金属互连结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种金属互连结构，所述金属互连结构包括：半导体基底；位于所述半导体基底上的铜互连线；位于所述铜互连线上的连接层，所述连接层含碳、硼和铝；以及位于所述连接层上的低K介质层。在此，通过连接层连接铜互连线和低K介质层，利用含碳、硼和铝的连接层的耐腐蚀性、抗热性、抗氧化性，以及与铜互连线和低K介质层都能很好粘合的性能，提高了低K介质层与铜互连线之间的连接可靠性，从而提高了生产良率、降低了制造成本。
【专利说明】金属互连结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及集成电路【技术领域】，特别涉及一种金属互连结构。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路的制造向超大规模集成电路（ULSI)发展，其内部的电路密度越来越 大，所含元件数量不断增加，使得晶片的表面无法提供足够的面积来制造所需的互连线。为 了配合元件缩小后所增加的互连线需求，利用配线槽及通孔实现的两层以上的多层金属互 连线的设计，成为超大规模集成电路技术所必须采用的方法。
[0003] 传统的金属互连线是由铝金属制造实现的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸 的不断缩小，金属互连线中的电流密度不断增大，响应时间不断缩短，传统铝互连线已达到 了工艺极限。当工艺尺寸小于130nm以后，传统的铝互连线技术已逐渐被铜互连线技术所 取代。与铝互连线相比，铜互连线中由于铜金属的电阻率更低、电迁移寿命更长，从而可以 降低互连线的RC延迟、改善电迁移等引起的可靠性问题。
[0004] 随着集成电路工艺的进一步发展，电路密度进一步增大，金属互连线带来的寄生 电容已经成为限制半导体电路速度的主要因素。为了减少金属互连线之间的寄生电容，低 介电常数绝缘材料被用作隔离金属互连线之间的介质层，该作为介质层的低介电常数绝缘 材料被称为低κ介质层。其中，K表不介电系数，高和低是相对于二氧化娃的介电系数而言 的，所述二氧化硅的介电系数通常为3. 9。
[0005] 低K介质层能够很好地减少铜互连线之间的寄生电容，但是其与铜互连线的连接 可靠性也成了一个突出的问题。特别的，现有技术中，较常用的低K介质层由掺碳的氮化硅 (NDC)材料形成，此种材料介电系数较低，能够很好地减少铜互连线之间的寄生电容。但是， NDC层与铜互连线的连接可靠性不高，在芯片封装等过程中，经常发生NDC层与铜互连线崩 裂的问题，由此将造成所形成的芯片不合格，降低生产良率、提高制造成本。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种金属互连结构，以解决利用现有的低K介质层与 铜互连线之间的连接可靠性不高，特别的，所述低K介质层为NDC层时尤其突出，在芯片封 装等过程中，经常发生NDC层与铜互连线崩裂的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种金属互连结构，所述金属互连结构包 括：半导体基底；位于所述半导体基底上的铜互连线；位于所述铜互连线上的连接层，所述 连接层含碳、硼和铝；以及位于所述连接层上的低K介质层。
[0008] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述连接层的厚度为10埃?1000埃。
[0009] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述连接层为碳硼化铝层。
[0010] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述连接层还含氢。
[0011] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述低K介质层为NDC层。
[0012] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述NDC层的厚度为10埃?1000埃。
[0013] 可选的，在所述的金属互连结构中，还包括位于所述半导体基底上的绝缘层，所述 铜互连线位于所述绝缘层中。
[0014] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述绝缘层为氮化硅层或者二氧化硅层。
[0015] 可选的，在所述的金属互连结构中，所述半导体基底中形成有M0S晶体管。
[0016] 在本实用新型提供的金属互连结构中，通过连接层连接铜互连线和低K介质层， 利用含碳、硼和铝的连接层的耐腐蚀性、抗热性、抗氧化性，以及与铜互连线和低K介质层 都能很好粘合的性能，提高了低K介质层与铜互连线之间的连接可靠性，从而提高了生产 良率、降低了制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1?图6是本实用新型的金属互连结构的形成过程示意图。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的金属互连结构作进一步详细说 明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均 采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实 施例的目的。
[0019] 本申请的核心思想在于，通过连接层连接铜互连线和低K介质层，利用含碳、硼和 铝的连接层的耐腐蚀性、抗热性、抗氧化性，以及与铜互连线和低K介质层都能很好粘合的 性能，提高了低K介质层与铜互连线之间的连接可靠性，从而提高了生产良率、降低了制造 成本。
