述第一通孔240a和第二通孔240b構(gòu)成暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)210的通孔。本實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層230的材料為低k材料(k值低于3. O)，所述第二介質(zhì)層230由硅、碳、氧、氫等元素組成。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層230的材料是黑鉆
O所述第一通孔240a和第二通孔240b的深度和寬度可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在其他實(shí)施例中，所述通孔還可以具有不同的結(jié)構(gòu)與形狀。參考圖8，在所述通孔的側(cè)壁和底部形成合金阻擋層250。所述合金阻擋層250為單一覆層，例如為錳鉭合金單一覆層、鋁鉭合金單一覆層，或鈦鉭合金單一覆層。 本實(shí)施例中，所述合金阻擋層250的形成工藝為物理氣相沉積工藝(PVD)。本實(shí)施例中，所述合金阻擋層250在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃。若所述合金阻擋層250的厚度過小，可能無法阻擋后續(xù)形成的銅層中的銅原子向所述第二介質(zhì)層230擴(kuò)散，也無法阻擋所述第二介質(zhì)層230中的氧原子向后續(xù)形成的銅層擴(kuò)散；若所述合金阻擋層250的厚度過大，會減小后續(xù)形成的銅層的寬度，從而增加電阻值。又因?yàn)樵诓捎肞VD工藝形成所述合金阻擋層250的過程中，在所述第二介質(zhì)層230的上表面、所述通孔的側(cè)壁、所述通孔的底部的沉積速率各不相同，在通孔的側(cè)壁的生長速度最慢，在所述第二介質(zhì)層230的上表面的生長速度最快，所以為了使得所述合金阻擋層250在所述通孔的側(cè)壁足夠厚以能夠提供足夠的阻擋作用，所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃，在所述第二介質(zhì)層230表面的厚度是50-150埃。本實(shí)施例中，所述合金阻擋層250的材料是錳鉭合金，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述合金阻擋層250的材料還可以是鋁鉭合金，或者鈦鉭合金。本實(shí)施例中采用電阻值小的合金材料形成阻擋層，降低了互連結(jié)構(gòu)的電阻值，所述合金材料在后續(xù)的退火工藝中還可以與第二介質(zhì)層中的氧原子形成電阻率低的合金氧化物，所述合金氧化物可以提高合金阻擋層250對原子擴(kuò)散的阻擋作用。參考圖9，在所述合金阻擋層250表面形成填充滿所述通孔的銅層260。形成所述銅層的步驟包括采用PVD工藝在所述合金阻擋層250表面形成銅種子層，所述銅種子層材料為銅。以所述銅種子層為陽極，采用電鍍工藝在所述銅種子層表面形成填充滿所述通孔的銅體層，所述銅體層的材料為銅，并對所述銅體層進(jìn)行平坦化處理，直至暴露所述第二介質(zhì)層230，平坦化處理后所述銅體層與銅種子層構(gòu)成銅層260。參考圖10，對所述銅互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層250內(nèi)的金屬原子擴(kuò)散并發(fā)生反應(yīng)。所述退火處理的溫度是100-400攝氏度，退火時(shí)長為1-30分鐘，退火氣體是氫氣和氮?dú)?。?yōu)選地，氫氣所占的體積比例為0-20%。在采用電鍍工藝形成銅體層的步驟中，不可避免地銅體層中會包含微量的氧原子，在氫氣環(huán)境中退火，有利于降低銅體層中的氧含量，而降低銅體層中的氧含量，有利于增大銅晶粒的體積，銅晶粒體積增大后，銅晶粒間的界面的總面積會減小，銅晶粒之間的界面的面積減小會相應(yīng)地減小電子在銅晶粒表面的散射，從而有利于降低電阻。另外一方面，降低銅體層中的氧含量可以避免銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性降低。理由在于在退火過程中，合金阻擋層250中的鉭會與銅體層中的氧原子(氧原子會在退火工藝中擴(kuò)散)發(fā)生氧化反應(yīng)， 從而會破壞合金阻擋層250與銅的界面，造成銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性降低。同時(shí)，在上述退火過程中，所述第二介質(zhì)層230內(nèi)的氧原子10會朝不同方向擴(kuò)散，一部分氧原子10會擴(kuò)散到所述第二介質(zhì)層230與合金阻擋層250的界面；同時(shí)合金阻擋層250中的金屬原子20也會朝各個(gè)方向擴(kuò)散。以合金阻擋層250的材料是錳鉭合金為例，氧原子10與金屬原子20在擴(kuò)散過程中在合金阻擋層250與第二介質(zhì)層230的界面處相遇并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成錳鉭合金氧化物，所形成的錳鉭合金氧化物能夠有效阻擋銅層260內(nèi)的銅原子向所述第二介質(zhì)層230擴(kuò)散，同時(shí)有效阻擋所述第二介質(zhì)層230內(nèi)的氧原子向銅層260擴(kuò)散。在合金材料為鋁鉭合金，或者鈦鉭合金的實(shí)施例中，對應(yīng)地形成鋁鉭合金氧化物，或鈦鉭合金氧化物。