[发明专利]一种利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路工艺领域，涉及一种制造低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法，具体涉及一种利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法。

背景技术

与铝相比，铜（Cu）的电阻率小，抗电迁移能力强，应力特征也远好于铝，因此在高性能的CMOS（互补金属氧化物半导体）微处理器中，与低介电常数介质层相结合的铜互连技术逐步代替了铝互连技术。然而由于易氧化、易扩散的缺点，铜在硅（Si）及其氧化物以及大部分介质层中的扩散相当快。铜一旦进入器件即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，使得器件的性能退化甚至失效。防止铜扩散的有效途径是在铜与介质之间增加一扩散阻挡层,阻挡层要求在一定的高温条件下能有效阻止铜的扩散，而且与铜及介质层有良好的粘附性及较小的接触电阻。近年来，难熔金属及其氮化物特别是钽和氮化钽（Ta/TaN）双层阻挡层由于具有较好的阻挡性能和热稳定性能而受到了广泛的关注。

由于器件尺寸的不断缩小以及与之相伴的接触孔直径和互连线线宽的减小，铜扩散阻挡层已经越来越成为导体本身的一部分。在32纳米技术节点之后，铜扩散阻挡层本身的电阻率已成为越来越重要的一个参数，对于常用的Ta/TaN双层阻挡层，这就要求TaN阻挡层的厚度要足够薄，并且Ta阻挡层的阻值要尽量的低。Ta具有两种晶体结构，体心立方结构的α相钽（α-Ta）和四方体结构的β相钽（β-Ta）。β-Ta的电阻率较高（>200μΩ·cm）,温度系数较低；而α-Ta的电阻率较低（薄膜为30 μΩ ·cm），温度系数较高，因此α-Ta更有希望作为铜互连中的扩散阻挡层。     

没有中间的TaN层时，在氧化硅（SiO₂）或含碳氧化硅（SiOCH）等基底上生长出来的是高电阻率的β-Ta。相比之下，在生长Ta之前先淀积一层足够厚的TaN层时，生长得到的Ta层就是低电阻率的α-Ta。然而，TaN层厚度增加的同时也增加了阻挡层的电阻。实验发现，低电阻率的 α-Ta更容易生长于氮含量丰富的TaN层之上。目前，通常通过调整TaN层生长过程中的工艺参数来调整TaN层中的氮的含量，以得到低阻的α-Ta，然后该方法难以操作也难以控制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的制备低阻α-Ta和TaN双层阻挡层的方法，以克服目前低阻α-Ta和TaN双层阻挡层的制备方法的不足。

本发明所提供的一种利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法，包括：

在提供的半导体基底上生长氮化钽阻挡层；

用含氮的等离子体对所形成的氮化钽阻挡层进行处理；

在所述氮化钽阻挡层之上生长钽阻挡层,所得到的钽阻挡层和氮化钽阻挡层构成双层阻挡层结构。

如上所述的利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法，所述的用含氮的等离子体对氮化钽阻挡层进行处理是将生长氮化钽阻挡层后的半导体基底放入反应设备中,并向反应设备中通入含氮气体,然后利用直流放电或者交流放电的方法得到含氮的等离子体对氮化钽阻挡层进行处理。

如上所述的利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法，所述的含氮气体为氨气、一氧化二氮、三氟化氮中的一种。

如上所述的利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法，所述的用含氮的等离子体对氮化钽阻挡层进行处理的时间为1-30分钟。

由于α-Ta更容易生长于氮含量丰富的氮化钽层之上，本发明通过用含氮的等离子体对氮化钽层进行处理，可以显著得提升氮化钽层中的氮含量，从而可以在氮化钽层较薄的情况下生长得到低电阻率的α-Ta，以达到制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的目的。相比于传统的通过调整氮化钽生长过程中的工艺参数来调整氮化钽层中的氮含量，本发明所提出的通过用含氮的等离子体对氮化钽层进行处理来提升氮化钽层中的氮含量的整个过程更易操作也更容易控制。

附图说明

图1为本发明所提出的利用含氮的等离子体对氮化钽阻挡层进行处理的示意图。

图2-图4为本发明所提出的利用含氮的等离子体制备低阻钽和氮化钽双层阻挡层的方法的一个实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。