一种改善铜互连的方法
【专利摘要】本发明公开了一种改善铜互连的方法，属于半导体制造【技术领域】，具体包括：步骤1，在所述铜导线上自下而上依次沉积第一介电阻挡层、介电层以及硬掩膜层；步骤2，以所述硬掩膜层为基础刻蚀形成一具有凹槽结构的种子层；步骤3，通过化学机械抛光工艺去除所述硬掩膜层；步骤4，在所述种子层上沉积一第二介电阻挡层；所述第二介电阻挡层为一含氧介电阻挡层。上述技术方案的有益效果是：采用含氧阻挡层覆盖种子层，能够用氧元素作为驱动力将金属元素驱赶至铜导线的上表面，从而不影响铜导线中金属元素的再分配，降低铜导线的电阻。结构改进简单，制造成本低。
【专利说明】-种改善铜互连的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种改善铜互连的方法。
【背景技术】
[0002] 半导体制造过程中产生的电迁移现象主要是指在电场的作用下导电离子运动造 成元件或电路失效的现象，即当器件工作时，金属互连线内有一定电流通过，金属离子会沿 导体产生质量的输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须（小丘），具体包括发生 在相邻导体表面的如常见的银离子迁移和发生在金属导体内部的金属化电子迁移。电迁移 现象容易导致器件失效，例如造成器件短路、断路或者器件的参数退化等。
[0003] 现有技术中，在45/40nm和32/28nm工艺制程内，普遍采用铜合金种子层的方法来 改善电迁移现象，该种方法的优点在于制作工艺简单，无需增加额外的工艺步骤，且对整个 工艺流程没有影响。但是采用铜合金种子层的方法改善电迁移现象，由于其中合金元素的 加入，从而会影响合金元素在铜导线中的再分配，导致整个铜导线的电阻增大。
[0004] 中国专利（CN103295958A)公开了一种制备铜种子层的方法。该技术方案在使用 传统工艺中制备完成铜种子层后，继续进行一除气工艺，可使通孔处沉积的铜流入通孔底 部，然后再沉积一较薄的铜种子层，从而降低填充的深宽比，进而提高填充种子层底部的覆 盖性，减少后续铜电锻时出现孔隙的几率，进而提高产品性能和良率。上述技术方案仅涉及 如何制备铜种子层，并未提及如何解决铜种子层中惨杂合金元素，因此无法解决现有技术 中存在的问题。
[0005] 中国专利（CN101573787)公开了一种采用铜填充工艺来填充沟槽（12)的镶嵌工 艺。铜填充（20)开始于包括铜和铁的沉积种子层巧2)。在铜填充工艺中，一些铁迁移至 表面。在氮气环境下对该结构进行退火，该在铜填充（20)的表面上产生自对准的TiN阻挡 (24)。可W在同一退火工艺中产生空气间隙（26)。该工艺可W被用来形成多层结构。上述 技术方案仅涉及如何采用种子层形成多层结构，并不能解决现有技术中存在的问题。
【发明内容】
[0006] 根据现有技术中存在的问题，现提供一种改善铜互连的方法，具体包括：
[0007] -种改善铜互连的方法，适用于制作铜导线的工艺中，其中，具体包括：
[0008] 步骤1，在所述铜导线上自下而上依次沉积第一介电阻挡层、介电层W及硬掩膜 层；
[0009] 步骤2, W所述硬掩膜层形成一具有凹槽结构的种子层；
[0010] 步骤3,通过化学机械抛光工艺去除所述硬掩膜层；
[0011] 步骤4,在所述种子层上沉积一第二介电阻挡层；
[0012] 所述第二介电阻挡层为一含氧介电阻挡层。
[0013] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述步骤2具体包括；
[0014] 步骤21，通过光刻和蚀刻形成一凹槽结构；
[0015] 步骤22.通过物理气相沉积工艺在所述凹槽结构上形成一阻挡层；
[0016] 步骤23,通过物理气相沉积工艺在所述阻挡层上形成所述种子层；
[0017] 步骤24,对所述种子层进行电锻铜。
[0018] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述步骤2中，所述种子层为铜猛合金种子 层。
[0019] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述第二介电阻挡层的厚度小于150埃。
[0020] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述第二介电阻挡层的厚度小于50埃。
[0021] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述第二介电阻挡层内包括氮氧化娃，或者 碳氧化娃，或者二氧化娃。
[0022] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，沉积所述第二介电阻挡层的温度不高于 400 〇C。
[0023] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，在同一个半导体设备中沉积所述第一介电阻 挡层和所述第二介电阻挡层；
[0024] 所述半导体设备中包括第一反应腔室和第二反应腔室；
[0025] 在所述第一反应腔室内沉积所述第一介电阻挡层，在所述第二反应腔室内沉积所 述第二介电阻挡层。
[0026] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，在同一个半导体设备中沉积所述第一介电阻 挡层和所述第二介电阻挡层；