在上述退火過程中，還有部分的金屬原子20會擴(kuò)散到銅層260中，金屬原子20擴(kuò)散到銅層260后，可以提高由銅層260和合金阻擋層270組成的銅互連結(jié)構(gòu)的電子遷移可靠性。后續(xù)工藝還包括在所述銅互連結(jié)構(gòu)表面和第二介質(zhì)層230表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料是硅碳氮。所述覆蓋層可以防止互連結(jié)構(gòu)中的銅原子擴(kuò)散。本發(fā)明的實(shí)施例在銅層與第二介質(zhì)層之間形成合金阻擋層，所述銅層與合金阻擋層構(gòu)成銅互連結(jié)構(gòu)；并對所述銅互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理；在退火工藝中，第二介質(zhì)層中的氧原子與合金阻擋層中的金屬原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可以阻擋銅原子向第二介質(zhì)層擴(kuò)散、氧原子向銅層擴(kuò)散的合金氧化物。同時(shí)合金阻擋層中的金屬原子擴(kuò)散到銅層可以提高銅互連結(jié)構(gòu)的電子遷移可靠性。相對于現(xiàn)有技術(shù)形成氮化鉭-鉭雙層結(jié)構(gòu)阻擋銅原子向第二介質(zhì)層擴(kuò)散、氧原子向銅層擴(kuò)散，形成合金種子層以提高銅互連結(jié)構(gòu)的電子遷移可靠性，本發(fā)明的實(shí)施例工藝簡單、成本低，且所形成的銅互連結(jié)構(gòu)電阻小。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種銅互連結(jié)構(gòu)，圖9是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200表面形成有第一介質(zhì)層220以及貫穿所述第一介質(zhì)層220的第一互連結(jié)構(gòu)210 ;位于所述第一介質(zhì)層220和第一互連結(jié)構(gòu)210表面的第二介質(zhì)層230，所述第二介質(zhì)層230的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層230具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)210的通孔；位于所述通孔側(cè)壁和底部的合金阻擋層250 ；位于所述合金阻擋層250表面，且填充滿所述通孔的銅層260。
具體地，所述合金阻擋層250的材料是錳-鉭合金，或者鋁-鉭合金，或者鈦-鉭合金。在所述合金阻擋層250的材料是錳-鉭合金時(shí)，所述合金阻擋層250內(nèi)還包括錳鉭合金氧化物；在所述合金阻擋層250的材料是鋁-鉭合金時(shí)，所述合金阻擋層250內(nèi)還包括鋁鉭合金氧化物；在所述合金阻擋層250的材料是鈦-鉭合金時(shí)，所述合金阻擋層250內(nèi)還包括鈦鉭合 金氧化物。所述錳鉭合金氧化物或鋁鉭合金氧化物或鈦鉭合金氧化物可以有效阻擋銅層中的銅原子向第二介質(zhì)層擴(kuò)散、第二介質(zhì)層中的氧原子向銅層擴(kuò)散。所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100 埃。所述第一介質(zhì)層是低k材料。綜上，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法在所述合金阻擋層表面形成銅層，所述銅層的材料為銅，避免了現(xiàn)有技術(shù)合金的金屬種子層的銅之外的金屬原子聚集遷移到金屬種子層和阻擋層之間，引起銅互連結(jié)構(gòu)阻值增加的缺陷；本發(fā)明實(shí)施例的所述合金阻擋層的材料為金屬合金，與現(xiàn)有技術(shù)的氮化鉭層和鉭層阻擋層相比，具有電阻低的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠降低本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)形成方法形成的銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法先在位于第二介質(zhì)層內(nèi)的通孔表面形成合金阻擋層；再在所述合金阻擋層表面形成銅層；形成銅層后進(jìn)行退火處理；在退火處理中，所述第二介質(zhì)層內(nèi)的氧原子和所述合金阻擋層中的金屬原子朝各個(gè)方向擴(kuò)散，氧原子與金屬原子在擴(kuò)散的過程中在第二介質(zhì)層與合金阻擋層的界面處相遇并發(fā)生反應(yīng)，形成可以阻擋銅層中銅原子向第二介質(zhì)層擴(kuò)散，同時(shí)阻擋第二介質(zhì)層中的氧原子向銅層擴(kuò)散的合金氧化物，并且所形成的合金氧化物電阻率小，從而可以降低銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。更進(jìn)一步的，所述合金阻擋層中的金屬原子擴(kuò)散到銅層中，可以降低銅互連結(jié)構(gòu)的電遷移，提高銅互連結(jié)構(gòu)的可靠性。再進(jìn)一步的，本發(fā)明的合金阻擋層是單層結(jié)構(gòu)，形成合金阻擋層的工藝簡單，效率聞。