互连结构及互连结构的制造方法与流程

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种互连结构及互连结构的制造方法。

背景技术

集成电路(ic)芯片的制造制程可以大致分为两个主要部分：前段制程(feol)和后段制程(beol)。feol主要用于在半导体衬底上形成各种类型的器件，例如晶体管、电容器、电阻器等。beol主要用于在半导体衬底之上的一个或多个绝缘介电层内形成一个或多个金属互连层，以将feol制造的单独的器件相互电连接以及最终电连接至ic芯片的外部引脚，以使ic芯片具有完整的电子功能。铜(cu)凭借其优异的导电性，成为目前beol金属互连集成技术中常用材料。

在目前的beol铜互连工艺中，作为互连金属的铜容易与工艺气体中的氮反应而产生氮化铜(cunx)，进而形成小丘状凸起(hillock)，如果小丘状凸起和它邻近的金属互连接触，就会导致互连线短路，进而造成整个集成电路(ic)芯片失效。

因此需要一种互连结构及互连结构的制造方法，能够解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于一种互连结构及互连结构的制造方法，能够避免小丘状凸起的形成，进而提高互连结构的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种互连结构的制造方法，包括以下步骤：

提供表面上具有金属互连结构和介质层的半导体衬底，所述金属互连结构位于所述介质层的开口中，且所述金属互连结构的上表面不低于所述介质层的上表面；

在所述金属互连结构和所述介质层的表面上形成非金属化合物层；

在所述非金属化合物层表面上形成掺杂的第一金属化合物层；

在所述掺杂的第一金属化合物层表面上形成未掺杂的第二金属化合物层。

可选的，所述金属互连结构包括覆盖所述开口内壁的扩散阻挡层和覆盖在所述扩散阻挡层表面上的铜金属层。

可选的所述扩散阻挡层为单层结构或者多层叠层结构，所述扩散阻挡层的材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钛硅、氮化钽硅、钌、氮化钌、钨、碳化钨和氮化钨中的至少一种。

可选的，所述介质层为单层结构或者多层叠层结构，当所述介质层为多层叠层结构时，所述介质层包括依次形成在所述半导体衬底表面上的刻蚀停止层和电介质层；当所述介质层为单层结构时，所述介质层为形成在所述半导体衬底表面上的电介质层。

可选的，所述非金属化合物层为单层结构或者多层叠层结构，所述非金属化合物层的材料包括碳氮化硅、氮化硅、碳化硅、碳硼化硅、硅硼碳氧、硅硼碳氮、碳氮化锗、氮化锗、碳化锗、碳硼化锗、锗硼碳氧和锗硼碳氮中的至少一种。

可选的，所述非金属化合物层的形成工艺选自原子层沉积、化学气相沉积和分子束外延中的至少一种。

可选的，当所述非金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时，通过原子层沉积形成所述非金属化合物层的过程包括：

s21，通入含硅和锗中的至少一种元素的第一前驱体，对所述金属互连结构和所述介质层的表面进行浸润和清洗处理，以形成非金属元素的界面层；

s22，通入含碳、硼和氮中的至少一种元素的第二前驱体，对所述非金属元素的界面层进行浸润和清洗处理，以形成非金属化合物层；

s23，采用惰性气体对所述非金属化合物层进行表面处理；

s24，循环重复步骤s21至s23，直到形成的非金属化合物层厚度达到预定值。

可选的，所述步骤s21中的第一前驱体包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、四氟化硅、乙硅烷、锗烷、二氯锗烷、三氯锗烷、四氯锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷和乙锗烷中的至少一种。

可选的，所述步骤s22中的第二前驱体包括三甲基硼、乙硼烷、三氟化硼、三氯化硼、氨气、氮气、胺类化合物、碳氢化合物、氯烷、一氯甲烷、二氯甲烷、二氯甲烷、四氟化碳和二氧化碳中的至少一种。

可选的，所述掺杂的第一金属化合物层和所述未掺杂的第二金属化合物层的形成工艺分别选自原子层沉积、化学气相沉积、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积和分子束外延中的至少一种。

可选的，所述掺杂的第一金属化合物层中含有具有第一金属元素的第一金属化合物，所述未掺杂的第二金属化合物层中含有具有第二金属元素的第二金属化合物，所述第一金属化合物和所述第二金属化合物分别选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。