[0027] 所述半导体设备中包括第H反应腔室；
[0028] 在所述第H反应腔室中依次沉积所述第一介电阻挡层和所述第二介电阻挡层。
[0029] 优选的，该改善铜互连的方法，其中，所述第二介电阻挡层中的含氧量为 10% -50%。
[0030] 上述技术方案的有益效果是；采用含氧阻挡层覆盖种子层，能够用氧元素作为驱 动力将金属元素驱赶至铜导线的上表面，从而不影响铜导线中金属元素的再分配，降低铜 导线的电阻。结构改进简单，制造成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的较佳的实施例中，一种改善铜互连的方法的流程示意图；
[0032] 图2-3是本发明的较佳的实施例中，于图1的基础上，应用改善铜互连的方法的铜 互连结构示意图；
[0033] 图4是本发明的较佳的实施例中，于图1的基础上，构造具有凹槽结构的种子层的 流程示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。 [00巧]如图1所示，本发明的较佳的实施例中，一种改善铜互连的方法，具体包括；
[0036] 步骤1，在铜导线上自下而上依次沉积第一介电阻挡层、介电层W及硬掩膜层；
[0037] 本发明的较佳的实施例中，如图2-3所示，在铜导线上，首先沉积一层第一介电阻 挡层1，该第一介电阻挡层1为普通的介电阻挡层值ielectric Barrier，DB);随后在该第 一介电阻挡层1上沉积一层介电层2,本发明的较佳的实施例中，该介电层2为一超低介电 系数层扣Itra Low K，ULK)，在该介电层2上沉积一层硬掩膜层。本发明的较佳的实施例 中，由于硬掩膜层会在之后的化学机械抛光工艺（化emical Mechanical化lishing，CMP) 中被去除，因此在如图2-3中所示的结构示意图中并未示出上述硬掩膜层。
[0038] 步骤2, W硬掩膜层为基础刻蚀形成一具有凹槽结构的种子层；
[0039] 本发明的较佳的实施例中，由于需要改善铜导线中的电迁移特性，因此会在其中 形成一层种子层4 (Seed)。进一步，本发明的较佳的实施例中，该种子层为一铜合金种子层， 能够有效改善铜导线中的电迁移现象。
[0040] 步骤3,通过化学机械抛光工艺去除硬掩膜层；
[0041] 步骤4,在种子层上沉积一第二介电阻挡层；
[0042] 由于种子层4中包括一些惨杂其中的金属元素5,特别是一些合金元素，会影响到 铜导线中的金属元素的再分配，从而影响铜导线的电阻（例如增大铜导线的电阻），影响整 个铜导线的制造质量W及使用状态。因此，本发明的较佳的实施例中，在上述种子层4上沉 积一层第二介电阻挡层6。
[0043] 进一步地，本发明的较佳的实施例中，首先，该第二介电阻挡层6作为将种子层4 与外界隔离的介电阻挡层；其次，由于氧元素能够作为金属元素5的驱动力，在种子层4上 有目的地增加一些氧元素，能够使得金属元素5从分布状态（如图2所示）逐渐被驱赶至 铜导线的上表面（如图3所示），从而使得残留在铜导线内部的金属元素明显减少，降低铜 导线本身的电阻，W达到改善电迁移特性的目的，因此在第二介电阻挡层6中惨入氧元素， 即第二介电阻挡层6为一含氧介电阻挡层（0 doped Dielec化ic Barrier),当含氧介电阻 挡层沉积在种子层4上方时，等若在种子层4上方注入氧元素，从而驱动种子层4中的金属 元素5向铜导线的上表面移动。
[0044] 基于上文所述，传统的介电阻挡层（即第一介电阻挡层1)的主要成分是氮碳化娃 (SiCN)，其中并不含氧元素。因此，在上述第一介电阻挡层1中加入一些氧元素，W形成第 二介电阻挡层6。
[0045] 进一步地，本发明的较佳的实施例中，基于上文中所述，第二介电阻挡层6的主要 成分可W为氮氧化娃（SiON)、碳氧化娃（SiOC)或者二氧化娃（Si02)。该第二介电阻挡层6 的主要构成成分并不限于上述材料，其他适于制作介电阻挡层并在其中添加氧元素的材料 均能够作为本发明的较佳的实施例中的第二电阻挡层6的主要成分。
[0046] 进一步地，本发明的较佳的实施例中，上述种子层4为铜猛合金种子层，铜猛合 金中的猛（Mn)与第二介电阻挡层6中的含氧成分（例如二氧化娃）发生反应，W形成 MnxSiOx，从而作为防止种子层中金属元素5扩散的阻挡层，即铜猛合金种子层具有自我形 成阻挡层的能力（Self-forming Barrier)。
[0047] 本发明的其他实施例中，可W采用其他具有自我形成阻挡层能力的合金材料形成 上述种子层，并不限于铜猛合金。
[004引本发明的较佳的实施例中，上述第二介电阻挡层6的厚度小于150埃（A)，进一步 地，本发明的较佳的实施例中，上述第二介电阻挡层6的厚度小于50埃，
[0049] 进一步地，本发明的较佳的实施例中，沉积上述第二介电阻挡层6的沉积温度不 超过400°C，W满足制程规定的热预算（thermal budget)。
[0050] 本发明的较佳的实施例中，在上述第二介电阻挡层6上再制备一层第一介电阻挡 层（未示出），W进一步防止种子层4与外界接触。
[0051] 本发明的较佳的实施例中，制备上述第一介电阻挡层1和制备第二介电阻挡层4 的流程可W在同一台半导体设备中进行：
