一種改善銅互連的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改善銅互連的方法，屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體包括：步驟1，在所述銅導(dǎo)線(xiàn)上自下而上依次沉積第一介電阻擋層、介電層以及硬掩膜層；步驟2，以所述硬掩膜層為基礎(chǔ)刻蝕形成一具有凹槽結(jié)構(gòu)的種子層；步驟3，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述硬掩膜層；步驟4，在所述種子層上沉積一第二介電阻擋層；所述第二介電阻擋層為一含氧介電阻擋層。上述技術(shù)方案的有益效果是：采用含氧阻擋層覆蓋種子層，能夠用氧元素作為驅(qū)動(dòng)力將金屬元素驅(qū)趕至銅導(dǎo)線(xiàn)的上表面，從而不影響銅導(dǎo)線(xiàn)中金屬元素的再分配，降低銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻。結(jié)構(gòu)改進(jìn)簡(jiǎn)單，制造成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種改善銅互連的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種改善銅互連的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體制造過(guò)程中產(chǎn)生的電遷移現(xiàn)象主要是指在電場(chǎng)的作用下導(dǎo)電離子運(yùn)動(dòng)造 成元件或電路失效的現(xiàn)象，即當(dāng)器件工作時(shí)，金屬互連線(xiàn)內(nèi)有一定電流通過(guò)，金屬離子會(huì)沿 導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的輸運(yùn)，其結(jié)果會(huì)使導(dǎo)體的某些部位產(chǎn)生空洞或晶須（小丘），具體包括發(fā)生 在相鄰導(dǎo)體表面的如常見(jiàn)的銀離子遷移和發(fā)生在金屬導(dǎo)體內(nèi)部的金屬化電子遷移。電遷移 現(xiàn)象容易導(dǎo)致器件失效，例如造成器件短路、斷路或者器件的參數(shù)退化等。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，在45/40nm和32/28nm工藝制程內(nèi)，普遍采用銅合金種子層的方法來(lái) 改善電遷移現(xiàn)象，該種方法的優(yōu)點(diǎn)在于制作工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需增加額外的工藝步驟，且對(duì)整個(gè) 工藝流程沒(méi)有影響。但是采用銅合金種子層的方法改善電遷移現(xiàn)象，由于其中合金元素的 加入，從而會(huì)影響合金元素在銅導(dǎo)線(xiàn)中的再分配，導(dǎo)致整個(gè)銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻增大。
[0004] 中國(guó)專(zhuān)利（CN103295958A)公開(kāi)了一種制備銅種子層的方法。該技術(shù)方案在使用 傳統(tǒng)工藝中制備完成銅種子層后，繼續(xù)進(jìn)行一除氣工藝，可使通孔處沉積的銅流入通孔底 部，然后再沉積一較薄的銅種子層，從而降低填充的深寬比，進(jìn)而提高填充種子層底部的覆 蓋性，減少后續(xù)銅電鍛時(shí)出現(xiàn)孔隙的幾率，進(jìn)而提高產(chǎn)品性能和良率。上述技術(shù)方案僅涉及 如何制備銅種子層，并未提及如何解決銅種子層中慘雜合金元素，因此無(wú)法解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的問(wèn)題。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利（CN101573787)公開(kāi)了一種采用銅填充工藝來(lái)填充溝槽（12)的鑲嵌工 藝。銅填充（20)開(kāi)始于包括銅和鐵的沉積種子層巧2)。在銅填充工藝中，一些鐵遷移至 表面。在氮?dú)猸h(huán)境下對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，該在銅填充（20)的表面上產(chǎn)生自對(duì)準(zhǔn)的TiN阻擋 (24)?？蒞在同一退火工藝中產(chǎn)生空氣間隙（26)。該工藝可W被用來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。上述 技術(shù)方案僅涉及如何采用種子層形成多層結(jié)構(gòu)，并不能解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，現(xiàn)提供一種改善銅互連的方法，具體包括：
[0007] -種改善銅互連的方法，適用于制作銅導(dǎo)線(xiàn)的工藝中，其中，具體包括：
[0008] 步驟1，在所述銅導(dǎo)線(xiàn)上自下而上依次沉積第一介電阻擋層、介電層W及硬掩膜 層；
[0009] 步驟2, W所述硬掩膜層形成一具有凹槽結(jié)構(gòu)的種子層；
[0010] 步驟3,通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述硬掩膜層；
[0011] 步驟4,在所述種子層上沉積一第二介電阻擋層；
[0012] 所述第二介電阻擋層為一含氧介電阻擋層。
[0013] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述步驟2具體包括；
[0014] 步驟21，通過(guò)光刻和蝕刻形成一凹槽結(jié)構(gòu)；