可选的，所述第一金属化合物和所述第二金属化合物相同。

可选的，所述第一金属元素和所述第二金属元素分别选自铝、铜、钌、镍、钴、铬、铁、锰、钛、铝、铪、钽、钨、钒、钼、钯和银中的至少一种。

可选的，当所述掺杂的第一金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时，通过原子层沉积形成所述掺杂的第一金属化合物层的过程包括：

s31，通入含有掺杂元素的第三前驱体，对所述非金属化合物层的表面进行浸润和清洗处理，以形成掺杂元素界面层；

s32，通入含有所述第一金属元素的第四前驱体，对所述掺杂元素界面层进行浸润和清洗处理，以形成掺杂的含第一金属元素的界面层；

s33，通入用于生成第一金属化合物的第五前驱体，对掺杂的含第一金属元素的界面层进行表面处理，以形成掺杂的第一金属化合物层；

s34，循环重复步骤s31至s33，直到形成的掺杂的第一金属化合物层厚度达到预定值。

可选的，所述第三前驱体包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、四氟化硅、乙硅烷、锗烷、二氯锗烷、三氯锗烷、四氯锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷、乙锗烷、三甲基硼、乙硼烷、三氟化硼、三氯化硼、氨气、氮气、胺类化合物、碳氢化合物、氯烷、一氯甲烷、二氯甲烷、二氯甲烷、四氟化碳和二氧化碳中的至少一种。

可选的，所述第四前驱体为含铝气体，所述第五前驱体为含氮气体。

可选的，所述掺杂的第一金属化合物层中的掺杂元素包括硅、碳、硼和锗中的至少一种。

可选的，当所述未掺杂的第二金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时，通过原子层沉积形成所述未掺杂的第二金属化合物层的过程包括：

s41，通入含有第二金属元素的第六前驱体，对所述掺杂的第一金属化合物层的表面进行浸润和清洗处理，以形成含第二金属元素的界面层；

s42，通入用于生成第二金属化合物的第七前驱体，对所述含第二金属元素的界面层进行表面处理，以形成未掺杂的第二金属化合物层；

s43，循环重复步骤s41至s42，直到形成的未掺杂的第二金属化合物层厚度达到预定值。

可选的，所述第六前驱体为含铝气体，所述第七前驱体为含氮气体。

本发明还提供一种互连结构，包括金属互连结构以及依次覆盖在所述金属互连结构表面上的非金属化合物层、掺杂的第一金属化合物层以及未掺杂的第二金属化合物层。

可选的，所述金属互连结构包括覆盖所述开口内壁的扩散阻挡层和位于所述扩散阻挡层表面的铜金属层。

可选的，所述扩散阻挡层为单层结构或者多层叠层结构，所述扩散阻挡层的材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钛硅、氮化钽硅、钌、氮化钌、钨、碳化钨和氮化钨中的至少一种。

可选的，所述介质层为单层结构或者多层叠层结构，当所述介质层为多层叠层结构时，所述介质层包括依次形成在所述半导体衬底表面上的刻蚀停止层和电介质层；当所述介质层为单层结构时，所述介质层为形成在所述半导体衬底表面上的电介质层。

可选的，所述非金属化合物层为单层结构或者多层叠层结构，所述非金属化合物层的材料包括碳氮化硅、氮化硅、碳化硅、碳硼化硅、硅硼碳氧、硅硼碳氮、碳氮化锗、氮化锗、碳化锗、碳硼化锗、锗硼碳氧和锗硼碳氮中的至少一种。

可选的，所述掺杂的第一金属化合物层中含有具有第一金属元素的第一金属化合物，所述未掺杂的第二金属化合物层中含有具有第二金属元素的第二金属化合物，所述第一金属化合物和所述第二金属化合物分别选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。

可选的，所述第一金属化合物和所述第二金属化合物相同。

可选的，所述第一金属元素和所述第二金属元素分别选自铝、铜、钌、镍、钴、铬、铁、锰、钛、铝、铪、钽、钨、钒、钼、钯和银中的至少一种。

可选的，所述掺杂的第一金属化合物层中的掺杂元素包括硅、碳、硼和锗中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：

1、在未掺杂的第二金属化合物层和非金属化合物层之间增加一掺杂的第一金属化合物层，可以使未掺杂的第二金属化合物层与非金属化合物层之间的粘附力更强，由此阻挡互连结构中的金属扩散现象，获得较低的线电阻和良好的电迁移性能，进而提高互连结构的可靠性。

