一種銅互連結構的制造方法技術

本發明專利技術提供一種銅互連結構的制作方法，包括：提供半導體基底；在所述半導體基底上沉積覆蓋層；在所述覆蓋層上沉積電介質層；在所述電介質層上形成硬掩膜層；進行溝槽和/或接觸孔的刻蝕；去除所述硬掩膜層；在所述電介質層上以及溝槽和/或接觸孔內壁上沉積阻障層和種晶層；在所述阻障層和種晶層上化學電鍍銅金屬層；將鋁離子注入到所述銅金屬層中；進行銅金屬層的化學機械研磨。最后，在所述銅金屬層上沉積一頂覆蓋層。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種半導體器件的制造方法，特別涉及。
技術介紹
隨著半導體工藝材料的發展、集成電路制造設備的改進和集成度的提高，半導體器件已經具有深亞微米結構，器件之間的高性能、高密度連接不僅在單個互連層中進行，而且要在多層之間進行互聯。因此，通常提供多層互連結構，其中多個互聯層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導體器件。特別是利用雙鑲嵌(dual-damascence)工藝形成的多層互連結構，其預先在層間絕緣膜中形成溝槽(trench)和接觸孔(via)，然后用導電材料填充所述溝槽和接觸孔。由于雙鑲嵌結構能夠避免重疊誤差以及解決公知金屬工藝的限制，多層互連結構已成為金屬互聯結構的主流技術。在現有技術中，銅互連結構的上表面和碳氮化硅(SiCN)覆蓋層之間的無氧界面會提高粘合力和耐磨性，避免了由于界面處的空隙擴散導致的電遷移和應力誘生空洞。銅金屬互連結構和鉭金屬材料構成的阻障層之間的界面被認為是另一個關鍵擴散路徑，會導致電阻升高和/或接觸孔打開失敗。由于鉭金屬比銅更容易氧化，在結晶退火過程中，電化學沉積銅金屬薄膜中的氧原子會擴散到鉭金屬阻障層當中。因此，目前急需一種銅金屬互連的制作方法，來解決上述問題。
技術實現思路
本專利技術提出，改進了銅互連結構的可靠性。根據本專利技術提出的方法，包括: 提供半導體基底； 在所述半導體基底上沉積電介質層； 進行溝槽和/或接觸孔的刻蝕； 在所述電介質層上以及溝槽和/或接觸孔內壁上沉積阻障層和種晶層； 在所述阻障層和種晶層上化學電鍍銅金屬層； 將鋁離子注入到所述銅金屬層中； 進行退火處理； 進行銅金屬層的化學機械研磨。其中還包括在沉積所述電介質層之前沉積一覆蓋層的步驟。其中所述電介質層為低介電常數材料。其中所述阻障層為氮化鉭和鉭(Ta)，或者為氮化鈦和鈦的雙層結構。其中所述種晶層為純銅材料。其中所述種晶層為銅-招(Cu-Al)合金或銅-猛(Cu-Mn)合金。鋁或錳雜質的原子百分比為09Γ3 %。鋁離子注入的參數范圍為:注入能量2(Tl00keV，注入劑量1X101Q 1X102°/Cm2。其中所述覆蓋層為碳氮化硅材料。其中所述退火處理的條件為:溫度范圍150 300°C，時間范圍I 10分鐘。在進行化學機械研磨步驟后還包括在所述銅金屬層上沉積一頂覆蓋層的步驟。進行溝槽和/或接觸孔的刻蝕步驟之前還包括在所述電介質層上形成硬掩膜層，以及在刻蝕之后去除所述硬掩膜層的步驟。在化學電鍍形成銅金屬互連結構之后，進行鋁離子注入，形成合金層。研究表明，在高溫退火過程中，電鍍銅金屬層表面的鋁銅合金層會吸收電鍍銅金屬層中的氧原子。因此，根據本專利技術提出的方法，在結晶退火過程中，電鍍銅金屬互聯結構中的氧原子被選擇性吸收到鋁銅合金層中，從而提高銅金屬互連結構的可靠性。附圖說明本專利技術的下列附圖在此作為本專利技術的一部分用于理解本專利技術。附圖中示出了本專利技術的一個實施例及其描述，用來解釋本專利技術的原理。在附圖中， 圖1A-1K是根據本專利技術一個實施例制作銅金屬互連結構的方法流程中各步驟的截面 圖2是根據本專利技術一個實施例制作銅金屬互連結構的工藝流程圖。符號說明: 圖1 100:半導體襯底、110:覆蓋層、120:電介質層、130:硬掩膜層、140:溝槽和/或接觸孔、150:阻障層、160:種晶層、170:銅金屬層、180:銅招合金層、190:頂覆蓋層。具體實施例方式接下來，將結合附圖更加完整地描述本專利技術，附圖中示出了本專利技術的實施例。但是，本專利技術能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本專利技術的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。首先，如圖1A所示，提供一半導體襯底100，所述半導體襯底100包括下部互聯。可以用作襯底的含Si半導體材料的例證性例子包括:S1、SiGe、SiC、SiGeC、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上SiGe(SGOI),但不限于此。