[发明专利]金属互连线及其形成方法

说明书

本发明提供了一种金属互连线及其形成方法。金属互连线的金属扩散阻挡层包括掺锰的钌薄膜层，由于锰离子趋于向膜层的空隙或晶界扩散，从而可有效减少金属扩散阻挡层中空隙和晶界的数量，相应的阻断了金属层中金属离子的扩散通道，有利于提高金属扩散阻挡层对金属离子的阻挡性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种金属互连线及其形成方法。

背景技术

半导体芯片中，高效率、高密度集成电路的元件数量上升到几千万个，这些数量庞大的有源元件的信号集成需要通过金属互连线实现。目前的金属互连工艺中，在通孔中填充金属层之前，需要先在通孔的侧壁和底壁上形成金属扩散阻挡层，一方面用于防止金属扩散的作用，另一方面可增强金属与介质层的粘附性；以及，在填充金属层时，通常是先在通孔中形成金属籽晶层，从而可通过电镀工艺形成金属层。

随着器件尺寸的不断缩减(例如，半导体器件的特征尺寸达到7nm节点时)，金属扩散阻挡层和金属籽晶层也需要相应比例的缩小。然而，当金属扩散阻挡层减薄到一定厚度时，将会失去对金属扩散的有效阻挡能力；以及，籽晶层必须足够薄，这样才可以确保在高深宽比的通孔中形成金属层时不会出现顶部外悬结构，防止产生空洞，但是同时籽晶层又不能太薄。

由此，产生了能够直接电镀金属的金属扩散阻挡层，例如无铜籽晶工艺。在无铜籽晶工艺中，将钌(Ru)应用到金属扩散阻挡层中，以使铜能够直接电镀到金属散阻挡层上，如此能够有效简化工艺并节省成本。然而，目前的金属扩散阻挡层的性能仍存在不足，例如其阻挡性能还需进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属互连线，以改善金属互连线中金属扩散阻挡层的阻挡性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属互连线，包括：

衬底，所述衬底上形成有至少一个通孔；

金属扩散阻挡层，形成在所述通孔的侧壁和底壁上，所述金属扩散阻挡层包括掺锰的钌薄膜层，所述掺锰的钌薄膜层中掺杂有锰离子；以及，

金属层，填充所述通孔并形成在所述金属扩散阻挡层上。

可选的，所述金属扩散阻挡层还包括：

非掺杂的氮化钽层，覆盖所述通孔的侧壁和底壁，所述掺锰的钌薄膜层形成在所述非掺杂的氮化钽层上。

可选的，所述金属扩散阻挡层还包括：

非掺杂的钌薄膜层，形成在所述掺锰的钌薄膜层上，所述金属层形成在所述非掺杂的钌薄膜层上。

可选的，所述金属扩散阻挡层还包括：

掺锰的氮化钽层，形成在所述非掺杂的氮化钽层上，所述掺锰的钌薄膜层覆盖所述掺锰的氮化钽层。

可选的，所述金属层的材质包括铜。

本发明的又一目的在于，提供一种金属互连线的形成方法，包括：

提供一衬底，所述衬底中形成有至少一个通孔；

在所述通孔的侧壁和底壁上形成金属扩散阻挡层，所述金属扩散阻挡层包括掺锰的钌薄膜层，所述掺锰的钌薄膜层中掺杂有锰离子；以及，

在所述通孔中填充金属层，所述金属层形成在所述金属扩散阻挡层上。

可选的，所述金属扩散阻挡层还包括非掺杂的氮化钽层，所述非掺杂的氮化钽层形成在所述通孔的侧壁和底壁上，所述掺锰的钌薄膜层形成在所述非掺杂的氮化钽层上。

可选的，所述金属扩散阻挡层还包括非掺杂的钌薄膜层，所述非掺杂的钌薄膜层覆盖所述掺锰的钌薄膜层。