[0052] 本发明的一个较佳的实施例中，在该半导体设备中包括一第一反应腔室W及一第 二反应腔室，在第一反应腔室内制备上述第一介电阻挡层1，在第二反应腔室内制备上述第 二介电阻挡层4,两个反应腔室彼此独立。该样能够实现上述两个制程在同一台半导体设备 中进行的目的，节省了制造成本。
[0053] 本发明的另一个较佳的实施例中，在该半导体设备中包括一第H反应腔室，在该 第二反应腔室内依次制备上述第一介电阻挡层1和第二介电阻挡层4。由于第二介电阻挡 层4与第一介电阻挡层1之间的区别主要在于第二介电阻挡层4中包括额外加入的氧元 素，也即两者的制备过程的区别在于在制备第二介电阻挡层4时加入了氧源。因此，在同一 个第H反应腔室内，在制备第一介电阻挡层1时不加入氧源，并按照正常流程制备，而在制 备第二介电阻挡层4时加入相应的氧源。转而继续制备第一介电阻挡层1时，将氧源移开。 上述流程的应用能够将制备第一介电阻挡层和第二介电阻挡层的工艺过程放在同一台半 导体设备的同一个反应腔室内进行，大大节省了制造成本。
[0054] 本发明的较佳的实施例中，如图4所示，上述步骤2具体包括：
[00巧]步骤21，通过光刻和蚀刻形成一凹槽结构；
[0056] 本发明的较佳的实施例中，在上述介电层2上，W硬掩膜层为基础，通过光刻 (litho)和刻蚀（etch)形成一预设的凹槽结构；
[0057] 步骤22,通过物理气相沉积工艺在凹槽结构上形成一阻挡层；
[0058] 本发明的较佳的实施例中，如图2-3所示，为了将介电层2与之后将在凹槽结构上 形成的种子层4隔离，W避免种子层4中的金属元素5泄漏，在凹槽结构上首先沉积一层阻 挡层3炬arrier)。
[0059] 步骤23,通过物理气相沉积工艺在阻挡层上形成种子层；
[0060] 本发明的较佳的实施例中，通过物理气相沉积工艺（Physical Vapor Deposition, PVD)，在如步骤21中所述的凹槽结构中沉积的阻挡层3上形成一种子层4。
[0061] 步骤24,对种子层进行电锻铜。
[0062] 本发明的较佳的实施例中，通过电锻铜，上述种子层4成为一铜猛合金种子层。
[0063] W上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范 围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的 等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种改善铜互连的方法，适用于制作铜导线的工艺中，其特征在于，具体包括： 步骤1，在所述铜导线上自下而上依次沉积第一介电阻挡层、介电层W及硬掩膜层； 步骤2, W所述硬掩膜层为基础刻蚀形成一具有凹槽结构的种子层； 步骤3,通过化学机械抛光工艺去除所述硬掩膜层； 步骤4,在所述种子层上沉积一第二介电阻挡层； 其中，所述第二介电阻挡层为一含氧介电阻挡层。
2. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括； 步骤21，通过光刻和蚀刻形成一凹槽结构； 步骤22,通过物理气相沉积工艺在所述凹槽结构上形成一阻挡层； 步骤23,通过物理气相沉积工艺在所述阻挡层上形成所述种子层； 步骤24,对所述种子层进行电锻铜。
3. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述种子层为 铜猛合金种子层。
4. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述第二介电阻挡层的厚度 小于150埃。
5. 如权利要求4所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述第二介电阻挡层的厚度 小于50埃。
6. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述第二介电阻挡层内包括 氮氧化娃，或者碳氧化娃，或者二氧化娃。
7. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，沉积所述第二介电阻挡层的 温度不高于40(TC。
8. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，在同一个半导体设备中沉积 所述第一介电阻挡层和所述第二介电阻挡层； 所述半导体设备中包括第一反应腔室和第二反应腔室； 在所述第一反应腔室内沉积所述第一介电阻挡层，在所述第二反应腔室内沉积所述第 二介电阻挡层。
9. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，在同一个半导体设备中沉积 所述第一介电阻挡层和所述第二介电阻挡层； 所述半导体设备中包括第H反应腔室； 在所述第H反应腔室中依次沉积所述第一介电阻挡层和所述第二介电阻挡层。
10. 如权利要求1所述的改善铜互连的方法，其特征在于，所述第二介电阻挡层中的含 氧量为10% -50%。
【文档编号】H01L21/768GK104465500SQ201410697334
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】鲍宇, 周军, 朱亚丹, 曾真, 钟斌 申请人:上海华力微电子有限公司