专利名称：一种半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法。
背景技术：
在现有的先进铜金属互连技术中，通常使用多孔的碳氧化硅(SiCO)作为介电层的材料，同时在其上形成一致密的碳氮化硅(SiCN)层作为铜金属扩散阻挡层和蚀刻终止层。所述SiCN层在阻止铜金属扩散到多孔的SiCO层以及防止经时介电击穿方面起到至关重要的作用，同时作为蚀刻终止层，其与多孔SiCO的蚀刻选择比大于8:1，可以很好地 控制通孔蚀刻的形状。但是所述SiCN层会遇到等离子体诱导损伤(PID)的问题，采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成所述SiCN层时的功率大于200W，会出现明显的PID现象，影响所述SiCN层以及多孔SiCO层的电学特性。因此，需要提出一种改善等离子体诱导损伤(PID)的方法以降低PID诱导生成的电流对器件的损伤。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成富硅氮化硅层；在所述富硅氮化硅层上形成热氧化物层；在所述热氧化物层上形成掺杂氮的碳化硅层。优选地，采用化学气相沉积工艺形成所述富硅氮化硅层。优选地，形成所述富硅氮化硅层的前体材料包括硅烷和氨气。优选地，所述硅烷的流量为100-1000sccm ;所述氨气的流量为100-500sccm。优选地，所述化学气相沉积过程是在压力l-7Torr，功率50-100W的条件下进行的。优选地，所述富硅氮化硅层的厚度为30-150埃。优选地，采用化学气相沉积工艺形成所述热氧化物层。优选地，形成所述热氧化物层的前体材料包括四乙氧基硅烷和臭氧。优选地，所述四乙氧基硅烷的流量为50-500SCCm ;所述臭氧的流量为50_1000sccmo优选地，所述化学气相沉积过程是在压力1-7Τ01Γ的条件下进行的。优选地，所述热氧化物层的厚度为100-500埃。优选地，采用化学气相沉积工艺形成所述掺杂氮的碳化硅层。优选地，所述掺杂氮的碳化娃层的厚度为50-300埃。优选地，所述富硅氮化硅层和所述热氧化物层构成双层铜金属扩散阻挡层。
优选地，所述掺杂氮的碳化硅层构成通孔蚀刻终止层。优选地，所述绝缘层为具有低介电常数的材料层。根据本发明，可以有效改善等离子体诱导损伤(PID)所诱导生成的电流对器件的损害。
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。附图中
图IA-图ID为本发明提出的采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法的各步骤的示意性剖面 图2为本发明提出的采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法的流程图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明如何采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。下面，参照图IA-图ID和图2来描述本发明提出的采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法的详细步骤。参照图IA-图1D，其中示出了本发明提出的采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法的各步骤的示意性剖面图。首先，如图IA所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，在本实施例中，半导体衬底100选用单晶硅材料构成。在半导体衬底100中形成有隔离槽，埋层，以及各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。在所述半导体衬底100上，形成有各种元件，为了简化，图示中予以省略，这里仅示出一绝缘层101，其通常为具有低介电常数的材料层。所述绝缘层101中形成有用于填充金属互连线的沟槽。沉积一金属层，例如铜金属层，于所述绝缘层101上，并填满所述绝缘层101中的沟槽。采用化学机械研磨工艺去除多余的铜金属层，研磨到所述绝缘层101的表面终止，在所述绝缘层101中形成铜金属互连线102。
接着，如图IB所示，在所述绝缘层101以及铜金属互连线102上形成一富硅氮化娃层103。米用化学气相沉积工艺形成所述富娃氮化娃层103,其中，用娃烧(SiH4)和氨气(NH3)作为形成所述富硅氮化硅层103的前体材料。所述化学气相沉积工艺的具体工艺参数如下压力l_7Torr，功率50-100W，SiH4的流量为100-1000sccm,NH3的流量为100_500sccm。沉积形成的所述富娃氮化娃层103的厚度为30-150埃。
