专利名称：一种多层铜互连制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铜互连制造方法，属于微纳制造领域。
背景技术：
在微电子领域，随着集成电路器件特征尺寸不断缩小，为了提高器件的可靠性和使用寿命，芯片金属互连由铝互连向铜互连转移，多层互连技术业已成为VLSI和特大规模集成电路(ULSI)制备工艺的重要组成部分；多层互连结构，主要包括局域互连、金属互连线和上下层金属线间的互连等，金属互连线之间需要用绝缘介质进行隔离，该绝缘层被称为层间介质(ILD)，同时它也是上层金属线的物理支撑体，对ILD作为金属线支撑体的要求是平坦程度，平坦化ILD成为多层互连技术的一道主要工序。由于铜金属在刻蚀过程中产生的氯化物不易挥发，所以无法用等离子体刻蚀来制备图形，IBM发明的双大马士革(Dual Damascene)工艺则巧妙解决了这一问题，在双大马士革工艺中，首先对氧化物介质层进行刻蚀，产生用于镶嵌工艺的沟槽，其次沉积金属阻挡层，铜籽晶层，再次通过ECP电镀工艺把沟槽内填满铜，最后利用Cu化学机械抛光(CMP)工艺实现铜平坦化，铜互连化学机械抛光是目前唯一能够实现芯片全局平面化的实用技术和核心技术，这种技术流程多，工艺复杂。氮化铜在室温下相当稳定，但其热分解(2Cu3N — 6CU+N2)温度(360 0C左右)较低Z. Q. Liu, W. J. Wang, Τ. Μ. Wang, S. Chao and S. K. Zheng, Thermal stability of copper nitride films prepared by rf magnetron sputtering, Thin Solid Films, 325 (1998) 55-59，氮化铜受热后容易分解成单质铜，日本科学家在1990年利用普通激光 (780 nm, 7 mW)分解氮化铜薄膜，制备了平面氮化铜/铜的有序周期结构，用于光存储，M. Asano, K. Umeda, and A. Tasaki, Cu3N Thin film for a new light recording media, Jpn. J. App 1. Phys. , 29，1985 (1990)，2001年，日本科学家利用磁控溅射方法制备了氮化铜薄膜，并用电子束轰击氮化铜薄膜，在氮化铜平面内形成3μπι X 3 ym 禾口 1 μ m X 1 μ m 的铜量子点Toshikazu Nosaka, , a, Masaaki Yoshitakea, Akio Okamotoa, Soichi Ogawaa and Yoshikazu Nakayama, Thermal decomposition of copper nitride thin films and dots formation by electron beam writing, Applied Surface Science, 169-170 ( 2001)358-361。飞秒激光具有普通激光所不具有的特性，即具有超短、超强和高聚焦能力，飞秒激光可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的很小的作用区域(100纳米甚至更小的区域)，本发明结合氮化铜低温分解效应和飞秒激光技术特点，提出一种新型的多层铜互连制造方法，该技术利用飞秒激光热分解氮化铜，在互连线区域直接由氮化铜转化成铜，无需刻蚀，同时实现了平坦化。
发明内容
本发明提出一种新型多层铜互连制造方法，利用溅射或原子层沉积技术制备氮化铜薄膜，利用飞秒激光直写技术，在需要金属互连区域，利用激光分解形成铜单质，一步化实现铜互连，由于金属铜是在氮化铜平面上激光热分解形成的，所以无需额外的化学抛光来实现表面平坦化。—种铜互连制造方法，其特 征在于利用溅射或原子层沉积技术制备氮化铜薄膜， 将飞秒激光照射在氮化铜薄膜上需要铜互连的区域，利用激光的热效应分解氮化铜形
成铜单质，一步化实现铜互连。所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述沉积的氮化铜薄膜厚度在5(Γ200 nm0所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述飞秒激光的波长20(Γ400纳米， 脉
冲宽度在25 100飞秒，单脉冲功率在0. 2^2毫焦，重复频率在60(Γ1000赫兹。所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述氮化铜薄膜放在一个能三维调节的样品台上，飞秒激光直接照射在氮化铜薄膜表面上，通过样品台的高低升降和水平方向调节，控制飞秒激光聚焦斑点的位置，样品台在水平方向移动，利用飞秒激光在需要铜互连的区域扫描，形成铜互连，未扫描到的区域仍为氮化铜，无需去除，并与铜连线形成一个平面。本发明的技术效果为利用飞秒激光热分解氮化铜，在互连线区域直接由氮化铜转化成铜，无需刻蚀，同时实现了平坦化。
图1是实例一中的铜互连的实现路径，其中黑色的代表铜，白色的代表氮化铜。
具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明的内容 实例一
1、利用溅射方法在硅片上沉积氮化铜；
在硅片上，利用溅射方法沉积氮化铜。溅射靶采用纯铜靶(99. 999%)，本底真空 1. 0X10_4Pa，衬底温度150 °C，工作气体是高纯氮气(99. 999%)，气体流量控制在30 sccm, 工作压强控制在IPa左右，沉积100纳米厚的氮化铜。2、利用飞秒激光在所需区域定位加热，使氮化铜分解为铜；
飞秒激光入射到氮化铜薄膜上的具体参数是波长200 nm，脉冲宽度25飞秒，脉冲能量0. 5毫焦，重复频率1000赫兹；
调整样品台的高度，让飞秒激光聚焦在氮化铜薄膜的表面，样品台水平移动，移动速度0.1微米/秒。3、随后在这层氮化铜薄膜上再利用溅射方法沉积100纳米厚的氮化铜； 步骤3与同步骤1。4、再次利用飞秒激光在所需区域定位加热，使氮化铜分解为铜； 步骤4与步骤2相同。5、在这层氮化铜薄膜上再利用溅射方法沉积100纳米厚的氮化铜薄膜，同步骤1。 6、再次利用飞秒激光在所需区域定位加热，使氮化铜分解为铜，同步骤2，形成如图1所示的立体互连。
权利要求
1.一种铜互连制造方法，其特征在于利用溅射或原子层沉积技术制备氮化铜薄膜， 将飞秒激光照射在氮化铜薄膜上需要铜互连的区域，利用激光的热效应分解氮化铜形成铜单质，一步化实现铜互连。
2.如权利要求1所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述沉积的氮化铜薄膜厚度在50 200 nm。
3.如权利要求1所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述飞秒激光的波长 200^400纳米，脉冲宽度在25 100飞秒，单脉冲功率在0.2 2毫焦，重复频率在60(Tl000赫兹。
4.如权利要求1所述的一种铜互连制造方法，其特征在于所述氮化铜薄膜放在一个能三维调节的样品台上，飞秒激光直接照射在氮化铜薄膜表面上，通过样品台的高低升降和水平方向调节，控制飞秒激光聚焦斑点的位置，样品台在水平方向移动，利用飞秒激光在需要铜互连的区域扫描，形成铜互连，未扫描到的区域仍为氮化铜，无需去除，并与铜连线形成一个平面。
全文摘要
本发明涉及一种铜互连制造方法，属于微纳制造领域。本发明利用溅射或原子层沉积技术制备氮化铜薄膜，利用飞秒激光直写技术，在需要金属互连区域，利用激光分解形成铜单质，一步化实现铜互连，由于金属铜是在氮化铜平面上激光热分解形成的，所以无需额外的化学抛光来实现表面平坦化。
文档编号H01L21/768GK102184888SQ20111008937
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者丁建宁, 袁宁一 申请人:常州大学