[发明专利]刻蚀停止层及铜互连的形成方法有效
| 申请号： | 201110457640.1 | 申请日： | 2011-12-31 |
| 公开（公告）号： | CN103187266A | 公开（公告）日： | 2013-07-03 |
| 发明（设计）人： | 周鸣 | 申请（专利权）人： | 中芯国际集成电路制造（上海）有限公司 |
| 主分类号： | H01L21/311 | 分类号： | H01L21/311;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： | 屈蘅;李时云 |
| 地址： | 201203 *** | 国省代码： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 刻蚀 停止 互连 形成 方法 | ||
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种刻蚀停止层及铜互连的形成方法。
背景技术
随着半导体工艺线宽的日益减小，为了减小互连的电容电阻延迟(RC delay)，选用铜金属作为互连材料，并相应的选用低介电常数材料作为介质层，并且由于铜特有的难以刻蚀的特点，引入镶嵌和双镶嵌工艺。现有技术的铜互连的制作方法如下：如图1a所示，在衬底100上依次沉积刻蚀停止层101和介质层102，如图1b所示，形成贯穿介质层102和刻蚀停止层101的通孔和/或沟槽103，如图1c所示，在通孔和/或沟槽103内溅射金属势垒层和铜的籽晶层，并采用电镀工艺进行填充，形成铜层104，再化学机械研磨去除介质层102上的铜层104，得到铜互连105，如图1d所示。
90nm以下工艺节点一般用黑钻石(black diamond)等低介电常数材料作为金属间介质层材料，掺氮的碳化硅(Nitrogen doped SiC，NDC)作为刻蚀停止层材料。所述形成刻蚀停止层工艺如下：将一半导体基底送入工艺腔，然后打开射频源，并通入氨气，通过氨气对所述半导体基底表面进行处理；接着，停止通入氨气，增加射频源功率，并向腔室通入氮气对所述半导体基底表面进行预处理；然后，向反应腔室中通入三甲基硅烷(TMS)和氨气，所述三甲基硅烷和氨气反应生成氮碳化硅，完成沉积后，停止向工艺腔供应三甲基硅烷和氨气，通过真空泵将反应的副产物抽走。
但是氮碳化硅易与铜互连的铜反应生成氮化铜，氮化铜降低了铜的活化能，导致铜互连的铜易扩散，同时氮碳化硅与铜互连的粘附性变差，在后续工艺步骤中易发生剥离现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种刻蚀停止层及铜互连的形成方法，以提高刻蚀停止层与铜互连的粘附性。
本发明的技术解决方案是一种刻蚀停止层的形成方法，包括以下步骤：
提供一半导体衬底；
在半导体衬底上沉积碳化硅预停止层；
在碳化硅预停止层上沉积氮碳化硅主停止层。
作为优选：所述在半导体衬底上沉积碳化硅预停止层的步骤采用硅烷、三甲基硅烷和甲烷作为反应气体。
作为优选：所述碳化硅预停止层的厚度为10-60埃。
作为优选：所述形成碳化硅预停止层的工艺条件为：
压力：1-7Torr；
功率：50-1000W；
硅烷的流量：50-1000sccm；
三甲基硅烷的流量：50-1000sccm；
甲烷的流量：50-1000sccm。
作为优选：所述在碳化硅预停止层上沉积氮碳化硅主停止层的步骤采用三甲基硅烷和氨气作为反应气体。
作为优选：所述形成氮碳化硅主停止层的工艺条件为：
压力：1-7Torr；
功率：50-1000W；
三甲基硅烷的流量：50-1000sccm；
氨气的流量：50-1000sccm。
作为优选：所述碳化硅预停止层和氮碳化硅主停止层的沉积方法为物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体化学气相沉积或原子层沉积。
本发明还提供一种铜互连的形成方法，包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底中形成有铜导电层；
用氢气退火半导体衬底；
用氢气和氦气等离子体预处理半导体衬底；
用硅烷预处理半导体衬底；
在半导体衬底表面沉积碳化硅预停止层；
在碳化硅预停止层上沉积氮碳化硅主停止层；
在氮碳化硅主停止层上沉积介质层；
形成贯穿介质层、氮碳化硅主停止层和碳化硅预停止层的通孔或沟槽，所述通孔或沟槽底部暴露出铜导电层；
在通孔或沟槽内溅射势垒层和铜的籽晶层，并采用电镀工艺填充通孔或沟槽，形成铜互连。
作为优选：所述在半导体衬底表面沉积碳化硅预停止层的步骤采用硅烷、三甲基硅烷和甲烷作为反应气体。
作为优选：所述形成碳化硅预停止层的工艺条件为：
压力：1-7Torr；
功率：50-1000W；
硅烷的流量：50-1000sccm；
三甲基硅烷的流量：50-1000sccm；
甲烷的流量：50-1000sccm。
作为优选：所述碳化硅预停止层的厚度为10-60埃。
作为优选：所述在碳化硅预停止层上沉积氮碳化硅主停止层的步骤采用三甲基硅烷和氨气作为反应气体。
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