2、通过非金属化合物层的形成去除金属互连结构表面的自然氧化层，防止金属互连结构表面发生钝化，并将金属互连结构约束在介质层的开口中，保护所述金属互连结构在后续工艺中不受到影响，还可以防止互连结构中的金属向外扩散进入介质层中，影响电路的性能。

3、通过在金属互连结构表面依次覆盖非金属化合物层、掺杂的第一金属化合物层以及未掺杂的第二金属化合物层，三层不同的层的组合，可以对金属互连结构中的金属扩散行为进行有效抑制，避免在形成所述各个层的过程中出现位于所述金属互连结构层顶部的小丘状凸起，进而提高互连结构的可靠性。

4、采用掺杂的第一金属化合物层以及未掺杂的第二金属化合物层作为金属互连结构的层，可以提供更好的粘附性和良好的电迁移性能，提高了电路的可靠性。

附图说明

图1是一种的互连结构的结构示意图。

图2是本发明具体实施例的互连结构的制造方法流程图；

图3a至图3c是本发明具体实施例的互连结构的制造方法中的器件结构剖面示意图；

图4a至图4c分别是本发明具体实施例的步骤s2至步骤s3的流程示意图。

具体实施方式

目前，在降低互连线的rc延迟、改善电迁移等方面，金属铜与金属铝相比，具有低电阻系数、高熔点和优良的电迁移耐力，而且在较高的电流密度和低功率的条件下也可以使用，因此，由金属铜和低k层间介质层组成的金属互连结构具有金属互连线层数目少、芯片速度高、功耗低、制造成本低、高抗电迁移性能等优势，已经成为金属互连结构的主流制造技术，该技术的主要工艺步骤包括：

首先，请参考图1所示，在完成前段制程(feol)的半导体衬底100上依次形成刻蚀停止层101和低k介质层102；

接着，通过光刻和刻蚀工艺，依次刻蚀低k介质层102以及刻蚀停止层101，至半导体衬底100表面，形成开口；

然后，在所述开口中形成与所述半导体衬底100中的前端器件连通的铜互连结构103，铜互连结构103的顶部结构为铜互连层1031；

接着，在铜互连层1031和低k介质层102表面上依次形成碳氮化硅(sicn)层104和氮化铝(aln)层105，其中碳氮化硅层104和氮化铝层105的形成可以去除铜互连层1031表面的氧化铜，防止铜互连层1031中的铜的钝化和扩散，为器件提供更好的附着性和良好的电迁移性能，提高了器件的可靠性和良品率，其中碳氮化硅层104能够增强氮化铝层105与铜互连层1031之间的粘附性，氮化铝作为一种新型的用于覆盖铜互连结构层的材料，一方面可以提高电迁移性能，另一方面具有较高的刻蚀选择比，可以作为后续的刻蚀停止层，以避免后续工艺对铜互连层1031以及低k介质层102造成损伤。

之后，在氮化铝层105上方可以形成另一低k介质层106以及位于另一低k介质层106中并与铜互连层1031连通的另一铜互连结构107。

上述工艺中，由于碳氮化硅层104和氮化铝层105的形成过程中需要使用氨气和/或氮气，这些含氮气体极易造成铜互连层1031的顶部形成氮化铜cunx，cunx中的处于电离态的铜具有较低的扩散活化能，因而易于扩散，进而导致铜互连层1031的顶部极易出现小丘状凸起，不利于碳氮化硅层104和氮化铝层105的全面均匀覆盖，进而导致铜离子快速进入相邻的另一低k介质层106的区域，可导致在铜互连层1031和另一铜互连结构107之间形成导通路径，产生短路；此外，同时铜与碳氮化硅层104之间以及碳氮化硅层104与氮化铝层105之间的粘附力仍然不能满足20nm技术节点以下的集成电路制造要求，仍然会有铜扩散的现象出现，进而使互连线之间的击穿电压降低，最终引发集成电路可靠性问题。

