[发明专利]一种半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种半导体器件及其制造方法，所述制造方法包括：提供半导体衬底，在半导体衬底上依次形成蚀刻停止层和低k介电层，并在低k介电层中形成铜金属互连层；沉积由两层以上材料构成的覆盖层，以覆盖铜互连层和低k介电层，其中，所述各层材料中的掺杂元素的含量呈梯次变化。根据本发明，可以有效抑制铜互连层中的铜的扩散行为，避免在形成覆盖层的过程中出现位于铜互连层顶部的小丘状隆起。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种实施铜互连工艺时在铜互连层上形成覆盖层的方法以及具有该覆盖层的半导体器件。

背景技术

对于半导体器件中的逻辑电路而言，铜互连层的层数达到数层乃至十数层。随着半导体器件特征尺寸的不断减小，各互连层之间的电容性串音的影响日益显著；为了解决电容性串音的问题，在各互连层之间布置低k介电层（其介电常数通常小于4.0）是一种很好的解决问题的方式。如图1A所示，在形成有前端器件的半导体衬底100上形成有自下而上层叠的蚀刻停止层101和低k介电层102，在低k介电层102中形成有与所述前端器件连通的铜互连结构103，在铜互连结构103中形成有铜互连层104。

在铜互连层104的上方可以形成连通其的另一铜互连层。形成所述另一铜互连层之前，如图1B所示，先在铜互连层104和低k介电层102上形成覆盖层105，以阻止铜互连层104中的铜向与其连通的另一铜互连层所在的另一低k介电层的扩散，同时作为后续蚀刻所述另一低k介电层以在其中形成用于填充所述另一铜互连层的另一铜互连结构时的蚀刻停止层。为了有效抑制铜互连层104中的铜向与其连通的另一铜互连层所在的另一低k介电层的扩散，覆盖层105的材料优选SiCN。形成SiCN的工艺优选等离子体化学气相沉积工艺，其源气体为四甲基硅烷/三甲基硅烷、氨气和氮气，载气为氦气。在上述沉积过程中，由于氨气和氮气的存在（其流量均为某一恒定值），铜互连层104的顶部会形成化合物CuN_x，CuN_x中的处于电离态的铜具有较低的活化能，因而易于扩散，进而导致铜互连层104的顶部出现小丘状的隆起，不利于覆盖层105的形成。

因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。

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依次形成蚀刻停止层和低k介电层，并在所述低k介电层中形成铜互连层；沉积由两层以上材料构成的覆盖层，以覆盖所述铜互连层和所述低k介电层，其中，所述各层材料中的掺杂元素的含量呈梯次变化。

进一步，采用等离子体化学气相沉积工艺实施所述沉积。

进一步，所述沉积的源气体为四甲基硅烷/三甲基硅烷、三甲基硼、氨气和氮气，载气为氦气。

进一步，所述沉积的工艺参数为：所述四甲基硅烷/三甲基硅烷的流量为位于200-5000sccm的范围中的预设值恒定不变，所述三甲基硼的流量为从位于200-5000sccm的范围中的预设值起逐渐减小至零，所述氨气的流量为从零开始逐渐增大至位于500-10000sccm的范围中的预设值，所述氮气的流量为从零开始逐渐增大至位于500-10000sccm的范围中的预设值，所述氦气的流量为位于500-10000sccm的范围中的预设值恒定不变，高频功率为300-3000W，低频功率为300-3000W，压力为1mTorr-100Torr，温度为200-450℃。

进一步，所述三甲基硼的流量为从位于200-5000sccm的范围中的预设值起线性减小至零，所述氨气的流量为从零开始线性增大至位于500-10000sccm的范围中的预设值，所述氮气的流量为从零开始线性增大至位于500-10000sccm的范围中的预设值。

进一步，所述覆盖层由三层材料构成，所述三层材料为自下而上层叠的SiBC层、SiBCN层和SiCN层。