专利名称：金属互连方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种金属互连方法。
背景技术：
随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的互连线，在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体器件之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经被金属铜互连线所替代，这是因为金属铜与金属铝相比具有较小的电阻值，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度。
下面对现有技术中基于金属铜的金属互连方法进行介绍，图I 图3为现有技术中金属互连方法的过程剖面示意图。现有技术中的金属互连方法包括以下步骤步骤1001，参见图1，对介质层101进行刻蚀，在介质层101形成沟槽。图I所示沟槽用于后续容纳所形成的金属铜互连线。在实际应用中，介质层101可以为低介电常数的绝缘材料，也称低K值绝缘材料。步骤1002，参见图2，沉积金属铜102，所沉积的金属铜填充于图I所示的沟槽中，并覆盖在介质层101表面，然后采用化学机械研磨(CMP)工艺对金属铜102进行抛光，将金属铜102抛光至介质层101的表面。由图2可以看出，CMP工艺后，金属铜102仅填充于沟槽中，形成所述金属铜互连线。步骤1003,参见图3,在介质层101之上形成具有压应力(compressivestress)的刻蚀停止层103。常见地，刻蚀停止层103的主要成分为具有压应力的氮碳化硅(SiCN)，之所以在实际应用中期望刻蚀停止层103具有压应力，是因为具有压应力的刻蚀停止层103能够对沟槽中的金属铜102施加一定的压力，以防止金属铜在外电场的作用下发生电迁移，而造成金属铜的界面扩散。金属是晶体，晶体内部金属离子按序排列，当有外电场作用在金属导体时，由于电场的作用就使金属离子产生定向运动，即金属离子的迁移现象，这就是电迁移，会造成金属铜的界面扩散。另外，当刻蚀停止层103的主要成分为具有压应力的SiCN时，形成刻蚀停止层103的方法为采用高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)工艺在介质层101之上沉积具有压应力的SiCN。图4为现有技术中HDP CVD装置的结构示意图。如图4所示,通过高频功率发生器1001在电感线圈1002上施加高频功率，从而在电感线圈1002的周围产生电磁场，然后气体从进气口 1003被通入腔体1004中，气体在电磁场的作用下发生电离并形成等离子体，晶片W放置于静电吸盘1005上，同时，通过低频功率发生器1006在晶片W上施加低频功率，这样就使得晶片W与等离子体之间存在一个较大的电压差，从而使朝晶片W运动的离化基具有方向性，低频功率也可称为偏置功率(bias power) 0需要说明的是，现有技术中的HDP CVD装置可能还包括其他组成部分，由于其他组成部分与本发明无关，故不再一一详细介绍。至此，以图I至图3为例对基于金属铜的金属互连方法介绍完毕，需要说明的是，图I至图3仅示出一层金属互连结构的制作方法，其他层金属结构的制作方法均是类似的。另外，本领域技术人员可以理解，金属互连结构必定形成于有源区之上，所述有源区包括栅极、栅极下方的栅氧化层、栅极两侧的侧壁层、漏极、源极等，由于有源区的上述结构不在本发明的讨论范畴内，故不再一一详细介绍。当在上述步骤103中采用HDP CVD工艺沉积刻蚀停止层103时，高频功率、低频功率以及气体流量为主要的工艺参数，技术人员发现，无论气体流量的大小，当高频功率比较 大时，能够保证沉积速率，从而保证生产量(throughput)，但是，所制成的半导体器件的栅氧化层的完整性(GOI, gateoxide integrality)总是受到影响。其中，GOI是衡量半导体器件性能的一个重要指标，当GOI越好时，则半导体器件的击穿电压越高，也就是说，当GOI越好时，则半导体器件的不易被击穿。在现有技术中，针对高频功率对栅氧化层的完整性造成影响这一问题，还没有理想的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种金属互连方法，能够降低高频功率对栅氧化层的完整性造成的影响。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的一种金属互连方法，该方法包括对介质层刻蚀，在所述介质层中形成沟槽；沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于所述沟槽中，并覆盖在所述介质层表面，然后采用化学机械研磨CMP工艺将所述金属铜抛光至介质层的表面； 在所述介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层；在所述具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层。所述具有压应力的刻蚀停止层为具有压应力的氮碳化硅SiCN ；则所述形成具有压应力的刻蚀停止层的方法为采用高密度等离子体化学气相沉积HDP CVD工艺在介质层之上沉积具有压应力的SiCN。所述具有张应力的阻挡层为具有张应力的氮碳化硅SiCN或具有张应力的氮化硅 SiN ；则所述形成具有张应力的阻挡层的方法可以为采用密度等离子体化学气相沉积HDP CVD工艺在具有压应力的刻蚀停止层之上沉积具有张应力的SiCN或具有张应力的SiN。所述具有压应力的刻蚀停止层和具有张应力的阻挡层的厚度之和为300纳米至400纳米。采用CMP工艺将所述金属铜抛光至介质层的表面之后，该方法进一步包括在金属铜的表面生长钴钨磷化物CoWP。所述CoWP的厚度为10纳米至20纳米。