所述半導體沉底可以為多層基片(例如，具有覆蓋電介質和金屬膜的硅襯底)、分級基片、絕緣體上硅(SOI)基片、外延硅基片、部分處理的基片(包括集成電路及其它元件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。為了簡化，此處僅以一空白半導體基底圖不。接下來，如圖1B所示，在所述一半導體襯底100上沉積一覆蓋層110，作為隨后步驟中的蝕刻停止層。蝕刻停止層可包括數種蝕刻停止材料中的任意種。非限制性示例包括導體蝕刻停止材料、半導體蝕刻停止材料和介電蝕刻停止材料。由于下面的額外描述中將變得更顯而易見的原因，蝕刻停止層包括易受局部改變影響的蝕刻停止材料，其為蝕刻停止層提供區域特定的蝕刻選擇性。蝕刻停止層可采用SiCN、SiN, SiC、SiOF, SiON等形成。優選地，所述覆蓋層為碳氮化硅(SiNC)材料。接下來，如圖1C所示，在所述覆蓋層110上沉積電介質層120。所述電介質層120為低介電常數材料(介電常數k〈4)層。所述低介電常數材料層采用化學氣相沉積(CVD)或者旋轉涂布(Spin-coating deposition, SOD)的方式沉積在半導體基底上,然后經過固化形成電介質層。所述低介電常數材料層例如為含氫娃酸鹽類(Hydrogen silsesquioxane,HSQ)、含甲基娃酸鹽類(Methylsilsesquioxane, MSQ)、芳香族碳氫化合物(SiLK)、干凝膠(Xeroge I)、超微孔玻璃(Nanoglass)、綜合含氫娃酸鹽類HSQ和含甲基娃酸鹽類MSQ所合成的混合式有機娃氧燒聚合物(Hybrid Organic Siloxane Polymer, H0SP)、基于化學氣相沉積碳換雜氧化娃的黑鉆石(Black Diamond, BD)等。接著，如圖1D所示，在所述電介質層120上沉積硬掩膜層130。所述硬掩膜層130的沉積方法例如采用化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、化學溶液沉積、蒸鍍，或者通過熱處理，例如氧化或氮化，形成硬掩膜。所述硬掩膜包括氧化物、氮化物、氧氮化物或它們的多層組合。優選地，所述硬掩膜層130為氮化硅(SiN)材料。接下來，如圖1E所示，進行溝槽和/或接觸孔140的刻蝕。所述刻蝕工藝為干法刻蝕，在本實施例中，以等離子體刻蝕為示范性說明。所述刻蝕工藝選用等離子體刻蝕設備，具體工藝參數為:刻蝕設備腔體壓力為10毫托至50毫托，頂部射頻功率為200瓦至500瓦，底部射頻功率為150瓦至300瓦，C4F8流量為每分鐘10標準立方厘米至每分鐘50標準立方厘米，CO流量為每分鐘100標準立方厘米至每分鐘200標準立方厘米,Ar流量為每分鐘300標準立方厘米至每分鐘600標準立方厘米，02流量為每分鐘10標準立方厘米至每分鐘50標準立方厘米，刻蝕本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅互連結構的制作方法，包括：提供半導體基底；在所述半導體基底上沉積電介質層；進行溝槽和/或接觸孔的刻蝕；在所述電介質層上以及溝槽和/或接觸孔內壁上沉積阻障層和種晶層；在所述阻障層和種晶層上化學電鍍銅金屬層；將鋁離子注入到所述銅金屬層中；進行退火處理；進行銅金屬層的化學機械研磨。

【技術特征摘要】
1.一種銅互連結構的制作方法，包括: 提供半導體基底； 在所述半導體基底上沉積電介質層； 進行溝槽和/或接觸孔的刻蝕； 在所述電介質層上以及溝槽和/或接觸孔內壁上沉積阻障層和種晶層； 在所述阻障層和種晶層上化學電鍍銅金屬層； 將鋁離子注入到所述銅金屬層中； 進行退火處理； 進行銅金屬層的化學機械研磨。2.根據權利要求1所述的方法，其中還包括在沉積所述電介質層之前沉積一覆蓋層的步驟。3.根據權利要求1所述的方法，其中所述電介質層為低介電常數材料。4.根據權利要求1所述的 方法，其中所述阻障層為氮化鉭和鉭(Ta)，或者為氮化鈦和鈦的雙層結構。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述種晶層為純銅材料。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述種晶層為銅-鋁(Cu-Al)合金或銅...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑宇，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：