一种半导体器件及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。


背景技术：

2.在半导体制备工艺中，一般涉及到前端工艺、中端工艺以及后端工艺，后端工艺一般包括金属互连工艺。
3.如果采用铜作为金属互连线的材料，铜互连线会存在电迁移的现象。而在形成铜互连线的层间介质层与铜互连线上方的介质层之间，由于压差产生的浮动，两者连接的地方形成缝隙。此缝隙可以成为铜电迁移的路径，两个铜互连线之间形成铜桥，将会降低半导体器件的工作性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，用于防止铜互连线之间产生铜桥的情况，以保证半导体器件的工作性能。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
7.提供一基底，基底上具有多个第一沟槽；
8.在多个第一沟槽中形成铜互连线；
9.形成覆盖铜互连线以及基底的第一介质层；
10.对第一介质层和部分基底进行图案化处理，得到多个第二沟槽，每个第二沟槽位于相邻两个第一沟槽之间；
11.至少在第二沟槽中形成第二介质层。
12.与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制造方法中，在基底上的第一沟槽形成铜互连线后，在铜互连线与基底上形成第一介质层。通过在第一介质层与基底上形成第二沟槽，且该第二沟槽位于相邻两个第一沟槽之间，在该第二沟槽中形成第二介质层，可以将位于第一沟槽内的相邻铜互连线之间隔开，从而阻断了铜迁移的路径，防止铜桥的产生。基于此，本发明提供的半导体器件的制造方法可以防止半导体器件中铜桥的产生，以保证半导体器件的工作性能。
13.本发明还提供一种半导体器件，该半导体器件采用上述技术方案所述的半导体器件的制造方法制造。
14.与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的有益效果与上述技术方案所述半导体器件的制造方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1为现有技术中提供的一种半导体器件的结构示意图；
17.图2为本发明实施例中提供的一种半导体器件的结构示意图；
18.图3a至图3d为本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图；
19.图4a至图4b为本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图；
20.图5a至图5d为本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图；
21.图6a至图6b为本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图。
22.附图标记：
23.1-基底，101-衬底，102-层间介质层，
24.103-第一沟槽，2-铜互连线，201-铜桥，
25.202-铜迁移部，203-铜材料层，3-第一介质层，
26.4-第二介质层，5-第一光刻胶层， 6-第二光刻胶层，
27.7-第二沟槽。
具体实施方式
28.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
29.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
30.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
31.在制造半导体器件的过程中，通常包括后端工艺。后端工艺中一般涉及金属互连工艺，也就是说，通过金属互连工艺形成金属互连线，利用金属互连线实现半导体器件中的电信号传输。
32.目前，在半导体工艺中，半导体器件的尺寸逐渐微缩，基于铜的高电学性能，铜作为金属互连线的材料是目前的主流工艺。
33.随着半导体器件的尺寸的减小，其中铜互连线的工艺尺寸也在相应减小，同时铜互连线之间的间隔也在减小。而电迁移现象作为金属互连线技术中常出现的缺陷，在互连线条间隔变窄时，表现得更为突出。铜互连线出现电迁移现象时，会使互连线之间形成铜桥，造成短路。
34.图1示例出现有技术中提供的一种半导体器件的结构示意图。如图1所示，相关技术提供的半导体器件中，基底1所具有的层间介质层102上可以覆盖有第一介质层3。由于形成铜互连线2的层间介质层102与铜互连线2上方的第一介质层3采用不同的材料制作。层间介质层102与第一介质层3在半导体器件使用过程中或在器件制造工序中，两者之间的粘连性、受温度变化产生的热膨胀或机械应力等因素，会造成两者连接的地方产生压差。由于压差产生的浮动，层间介质层102与第一介质层3连接的地方会形成缝隙。此缝隙可以成为铜电迁移的路径，两个铜互连线2之间会形成铜桥201。
