一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子
目-Ο
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，銅金屬互連層之間的電容性串音的影響日益顯著。為了解決電容性串音的問題，在銅金屬互連層之間布置多孔低k介電層是一種很好的解決問題的方式。
[0003]對于半導(dǎo)體器件中的邏輯電路而言，銅金屬互連層的層數(shù)達(dá)到數(shù)層乃至十?dāng)?shù)層，每一層銅金屬互連層分別形成于相應(yīng)的銅金屬互連結(jié)構(gòu)。如圖1A所示，在形成有前端器件的半導(dǎo)體襯底100上形成有自下而上層疊的蝕刻停止層101和多孔低k介電層102，通過干法蝕刻在多孔低k介電層102中形成有與所述前端器件連通的銅金屬互連結(jié)構(gòu)103，其由通孔103a和溝槽103b構(gòu)成。接著,如圖1B所示，通過物理氣相沉積在銅金屬互連結(jié)構(gòu)103的側(cè)壁和底部形成銅金屬擴(kuò)散阻擋層104，擴(kuò)散阻擋層包括Ta/TaN。然后，依次形成銅金屬種子層和銅金屬互連層。然而實(shí)際工藝中，多孔低k介電層和擴(kuò)散阻擋層之間的界面粗糙，導(dǎo)致擴(kuò)散阻擋層和介電層的附著力變差，造成良率的下降，還會影響互連結(jié)構(gòu)電連接的效果。
[0004]因此，為了解決上述技術(shù)問題，有必要提出一種新的半導(dǎo)體器件的制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實(shí)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。
[0006]為了克服目前存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例一提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括:
[0007]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成多孔低k介電層，在所述多孔低k介電層內(nèi)形成銅金屬互連結(jié)構(gòu)的溝槽和/或通孔；
[0008]采用氦等離子處理所述多孔低k介電層暴露的表面；
[0009]對所述多孔低k介電層暴露的表面執(zhí)行氮等離子處理，以形成薄的氮化硅層；
[0010]在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的溝槽和/或通孔的底部和側(cè)壁形成擴(kuò)散阻擋層。
[0011]進(jìn)一步，在形成所述薄的氮化硅層后，還包括對所述薄的氮化硅層執(zhí)行氬等離子處理的步驟。
[0012]進(jìn)一步，所述氬等離子處理的工藝條件為:流量為100?lOOOOsccm，功率為50?5000W,壓力為 0.lmtorr ?lOtorr。
[0013]進(jìn)一步，所述氦等離子處理的工藝條件為:所述氦氣的流量為100?lOOOOsccm,功率為50?5000W，腔室壓力為0.lmtorr?lOtorr。
[0014]進(jìn)一步，利用原位等離子工藝對所述多孔低k介電層暴露的表面執(zhí)行所述氮等離子處理。
[0015]進(jìn)一步，利用氣氣、氮?dú)夂脱鯕鈱λ龆嗫椎蚹介電層暴露的表面執(zhí)行所述氮離子處理。
[0016]進(jìn)一步，利用原位等離子工藝執(zhí)行氮離子處理的工藝條件為:流量為100?lOOOOsccm,功率為 50 ?5000W,壓力為 0.lmtorr ?lOtorr 0
[0017]進(jìn)一步，所述薄的氮化硅層的厚度為10?80埃。
[0018]進(jìn)一步，在形成所述擴(kuò)散阻擋層后，還包括以下步驟:
[0019]在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的溝槽和/或通孔中填充銅金屬互連層；
[0020]執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至露出所述多孔低k介電層的頂面。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例二提供一種半導(dǎo)體器件，包括:
[0022]半導(dǎo)體襯底；
[0023]位于所述半導(dǎo)體襯底上的多孔低k介電層；
[0024]位于所述多孔低k介電層內(nèi)的銅金屬互連結(jié)構(gòu)；
[0025]位于所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)和所述多孔低k介電層之間的擴(kuò)散阻擋層，其中所述多孔低k介電層與所述擴(kuò)散阻擋層之間的界面為薄的氮化硅層。
[0026]進(jìn)一步，所述薄的氮化硅層為10?80埃。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例三提供一種電子裝置，包括上述實(shí)施例二中的半導(dǎo)體器件。
[0028]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制作方法，經(jīng)過氦氣等離子、氮等離子和氬氣等離子處理，使多孔低k介電層具有平整光滑致密的表面，提高了與附著于其上的擴(kuò)散阻擋層之間的粘附力，進(jìn)而改善器件的可靠性和良率。同時采用上述方法所獲得器件具有高的可靠性和良率。
【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(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0030]附圖中:
[0031]圖1A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成連通前端器件層的銅金屬互連結(jié)構(gòu)的溝槽和通孔之后的器件的示意性剖面圖；
[0032]圖1B示出了形成銅金屬擴(kuò)散阻擋層之后的器件的示意性剖面圖；
[0033]圖2A-2F為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的方法依次實(shí)施所獲得器件的剖面示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中方法依次實(shí)施步驟的流程圖；
