[发明专利]互连层、其制作方法及半导体器件

说明书

本申请公开了一种互连层、其制作方法及半导体器件。其中，互连层的制作方法包括：在衬底上形成具有通孔的介质层，并在通孔中填充形成金属填充部，以及在介质层和金属填充部上形成阻挡层的步骤，其中在形成阻挡层的步骤之前，还包括对金属填充部进行表面处理的步骤，该步骤包括：对金属填充部进行Si掺杂处理，以在金属填充部的表面形成Si掺杂区；以及对金属填充部表面的Si掺杂区进行离子轰击处理。该制作方法在金属填充部上形成了具有Si悬挂键的粗糙表面，从而使得金属填充部与阻挡层之间的结合更加紧密，进而提高了金属填充部和阻挡层之间的粘结力，提高了互连层的可靠性。

技术领域

本申请涉及半导体集成电路技术领域，具体而言，涉及一种互连层、其制作方法及半导体器件。

背景技术

随着超大规模集成电路的发展，集成电路金属互连层的RC延迟成为制约集成电路速度进一步提高的主要因素。采用Cu/低K介质层取代传统的Al/SiO₂系统可使集成电路性能大幅提高。然而由于Cu在介质层中的扩散速度相当快，且Cu一旦进入器件结构中即形成深能级杂质，对器件中的载流子具有很强的陷阱效应，从而造成器件性能退化甚至失效。因此，需要在Cu与互连介质层之间需要增加一个阻挡层，来阻止Cu的扩散。现有的阻挡层材料主要为氧化硅、氮化硅和氮氧硅等。

现有互连层通常包括低K介质层，设置于低K介质层中的Cu（金属）填充部，以及设置在低K介质层和Cu填充部上的阻挡层。在上述互连层中，Cu填充部与阻挡层之间的粘结强度较差，导致Cu填充部与阻挡层之间容易产生分层，进而影响器件的稳定性。目前，技术人员主要通过改善阻挡层的制备工艺以提高Cu填充部和阻挡层之间的粘结力。然而，上述方法并不能完全解决Cu填充部与阻挡层之间的粘结强度较差以及两者之间容易产生分层的问题。

在公开号为102364672A的中国发明专利中公开了一种改善阻挡层与Cu填充部的粘结性能的方法。该方法包括以下步骤：提供具有Cu填充部的半导体基底；然后，在Cu填充部上沉积氮化硅阻挡层，以增加阻挡层和Cu填充部之间的粘结力；接下来，在氮化硅阻挡层上沉积碳化硅阻挡层，以降低整个阻挡层的介电常数。该方法通过在碳化硅阻挡层和Cu填充部之间增加了具有较高粘结力的氮化硅，提高了Cu填充部和阻挡层之间的粘结力，然而其对Cu填充部和阻挡层之间粘结力的提高很有限。

相同的问题还存在于其他适用于作为填充部的金属材料与阻挡层之间，如何提高金属填充部与阻挡层之间粘结力已经成为本领域所需要研究的一个新课题。

发明内容

本申请旨在提供一种互连层、其制作方法及半导体器件的制作方法，以解决现有技术中存在的金属填充部与阻挡层之间的粘结强度较差问题，进而提高互连层的可靠性。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种互连层的制作方法，包括在衬底上形成具有通孔的介质层，在通孔中填充形成金属填充部，以及在介质层和金属填充部上形成阻挡层的步骤，其中在形成阻挡层的步骤之前，还包括对金属填充部进行表面处理的步骤，且对金属填充部进行表面处理的步骤包括：对金属填充部进行Si掺杂处理，以在金属填充部的表面形成Si掺杂区；对金属填充部表面的Si掺杂区进行离子轰击处理。

进一步地，在本申请上述的互连层的制作方法，对金属填充部进行Si掺杂处理的步骤中，形成Si等离子体的反应气体为有机硅烷，有机硅烷选自四氢化硅、三甲基硅烷和四甲基硅烷中的一种或多种。

进一步地，在本申请上述的互连层的制作方法，对金属填充部进行Si掺杂处理步骤中，溅射功率为100～2000w，有机硅烷的流量为50～1000sccm，腔内压力为0.1～10torr。

进一步地，在本申请上述的互连层的制作方法中，离子轰击处理步骤中，离子轰击气体选自Ar、He或N₂中的任一种。