本发明的核心思想之一在于，在碳氮化硅这种非金属化合物层和氮化铝这种金属化合物层之间增加一掺杂的金属化合物层，例如掺硅的氮化铝层，以此增强碳氮化硅这种非金属化合物层和氮化铝这种金属化合物层之间粘附力，进而阻挡铜扩散，避免在形成所述各个层的过程中出现位于所述金属互连结构层顶部的小丘状凸起，提高互连结构的可靠性，进而提高整个集成电路可靠性。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图2，本发明提供一种互连结构的制造方法，包括以下步骤：

s1，提供表面上具有金属互连结构和介质层的半导体衬底，所述金属互连结构位于所述介质层的开口中，且所述金属互连结构的上表面不低于所述介质层的上表面；

s2，在所述金属互连结构和所述介质层表面形成非金属化合物层；

s3，在所述非金属化合物层表面上形成掺杂的第一金属化合物层；

s4，在所述掺杂的第一金属化合物层形成未掺杂的第二金属化合物层。

步骤s1中提供表面上具有金属互连结构303和介质层302半导体衬底300的步骤包括：

首先，请参考图3a，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300的材料可以是本领域技术人员知晓的半导体材料。例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅锗化合物或绝缘体上硅(soi，silicononinsulator)中的一种，其中可以通过前段制程形成有半导体器件300a，如mos晶体管。在所述半导体衬底300上还可以形成有金属布线层，所述金属布线层用于与待形成的互连结构相连，也可用于后续形成的互连结构与外部或其他金属层的电连接。

然后，请继续参考图3a，在所述半导体衬底300表面沉积介质层，所述介质层可以为单层结构，也可以为多层结构，所述介质层为单层结构时，所述介质层包括位于半导体衬底300表面的电介质层。本实施例以所述介质层为多层结构作示范性说明。所述介质层包括：位于半导体衬底300表面的刻蚀停止层301和位于刻蚀停止层301表面的电介质层302，其中，所述刻蚀停止层301的材料选自碳氮化硅(sicn)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)、碳硼化硅(sibc)、硅硼碳氧(sibco)、硅硼碳氮(sibcn)、碳氮化锗(gecn)、氮化锗(gen)、碳化锗(gec)、碳硼化锗(gebc)、锗硼碳氧(sibco)、锗硼碳氮(sibcn)中的至少一种。所述刻蚀停止层301的形成工艺可以为化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积。所述电介质层302的材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料(相对介电常数低于3.9但大于等于2.2的介质材料)或超低k材料(相对介电常数低于2.2但大于0的介质材料)中的至少一种。低k材料例如为sicoh(掺c非晶玻璃材料)、fsg(掺氟的二氧化硅)、bsg(掺硼的二氧化硅)、psg(掺磷的二氧化硅)或bpsg(掺硼磷的二氧化硅)。所述超低k材料多为多孔材料。所述电介质层302的材料优选为低k材料或超低k材料，由此可以降低金属互连结构的rc延迟。所述电介质层302的形成工艺为化学气相沉积或旋转涂覆工艺。

接着，请继续参考图3a，在电介质层302和刻蚀停止层301中形成开口，所述开口可以为双大马士革开口，也可以为单大马士革开口。本实施例中以所述开口为双大马士革开口作示范性说明，具体地，首先，通过旋涂、曝光、显影等光刻工艺在电介质层302表面形成具有沟槽图案的光刻胶，以具有沟槽图案的光刻胶为掩膜版，刻蚀电介质层302，形成沟槽302a，去除具有沟槽图案的光刻胶；然后，通过旋涂、曝光、显影等光刻工艺在沟槽302a底部、侧壁和电介质层302表面形成具有通孔图案的光刻胶，以具有通孔图案的光刻胶为掩膜版，刻蚀电介质层302和刻蚀停止层301，至露出半导体衬底300的表面，形成通孔302b，去除具有通孔图案的光刻胶，由此形成开口302。所述沟槽302a和所述通孔302b构成双大马士革开口，各自的深度和宽度可以根据工艺需要进行调节。需要说明的是，在本发明其他实施例中，也可以先形成通孔302b，再形成沟槽302a。