基于本发明所提供的金属互连方法，首先对介质层刻蚀，在介质层中形成沟槽，然后沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于沟槽中，并覆盖在介质层表面，采用CMP工艺将金属铜抛光至介质层的表面，其次在介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层，最后在具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层，可见，本发明在具有压应力的刻蚀停止层之上还增加了具有张应力的阻挡层，具有张应力的阻挡层可将在薄膜沉积过程中由于高频功率导致积聚在栅极的压力释放出来，从而避免了高频功率对栅氧化层的完整性造成的影响。进一步地，本发明采用CMP工艺将金属铜抛光至介质层的表面之后，还在金属铜的表面生长钴钨磷化物，钴钨磷化物覆盖在金属铜的表面，能够在一定程度上阻挡金属铜表面的离子发生迁移，从而避免了金属铜的界面扩散。
图I 图3为现有技术中金属互连方法的过程剖面示意图。 图4为现有技术中HDP CVD装置的结构示意图。图5为本发明所提供的金属互连方法的流程图。图6 图10为本发明所提供的金属互连方法实施例的过程剖面示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。根据“2004IEEE International Conference on Integrated Circuit DesignandTechnology”第119-122页的记载,高频功率会产生热应力，所产生的热应力会作用在栅极，从而在栅极积聚由于热应力导致的压力。因此，本发明的核心思想为根据上述文献记载，较大的高频功率会导致在栅极积聚较多的压力，这有可能是影响栅氧化层的完整性的重要原因，本发明增加了具有张应力的阻挡层，可将由于高频功率导致积聚在栅极的压力释放出来，从而避免了对栅氧化层的完整性造成影响。图5为本发明所提供的金属互连方法的流程图，如图5所示，该方法包括步骤1，对介质层进行刻蚀，在介质层中形成沟槽。步骤2，沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于沟槽中，并覆盖在介质层表面，然后采用CMP工艺将金属铜抛光至介质层的表面。步骤3，在介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层。步骤4，在具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层。至此，本流程结束。图6 图10为本发明所提供的金属互连方法实施例的过程剖面示意图。该实施例主要包括如下步骤步骤2001，参见图6，对介质层101进行刻蚀，在介质层101中形成沟槽。步骤2002，参见图7，沉积金属铜102，所沉积的金属铜填充于图6所示的沟槽中，并覆盖在介质层101表面，然后采用CMP工艺对金属铜102进行抛光，将金属铜102抛光至介质层101的表面。
上述步骤2001和2002与现有技术相同，此处不予赘述，可参照现有技术的相关介绍。步骤2003，参见图8，在金属铜102的表面生长钴钨磷化物(CoWP) 201。需要说明的是，CoWP是一种合金，其仅会生长在金属的表面，因此，在本步骤中，CoffP 201仅会生长于金属铜102的表面，介质层101的表面不会生长CoWP 201。另外，在实际应用中，CoffP 201的厚度不可过大，优选地，CoffP 201的厚度(即图8中CoWP 201的上表面与介质层101的上表面之间的距离d)为10纳米至20纳米。步骤2004，参见图9，在介质层101之上形成具有压应力的刻蚀停止层103。
