[发明专利]铜填充凹槽结构及其制造方法

说明书

本发明公开了一种铜填充凹槽结构，包括：凹槽，形成于第一介质层中；在凹槽的底部表面和侧面形成有阻挡层；在阻挡层的表面形成钴层和钌层；铜层将形成有阻挡层、钴层和钌层的所述凹槽完全填充并形成铜填充凹槽结构；铜层完全由铜电镀膜组成；由钴层和钌层叠加形成铜层的辅助成核膜层。本发明还公开了一种铜填充凹槽结构的制造方法。本发明铜层不含铜籽晶层，完全由铜电镀膜组成，从而能提高在凹槽中填充铜的能力，有利于铜填充凹槽结构的缩小，特别适用于作为14nm工艺节点以下的铜连线和通孔。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路的制造领域，特别是涉及一种铜填充凹槽结构。本发明还涉及一种铜填充凹槽结构的制造方法。

背景技术

随着后段(BEOL)铜互连的关键尺寸(CD)越来越小，沟槽(Trench)和通孔(via)开口的填孔的难度越来越大，现说明如下：

如图1所示，是现有第一种铜填充凹槽结构的制造方法形成的铜填充凹槽结构的结构示意图；现有第一种铜填充凹槽结构的制造方法采用了物理气相沉积(PVD)TaN+Ta+铜籽晶层(Cu Seed)工艺，包括如下步骤：

在介质层如层间膜101上形成凹槽102，所述凹槽102为铜互连线中的铜连线对应的沟槽或者为通孔对应的通孔开口。

之后，采用PVD工艺形成TaN层103和Ta层104并由TaN层103和Ta层104叠加形成阻挡层。

之后，形成铜籽晶层105。由于铜籽晶层105的台阶覆盖能力较差，容易在所述凹槽102的顶部产生封口效应，也即在所述凹槽102的顶部的铜籽晶层105的厚度较厚，使得所述凹槽102的顶部的宽度d101变得较小。

之后，采用电镀工艺(ECP)形成铜电镀膜106。由于，所述凹槽102顶部的宽度d101较小，使得铜电镀膜106的形成难度增加。现有第一种方法并不能适用于14nm以下技术节点的凹槽填充，这是因为，14nm工艺节点的半导体器件对应的铜互连线中的铜连线的关键尺寸约为32nm，长完所述铜籽晶层105后，所述凹槽102的顶部的宽度d101太小，无法满足ECP工艺要求。而若通过减少所述铜籽晶层105的厚度来增加宽度d101，则所述凹槽102的侧面上的铜无法形成连续结构。

如图2所示，是现有第二种铜填充凹槽结构的制造方法形成的铜填充凹槽结构的结构示意图；为了克服上面描述的现有第一种铜填充凹槽结构的制造方法不能再14nm以下技术节点的缺陷，所以14nm技术节点的工艺中引入了化学气相沉积(CVD)钴(Co)金属工艺，用金属钴层替代了Ta层金属，即采用PVD TaN+CVD Co+Cu seed工艺，现有第二种铜填充凹槽结构的制造方法包括如下步骤：

在介质层如层间膜102上形成凹槽202，所述凹槽202为铜互连线中的铜连线对应的沟槽或者为通孔对应的通孔开口。

之后，采用PVD工艺形成TaN层203。

之后，采用CVD工艺形成钴层204。

之后，形成铜籽晶层205。由于铜籽晶层205的台阶覆盖能力较差，采用铜籽晶层205后，依然容易在所述凹槽202的顶部产生封口效应，也即在所述凹槽202的顶部的铜籽晶层205的厚度较厚，使得所述凹槽102的顶部的宽度d201同样会很小。

之后，采用电镀工艺(ECP)形成铜电镀膜206。

钴层204主要的作用是改善Cu的黏附性能，防止Cu在较薄的厚度下出现团聚效应，保证了Cu在很薄的厚度下仍保持铜在凹槽202的侧面是连续的。也即采用钴层204，能减少铜籽晶层205的厚度，由于图2的铜籽晶层205的厚度小于图1中的铜籽晶层105的厚度，故在凹槽202的顶部开口宽度和凹槽102的顶部开口宽度相同的条件下，形成铜籽晶层后，图2中的宽度d201会大于图1中的宽度d101，故现有第二种铜填充凹槽结构的制造方法能应用于14nm技术节点的工艺中，但是现有第一种铜填充凹槽结构的制造方法则不能应用于14nm技术节点的工艺中。