之后，请参考图3b，在所述开口302内形成填充满开口302且覆盖电介质层302的金属互连结构303。具体地，先在所述开口302和电介质层302表面形成扩散阻挡层3031，扩散阻挡层3031的厚度相对较薄，不足以填满开口302的通孔部分302b；然后通过铜电镀工艺在所述开口302中继续填充铜金属互连层3032，直至填满整个开口302，此时铜金属互连层3032也覆盖在电介质层302表面上；接着，采用化学机械研磨(cmp)的工艺，研磨铜金属互连层3032以及扩散阻挡层3031至露出电介质层302的顶部，由此形成所述金属互连结构303。其中，扩散阻挡层3031一方面可以防止铜金属互连层3032中的铜向半导体衬底300或电介质层302中扩散造成污染，提高金属互连结构的性能；另一方面可以铜金属互连层3032的形成提供良好的界面态，使得形成的铜金属互连层3032与电介质层302具有较高的粘附性。所述扩散阻挡层3031可以为单层结构或者多层叠层结构，其选材包括钽(ta)、氮化钽(tan)、钛(ti)、氮化钛(tin)、氮化钛硅(tisin)、氮化钽硅(tasin)、钌(ru)、氮化钌(run)、钨(w)、碳化钨(wc)和氮化钨(wn)中的至少一种。所述扩散阻挡层3031的形成工艺可以为化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)或原子层沉积(ald)等工艺。

请参考图3c，在步骤s2中，可以通过原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)和分子束外延(mbe)中的至少一种工艺，在铜金属互连层3032和电介质层302的表面上形成非金属化合物层304，所述非金属化合物层304可以为单层结构或者多层叠层结构，其选材包括碳氮化硅(sicn)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)、碳硼化硅(sibc)、硅硼碳氧(sibco)、硅硼碳氮(sibcn)、碳氮化锗(gecn)、氮化锗(gen)、碳化锗(gec)、碳硼化锗(gebc)、锗硼碳氧(sibco)、锗硼碳氮(sibcn)中的至少一种。其中，优选通过原子层沉积形成所述非金属化合物层304，原子层沉积通常通过将不同的气相前驱体以脉冲方式交替通入(通入或输入)反应腔，前驱体中的相应原子吸附在基材表面上，一个循环周期内只形成一层单原子层膜(膜厚为纳米级)，重复循环几个周期后，获得目标厚度，该工艺可实现膜层厚度精确可控，同时具有良好的保型和台阶覆盖性，因此通过原子层沉积工艺形成的所述非金属化合物层304均匀、规整和厚度得到精确控制，具体形成过程包括：

s21，以脉冲的形式通入含硅(si)、锗(ge)中的至少一种元素的第一前驱体，对所述金属互连结构和所述介质层的表面进行浸润和清洗处理，以形成非金属元素的界面层，其中，所述第一前驱体包括硅烷(sih4)、二氯硅烷(sih2cl2)、三氯硅烷(sihcl3)、四氯硅烷(sicl4)、三甲基硅烷(sihch3)、四甲基硅烷(sich4)、四氟化硅(sif4)、乙硅烷(si2h6)、锗烷(geh4)、二氯锗烷(geh2cl2)、三氯锗烷(gehcl3)、四氯锗烷(gecl4)、三甲基锗烷(gehch3)、四甲基锗烷(gech4)、乙锗烷(ge2h6)中的至少一种，本实施例中所述第一前驱体为硅烷(sih4)，请参考图4a。

s22，以脉冲的形式通入含碳(c)、硼(b)、氮(n)中的至少一种元素的第二前驱体，对所述非金属元素的界面层进行浸润和清洗处理，以形成非金属化合物层，其中，所述第二前驱体包括三甲基硼(tmb)、乙硼烷(b2h6)、三氟化硼(bf3)、三氯化硼(bcl3)、氨气(nh3)、氮气(n2)、胺类化合物(r-nh2)、碳氢化合物(cxhy)、氯烷(ccl4)、一氯甲烷(ch3cl)、二氯甲烷(ch2cl2)、二氯甲烷(chcl3)、四氟化碳(cf4)、二氧化碳(co2)中的至少一种，本实施例中，所述第二前驱体包括三甲基硼(tmb)，请参考图4a，由此形成的非金属化合物层304为sibc。

