互連介質層、其制作方法及包括其的半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及半導體集成電路制作技術領域，具體而言，涉及一種互連介質層、其制 作方法及包括其的半導體器件。
【背景技術】
[0002] 隨著超大規模集成電路的發展，集成電路金屬互連介質層的RC延遲及串擾成為 制約集成電路速度進一步提高的主要因素。采用Cu/低K介質取代傳統的AVSiO 2系統可 使集成電路性能大幅提高。然而由于Cu在Si及其氧化物以及大部分介質中的擴散速度相 當快，且Cu-旦進入器件結構中即形成深能級雜質，對器件中的載流子具有很強的陷阱效 應，從而造成器件性能退化甚至失效。
[0003] 因此，在Cu與互連介質層之間需要增加一個擴散阻擋層，來阻止Cu的擴散，且要 求阻擋層具有良好的熱穩定性，能夠與Cu及介質層形成良好的結合。現有的介質阻擋材料 主要為氧化硅、氮化硅和氮氧硅等。然而這些材料的阻擋作用較差，比如采用氮氧硅作為阻 擋層時，在450°C熱應力作用下便開始有Cu擴散穿過阻擋層并進入器件結構。
[0004] 碳化硅具有高致密性、高可靠性和化學穩定性等特征，已成為最有應用前景的阻 擋層材料。在互連介質層的制作過程中，在形成阻擋層之后，需要以有機硅烷和氧氣為反應 氣體，在阻擋層上形成互連材料。在形成互連材料的過程中，SiC阻擋層會被部分氧化生成 SiCO。在后續對互連層進行濕法清洗的過程中，SiCO很容易被清洗試劑腐蝕形成缺口，使 得導電金屬在阻擋層中產生橫向擴散，進而降低了互連介質層的隔離效果。
【發明內容】
[0005] 本申請旨在提供一種互連介質層、其制作方法及包括其的半導體器件，以解決現 有技術中存在的SiC阻擋層因后續工藝受到損傷的問題。
[0006] 為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種互連介質層，包括襯底， 以及依次設置于襯底上的阻擋層和介質層，阻擋層為一層或多層，其中至少一層阻擋層為N 摻雜SiC層形成的SiCN層。
[0007] 進一步地，在本申請上述的互連介質層中，互連介質層包括多層阻擋層時，N摻雜 SiC層形成的SiCN層靠近介質層一側設置。
[0008] 進一步地，在本申請上述的互連介質層中，互連介質層包括多層阻擋層時，各阻擋 層均為N摻雜SiC層形成的SiCN層。
[0009] 進一步地，在本申請上述的互連介質層中，在SiCN層中，N的摻雜量為IX IO18~ 2 X 1019atoms/cm3。
[0010] 進一步地，在本申請上述的互連介質層中，阻擋層為一層或多層，且阻擋層的總厚 度為與其相鄰的介質層總厚度的1/10~1/3。
[0011] 根據本申請的另一方面，提供了一種互連介質層的制作方法，包括提供襯底，以及 在襯底上依次形成阻擋層和介質層的步驟，形成阻擋層的步驟包括形成一層阻擋層或多層 阻擋層，其中至少一層阻擋層為SiCN層，且SiCN層的形成步驟為：形成SiC材料層；以及對 SiC材料層進行N摻雜處理形成SiCN層。
[0012] 進一步地，在本申請上述的互連介質層的制作方法中，互連介質層包括多層阻擋 層時，至少在靠近介質層一側形成一層SiC材料層，并對所述SiC材料層進行N摻雜處理形 成SiCN層。
[0013] 進一步地，在本申請上述的互連介質層的制作方法中，互連介質層包括多層阻擋 層，且各阻擋層均為SiCN層時，形成多層阻擋層的步驟包括：形成一層SiC材料層；對所形 成的SiC材料層進行N摻雜處理形成SiCN層；重復上述步驟，至形成多層阻擋層。
[0014] 進一步地，在本申請上述的互連介質層的制作方法中，氮摻雜處理采用NH3、N2和 N2H4中的一種或多種作為反應氣體。
[0015] 進一步地，在本申請上述的互連介質層的制作方法中，氮摻雜處理為等離子工藝， 氮摻雜處理步驟為：通入流量為100~2000sccm的反應氣體，控制反應室的壓力為0. 5~ IOtorr ;然后在濺射功率為100~3000W、反應室的溫度為300~400°C的條件下，對SiC材 料層進行氮摻雜處理5~60s。
[0016] 本申請還提供了一種半導體器件，包括襯底，設置于襯底上的器件區，設置于器件 區上的互連介質層，以及設置于互連介質層內的導電層，其中互連介質層為本申請提供的 互連介質層。
