[发明专利]提高铜互联沟槽填充能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种提高铜互联沟槽填充能力的方法。

背景技术

随着器件尺寸的不断缩小，工作频率的提高，尤其是90nm节点以下，业界普遍使用大马士革铜互连技术，在大马士革铜互连技术中，需要在器件刻蚀形成铜互联沟槽，然后沉积一铜扩散阻挡层覆盖沟槽表面，然后填充金属铜并进行化学机械研磨得到所需结构。但是在沉积阻挡层的工艺中，阻挡层溅射时容易在沟槽开口转角形成凸起，进而导致开口图案较小，在对于具有较高深宽比的沟槽，在填充沟槽时，极易由于开口较小而导致沟槽填充不充分，进而影响器件性能。

图1～图4为现有技术中铜互联工艺的工艺流程图，包括以下步骤：

步骤1、在阻挡层1上表面自下而上依次沉积第一低介电常数层2和第二低介电常数层3，然后再沉积一金属硬掩膜4覆盖于第二低介电常数层3的上表面，形成图1所示结构；

步骤2、采用光刻工艺，形成互联沟槽，用来后续的填充铜互联导线，如图2所示结构；

步骤3、制备一铜扩散阻挡层覆盖沟槽的表面及剩余金属硬掩膜的上表面，如图3所示结构；

步骤4、进行铜电镀及化学机械研磨工艺去除金属硬掩膜顶部的铜扩散阻挡层及金属硬掩膜，然后在在沟槽填充材料层，如图4所示结构。

由于传统工艺是在刻蚀形成沟槽后直接沉积铜扩散阻挡层，在铜扩散阻挡层溅射时容易在转角处形成凸起，进而减小了开口图案大小，如图3所示。在深宽比较大的沟槽填充工艺中，导致填充的铜不能很好的充满沟槽，进而影响器件性能，如图4所示。

因此，如何提高沟槽内填充材料覆盖的完整性为本领域技术人员致力研究的方向。

中国专利（申请号：201110274227.1）公开了一种金属铜大马士革互联结构的制造方法，包括以下步骤：包括如下步骤：在金属介电层中预先制作第一通孔和第一沟槽,并在金属介电层上由下至上依次沉积蚀刻阻挡层、牺牲层、硬掩膜层、第一抗反射涂层、对应于所述第一通孔的图形化的第一光刻胶;在后段互联金属工艺整合中形成双大马士革结构;在双大马士革结构中采用非氧化性酸去除蚀刻阻挡层之上的牺牲层;采用旋涂工艺将蚀刻阻挡层上方除金属铜之外的区域重新填满低介电常数材料,形成金属铜大马士革互联结构。本发明提供了一种金属铜大马士革互联结构的制造方法,以杜绝干法蚀刻和/或灰化工艺等在传统工艺中导致的低介电常数的损伤。

该发明在刻蚀形成沟槽时，是直接进行填充，在对深宽比较高的沟槽进行填充时，填充物可能在开口处形成堆叠，进而造成沟槽填充不充分，进而影响器件性能。

中国专利（申请号：200910055938.2）公开了一种铜互连方法，采用蚀刻工艺在介质层上形成通孔，并在通孔中沉积铜扩散阻挡层和铜籽晶层后，该方法包括：将晶圆从反应室中取出，在晶圆进入电镀槽之前，晶圆正面朝下并发生旋转；采用电化学镀ECP生长铜互连层；采用化学机械研磨将铜互连层抛光至介质层表面，形成铜导线。采用该方法能够在铜互连的过程中避免铜导线出现空洞，并避免对铜导线造成侵蚀。

该发明是通过在晶圆进行铜电镀工艺前，晶圆正面朝下并发生旋转，去除VOC或颗粒污染物，然后进行金属铜互联工艺。但是该专利是通过特殊的电镀环带动晶圆进行旋转以去除沟槽的污染物，而沟槽开口图案并没有得到改变，在深宽比较高的沟槽内沉积铜扩散阻挡层时，可能在开口处形成堆叠，进而造成后续的填充不充分，影响器件性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种提高铜扩散阻挡层溅射台阶覆盖能力的方法，在刻蚀形成铜互联沟槽后，再对金属硬掩膜进行回刻，使金属硬掩膜在转角处形成一拐角，使得后续沉积的铜扩散阻挡层不会在转角处形成凸起，减小沟槽顶部的开口图案大小，进而在后续的铜电镀工艺中填充材料更好的覆盖住铜互联沟槽。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种提高沟槽填充能力的方法，应用于大马士革铜互联工艺中，其中，所述方法包括：

步骤1、于一衬底结构的表面依次淀积阻挡层、第一低介电常数层、第二低介电常数层和金属硬掩膜层后，回刻所述金属硬掩膜层、所述第二低介电常数层至所述第一低介电常数层中，形成互联沟槽；

步骤2、涂覆抗反射层充满所述互联沟槽并覆盖剩余的金属硬质掩模层的上表面；

步骤3、去除位于所述剩余的金属硬质掩模层上表面及其侧壁上的抗反射层，于所述剩余的金属硬质掩模层之间形成一顶部沟槽；

步骤4、刻蚀所述剩余的金属硬质掩模层，以扩展所述顶部沟槽的开口端；