s23，采用氩气(ar)、氦气(he)等惰性气体对形成的非金属化合物层进行表面处理，以去除表面吸附的多余的前驱体，请参考图4a。

s24，循环重复步骤s21至s23(即重复几个周期)，直到形成的非金属化合物层304厚度达到预定值。

本实施例中，所述非金属化合物层304的材料为sibc，一方面具有较小的相对介电常数，对金属互连结构303的rc延迟影响不大，另一方面，sibc的形成工艺中不存在易与cu发生反应的基团，尤其是不含氮、氧，因此不会造成铜金属互连层3032中的cu发生电离，铜金属互连层3032中cu的活化能高，在金属互连结构303接入电流后，铜金属互连层3032层中的cu由于具有较高的活化能不易发生扩散，铜金属互连层3032中出现小丘状凸起现象的概率减小，金属互连结构303的电迁移寿命得到提高，性能更优越；且sibc与铜金属互连层3032中的cu粘附性好，二者间界面态良好，能够减少cu沿有界面处扩散至不期望区域，减少空气中的o2扩散进入金属互连结构303中。此外，tmb作为第二前驱体可以对之前刻蚀电介质层302形成开口时对电介质层302造成的损伤进行修复。

请继续参考图3c，在步骤s3中可以通过原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积(pld)和分子束外延(mbe)中的至少一种工艺，在非金属化合物层304表面上形成掺杂的第一金属化合物层305。所述掺杂的第一金属化合物层305中的金属化合物选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。且所述金属化合物中的金属元素，即所述掺杂的第一金属化合物层305中的金属元素，选自铝(al)、铜(cu)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铝(al)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)和银(ag)中的至少一种。所述掺杂的第一金属化合物层305中的掺杂元素包括硅(si)、碳(c)、硼(b)、锗(ge)中的至少一种。其中，优选为通过原子层沉积工艺形成所述掺杂的金属化合物层305，从而通过控制循环周期实现所述掺杂的金属化合物层305膜层生长的均匀、规整和厚度精确控制，具体过程包括：

s31，以脉冲的形式通入含有掺杂元素的第三前驱体，对所述非金属化合物层304的表面进行浸润和清洗处理，以形成掺杂元素界面层。所述掺杂元素包括硅(si)、碳(c)、硼(b)、锗(ge)中的至少一种。所述第三前驱体包括硅烷(sih4)、二氯硅烷(sih2cl2)、三氯硅烷(sihcl3)、四氯硅烷(sicl4)、三甲基硅烷(sihch3)、四甲基硅烷(sich4)、四氟化硅(sif4)、乙硅烷(si2h6)、锗烷(geh4)、二氯锗烷(geh2cl2)、三氯锗烷(gehcl3)、四氯锗烷(gecl4)、三甲基锗烷(gehch3)、四甲基锗烷(gech4)、乙锗烷(ge2h6)、三甲基硼(tmb)、乙硼烷(b2h6)、三氟化硼(bf3)、三氯化硼(bcl3)、氨气(nh3)、氮气(n2)、胺类化合物(r-nh2)、碳氢化合物(cxhy)、氯烷(ccl4)、一氯甲烷(ch3cl)、二氯甲烷(ch2cl2)、二氯甲烷(chcl3)、四氟化碳(cf4)、二氧化碳(co2)中的至少一种。本实施例中，掺杂元素为硅si，请参考图4b，所述第三前驱体为硅烷sih4。

s32，以脉冲的形式通入含有所述第一金属元素的第四前驱体，对所述掺杂元素界面层进行浸润和清洗处理，以形成掺杂的含第一金属元素的界面层。所述第一金属元素选自铝(al)、铜(cu)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铝(al)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)和银(ag)中的至少一种。本实施例中，第一金属元素为铝，所述第四前驱体为三甲铝(tma)，如图4b所示。在本发明的其他实施例中，当第一金属元素为铝时，所述第四前驱体还可以是溴化铝等其他含铝气体。

s33，以脉冲的形式通入用于生成第一金属化合物的第五前驱体，对掺杂的含第一金属元素的界面层进行浸润和清洗处理，以形成掺杂的第一金属化合物层305。所述第一金属化合物选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。本实施例中，需要形成的第一金属化合物为氮化铝(aln)，所以所述第五前驱体为含氮气体，例如氮气(n2)和氨气(nh3)的混合气体，由此形成掺硅的氮化铝作为掺杂的第一金属化合物层305，如图4b所示，氮化铝做为一种新型的用于铜互连结构层的材料，其可以提高电迁移性能。此外，还可以通入氩气、氦气等稀有气体对掺杂的第一金属化合物层305表面进行清洗处理，以去除表面吸附的多余的前驱体以及副产物。