[0017] 應用本申請的技術方案，通過對SiC阻擋層進行氮摻雜處理，形成具有優良的抗 氧化性、抗腐蝕性和熱穩定性的SiCN層。因此，SiCN層不會被后續工藝中的清洗試劑腐蝕 形成缺口，避免了導電金屬在阻擋層中產生橫向擴散，提高了互連介質層的隔離效果。
【具體實施方式】
[0018] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本申請。
[0019] 需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式 也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0020] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構造上方"或"在其他器件或構造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構造下 方"或"在其他器件或構造之下"。因而，示例性術語"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)， 并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0021] 正如【背景技術】中所介紹的，在互連介質層的制備過程中存在SiC阻擋層因后續工 藝受到損傷，導致互連介質層的隔離效果降低的問題，本申請的發明人針對上述問題進行 研究，提供了一種互連介質層。該互連介質層包括襯底，以及依次設置于襯底上的阻擋層和 介質層，其中阻擋層為一層或多層，且至少一層阻擋層為N摻雜SiC層形成的SiCN層。
[0022] 本申請提供的上述互連介質層中，N摻雜不會改變SiC的晶體結構，所形成的SiCN 與SiC具有相同的晶體結構，比如六方晶格結構或立方晶格結構。同時，摻雜N原子會占據 SiC晶體結構中Si原子或C原子的位置，從而形成Si-N或C=N鍵。所形成的Si-N或C=N鍵 具有很高的化學鍵能，使得所形成的SiCN層具有優良的抗氧化性、抗腐蝕性和熱穩定性。 因此，具有上述結構的SiCN阻擋層不會被后續工藝中的清洗試劑腐蝕形成缺口，避免了導 電金屬在阻擋層中產生橫向擴散，提高了互連介質層的隔離效果。
[0023] 在本申請上述的互連介質層中，本領域的技術人員可以根據實際工藝需求設置互 連介質層中阻擋層的種類和層數。其中阻擋層可以為多層，比如1層，2層，3層。在這多層 阻擋層中各阻擋層的材料可以相同，也可以不同，例如可以選擇SiC、SiCN和Si 3N4中的一種 或多種。當互連介質層包括多層阻擋層時，在本申請的一種優選的實施方式中，N摻雜SiC 層形成的SiCN層靠近介質層一側設置。此時，靠近介質層一側的SiCN層能夠對位于其下 方的SiC層形成保護作用，避免SiC層被氧化。進而使得具有上述結構的阻擋層不會被后 續工藝中的清洗試劑腐蝕形成缺口，避免了導電金屬在阻擋層中產生橫向擴散，提高了互 連介質層的隔離效果。
[0024] 在本申請上述的互連介質層中，當互連介質層包括多層阻擋層時，又一種優選的 實施方式中，可以將各阻擋層均設置為N摻雜SiC層形成的SiCN層。此時，各個SiCN層之 間形成緊密的界面結合，使得具有上述結構的阻擋層的抗氧化效果最好。因此，有上述結構 的阻擋層更不會被后續工藝中的清洗試劑腐蝕形成缺口，避免了導電金屬在阻擋層中產生 橫向擴散，進一步提高了互連介質層的隔離效果。
[0025] 在本申請上述的互連介質層中，SiCN層中N的摻雜量與實際工藝條件有關，本領 域的技術人員可以根據具體工藝要求設置N的摻雜量。在本申請的一種優選實施方式中， SiCN層中N的摻雜量為I X IO18~2X 1019atoms/cm3。具有上述摻雜量的SiCN層的抗氧化 性能最好。假如SiCN層中N的摻雜量小于I X 1018atomS/cm3, SiCN層的抗氧化性能會降低。 假如SiCN層中N的摻雜量大于2X 1019atoms/cm3,摻雜N原子可能會導致SiCN層中產生過 多的缺陷，甚至使得SiCN層的晶體結構發生改變，進而降低SiCN層的抗氧化性能。
[0026] 在本申請上述的互連介質層中，本領域的技術人員可以根據導電金屬的類型和性 質，以及介質層的類型和性質等設置阻擋層的厚度。在本申請的一種優選實施