[0015] 步驟22.通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述凹槽結(jié)構(gòu)上形成一阻擋層；
[0016] 步驟23,通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述阻擋層上形成所述種子層；
[0017] 步驟24,對(duì)所述種子層進(jìn)行電鍛銅。
[0018] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述步驟2中，所述種子層為銅猛合金種子 層。
[0019] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述第二介電阻擋層的厚度小于150埃。
[0020] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述第二介電阻擋層的厚度小于50埃。
[0021] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述第二介電阻擋層內(nèi)包括氮氧化娃，或者 碳氧化娃，或者二氧化娃。
[0022] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，沉積所述第二介電阻擋層的溫度不高于 400 〇C。
[0023] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，在同一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中沉積所述第一介電阻 擋層和所述第二介電阻擋層；
[0024] 所述半導(dǎo)體設(shè)備中包括第一反應(yīng)腔室和第二反應(yīng)腔室；
[0025] 在所述第一反應(yīng)腔室內(nèi)沉積所述第一介電阻擋層，在所述第二反應(yīng)腔室內(nèi)沉積所 述第二介電阻擋層。
[0026] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，在同一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中沉積所述第一介電阻 擋層和所述第二介電阻擋層；
[0027] 所述半導(dǎo)體設(shè)備中包括第H反應(yīng)腔室；
[0028] 在所述第H反應(yīng)腔室中依次沉積所述第一介電阻擋層和所述第二介電阻擋層。
[0029] 優(yōu)選的，該改善銅互連的方法，其中，所述第二介電阻擋層中的含氧量為 10% -50%。
[0030] 上述技術(shù)方案的有益效果是；采用含氧阻擋層覆蓋種子層，能夠用氧元素作為驅(qū) 動(dòng)力將金屬元素驅(qū)趕至銅導(dǎo)線(xiàn)的上表面，從而不影響銅導(dǎo)線(xiàn)中金屬元素的再分配，降低銅 導(dǎo)線(xiàn)的電阻。結(jié)構(gòu)改進(jìn)簡(jiǎn)單，制造成本低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，一種改善銅互連的方法的流程示意圖；
[0032] 圖2-3是本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，于圖1的基礎(chǔ)上，應(yīng)用改善銅互連的方法的銅 互連結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，于圖1的基礎(chǔ)上，構(gòu)造具有凹槽結(jié)構(gòu)的種子層的 流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。 [00巧]如圖1所示，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，一種改善銅互連的方法，具體包括；
[0036] 步驟1，在銅導(dǎo)線(xiàn)上自下而上依次沉積第一介電阻擋層、介電層W及硬掩膜層；
[0037] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，如圖2-3所示，在銅導(dǎo)線(xiàn)上，首先沉積一層第一介電阻 擋層1，該第一介電阻擋層1為普通的介電阻擋層值ielectric Barrier，DB);隨后在該第 一介電阻擋層1上沉積一層介電層2,本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，該介電層2為一超低介電 系數(shù)層扣Itra Low K，ULK)，在該介電層2上沉積一層硬掩膜層。本發(fā)明的較佳的實(shí)施例 中，由于硬掩膜層會(huì)在之后的化學(xué)機(jī)械拋光工藝（化emical Mechanical化lishing，CMP) 中被去除，因此在如圖2-3中所示的結(jié)構(gòu)示意圖中并未示出上述硬掩膜層。
[0038] 步驟2, W硬掩膜層為基礎(chǔ)刻蝕形成一具有凹槽結(jié)構(gòu)的種子層；
[0039] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，由于需要改善銅導(dǎo)線(xiàn)中的電遷移特性，因此會(huì)在其中 形成一層種子層4 (Seed)。進(jìn)一步，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，該種子層為一銅合金種子層， 能夠有效改善銅導(dǎo)線(xiàn)中的電遷移現(xiàn)象。
[0040] 步驟3,通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除硬掩膜層；
[0041] 步驟4,在種子層上沉積一第二介電阻擋層；