s34，循环重复步骤s31至s33，直到形成的掺杂的第一金属化合物层305厚度达到预定值。

本实施例中，所述第一金属化合物为氮化铝，掺杂元素为si，请参考图4b，步骤s31中的所述第三前驱体可以为硅烷sih4等含硅气体，步骤s32中的所述第四前驱体可以为三甲铝(tma)、溴化铝等含铝气体，所述第五前驱体可以为包含氮气(n2)和氨气(nh3)、三甲胺等中的至少一种的含氮气体，例如，以sih4作为第三前驱体，以tma作为第四前驱体，氮气(n2)和氨气(nh3)混合气体作为第五前驱体，如图4b所示，步骤s31的sih4、步骤s32的tma、步骤s43中的n2/nh3交替送入反应腔室，tma与si、n等自由基反应生成掺硅的氮化铝作为掺杂的第一金属化合物层305。

掺杂的第一金属化合物层305一方面与非金属化合物层304之间也具有良好的粘附性，可以增强阻挡金属互连结构303中cu金属扩散的能力，增强阻挡空气中o2扩散至金属互连结构303的能力；另一方面可以与后续的未掺杂的第二金属化合物层306之间具有良好的粘附性，同时还可以利用其中的金属化合物改善金属互连结构303的电迁移寿命，避免出现小丘状凸起，提高金属互连结构的可靠性。此外，增加掺杂的第一金属化合物层305后，可以适当减少非金属化合物层304的厚度，避免非金属化合物层304形成过程中过量的硅原子扩散进入金属互连结构303中而增加线电阻的阻值，影响金属互连结构的电学性能；而且当掺杂的第一金属化合物层305为掺杂si的氮化铝层时，一方面掺杂si的工艺可以对非金属化合物层304进行si补充，增强最终形成的互连结构的电迁移寿命，另一方面，由于非金属化合物层304的阻挡，可以避免过量的硅原子扩散进入金属互连结构303中，从而进一步避免增加线电阻的阻值，影响金属互连结构的电学性能。

请参考图3c，在步骤s4中，可以通过原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积(pld)和分子束外延(mbe)中的至少一种工艺，在掺杂的第一金属化合物层305表面上形成未掺杂的第二金属化合物层306。其中，优选为通过原子层沉积形成所述未掺杂的第二金属化合物层306，从而通过控制循环周期实现所述掺杂的金属化合物层305膜层生长的均匀、规整和厚度精确控制，具体过程包括：

s41，以脉冲形式通入含有第二金属元素的第六前驱体，对所述掺杂的第一金属化合物层305的表面进行浸润和清洗处理，以形成含第二金属元素的界面层。第二金属元素选自铝(al)、铜(cu)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铝(al)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)和银(ag)中的至少一种。优选的，第二金属元素与第一金属元素相同，以使得最终形成的未掺杂的第二金属化合物层与掺杂的第一金属化合物层305的粘附性最大。

s42，以脉冲形式通入用于生成第二金属化合物的第七前驱体，对所述含第二金属元素的界面层进行表面处理，以形成未掺杂的第二金属化合物层306。第二金属化合物可以选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。此外还可以通入氩气、氦气等气体对未掺杂的第二金属化合物层306表面进行清洗处理，以去除表面吸附的多余的前驱体以及副产物。

s43，循环重复步骤s41至s42，直到形成的未掺杂的第二金属化合物层306厚度达到预定值。

本实施例中，第二金属元素为铝，第六前驱体为三甲铝(tma)、溴化铝等含铝气体，第二金属化合物为氮化铝，所述第七前驱体为包含氮气(n2)和氨气(nh3)、三甲胺等中的至少一种的含氮气体，未掺杂的第二金属化合物层306为氮化铝层。例如，以tma作为第六前驱体，以氮气(n2)和氨气(nh3)混合气体作为第七前驱体，请参考图4c，步骤s41的tma、s42中的n2/nh3交替送入反应腔室，tma与n等自由基反应生成氮化铝作为未掺杂的第二金属化合物层306。

未掺杂的第二金属化合物层306一方面其材质与下方的掺杂的第一金属化合物层305的材质相同或者接近，同时与后续形成的金属互连结构的材质比较接近，从而即可以与下方的掺杂的第一金属化合物层305之间具有较强的粘附性，又可以与后续形成的金属互连结构之间具有较强的粘附性，从而能够阻挡铜扩散，降低线电阻，提高电迁移性能，另一方面，可以作为后续金属互连结构形成工艺中的刻蚀停止层，与传统的刻蚀停止层相比其具有更好的刻蚀选择比。

