[发明专利]一种铜互连的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种铜互连的形成方法。

背景技术

铜互连技术是指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺。由于采用铜互连线可以降低互连层的厚度，使得互连层间的分布电容降低，从而使得频率提高成为可能。但是，随着晶片尺寸越来越大，工艺技术代越来越小，集成度越来越高，对器件的可靠性要求越发严格，对现有铜互连工艺也提出了更高的要求。

但是，随着芯片集成度的提高，互连引线的尺寸也变得更小，同时，在较大电流密度的作用下，铜互连线中的Cu原子容易随着电子运动方向发生迁移，产生电迁移现象，所谓电迁移现象是金属线在电流和温度作用下产生的金属迁移现象，它可能使金属线断裂，从而影响芯片的正常工作。

在目前的铜互连工艺中，铜与扩散阻挡层之间的界面可以采用粘附层来解决铜金属电迁移的问题。一般粘附层采用惰性金属如Ru、Mo、Co、Os等，其中，由于Co金属的电阻率较低，且与Cu的表面晶格失配度最低，粘附性最好，Co已经被认为是20nm技术节点及以下最有可能应用的粘附层材料。

但是，Co是一种非常活泼的金属，它暴露在空气中时容易在表面形成钴的氧化物。Co作为铜互连中的粘附层，厚度通常只有几个纳米，表面氧化物的存在会增大粘附层的电阻率，造成在沉积过程中样品的边缘和中间的过电位不一致，如此，电镀工艺后的样品就会出现粘附层中间薄，两边厚。此外，Cu在Co上的成核是一个异质成核，氧化物的存在会大大降低Cu在Co上的成核密度，进而影响两者之间的粘附性，从而导致电迁移现象。因此，本领域技术人员亟需提供一种铜互连的形成方法，以解决现有技术中粘附层表面存在金属氧化物的问题。

发明内容

针对以上问题，为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铜互连的形成方法，以解决现有技术中粘附层表面存在金属氧化物的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种铜互连的形成方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一半导体衬底，对所述半导体衬底进行光刻和刻蚀工艺，以形成沟槽；

步骤S02：在所述沟槽内沉积扩散阻挡层以及粘附层；

步骤S03：对所述粘附层进行电化学还原工艺，以还原所述粘附层表面的金属氧化物；

步骤S04：在还原后的粘附层的表面形成铜籽晶层；

步骤S05：在所述沟槽内充满金属铜并覆盖所述铜籽晶层的表面；

步骤S06：采用平坦化工艺去除所述沟槽外多余的扩散阻挡层、粘附层、铜籽晶层以及金属铜。

优选的，所述步骤S03中，所述电化学还原工艺包括以下步骤:

步骤S031：将所述粘附层在放入到电解质溶液中，以粘附层为阴极，对其施加5～10V的负电位，持续时间为600s以上；

步骤S032：对所述粘附层进行清洗并干燥。

优选的，所述步骤S031中，所述电解质溶液包括去离子水以及浓度为0.03～0.05mol/L的四甲基氢氧化胺。

优选的，所述电解质溶液的pH值为10～12。

优选的，所述步骤S032中，对所述粘附层通过去离子水清洗并通过氮气干燥。

优选的，在步骤S04中，所述铜籽晶层采用电镀工艺沉积形成。

优选的，所述电镀工艺中采用的电镀液包括浓度为0.03～0.06mol/L的硫酸铜、浓度为0.06～0.12mol/L的乙二胺络合剂以及浓度为0.03～0.05mol/L的三乙醇胺络合剂；其中，所述乙二胺络合剂的配比大于所述三乙醇胺络合剂。

优选的，所述电镀工艺中电流密度为1mA/cm²到5mA/cm²。

优选的，所述电镀液的pH值为9～11。

优选的，所述粘附层的材料为Co。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种铜互连的形成方法，通过在电解质溶液中对粘附层采用电化学还原工艺去除其表面的金属氧化物，一方面降低了粘附层表面的电阻率，有利于后续电镀工艺形成均匀的铜籽晶层，另一方面金属氧化物的去除可以有效地提高铜籽晶层在粘附层表面的成核率，有利于形成致密且电阻率较低的铜籽晶层，同时两者之间的粘附性更好。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是本发明提供的一种铜互连的形成方法的优选实施例的流程示意图；