35.针对以上技术问题，本发明实施例提供一种半导体器件。图2示例出本发明实施例中提供的一种半导体器件的结构示意图。如图2所示，该半导体器件在每两个相邻的铜互连线2之间具有一个第二沟槽7(第二沟槽7未在图2中示出，可参考图6a)。上述第二沟槽7上填充有第二介质层4。由于第二沟槽7以及填充在第二沟槽7内的第二介质层4的存在，能够将两个相邻的第一沟槽103内的铜互连线(第一沟槽103未在图2中示出，可参考图3a)隔开。当然，两个相邻的第一沟槽103之间，还可以存在多个第二沟槽7，区别在于图形化形成第二沟槽7时的图形不同，但是实现的功能并无区别。
36.参见图2与图3a，为了便于描述，将半导体器件中的一层铜互连线可以理解为由多个铜互连线2连接形成，此时每一个铜互连线2所填充的沟槽定义为一个第一沟槽103，每两个第一沟槽103之间可以是连接，也可以是不连接。参见图2与图6a，同理两个第二沟槽7之间也可以是连接，也可以是不连接。而上述每两个相邻的铜互连线2之间可以是连接的，也可以是不连接的。一个第二沟槽7设置在上述两个相邻的铜互连线2不连接的位置。也可以理解为，第二沟槽7设置在铜桥201可能出现的位置。需要说明的是，图示的铜互连线2可以与衬底连接，也可以是不连接，图示中第一沟槽103并不一定完全贯通至衬底101上。
37.参见图2，基于此，位于在两个相邻的第一沟槽103的两个铜互连线2，能够被第二介质层4隔开。上述缝隙形成的电迁移的路径，可以被第二介质层4切断。因此该半导体器件能够防止铜互连线2的铜桥201的产生，保证自身的工作性能。该半导体器件在工作期间，即使出现电迁移现象，也会第二介质层4隔开，仅会产生出铜迁移部202。相邻的两个铜互连线2的铜迁移部202并不会连接形成图1所示的铜桥201。同时第二介质层4可以采用与层间介质层102相同的材料制成，此时，层间介质层102与第二介质层4连接的部分，并不会由于材料不同，在压差的作用下产生浮动。因此第二介质层4与层间介质层102之间并不会产生相关技术提供的半导体器件的缝隙。在相邻的两个铜互连线2之间不存在可以连通的缝隙的前提下，本发明实施例提供的半导体器件并不会出现上述铜桥201问题。
38.本发明实施例还提供一种半导体器件的制造方法，用于制造上述技术方案中的半导体器件。图3a至图3d示例出本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图。
39.如图3a所示，提供一基底1，基底1上具有多个第一沟槽103。上述基底1可以为体硅衬底101或绝缘体上硅衬底等常用的衬底，以及形成在衬底101上的层间介质层102。例如，可以采用化学气相沉积(chemical vapor deposition，缩写为cvd)、分子束外延(molecular beam epitaxy，缩写为mbe)等现有任意一种沉积工艺在衬底101的表面形成层间介质层102。如图3a所示，基底1可以至少具有层间介质层102，第一沟槽103形成在层间介质层102上。第一沟槽103的形成方法可以采用以下方式：
40.参见图3b，形成覆盖层间介质层102的第一光刻胶层5，光刻胶可以采用正性光刻胶。如可以采用曝光波长为365nm的正性光刻胶。
41.参见图3c，图形化第一光刻胶层5，形成第一沟槽103对应的第一图形。参见图3d，以第一图形为掩膜，刻蚀层间介质层102以形成第一沟槽103。完成刻蚀后去除剩余的第一光刻胶层5。
42.在实际中，上述层间介质层102可以为氮化硅或氧化硅。当层间介质层102为氮化硅时，可以利用干法刻蚀形成第一沟槽103，上述干法刻蚀的反应气体可以是由六氟化硫与氧气形成的混合气体。当层间介质层102为氧化硅时，可以利用干法刻蚀形成上述第一沟槽103，上述干法刻蚀的反应气体由氧气与碳氟化合物形成的混合气体。也可以采用湿法刻蚀上述第一沟槽103，上述湿法刻蚀的反应溶液可以由氢氟酸构成。
43.完成刻蚀后，在去除剩余的第一光刻胶层5时，可以采用1号液(氨水与过氧化氢的水溶液)和3号液(硫酸与过氧化氢的水溶液)对层间介质层102表面进行清洗。上述层间介质层102上形成第一沟槽103的方式，并不局限于上述成型方式，凡是能形成上述第一沟槽103即可。
44.图4a至图4b示例出本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图。
45.在多个第一沟槽103中形成铜互连线2，包括：