[0042] 由于種子層4中包括一些慘雜其中的金屬元素5,特別是一些合金元素，會(huì)影響到 銅導(dǎo)線(xiàn)中的金屬元素的再分配，從而影響銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻（例如增大銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻），影響整 個(gè)銅導(dǎo)線(xiàn)的制造質(zhì)量W及使用狀態(tài)。因此，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，在上述種子層4上沉 積一層第二介電阻擋層6。
[0043] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，首先，該第二介電阻擋層6作為將種子層4 與外界隔離的介電阻擋層；其次，由于氧元素能夠作為金屬元素5的驅(qū)動(dòng)力，在種子層4上 有目的地增加一些氧元素，能夠使得金屬元素5從分布狀態(tài)（如圖2所示）逐漸被驅(qū)趕至 銅導(dǎo)線(xiàn)的上表面（如圖3所示），從而使得殘留在銅導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部的金屬元素明顯減少，降低銅 導(dǎo)線(xiàn)本身的電阻，W達(dá)到改善電遷移特性的目的，因此在第二介電阻擋層6中慘入氧元素， 即第二介電阻擋層6為一含氧介電阻擋層（0 doped Dielec化ic Barrier),當(dāng)含氧介電阻 擋層沉積在種子層4上方時(shí)，等若在種子層4上方注入氧元素，從而驅(qū)動(dòng)種子層4中的金屬 元素5向銅導(dǎo)線(xiàn)的上表面移動(dòng)。
[0044] 基于上文所述，傳統(tǒng)的介電阻擋層（即第一介電阻擋層1)的主要成分是氮碳化娃 (SiCN)，其中并不含氧元素。因此，在上述第一介電阻擋層1中加入一些氧元素，W形成第 二介電阻擋層6。
[0045] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，基于上文中所述，第二介電阻擋層6的主要 成分可W為氮氧化娃（SiON)、碳氧化娃（SiOC)或者二氧化娃（Si02)。該第二介電阻擋層6 的主要構(gòu)成成分并不限于上述材料，其他適于制作介電阻擋層并在其中添加氧元素的材料 均能夠作為本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中的第二電阻擋層6的主要成分。
[0046] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，上述種子層4為銅猛合金種子層，銅猛合 金中的猛（Mn)與第二介電阻擋層6中的含氧成分（例如二氧化娃）發(fā)生反應(yīng)，W形成 MnxSiOx，從而作為防止種子層中金屬元素5擴(kuò)散的阻擋層，即銅猛合金種子層具有自我形 成阻擋層的能力（Self-forming Barrier)。
[0047] 本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可W采用其他具有自我形成阻擋層能力的合金材料形成 上述種子層，并不限于銅猛合金。
[004引本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，上述第二介電阻擋層6的厚度小于150埃（A)，進(jìn)一步 地，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，上述第二介電阻擋層6的厚度小于50埃，
[0049] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，沉積上述第二介電阻擋層6的沉積溫度不 超過(guò)400°C，W滿(mǎn)足制程規(guī)定的熱預(yù)算（thermal budget)。
[0050] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，在上述第二介電阻擋層6上再制備一層第一介電阻擋 層（未示出），W進(jìn)一步防止種子層4與外界接觸。
[0051] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，制備上述第一介電阻擋層1和制備第二介電阻擋層4 的流程可W在同一臺(tái)半導(dǎo)體設(shè)備中進(jìn)行：
[0052] 本發(fā)明的一個(gè)較佳的實(shí)施例中，在該半導(dǎo)體設(shè)備中包括一第一反應(yīng)腔室W及一第 二反應(yīng)腔室，在第一反應(yīng)腔室內(nèi)制備上述第一介電阻擋層1，在第二反應(yīng)腔室內(nèi)制備上述第 二介電阻擋層4,兩個(gè)反應(yīng)腔室彼此獨(dú)立。該樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述兩個(gè)制程在同一臺(tái)半導(dǎo)體設(shè)備 中進(jìn)行的目的，節(jié)省了制造成本。
[0053] 本發(fā)明的另一個(gè)較佳的實(shí)施例中，在該半導(dǎo)體設(shè)備中包括一第H反應(yīng)腔室，在該 第二反應(yīng)腔室內(nèi)依次制備上述第一介電阻擋層1和第二介電阻擋層4。由于第二介電阻擋 層4與第一介電阻擋層1之間的區(qū)別主要在于第二介電阻擋層4中包括額外加入的氧元 素，也即兩者的制備過(guò)程的區(qū)別在于在制備第二介電阻擋層4時(shí)加入了氧源。因此，在同一 個(gè)第H反應(yīng)腔室內(nèi)，在制備第一介電阻擋層1時(shí)不加入氧源，并按照正常流程制備，而在制 備第二介電阻擋層4時(shí)加入相應(yīng)的氧源。轉(zhuǎn)而繼續(xù)制備第一介電阻擋層1時(shí)，將氧源移開(kāi)。 上述流程的應(yīng)用能夠?qū)⒅苽涞谝唤殡娮钃鯇雍偷诙殡娮钃鯇拥墓に囘^(guò)程放在同一臺(tái)半 導(dǎo)體設(shè)備的同一個(gè)反應(yīng)腔室內(nèi)進(jìn)行，大大節(jié)省了制造成本。