当步骤s2至s4均通过原子层沉积工艺实现时，步骤s2至s4的过程中可以在同一个反应腔(chamber)按顺序完成，以节约工艺时间和设备成本。

请参考图3c，本发明还提供一种互连结构，包括：金属互连结构303以及依次覆盖在所述金属互连结构303表面上的非金属化合物层304、掺杂的第一金属化合物层305以及未掺杂的第二金属化合物层306。

本实施例中，金属互连结构303形成在半导体衬底300表面上的介质层的开口中，介质层为多层叠层结构，包括依次形成在所述半导体衬底300表面上的刻蚀停止层301和电介质层302；其中，所述刻蚀停止层301的材料选自碳氮化硅(sicn)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)、碳硼化硅(sibc)、硅硼碳氧(sibco)、硅硼碳氮(sibcn)、碳氮化锗(gecn)、氮化锗(gen)、碳化锗(gec)、碳硼化锗(gebc)、锗硼碳氧(sibco)、锗硼碳氮(sibcn)中的至少一种。所述电介质层302的材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料(相对介电常数低于3.9但大于等于2.2的介质材料)或超低k材料(相对介电常数低于2.2但大于0的介质材料)中的至少一种。低k材料例如为sicoh(掺c非晶玻璃材料)、fsg(掺氟的二氧化硅)、bsg(掺硼的二氧化硅)、psg(掺磷的二氧化硅)或bpsg(掺硼磷的二氧化硅)。所述超低k材料多为多孔材料。所述电介质层302的材料优选为低k材料或超低k材料，由此可以降低金属互连结构的rc延迟。

所述金属互连结构303位于所述介质层的开口中，且所述金属互连结构303的上表面不低于电介质层302的上表面，所述金属互连结构303包括依次覆盖在介质层开口内壁上的扩散阻挡层3031和铜金属层3032，扩散阻挡层3031选材包括钽(ta)、氮化钽(tan)、钛(ti)、氮化钛(tin)、氮化钛硅(tisin)、氮化钽硅(tasin)、钌(ru)、氮化钌(run)、钨(w)、碳化钨(wc)和氮化钨(wn)中的至少一种。

所述非金属化合物层304覆盖在所述电介质层302和所述金属互连结构303表面上，其选材包括碳氮化硅(sicn)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)、碳硼化硅(sibc)、硅硼碳氧(sibco)、硅硼碳氮(sibcn)、碳氮化锗(gecn)、氮化锗(gen)、碳化锗(gec)、碳硼化锗(gebc)、锗硼碳氧(sibco)、锗硼碳氮(sibcn)中的至少一种。

所述掺杂的第一金属化合物层305覆盖在所述非金属化合物层304表面上，其中的掺杂元素包括硅(si)、碳(c)、硼(b)、锗(ge)中的至少一种，掺杂的第一金属化合物层305中含有由第一金属元素形成的第一金属化合物，所述第一金属化合物选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种，所述第一金属元素选自铝(al)、铜(cu)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铝(al)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)和银(ag)中的至少一种。

所述未掺杂的第二金属化合物层306覆盖在所述掺杂的第一金属化合物层305表面上，未掺杂的第二金属化合物层306中含有由第二金属元素形成的第二金属化合物，第二金属化合物选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种，可以与第一金属化合物相同，所述第二金属元素选自铝(al)、铜(cu)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、锰(mn)、钛(ti)、铝(al)、铪(hf)、钽(ta)、钨(w)、钒(v)、钼(mo)、钯(pd)和银(ag)中的至少一种。

综上所述，本发明的互连结构及其制造方法，在金属互连结构表面上的非金属化合物层和未掺杂的第二金属化合物层之间增加一掺杂的第一金属化合物层，例如掺硅的氮化铝层，以此增强非金属化合物层和未掺杂的金属化合物层之间粘附力，进而阻挡互连结构中的金属扩散现象，避免在形成所述各个层的过程中出现位于所述金属互连结构层顶部的小丘状凸起，获得较低的线电阻和良好的电迁移性能，提高互连结构的可靠性，进而提高整个集成电路可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。