46.参见图4a，在第一沟槽103以及层间介质层102上淀积铜材料层203。铜材料层203形成可以包括自下而上层叠形成的阻挡层、铜种子层和铜导电层。其中，阻挡层的材料可以是钽、氮化钽、钛或氮化钛中的一种。形成阻挡层的工艺可以是物理气相沉积也可以是化学气相沉积。铜种子层的材料可以是铜钛合金或铜铬合金或铜中的一种。形成铜种子层的工艺可以是物理气相沉积。形成铜导电层的工艺可以是电镀。在形成上述阻挡层或铜种子层后，可以采用惰性气体的等离子体进行表面清洗，如采用氩气。
47.参见图4b，去除层间介质层102上的铜材料层203，得到铜互连线2。随后可以将半导体器件进行化学机械抛光，去除第一沟槽103以外的铜材料层203，形成铜互连线2。在进行化学机械抛光前，根据实际半导体器件的情况，可以进行退火处理。
48.图5a至图5d示例出本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图。如图5a所示，形成覆盖铜互连线2以及基底1的第一介质层3。第一介质层3可以为氮化硅或碳化硅或碳氮化硅，还可以为其他具有铜阻挡效果的其他介质层。第一介质层3为氮化硅时，可以采用化学气相沉积方式形成，其他材料的形成在此不进行累述，已实现第一介质层3的形成为准。
49.参见图5b至图5d，对第一介质层3和部分基底1进行图案化处理，得到多个第二沟槽7，每个第二沟槽7位于相邻两个第一沟槽103之间。上述对第一介质层3和部分基底1进行图案化处理，得到多个第二沟槽7，可以包括：
50.参见图5b，在第一介质层3上形成第二光刻胶层6，光刻胶可以采用正性光刻胶。如可以采用曝光波长为365nm的正性光刻胶。
51.参见图5c，光刻、显影第二光刻胶层6，以形成第二沟槽7对应的第二图形。
52.参见图5d，在第二图形的掩蔽下，刻蚀第一介质层3以及部分层间介质层102，得到第二沟槽7。其中第二沟槽7包括第三沟槽和第四沟槽。此时根据层间介质层102与第一介质层3采用的材料采用对应的刻蚀方式进行刻蚀。
53.在第二图形的掩蔽下，刻蚀第一介质层3以及部分层间介质层102，得到第二沟槽7，包括：
54.在第二图形的掩蔽下，刻蚀第一介质层3，得到第三沟槽。当第一介质层3为氮化硅时，氮化硅时，可以利用干法刻蚀形成第二沟槽7，上述干法刻蚀的反应气体可以是由硫化氟与氧气构成。
55.在第二图形的掩蔽下，刻蚀部分层间介质层102，得到第四沟槽。当层间介质层102为氧化硅时，可以利用干法刻蚀形成上述第二沟槽7，上述干法刻蚀的反应气体由氧气与碳氟化合物形成的混合气体。也可以采用湿法刻蚀形成上述第二沟槽7，上述湿法刻蚀的反应溶液可以由氢氟酸构成。
56.图6a至图6b示例出本发明实施例中提供的一种半导体器件的制造方法的过程图。至少在第二沟槽7中形成第二介质层4，其包括：
57.参见图6a，去除剩余的第二光刻胶层6。
58.参见图6b，至少形成填充第二沟槽7的第二介质层4。第二介质层4也可以覆盖第一介质层3。第二介质层4与层间介质层102采用相同材料，可以是氧化硅。第二介质层4可以采用化学气相沉积形成。
59.通过上述半导体器件的制造方法所制造出来的半导体器件如图6b所示，其中在半导体器件工作的时候，即使产生电迁移现象，也会如图2所示的，第二第二沟槽7中的第二介质层4会防止铜桥201的形成。
60.与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制造方法中，在基底1上的第一沟槽103形成铜互连线2后，在铜互连线2与基底1上形成第一介质层3。通过在第一介质层3与基底1上形成第二沟槽7，可以在铜互连线2之间形成第二介质层4。第二介质层4将可能产生铜桥201的两个铜互连线2之间隔开，从而阻断了铜电迁移的路径，防止铜桥201的产生。同时第二介质层4采用与层间介质层102相同的材料形成，两者的连接的部分并不会产生浮动，故不会产生缝隙，进而阻断了铜迁移的路径，进一步保证了半导体器件的工作性能。且位于第二沟槽7中的第二介质层4的底面，低于第一沟槽103的顶面，第二介质层7相对于铜互连线2可以形成类似阻断壁的构造，将相邻的两个铜互连线2隔断。
61.基于此，通过本发明提供的半导体器件的制造方法，可以防止半导体器件中铜桥201的产生，保证了半导体器件的工作性能。
62.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
63.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其
等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。