[0054] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，如圖4所示，上述步驟2具體包括：
[00巧]步驟21，通過(guò)光刻和蝕刻形成一凹槽結(jié)構(gòu)；
[0056] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，在上述介電層2上，W硬掩膜層為基礎(chǔ)，通過(guò)光刻 (litho)和刻蝕（etch)形成一預(yù)設(shè)的凹槽結(jié)構(gòu)；
[0057] 步驟22,通過(guò)物理氣相沉積工藝在凹槽結(jié)構(gòu)上形成一阻擋層；
[0058] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，如圖2-3所示，為了將介電層2與之后將在凹槽結(jié)構(gòu)上 形成的種子層4隔離，W避免種子層4中的金屬元素5泄漏，在凹槽結(jié)構(gòu)上首先沉積一層阻 擋層3炬arrier)。
[0059] 步驟23,通過(guò)物理氣相沉積工藝在阻擋層上形成種子層；
[0060] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，通過(guò)物理氣相沉積工藝（Physical Vapor Deposition, PVD)，在如步驟21中所述的凹槽結(jié)構(gòu)中沉積的阻擋層3上形成一種子層4。
[0061] 步驟24,對(duì)種子層進(jìn)行電鍛銅。
[0062] 本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，通過(guò)電鍛銅，上述種子層4成為一銅猛合金種子層。
[0063] W上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范 圍，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識(shí)到凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所作出的 等同替換和顯而易見(jiàn)的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種改善銅互連的方法，適用于制作銅導(dǎo)線(xiàn)的工藝中，其特征在于，具體包括： 步驟1，在所述銅導(dǎo)線(xiàn)上自下而上依次沉積第一介電阻擋層、介電層W及硬掩膜層； 步驟2, W所述硬掩膜層為基礎(chǔ)刻蝕形成一具有凹槽結(jié)構(gòu)的種子層； 步驟3,通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述硬掩膜層； 步驟4,在所述種子層上沉積一第二介電阻擋層； 其中，所述第二介電阻擋層為一含氧介電阻擋層。
2. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述步驟2具體包括； 步驟21，通過(guò)光刻和蝕刻形成一凹槽結(jié)構(gòu)； 步驟22,通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述凹槽結(jié)構(gòu)上形成一阻擋層； 步驟23,通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述阻擋層上形成所述種子層； 步驟24,對(duì)所述種子層進(jìn)行電鍛銅。
3. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述步驟2中，所述種子層為 銅猛合金種子層。
4. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述第二介電阻擋層的厚度 小于150埃。
5. 如權(quán)利要求4所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述第二介電阻擋層的厚度 小于50埃。
6. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述第二介電阻擋層內(nèi)包括 氮氧化娃，或者碳氧化娃，或者二氧化娃。
7. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，沉積所述第二介電阻擋層的 溫度不高于40(TC。
8. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，在同一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中沉積 所述第一介電阻擋層和所述第二介電阻擋層； 所述半導(dǎo)體設(shè)備中包括第一反應(yīng)腔室和第二反應(yīng)腔室； 在所述第一反應(yīng)腔室內(nèi)沉積所述第一介電阻擋層，在所述第二反應(yīng)腔室內(nèi)沉積所述第 二介電阻擋層。
9. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，在同一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中沉積 所述第一介電阻擋層和所述第二介電阻擋層； 所述半導(dǎo)體設(shè)備中包括第H反應(yīng)腔室； 在所述第H反應(yīng)腔室中依次沉積所述第一介電阻擋層和所述第二介電阻擋層。
10. 如權(quán)利要求1所述的改善銅互連的方法，其特征在于，所述第二介電阻擋層中的含 氧量為10% -50%。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104465500SQ201410697334
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】鮑宇, 周軍, 朱亞丹, 曾真, 鐘斌 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司