形成刻蚀停止层103的方法可以为采用HDP CVD工艺在介质层101之上沉积具有压应力的SiCN。步骤2005，参见图10，在具有压应力的刻蚀停止层103之上形成具有张应力(tensile stress)的阻挡层 202。形成具有张应力的阻挡层202的方法可以为采用HDP CVD工艺在具有压应力的刻蚀停止层103之上沉积具有张应力的阻挡层202。具有张应力的阻挡层202可以为具有张应力的SiCN或具有张应力的氮化硅(SiN)。其中，具有压应力的刻蚀停止层103和具有张应力的阻挡层202的厚度之和(即图10中具有张应力的阻挡层202的上表面与具有压应力的刻蚀停止层103的下表面之间的距离D)应和现有技术中具有压应力的刻蚀停止层厚度大致相同，优选地，D的取值为300纳米至400纳米。可见，本步骤与现有技术相比显著不同，本步骤在具有压应力的刻蚀停止层103之上还增加了具有张应力的阻挡层202，可将由于高频功率导致积聚在栅极的压力释放出来，从而避免了对栅氧化层的完整性造成影响。需要说明的是，所述高频功率导致积聚在栅极的压力不仅来自于沉积刻蚀停止层103，还来自于沉积阻挡层202，也就是说，凡是涉及HDP CVD工艺，都会由于较大高频功率导致在栅极的积聚压力。但是，由对现有技术的分析可知，之所以期望现有技术中的刻蚀停止层103具备压应力，是因为具有压应力的刻蚀停止层103能够对沟槽中的金属铜102施加一定的压力，以防止金属铜在外电场的作用下发生电迁移而造成金属铜的界面扩散。而本步骤中具有张应力的阻挡层202却抵消了上述对金属铜102施加的压力，为了克服这个缺陷，在上述步骤2003中生长了 CoWP201，CoffP 201覆盖在金属铜102的表面，能够在一定程度上阻挡金属铜102表面的离子发生迁移，从而避免了金属铜的界面扩散。至此，本流程结束。 综上，基于本发明所提供的技术方案，首先对介质层刻蚀，在介质层中形成沟槽，然后沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于沟槽中，并覆盖在介质层表面，采用CMP工艺将金属铜抛光至介质层的表面，其次在介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层，最后在具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层，可见，本发明在具有压应力的刻蚀停止层之上还增加了具有张应力的阻挡层，具有张应力的阻挡层可将在薄膜沉积过程中由于高频功率导致积聚在栅极的压力释放出来，从而避免了高频功率对栅氧化层的完整性造成的影响。进一步地，本发明采用CMP工艺将金属铜抛光至介质层的表面之后，还在金属铜的表面生长钴钨磷化物，钴钨磷化物覆盖在金属铜的表面，能够在一定程度上阻挡金属铜 表面的离子发生迁移，从而避免了金属铜的界面扩散。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属互连方法，该方法包括 对介质层刻蚀，在所述介质层中形成沟槽； 沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于所述沟槽中，并覆盖在所述介质层表面，然后采用化学机械研磨CMP工艺将所述金属铜抛光至介质层的表面； 在所述介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层； 在所述具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层。
2 根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有压应力的刻蚀停止层为具有压应力的氮碳化硅SiCN ； 则所述形成具有压应力的刻蚀停止层的方法为采用高密度等离子体化学气相沉积HDP CVD工艺在介质层之上沉积具有压应力的SiCN。·
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有张应力的阻挡层为具有张应力的氮碳化硅SiCN或具有张应力的氮化硅SiN ； 则所述形成具有张应力的阻挡层的方法可以为采用密度等离子体化学气相沉积HDPCVD工艺在具有压应力的刻蚀停止层之上沉积具有张应力的SiCN或具有张应力的SiN。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述具有压应力的刻蚀停止层和具有张应力的阻挡层的厚度之和为300纳米至400纳米。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，采用CMP工艺将所述金属铜抛光至介质层的表面之后，该方法进一步包括在金属铜的表面生长钴钨磷化物CoWP。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 所述CoWP的厚度为10纳米至20纳米。
全文摘要
本发明公开了一种金属互连方法，该方法包括对介质层刻蚀，在所述介质层中形成沟槽；沉积金属铜，所沉积的金属铜填充于所述沟槽中，并覆盖在所述介质层表面，然后采用化学机械研磨CMP工艺将所述金属铜抛光至介质层的表面；在所述介质层之上形成具有压应力的刻蚀停止层；在所述具有压应力的刻蚀停止层之上形成具有张应力的阻挡层。采用本发明公开的方法能够降低高频功率对栅氧化层的完整性造成的影响。
文档编号H01L21/768GK102760684SQ201110105069
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者周俊卿, 孟晓莹, 张海洋, 王冬江 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司