本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)以合金阻擋層取代現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的氮化鉭/鉭雙層結(jié)構(gòu)，合金阻擋層的電阻率小，所以降低了銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。進(jìn)一步本發(fā)明實(shí)施例的銅互連結(jié)構(gòu)還包括合金阻擋層與第二介質(zhì)層反應(yīng)形成的合金氧化物，所述合金氧化物可以提高合金阻擋層的擴(kuò)散阻擋作用，并且本發(fā)明實(shí)施例所提供的銅互連結(jié)構(gòu)可靠性高。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層以及貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)； 在所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔； 在所述通孔的側(cè)壁和底部形成合金阻擋層； 在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層。
2.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括 對所述銅層和所述合金阻擋層進(jìn)行退火處理，使所述氧原子與合金阻擋層內(nèi)的金屬原子擴(kuò)散并發(fā)生反應(yīng)形成合金氧化物。
3.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃。
4.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述合金阻擋層的材料是猛-鉭合金，或者招-鉭合金，或者鈦-鉭合金。
5.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火處理的溫度是100-400攝氏度，退火時(shí)長為1-30分鐘，退火氣體是氫氣和氮?dú)狻?br> 6.如權(quán)利要求5所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火氣體中，氫氣所占的體積比例為0-20%。
7.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層是低k材料。
8.如權(quán)利要求I所述的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括在所述銅互連結(jié)構(gòu)表面形成覆蓋層，所述覆蓋層的材料是硅碳氮。
9.一種銅互連結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層和貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)；位于所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔；其特征在于，還包括 位于所述通孔側(cè)壁和底部的合金阻擋層； 位于所述合金阻擋層表面，且填充滿所述通孔的銅層。
10.如權(quán)利要求9所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括所述合金阻擋層和第二介質(zhì)層中的氧原子反應(yīng)生成的合金氧化物。
11.如權(quán)利要求9所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述合金阻擋層的材料是錳-鉭合金，或者招-鉭合金，或者鈦-鉭合金。
12.如權(quán)利要求9所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述合金阻擋層在所述通孔的側(cè)壁的厚度是20-50埃，在所述通孔底部的厚度是50-100埃。
13.如權(quán)利要求9所述的銅互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的材料是低k材料。
全文摘要
一種銅互連結(jié)構(gòu)及其形成方法，本發(fā)明所提供的銅互連結(jié)構(gòu)的形成方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第一介質(zhì)層以及貫穿所述第一介質(zhì)層的第一互連結(jié)構(gòu)；在所述第一介質(zhì)層和第一互連結(jié)構(gòu)表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層的材料含有氧原子，所述第二介質(zhì)層具有暴露所述第一互連結(jié)構(gòu)的通孔；在所述通孔的側(cè)壁和底部形成合金阻擋層；在所述合金阻擋層表面形成填充滿所述通孔的銅層。本發(fā)明工藝簡單、成本低，并且可以降低銅互連結(jié)構(gòu)的電阻率。
文檔編號H01L23/532GK102956546SQ201110252698
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者鮑宇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司