[0035]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二中銅金屬互連結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]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。
[0037]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)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)的尺寸以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。
[0038]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接至『或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”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、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(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。
[0039]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，在這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以外，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?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(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。
[0040]在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)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(xiàng)目的任何及所有組合。
[0041]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，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。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。
[0042]實(shí)施例一
[0043]下面，參照圖2A-圖2F對本發(fā)明實(shí)施例的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0044]首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200選用單晶硅材料構(gòu)成。所述半導(dǎo)體襯底200中形成有隔離結(jié)構(gòu)，以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡化，圖示中予以省略。
[0045]在所述半導(dǎo)體襯底200上，形成有各種前端器件，為了簡化，圖例中未予示出。所述前端器件是指實(shí)施半導(dǎo)體器件的后端制造工藝(BE0L)之前形成的器件，在此并不對前端器件的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行限定。
[0046]繼續(xù)參考圖2A，在所述半導(dǎo)體襯底200上依次形成蝕刻停止層201和多孔低k介電層202。
[0047]蝕刻停止層201的材料優(yōu)選SiCN、SiC或SiN，其作為后續(xù)蝕刻多孔低k介電層202以在其中形成連通所述前端器件的銅金屬互連結(jié)構(gòu)的通孔部分的蝕刻停止層的同時，可以阻止形成于所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的銅金屬擴(kuò)散到所述前端器件所在的層間介電層。
[0048]多孔低k介電層202的構(gòu)成材料可以選自本領(lǐng)域常見的具有低k值(介電常數(shù)小于4.0)的材料，包括但不限于Si02、SiCOH、k值為2.5-2.9的硅酸鹽化合物(HydrogenSilsesqu1xane,簡稱為 HSQ)、k 值為 2.2 的甲基??圭酸鹽化合物(Methyl Silsesqu1xane,簡稱 MSQ)、SiCH、SiCNH、SiNx 等。
[0049]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)制備所述多孔低k介電層202。示例性地，采用等離子化學(xué)氣相沉積法形成多孔低k或超低k介電層。采用有機(jī)硅作為源氣體，包括鏈結(jié)構(gòu)源、環(huán)結(jié)構(gòu)源兩大類，添加的氣體包括致孔劑和氧化劑。所述有機(jī)硅源氣體可選自:四甲基硅烷(TMS)、三甲基硅烷(3MS)、雙三甲基硅甲烷(BTMSM)、甲基二乙氧基硅烷(DEMS)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、四乙烯基四甲基環(huán)四硅氧烷(TVTMCTS)、三甲基三乙烯基環(huán)三硅氧烷(V3D3)、十甲基環(huán)五硅氧烷(D5)中的一種或幾種。致孔劑可以是任何合適產(chǎn)生孔的材料，致孔劑可以包括降冰片烯；5_ 二甲基-1，4-環(huán)辛乙烯；十氫化萘；乙苯；或檸檬烯；或者上述各項(xiàng)中兩項(xiàng)或多項(xiàng)的組合。例如，致孔劑可以包括α -松油烯(ATRP)。氧化劑可選自02、Ν20或C02中的一種或幾種。
[0050]之后，實(shí)施固化處理，使低k或超低k介電層多孔化以進(jìn)一步降低其介電常數(shù)，同時提高其機(jī)械強(qiáng)度?？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、激光固化等。
[0051]如圖2B所示，形成用于連接前端器件的銅金屬互連結(jié)構(gòu)203的溝槽203a和通孔203b。形成所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)203的溝槽203a或通孔203b可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的各種適宜的工藝技術(shù)，