专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，特别涉及具有扩散阻碍层的半导体器件及其制 造方法。
背景技术：
通常，用金属互连将半导体器件中的器件电性互连。铝(Al)、铝合金 和钨常用作金属互连的材料。然而，由于半导体器件高度集成，所以此类金属因其低熔点和高特性阻 抗的特点而难以利用。铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钴(Co)、铬(Cr) 和镍(Ni)都具有优良的导电性并可用作金属互连的材料。尤其是铜和铜合 金，其具有低特性阻抗、优良的电子迁移(electron migration, EM)和应力迁 移(stress migration, SM)的可靠性，而且制造成本低，因此得到了广泛应用。使用铜的金属互连件通常是用镶嵌工艺制造的。镶嵌工艺通过光处理工 艺和蚀刻工艺在绝缘层中形成沟槽，然后在该沟槽中填充导电材料，如钨、 铝或铜。然后，通过回蚀(etch-back)或化学机械抛光除去大部分导电材料， 保留所需互连部分，从而形成具有与该沟槽对应的形状的互连件。但是，铜不适合于干法蚀刻工艺而且不易附着于Si02。铜具有低热动力 学稳定性(thermo-dynamical stability)和低抗腐蚀能力。另外，铜可用作扩 散入硅中的深层掺杂剂从而在带隙中产生受体和供体状态，因此导致漏电流 或器件的故障。所以，本领域需要一种能够用于铜的有效扩散阻碍层。发明内容本发明的实施例提供一种半导体器件，其中将非结晶层用作扩散阻碍件 来避免铜的扩散，从而提高半导体的性能。根据一个实施例，提供一种半导体器件，该半导体器件包括半导体衬
底；层间介电层，形成于该半导体衬底上，具有镶嵌图案；扩散阻碍件，形 成于该镶嵌图案中，并且由三价材料，例如CoFeB制成；籽晶层，形成于该 扩散阻碍件上；以及铜互连件，形成于该籽晶层上。根据一个实施例，提供一种半导体器件的制造方法，包括在半导体衬 底上形成层间介电层，并在该层间介电层中形成镶嵌图案；在该层间介电层 上以预定厚度沉积三价材料例如CoFeB，从而形成扩散阻碍件；在该扩散阻 碍件上沉积籽晶层；以及在镶嵌图案中填充铜互连件。本发明的上述以及其他目的和特征将在以下的详细说明中伴随附图进 一步清晰。
图1为CoFeB的强度和角度关系的曲线图。图2为无退火的情况下CoFeB的强度和溅射时间关系的曲线图。图3为20(TC铜退火的情况下CoFeB的强度和溅射时间关系的曲线图。图4到图8为根据本发明实施例的半导体器件的制造方法的截面图。具体实施例以下参照附图详细解释本发明实施例。图1到图3为强度和角度或溅射时间曲线图。这些图对应于具有钽(Ta) 层、第一铜层、IrMn层、第二铜层和CoFeB层的半导体器件。所述钽层、 第一铜层、IrMn层、第二铜层和CoFeB层分别沉积到50A、 20A、 100A、 6A和100A。然后从CoFeB层进行溅射。参照图l，溅射粒子的强度取决于溅射角度。在图1的曲线中示出，每种材料由于其特性而在一个预定角度有一个顶 点。因此可确定，当对CoFeB层进行溅射时，如果在某个时刻出现了由于 CoFeB的特性产生的顶点，则CoFeB具有晶体结构。此外，如果在特定角 度并未出现由于CoFeB特性产生的顶点，则CoFeB具有非结晶结构。如图1所示，在介于大约44度与大约46度之间的溅射角度具有强度顶 点不是出自CoFe自身的特性。因此，CoFeB是一种具有非结晶结构的三价 材料。
此处，在大约41度处出现了由于IrMn的特性产生的强度顶点。在钽、铜、IrMn、铜和CoFeB堆叠的结构中，溅射依CoFeB、铜、IrMn、 铜和钽的顺序进行。通过确认观察到的铜仅在预定时区随溅射时间增加，该 结构帮助确定能否避免铜的扩散。如图2所示，形成该堆叠结构后，在溅射进行大约1.6分钟之后出现了 一个顶点，在大约2.25分钟的溅射时间之后出现了另一顶点。在首次溅射后0.5分钟内，溅射铁和钴，并极弱地溅射铜。所以，铜的 扩散被CoFeB所抑制。基于这些测试，可见非结晶三价材料可针对铜提供改 善的扩散阻碍件。在一个实施例中，将CoFeB用作铜的扩散阻碍件。在另一 实施例中，将作为非结晶三价材料的CoFeN用作铜的扩散阻碍件。在一个实施例中，本发明提供利用诸如CoFeB之类三价材料作为扩散阻 碍层的半导体器件的制造方法。参照图4，在一个实施例中，第一层间介电层2和第二层间介电层3堆 叠在半导体衬底l上，该衬底具有器件电极或导电层构成的层。然后，针对 第一层间介电层2和第二层间介电层3进行光处理工艺和蚀刻工艺，从而形 成镶嵌图案10。在进一步的实施例中，可在第一层间介电层2与半导体衬底 1之间形成第一蚀刻阻止层，当蚀刻第一层间介电层2时该第一蚀刻阻止层 用作蚀刻停止点。第一蚀刻阻止层可直接在半导体衬底1上形成。在第一层 间介电层2上，可在第一层间介电层2与第二层间介电层3之间形成第二蚀 刻阻止层。在某些实施例中，第二蚀刻阻止层可使用等离子体增强型CVD (PECVD)设备形成为氮化物层(SiN)。参照图5，在一个实施例中，扩散阻碍件4形成于所形成的镶嵌图案10 所暴露的部分。扩散阻碍件4帮助避免铜从镶嵌图案10中的铜互连件扩散 进入层间介电层2和3。扩散阻碍件4可通过物理气相沉积(PVD)法沉积三价材料而形成。在 一个实施例中，三价材料为CoFeB。在另一实施例中，三价材料为CoFeN。 在众多实施例中使用CoFeB作为扩散阻碍件4， CoFeB的构成比例设定为 约30%到约70%范围内的钴(Co):约70%到约30%范围内的铁(Fe): 约5°/。到约10%范围内的硼(B)。扩散阻碍件4的厚度可为500A到1000A。为了达到加强半导体器件的层间连接的导电性的目的，在CoFeB中钴和
