[发明专利]降低铜互连结构中铜的电迁移的方法及铜互连结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及降低铜互连结构中铜的电迁移的方法及铜互连结构。

背景技术

铜互连结构包括沟槽、覆盖沟槽内表面的阻挡层以及位于沟槽内掩埋所述阻挡层的铜导线层。请参阅图1至图5，上述结构一般通过如下步骤形成：执行步骤S11，提供晶圆，所述晶圆上具有互连结构，其剖面结构如图2所示，包括基底(未示出)以及位于基底上的低介电常数材料层100，所述低介电常数材料层内具有沟槽，沟槽底部、侧壁及低介电常数材料层100上覆盖有阻挡层101，所述沟槽内填充有金属铜102，该金属铜掩埋所述阻挡层101，溢出所述沟槽的位于所述阻挡层101上的金属铜形成块铜(bulk Cu)103；执行步骤S12，对块铜103进行部分研磨至高于阻挡层101预留厚度，比如2000埃至3000埃，如图3所示；执行步骤S13，继续对块铜103进行研磨，通过终点(Endpoint)检测技术停在阻挡层101上，铜表面与阻挡层表面齐平，如图4所示；执行步骤S14，研磨去除阻挡层101，如图5所示；执行步骤S15，清洗所述晶圆表面，完成化学机械抛光。

上述结构中，所述阻挡层通常由氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)或者氮化硅(Si₃N₄)等形成，用于阻止铜金属原子扩散至周围的介电层中，也可以阻止铜离子的电迁移。由于铜导线层位于沟槽内且沟槽底部、侧壁及低介电常数材料层100上覆盖有阻挡层101，因此，沟槽的底部和侧壁几乎不会发生铜离子的电迁移，然而在步骤S14中去除阻挡层101后，发现在相邻的两沟槽之间的铜仍会发生电迁移。

另外，中国专利申请200610030628.1号通过改变阻挡层的晶体结构为面心立方结构，阻挡了铜离子向Al垫层尤其是通过金属台阶部分的“弱区”进行扩散和电迁移。

中国专利申请200610030628.1号公开的技术方案虽然能够避免电迁移，但是，需要改变阻挡层的晶体结构，会增加成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是铜互连结构中位于相邻两沟槽内的铜会发生电迁移的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种降低铜互连结构中铜的电迁移的方法，该铜互连结构包括基底以及位于基底上的低介电常数材料层，该低介电常数材料层具有沟槽，该沟槽的底壁、侧壁以及低介电常数材料层上覆盖有阻挡层，所述沟槽内填充有金属铜，溢出所述沟槽的金属铜形成块铜，该方法包括：对所述金属铜和阻挡层进行化学机械抛光至所述铜表面与沟槽底壁之间的距离小于或等于阻挡层表面与沟槽底壁之间的距离，在抛光过程中，铜的抛光速率大于阻挡层的抛光速率。

可选地，所述对所述金属铜和阻挡层进行化学机械抛光包括：对所述块铜进行第一次化学机械抛光至铜表面高出所述阻挡层表面预留厚度；调整抛光头的压力和抛光液中双氧水的重量百分比，对所述金属铜和阻挡层进行第二次化学机械抛光至铜表面与沟槽底壁之间的距离小于阻挡层表面与沟槽底壁之间的距离。

可选地，在第二次化学机械抛光的过程中，铜的抛光速率与阻挡层的抛光速率之比为2比1。

可选地，在第二次化学机械抛光的过程中，化学机械抛光设备的抛光头的压力在不同压力区Z1至Z5的分布如下：Z5为1.1psi至1.5psi、Z4为1.23psi至1.67psi、Z3为1.23psi至1.67psi、Z2为1.31psi至1.79psi、Z1为2.75psi至3.75psi，抛光液中双氧水的重量百分比为1.3wt％至1.7wt％。

可选地，第二次化学机械抛光过程中，所述抛光盘的转速为43转/分至63转/分，抛光头的转速为40转/分至60转/分。

可选地，在第二次机械抛光后，所述铜表面的最低点低于阻挡层表面的最高点300埃至500埃。

可选地，所述方法还包括：向抛光液中加入表面活性剂，对所述铜和阻挡层进行第三次化学机械抛光，以减小铜表面与阻挡层表面之间的距离差。

可选地，所述表面活性剂占抛光液的重量百分比为0.25wt％至0.5wt％。

可选地，在第三次化学机械抛光的过程中，所述铜的抛光速率与阻挡层的抛光速率之比为1.5比1。

可选地，在第三次化学机械抛光过程中，化学机械抛光设备的抛光头的压力在不同压力区Z1至Z5的分布如下：Z5为0.85psi至1.25psi、Z4为0.85psi至1.25psi、Z3为0.89psi至1.31psi、Z2为1.38psi至2.02psi、Z1为1.46psi至2.14psi。