[0020] 具体的，请参考图6,在本申请实施例中，所述金属互连结构包括：半导体基底10 ; 位于所述半导体基底10上的铜互连线13 ;位于所述铜互连线13上的连接层14,所述连接 层14含碳、硼和铝；以及位于所述连接层14上的低K介质层15。
[0021] 在本申请实施例中，所述连接层14为碳硼化铝层，所述连接层14的厚度为10 埃?1000埃。所述低K介质层15为NDC层，所述NDC层的厚度为10埃?1000埃。
[0022] 接下去，将结合所述金属互连结构的形成过程对所述金属互连结构做进一步描 述，具体的，请参考图1?图6。
[0023] 如图1所示，提供半导体基底10,在本申请实施例中，所述半导体基底10可以包括 硅衬底或者锗硅衬底，并且，进一步的，所述硅衬底或者锗硅衬底上形成有M0S晶体管等半 导体元件。
[0024] 接着，如图2所示，在所述半导体基底10上形成绝缘层11。在本申请实施例中，所 述绝缘层11为氮化硅层或者二氧化硅层。在本申请其他实施例中，所述绝缘层11也可以为 多层结构，例如包括NDC层、氮化硅层以及PET0S层等等。优选的，所述绝缘层11的厚度为 1000埃?6000埃，例如，所述绝缘层11的厚度为1000埃、1500埃、2000埃、3500埃、4500 埃、5000埃、5500埃或者6000埃等。在本申请实施例中，所述绝缘层11通过化学气相沉积 (CVD)工艺形成。进一步的，所述绝缘层11可以通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD) 工艺形成。
[0025] 接着，如图3所示，在所述绝缘层11中形成通孔12。根据所要形成的铜互连线的 数量，所述通孔12的数量可以是一个或者多个。进一步的，根据所连接的半导体元件的位 置不同，所述通孔12还可以有不同的形状。在本申请实施例中，仅示意性的示出了两个相 同形状的通孔12。优选的，所述通孔12通过湿法刻蚀工艺形成，例如通过HF、H2S04、H202、 H3P04及其混合液等。
[0026] 接着，如图4所示，在所述通孔12中形成铜互连线13。具体的，首先，可通过物理 气相沉积（PVD)工艺形成铜互连材料层，所述铜互连材料层覆盖所述绝缘层11并填充通孔 12 ;接着，对所述铜互连材料层执行化学机械研磨（CMP)工艺，从而在所述通孔12中形成铜 互连线13。即所述铜互连线13位于所述绝缘层11中。
[0027] 接着，如图5所示，形成连接层14,所述连接层14含碳、硼和铝，所述连接层14覆 盖所述铜互连线13以及绝缘层11。优选的，所述连接层14的厚度为10埃?1000埃，例如 所述连接层14的厚度为10埃、50埃、100埃、200埃、35埃、500埃、650埃、800埃、900埃或 者1000埃等。
[0028] 在本申请实施例中，所述连接层14为碳硼化铝（A18B4C7)层。具体的，所述碳硼 化铝（A18B4C7)层可通过A14C3和B4C形成。优选的，形成所述碳硼化铝（A18B4C7)层的工 艺温度为 1600°C?2000°C，例如为 1600°C、1650°C、1700°C、1800°C、1900°C或者 2000°C等。
[0029] 在本申请的其他实施例中，所述连接层14还可含氢，即所述连接层14为 BxAlyCzHw层。具体的，所述BxAlyCzHw层可通过B2H6和A1R3 (其中，R为有机物）在等离 子体工艺下形成。
[0030] 最后，如图6所示，在所述连接层14上形成低K介质层15。在本申请实施例中，所 述低K介质层15为NDC层。优选的，所述NDC层的厚度为10埃?1000埃，例如，所述NDC 层的厚度为10埃、50埃、100埃、200埃、35埃、500埃、650埃、800埃、900埃或者1000埃等。 具体的，所述NDC层可通过化学气相沉积（CVD)工艺形成。进一步的，所述NDC层可以通过 等离子体增强化学气相沉积（PECVD)工艺形成。
[0031] 综上可见，在本实用新型实施例提供的金属互连结构中，通过连接层连接铜互连 线和低K介质层，利用含碳、硼和铝的连接层的耐腐蚀性、抗热性、抗氧化性，以及与铜互连 线和低K介质层都能很好粘合的性能，提高了低K介质层与铜互连线之间的连接可靠性，从 而提高了生产良率、降低了制造成本。
[0032] 上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限 定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要 求书的保护范围。
【权利要求】
1. 一种金属互连结构，其特征在于，包括：半导体基底；位于所述半导体基底上的绝缘 层；位于所述绝缘层中的铜互连线；位于所述铜互连线上的连接层，所述连接层为碳硼化 铝层；以及位于所述连接层上的低K介质层。
2. 如权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述连接层的厚度为10埃?1000 埃。
3. 如权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述低K介质层为NDC层。
4. 如权利要求3所述的金属互连结构，其特征在于，所述NDC层的厚度为10埃?1000 埃。
5. 如权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述绝缘层为氮化硅层或者二氧 化娃层。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的金属互连结构，其特征在于，所述半导体基底中形 成有MOS晶体管。
【文档编号】H01L23/538GK203895443SQ201420103780
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】周鸣 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司