铁的构成比例与硼的构成比例高度相关。参照图6，可在扩散阻碍件4上形成籽晶层5。籽晶层5作用为向填充 在镶嵌图案10中的铜互连件稳定提供电子，从而加速铜互连件的生长。在 一个实施例中，可通过化学气相沉积(CVD)在籽晶层5上沉积铜。参照图7，在一个实施例中，通过电解铜电镀或化学气相沉积法在籽晶 层5上形成用于层间互连的铜，从而形成铜互连件7。当填充铜互连件时， 籽晶层5可扩散进入铜互连件7，同时加速铜的生长。参照图8，在一个实施例中，形成铜互连件7后，进行CMP工艺，从而 对铜互连件7的表面进行平坦化。在众多实施例中，用作扩散阻碍件4的材料为三价非结晶材料。非结晶 三价材料针对半导体器件中的铜扩散提供改善的阻碍。在一个实施例中，扩 散阻碍件4为CoFeB。在另一实施例中，扩散阻碍件为CoFeN。在本说明书中，任何涉及"一个实施例"、"一实施例"、"示范实施 例"等之处，都意味着所描述的与该实施例相关的特殊的特性、结构或特征 是包括在本发明的至少一个实施例中的。在本说明书中多处出现的此类描述 并非必然都指向相同的实施例。另外，当描述与任一实施例相关的特殊的特 性、结构或特征时，应理解成在本领域技术人员的能力范围内可使得该特性、 结构或特征与其他实施例相关地起作用。虽然己经参照多个实施例详细介绍本发明，但是本领域技术人员在本发 明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。特别是，在本发 明的说明书、附图和权利要求的公开范围之内能够进行各部件和/或部件组合 安排中的各种修改、等同替换、或改进。此外，本领域技术人员显然可对各 部件和/或部件组合安排作各种修改、等同替换、或改进。
权利要求
1.一种半导体器件，包括半导体衬底；层间介电层，在该半导体衬底上，具有镶嵌图案；扩散阻碍件，形成于镶嵌图案中，包括三价材料；籽晶层，形成于在该扩散阻碍件上；以及铜互连件，形成于该籽晶层上。
2. 如权利要求l所述的半导体器件，其特征在于，该扩散阻碍件包 括非结晶三价材料。
3. 如权利要求l所述的半导体器件，其特征在于，该扩散阻碍件包 括CoFeB。
4. 如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，钴在CoFeB的 构成比例中的百分比在大约30%到70%的范围内。
5. 如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，铁在CoFeB的 构成比例中的百分比为大约30%到70%的范围内。
6. 如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，硼在CoFeB的 构成比例中的百分比为大约5 %到10 %的范围内。
7. 如权利要求l所述的半导体器件，其特征在于，该扩散阻碍件包 括CoFeN。
8. 如权利要求l所述的半导体器件，其特征在于，该扩散阻碍的厚 度为大约500A到大约1000A。
9. 一种半导体器件的制造方法，包括 在半导体衬底上形成层间介电层； 在该层间介电层中形成镶嵌图案； 在该层间介电层上沉积三价材料以形成扩散阻碍件； 在该扩散阻碍件上沉积籽晶层；以及 将铜互连件填充到该镶嵌图案中。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，该扩散阻碍件包括非 结晶三价材料。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，该扩散阻碍件包括CoFeB。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，钴在CoFeB的构成 比例中的百分比在大约30%到70%的范围内。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，铁在CoFeB的构成 比例中的百分比为大约3 0%到70%的范围内。
14. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，硼在CoFeB的构成 比例中的百分比为大约5%到10%的范围内。
15. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，该扩散阻碍件包括 CoFeN。
16. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，该扩散阻碍件的厚度 为大约500A到ioooA。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件及半导体器件的制造方法。该半导体器件可包括半导体衬底；层间介电层，形成于该半导体衬底上，具有镶嵌图案；扩散阻碍件，形成于镶嵌图案中，且由三价材料制成；籽晶层，形成于该扩散阻碍上；以及铜互连件，形成于该籽晶层上。在一个实施例中，该三价材料为CoFeB。本发明将非结晶层用作扩散阻碍件来避免铜的扩散，提高了半导体器件的性能。
文档编号H01L21/768GK101118898SQ20071014373
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月2日 优先权日2006年8月3日
发明者朱星中 申请人:东部高科股份有限公司