[发明专利]一种铜互连的形成方法无效

专利信息
申请号: 201110355453.2 申请日: 2011-11-10
公开(公告)号: CN102364673A 公开(公告)日: 2012-02-29
发明(设计)人: 姬峰;李磊;陈玉文;胡友存;张亮 申请(专利权)人: 上海华力微电子有限公司
主分类号: H01L21/768 分类号: H01L21/768
代理公司: 上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237 代理人: 陆花
地址: 201203 上海市浦*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 互连 形成 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及半导体制造领域,特别涉及一种铜互连的形成方法。

背景技术

随着半导体集成技术不断发展,半导体集成电路的特征尺寸的持续减小, 互连线的密度呈现不断增加的趋势,这些金属互连线产生的电阻和寄生电容所 带来的RC(R指电阻,C指寄生电容)延迟已经可以与器件门延迟时间相比较, 成为限制集成电路速度的主要因素。

为了减少RC延迟,铜互连工艺取代铝互连工艺成为主流工艺,并且引入低 介电常数(low-k)材料作为金属层间的绝缘介质。铜减少了金属连线间的电阻, 同时增强了电路的稳定性;低介电常数材料则减少了金属连线之间的寄生电容。 由于铜不能形成可挥发性的氯化物,不能通过传统铝互连布线工艺实现,所以 目前的铜互连布线普遍采用的技术方案是大马士革工艺,在大马士革工艺中, 首先对介质层进行刻蚀,产生用于工艺的沟槽和通孔,其次淀积阻挡层,铜籽 晶层,再次通过电镀工艺把铜淀积在沟槽或通孔中,最后用化学机械研磨工艺 (CMP)将铜磨平到金属层间介质层的表面,这样就形成了铜互连。

然而,铜原子在介电材料和硅中有很高的迁移率,易于扩散进入介电材料 和硅中会影响器件的少数载流子寿命和结的漏电流,引起电路失效,可靠性下 降,因此,金属铜平坦化后须在晶片上淀积可防铜扩散的介电阻挡层(也作为 刻蚀阻挡层)可抑制下层铜金属的铜原子在介电层中的扩散。在传统的铜互连 方法中,可防铜扩散介电阻挡层的淀积是在铜互连表面所在的整个平面上淀积 一层防铜扩散阻挡层薄膜,然而,由于可防铜扩散介电阻挡层的介电常数较 low-k材料大,使得两层金属之间和同层金属之间电容增加,增加了电路的RC 延迟增加,限制了集成电路的速度。

发明内容

本发明提出一种铜互连结构的形成方法,选择性淀积可防铜扩散介电阻挡 层能改善可防铜扩散阻挡层造成的互连电容大的缺点,提升半导体芯片的性能, 有利于超大规模集成电路的发展。

为解决上述技术问题,本发明提供一种铜互连结构的形成方法,包括如下 步骤:

提供一半导体基底,在所述半导体基底上淀积一介电层;

采用光刻、刻蚀工艺,在所述介电层内形成通孔和/或沟槽;

在所述通孔和/或沟槽的底部和侧壁淀积一金属阻挡层;

在金属阻挡层上淀积铜籽晶层并在所述通孔和/或沟槽内填充金属铜,使得 金属铜的表面低于所述介电层的表面,从而在通孔和/或沟槽内形成铜金属层以 及铜金属层上的铜凹槽;

在所述铜金属层的表面和所述介电层表面上淀积一层可防铜扩散阻挡层;

采用化学机械研磨去除介电层上方的可防铜扩散介电阻挡层,在铜金属层 表面上保留有一部分可防铜扩散介电阻挡层。

作为优选,所述形成铜金属层以及铜金属层上的铜凹槽的步骤包括:

采用电镀工艺对所述通孔和/或沟槽进行铜填充;

采用化学机械研磨去除介电层上的金属铜,并在通孔和/或沟槽的顶部直接 形成低于所述介电层表面的铜凹槽。

作为优选,所述形成铜金属层以及铜金属层上的铜凹槽的步骤包括:

采用电镀工艺对所述通孔和/或沟槽进行铜填充;

采用化学机械研磨去除介电层上的金属铜;

采用反向电解电镀工艺移除通孔和/或沟槽顶部的一部分金属铜,形成低于 所述介电层表面的铜凹槽。

作为优选,所述形成铜金属层以及铜金属层上的铜凹槽的步骤包括:

采用电镀工艺对所述通孔和/或沟槽进行铜填充;

采用化学机械研磨去除介电层上的金属铜;

采用湿法工艺移除通孔和/或沟槽顶部的一部分的金属铜,形成低于所述介 电层表面的铜凹槽。

作为优选,所述介电层采用化学气相淀积或旋转涂覆工艺形成,所述介电 层采用低介电常数材料。

作为优选,所述介电层所采用的低介电常数材料为SiOCH。

作为优选,所述可防铜扩散阻挡层的材料为SiN、SiC、SiOC、SiOCN或 SiCN。

作为优选,所述淀积金属阻挡层的方法为:采用物理气相淀积、化学气相 淀积或原子层淀积TiN、Ti、TaN、Ta、WN或W中的一种或多种。

作为优选,所述铜凹槽的深度为10~100nm

作为优选,所述可防铜扩散阻挡层的厚度大于等于所述铜凹槽的深度。

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