[发明专利]铜电镀方法

说明书

本发明提供了一种铜电镀方法，包括提供衬底，所述衬底上依次形成有层间介质层和硬掩模层，所述硬掩模层和所述层间介质层内形成有沟槽；刻蚀部分厚度的所述硬掩模层以增大所述沟槽的顶部宽度；以及，进行电化学镀工艺，在所述沟槽内形成铜互连层。本发明通过刻蚀部分硬掩模层以增大沟槽的顶部宽度，扩大后续电化学镀工艺的工艺窗口，从而减少甚至避免铜电镀填充时产生空洞。此外，所述铜电镀方法还可以缓解干法刻蚀造成的翘曲效应。

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种铜电镀方法。

背景技术

在半导体器件的后段(Back-End-Of-Line，BEOL)工艺中，电化学镀工艺(Electrical Chemical Plating，ECP)作为一种通过电镀的方式在晶圆的表面沉积铜膜并完成铜布线工艺的制程，被广泛应用于先进的集成电路制造领域。

现有技术中，在沟槽和连接孔内填充金属铜一般先在沟槽和连接孔的底部和侧壁上形成阻挡层，接着在阻挡层上沉积铜籽晶层(seed layer)，然后对铜籽晶层进行表面处理，最后在该铜籽晶层上以电化学镀工艺填充生长铜互连层。铜电镀填充的好坏对器件的性能有着重要影响。参阅图1和图2，提供衬底100，所述衬底100上形成有层间介质层110，所述层间介质层110内形成有沟槽111；在所述层间介质层110上及所述沟槽111内沉积阻挡层和铜籽晶层(图中未示出)；然后在铜籽晶层上以电化学镀工艺填充生长铜互连层120。其中，电化学镀工艺通常会在电镀液中引入加速剂(accelerator)、抑制剂(suppressor)和平整剂(leveler)三种添加剂，来达到从底部到顶部的孔填充(bottom-up gap-fill)的效果。然而，参阅图3，随着关键尺寸的减小，铜电镀机台无法满足日益严苛的工艺要求，使得所述铜互连层120在铜电镀填充时很容易产生空洞(void或seam)。

常用的解决铜电镀产生空洞的方法有两种，其中一种方法是通过减小介电氧化层(例如TEOS、FSG、low K、ULK等)的厚度来减小沟槽或通孔的深宽比(AR)，促进电化学镀工艺的填充效果。另外一种方法是通过减薄阻挡层(barrier)和铜籽晶层(seed)的厚度来减弱悬突(over hang)，从而增大电化学镀工艺的填充窗口。然而，沟槽的深宽比(AR)不能无限的降低，物理气相沉积(PVD)机台也存在沉积极限，难以无限减薄阻挡层(barrier)和铜籽晶层(seed)的厚度。例如，现有的PVD机台中，所述阻挡层的沉积极限为所述种子层的沉积极限为因此，如何减少铜电镀填充时所产生的空洞是现在需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜电镀方法，通过刻蚀部分硬掩模层以增大沟槽的顶部宽度，扩大后续电化学镀工艺的工艺窗口，从而减少甚至避免铜电镀填充时产生空洞。

为了达到上述目的，本发明提供了一种铜电镀方法，包括：

提供衬底，所述衬底上依次形成有层间介质层和硬掩模层，所述硬掩模层和所述层间介质层内形成有沟槽；

刻蚀部分厚度的所述硬掩模层以增大所述沟槽的顶部宽度；以及

进行电化学镀工艺，在所述沟槽内形成铜互连层。

可选的，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩模层。

可选的，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀剂包括氢氟酸溶液和过氧化氢溶液。

可选的，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩模层以增大所述沟槽的顶部宽度后，所述硬掩模层的厚度变化量为

可选的，采用干法刻蚀工艺形成所述沟槽，且进行湿法清洗以去除所述干法刻蚀过程中产生的聚合物。

可选的，所述湿法清洗的清洗液包括氢氟酸溶液。

可选的，在所述清洗液中加入过氧化氢溶液，以在去除所述聚合物的同时刻蚀部分所述硬掩模层。