[发明专利]一种用于形成铜互连层的铜籽晶层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺领域，更具体地，涉及一种在超薄粘附层上用于形成铜互连层的铜籽晶层的制备方法。

背景技术

随着半导体芯片集成度的提高，互连引线的尺寸也变得更小，芯片互连质量已成为影响芯片性能的关键因素。

目前，铜取代铝作为金属互连线已广泛应用于芯片互连工艺中。但是，铜在硅和介质材料中的扩散速度很快，在较大电流密度的作用下，铜互连线中的铜原子很容易随着电子的运动方向而发生迁移，即产生电迁移现象。铜一旦扩散进入器件中，就会成为深能级受主杂质，使器件性能退化；同时，铜的电迁移也会导致互连线的短路或断路，引起IC失效。

因此，为了改善铜互连的电迁移现象,需要利用覆盖层或粘附层/扩散阻挡层将铜进行隔离。在铜的互连工艺中，铜的表面迁移可以通过在其上的覆盖层来显著地减少；而铜与沟槽中的粘附层/扩散阻挡层之间的界面，则成为铜电迁移的主要途径。

为了改善铜与粘附层/扩散阻挡层之间的界面特性，一些惰性金属如Ru、Mo、Co、Os等作为铜与扩散阻挡层之间的超薄粘附层得到研究。其中，Co及其化合物作为粘附层/扩散阻挡层的研究得到了学业界与工业界的广泛关注和报道，被认为是在20纳米节点以下最有可能应用的超薄粘附层材料。

在传统的铜互连双镶嵌工艺中，需要在粘附层/扩散阻挡层材料表面采用物理气相沉积(PVD)溅射一层铜作为后续铜电镀填充时的籽晶层。铜籽晶层的作用是为电镀铜提供良好的生长层，使电镀过程能够在沟槽表面均匀地进行。

然而，随着器件尺寸的不断减小，沟槽宽度也随之在缩小，由于PVD技术在较小的沟槽中台阶覆盖特性不好，使得淀积的铜籽晶层容易出现不连续的情况，无法得到均匀的铜籽晶层；与此同时，溅射完铜籽晶层后留给后续电镀的空间也越来越小，这就很难在沟槽中实现无孔洞的铜填充。因此，研究在粘附层/扩散阻挡层材料上的直接电镀铜籽晶层，在实际应用及科学研究领域都具有重大意义。

关于在粘附层/扩散阻挡层材料上直接电镀铜的文章已经有相关报道。但是，现有直接电镀铜时采用的电镀液为酸性电镀液，而构成粘附层的金属，例如Co，其本身是相对比较活泼的金属，在电镀铜过程中一方面会受到酸性电镀液的腐蚀，另一方面会和传统的酸性电镀液中的CuSO₄发生置换反应，造成超薄Co粘附层厚度的损失甚至产生孔洞；并且，采用上述方法将生成疏松的置换铜层，从而影响了互连线的可靠性。

因此，需要继续研究在粘附层/扩散阻挡层材料上直接电镀生长一层铜籽晶层的新方法，以满足半导体产业日益发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于形成铜互连层的铜籽晶层的制备方法，通过采用包含铜盐和络合剂的碱性电镀液，在沟槽的超薄粘附层上直接电镀形成铜籽晶层，解决了传统PVD技术制备铜籽晶层时的不连续问题，以及采用硫酸铜酸性电镀液在粘附层上直接电镀铜时的粘附层厚度损失和置换铜层疏松的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于形成铜互连层的铜籽晶层的制备方法，包括：

提供一衬底，在所述衬底上形成铜互连沟槽；

在所述沟槽中沉积一阻挡层及超薄粘附层；

采用包含铜盐和络合剂的碱性电镀液，在所述超薄粘附层上电镀形成铜籽晶层；其中，所述超薄粘附层以Co形成，所述碱性电镀液中的所述铜盐为硫酸铜，所述络合剂为乙二胺和三乙醇胺。

优选地，所述碱性电镀液中铜盐的铜离子浓度为0.03～0.06摩尔每升。

优选地，通过调整所述乙二胺和三乙醇胺的浓度，来调节所述碱性电镀液的pH值为碱性。

优选地，所述碱性电镀液中乙二胺的浓度为0.06～0.12摩尔每升,三乙醇胺的浓度为0.03～0.05摩尔每升。

优选地，所述碱性电镀液的pH值为9～11。

优选地，在所述超薄粘附层上电镀形成铜籽晶层时的电镀电流密度为1～5mA/cm²。

优选地，所述沟槽的宽度为30～45nm。

优选地，所述阻挡层以氮化钽、氮化钛或氮化钌形成。