接着，如图IC所示，在所述富硅氮化硅层103上形成一热氧化物层104。采用化学气相沉积工艺形成所述热氧化物层104，其中，用四乙氧基硅烷(TEOS)和臭氧(O3)作为形成所述热氧化物层104的前体材料。所述化学气相沉积工艺的具体工艺参数如下压力l_7Torr，TEOS的流量为50-500sccm,03的流量为50-1000sccm。沉积形成的所述热氧化物层104的厚度为100-500埃。接着，如图ID所示，在所述热氧化物层104上形成一掺杂氮的碳化硅层105。采用化学气相沉积工艺形成所述掺杂氮的碳化硅层105，其中，用三甲基硅烷(3MS)和氨气(NH3)作为形成所述掺杂氮的碳化娃层105的前体材料。所述化学气相沉积工艺的具体工艺参数如下压力O. 2-0. 9Torr，3MS的流量为100-1000sccm, NH3的流量为100-1000sccm。沉积形成的所述掺杂氮的碳化娃层105的厚度为50-300埃。至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤，形成具有新结构的铜金属扩散阻挡层所述富硅氮化硅层103和热氧化物层104构成双层铜金属扩散阻挡层，其中，所述富硅氮化硅层还起到阻止所述热氧化物层中的氧扩散的作用，所述热氧化物层可以改善等离子体诱导损伤；所述掺杂氮的碳化硅层105作为通孔蚀刻终止层，所述热氧化物层104也可以起到通孔蚀刻终止的作用。由于形成所述富硅氮化硅层时所需的功率较低(50-100W)以及形成所述热氧化物层时不需要采用等离子体沉积的方式，因而可以降低PID诱导生成的电流对器件的损伤。参照图2，其中示出了本发明提出的采用具有新结构的铜金属扩散阻挡层以改善等离子体诱导损伤(PID)的方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。在步骤201中，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；
在步骤202中，在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成富硅氮化硅层；
在步骤203中，在所述富硅氮化硅层上形成热氧化物层；
在步骤204中，在所述热氧化物层上形成掺杂氮的碳化硅层。本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括 提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线； 在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成富硅氮化硅层； 在所述富硅氮化硅层上形成热氧化物层； 在所述热氧化物层上形成掺杂氮的碳化硅层。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述富硅氮化娃层。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，形成所述富硅氮化硅层的前体材料包括硅烷和氨气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅烷的流量为lOO-lOOOsccm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氨气的流量为100-500sCCm。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程是在压力l-7Torr，功率50-1OOW的条件下进行的。
7.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述富硅氮化硅层的厚度为30-150埃。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述热氧化物层。
9.根据权利要求I或8所述的方法，其特征在于，形成所述热氧化物层的前体材料包括四乙氧基硅烷和臭氧。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述四乙氧基硅烷的流量为50_500sccmo
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述臭氧的流量为50-1000SCCm。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程是在压力l-7Torr的条件下进行的。
13.根据权利要求I或8所述的方法，其特征在于，所述热氧化物层的厚度为100-500埃。
14.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述掺杂氮的碳化硅层。
15.根据权利要求I或14所述的方法，其特征在于，所述掺杂氮的碳化硅层的厚度为50-300 埃。
16.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述富硅氮化硅层和所述热氧化物层构成双层铜金属扩散阻挡层。
17.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述掺杂氮的碳化硅层构成通孔蚀刻终止层。
18.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述绝缘层为具有低介电常数的材料层。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一绝缘层，且在所述绝缘层中形成铜金属互连线；在所述绝缘层以及铜金属互连线上形成富硅氮化硅层；在所述富硅氮化硅层上形成热氧化物层；在所述热氧化物层上形成掺杂氮的碳化硅层。根据本发明，所述富硅氮化硅层和所述热氧化物层构成双层铜金属扩散阻挡层，所述热氧化物层可以有效改善等离子体诱导损伤(PID)所诱导生成的电流对器件的损害。
文档编号H01L21/314GK102915952SQ20111022235
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者周鸣 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司