[发明专利]一种半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种形成铜金属互连结构时避免多孔低k介电层受到损伤的方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸的不断减小，铜金属互连层之间的电容性串音的影响日益显著。为了解决电容性串音的问题，在铜金属互连层之间布置多孔低k介电层是一种很好的解决问题的方式。

对于半导体器件中的逻辑电路而言，铜金属互连层的层数达到数层乃至十数层，每一层铜金属互连层分别形成于相应的铜金属互连结构。如图1A所示，在形成有前端器件的半导体衬底100上形成有自下而上层叠的蚀刻停止层101和多孔低k介电层102，通过干法蚀刻在多孔低k介电层102中形成有与所述前端器件连通的铜金属互连结构103，其由通孔103a和沟槽103b构成。然后，实施湿法清洗，以去除所述蚀刻产生的残留物和杂质。接着，如图1B所示，通过物理气相沉积在铜金属互连结构103的侧壁和底部形成铜金属扩散阻挡层104。然后，依次形成铜金属种子层和铜金属互连层。

用于多孔低k介电层102的机械强度较差，因此，在上述工艺过程中，实施的干法蚀刻、湿法清洗和物理气相沉积都会对多孔低k介电层102造成损伤，进而改变多孔低k介电层102的k值（介电常数），导致器件性能的下降。

因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成蚀刻停止层和多孔低k介电层；在所述多孔低k介电层中形成铜金属互连结构；在所述铜金属互连结构的侧壁和底部沉积形成铜金属扩散阻挡层；对所述半导体衬底实施后处理过程，以修复受到损伤的所述多孔低k介电层，并提升所述多孔低k介电层的机械强度。

进一步，所述后处理过程的实施步骤包括：将所述半导体衬底置于DEMS的氛围中，以修复形成所述铜金属互连结构时受到损伤的所述多孔低k介电层；对所述半导体衬底实施紫外光或红外线辐照处理，以使所述多孔低k介电层的介电常数回复到形成所述铜金属互连结构之前的数值；对所述半导体衬底实施氩等离子体轰击处理，以提升所述多孔低k介电层的机械强度。

进一步，所述DEMS的流量为100-5000sccm，温度为100-500℃。

进一步，所述紫外光辐照的功率大于100W、波长为150-400nm，所述红外线辐照的功率为50-3000W、波长大于400nm。

进一步，所述氩等离子体轰击的功率为100-3000W，压力为0.1-10Torr，所述氩等离子体的流量为100-3000sccm。

进一步，形成所述铜金属互连结构的步骤包括：在所述多孔低k介电层上形成自下而上层叠的缓冲层和硬掩膜层；在所述硬掩膜层中形成用作所述铜金属互连结构中的沟槽的图案的第一开口，以露出所述缓冲层；在所述缓冲层和所述多孔低k介电层中形成用作所述铜金属互连结构中的通孔的图案的第二开口；以所述硬掩膜层为掩膜，同步蚀刻所述缓冲层和所述多孔低k介电层，以在所述多孔低k介电层中形成所述铜金属互连结构。

进一步，在所述蚀刻结束之后，还包括去除通过所述铜金属互连结构露出的蚀刻停止层以及实施蚀刻后处理的步骤。

进一步，实施所述后处理过程之后，还包括在所述铜金属互连结构中填充铜金属互连层的步骤。

进一步，实施所述填充之前，还包括在所述铜金属扩散阻挡层上形成铜金属种子层的步骤。

进一步，实施所述填充之后，还包括执行化学机械研磨直至露出所述多孔低k介电层的步骤

根据本发明，在沉积形成所述铜金属扩散阻挡层之后，对所述半导体衬底实施后处理过程，可以修复形成所述铜金属互连结构时受到损伤的所述多孔低k介电层，提升多孔低k介电层的机械强度，避免器件性能的下降。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1A示出了根据现有技术形成连通前端器件层的铜金属互连结构之后的器件的示意性剖面图；

图1B示出了在图1A中示出的铜金属互连结构中形成铜金属扩散阻挡层之后的器件的示意性剖面图；

图2A-图2H为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图；

图3为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图。

具体实施方式