[发明专利]包含α-Ta层的扩散阻挡层的制备方法以及复合扩散阻挡层

说明书

本发明提供了一种包含α‑Ta层的扩散阻挡层的制备方法，首先形成TaN层，并对TaN层进行惰性气体等离子体处理，然后在经惰性气体等离子体处理后的TaN层表面沉积Ta形成α‑Ta层。本发明还提供了一种铜互连的形成方法以及一种复合的扩散阻挡层。本发明的制备方法形成的扩散阻挡层包括TaN层以及低阻值的α‑Ta层，α相的Ta层能明显降低阻挡层的电阻值。本发明的制备方法以及铜互连方法可直接利用现有的装置，工艺简单，便于操作，易于工业化推广。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种包含α-Ta层的扩散阻挡层的制备方法及所得的复合扩散阻挡层，以及一种铜互连的形成方法。

背景技术

铜由于较小的电阻率以及较好的抗电子迁移能力，广泛应用于集成电路的金属互连工艺中。然而由于铜在介质中，如二氧化硅(SiO₂)、硅(Si)等，具有很强的扩散能力，因此需要在铜与介质中间加上扩散阻挡层。难熔金属特别是钽及其氮化物由于具有较好的阻挡性能和热稳定性而被广泛使用。

由于制程微缩，器件的尺寸不断缩小，互连布线的密度急剧增加，互连系统中电阻、电容带来的RC耦合寄生效应迅速增加，影响了器件的速度。随着线宽的逐渐减小，金属线的阻值也变的越来越大。难熔金属阻挡层由于要保持一定的厚度稳定其抗铜扩散性能，不能随着线宽同比例缩小，因此严重影响了金属线的阻值。

钽作为最为常见的铜的扩散阻挡层，具有两种晶体结构，体心立方结构稳定、低阻值的α相和四方体亚稳定相、高阻值的β相。对于一般的扩散阻挡层而言，β-Ta层的阻值约为180～220μΩ·cm，而α-Ta层的阻值仅为24～50μΩ·cm。

在目前的双大马士革工艺中，Ta作为铜的扩散阻挡层主要是利用PVD等技术进行沉积，得到的Ta薄膜主要是β相Ta，具有较高的阻值，由此增加了导线的阻值，增加了RC延迟，影响器件性能。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种包含α-Ta层的扩散阻挡层的制备方法，其制备形成的Ta层中为低阻值的α相Ta。

本发明的另一目的是提供一种铜互连的形成方法。

本发明的另一目的是提供一种复合扩散阻挡层以及一种半导体器件。

本发明提供的包含α-Ta层的扩散阻挡层的制备方法中，包括以下步骤：

S1：形成TaN层，并对所述TaN层进行惰性气体等离子体处理；以及

S2：在经惰性气体等离子体处理后的所述TaN层表面沉积Ta形成α-Ta层即得所述扩散阻挡层。

本发明提供的制备方法中，步骤S1所述的惰性气体等离子体为等离子体化的氩气(Ar)或氪气(Kr)。

本发明提供的制备方法中，步骤S1所述的惰性气体等离子体处理中，处理时间为10～100s，射频能量为100～2000W，气体流量为10～100sccm。

本发明提供的制备方法中，步骤S1中形成的所述TaN层的厚度为5～30nm。

本发明提供的制备方法中，经惰性气体等离子体处理后的所述TaN层的厚度为3～25nm。

本发明提供的制备方法中，步骤S2所述的α-Ta层的厚度为5～30nm。

本发明提供的铜互连的形成方法包括以下步骤：

T1：在基底上制备具有互连沟槽的介质层，所述基底上的金属暴露于所述互连沟槽的底部；

T2：在所述互连沟槽的表面形成TaN层；

T3：对所述TaN层进行惰性气体等离子体处理；