一种集成电路铜互连结构的制作方法与流程

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种集成电路铜互连结构的制作方法。

背景技术：

集成电路是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步，它在电路中用字母“ic”表示，集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备、加工工艺、封装测试、批量生产及设计创新的能力上，集成电路或称微电路、微芯片，芯片在电子学中是一种把电路(主要包括半导体装置，也包括被动元件等)小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。

目前在半导体集成电路互连层的制作中，采用铜互连材料取代传统铝互连材料进行半导体制造，但现有的铜互连结构在制造的过程中，由于铜容易与其他材料发生反应，粘附系数高，因此在填充高宽较大的通孔和沟槽时，往往会先将洞口上方堵塞，从而在通孔和沟槽中留下孔洞，无法完全填充。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种集成电路铜互连结构的制作方法，解决了在填充高宽较大的引线孔和沟槽时，往往会先将洞口上方堵塞，从而在引线孔和沟槽中留下孔洞，无法完全填充的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种集成电路铜互连结构的制作方法，具体包括以下步骤：

s1、首先提供半导体基体，在半导体基体的表面形成介质层，然后在半导体基体上进行布线，在介质层表面光刻出通孔和沟槽，再通过溅射法制备扩散阻挡层和种籽层；

s2、扩散阻挡层和种籽层制备完成后，对铜互连结构进行电镀，采用基体做阴极，阳极处的电镀液提供铜离子，溶液中产生电流并形成电场，使得阴极附近的铜离子与电子结合，形成镀在种籽层表面的铜，电镀时电流的电流值为2.76-6.75a，半导体基体的转速为30-90转/分钟；

s3、电镀完成后，把该铜互连结构放置在反应容器中，送入退火炉进行退火处理，降低残余应力，稳定尺寸；

s4、退火完成后，将铜互连结构取出，需要将沟槽以外的多余的铜除去，留下沟槽中的铜，实现铜引线的图形化，采用化学机械对铜互连结构的表面进行抛光，在抛光研磨过程中不断磨去凸起的表面材料，最终做到表面平坦化，最后将铜互连结构表面的研磨粉末去除，再进行清洗，即可得到铜互连结构。

优选的，所述步骤s1中介质层为氮化硅或碳氮化硅。

优选的，所述步骤s1中溅射法是在溅射靶和基体之间放置了一块过滤栅格，它只能允许栅格方向的铜原子通过，并将沿其他方向溅射原子过滤，减少铜原子淀积到边墙。

优选的，所述步骤s3中退火处理的气体为氮气或惰性气体。

优选的，所述步骤s2中电镀液由硫酸铜、硫酸、水、加速剂、抑制剂和平坦剂组成。

优选的，所述步骤s3中退火时的温度为300-600℃，气体流量为1200-2000sccm，退火时间为20-80秒。

(三)有益效果

本发明提供了一种集成电路铜互连结构的制作方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该集成电路铜互连结构的制作方法，通过首先提供半导体基体，在半导体基体的表面形成介质层，然后在半导体基体上进行布线，在介质层表面光刻出通孔和沟槽，再通过溅射法制备扩散阻挡层和种籽层，采用溅射方法制备种籽层，使得铜原子不易淀积到边墙，改善溅射过程的填充能力。

(2)、该集成电路铜互连结构的制作方法，通过对铜互连结构进行电镀，采用基体做阴极，阳极处的电镀液提供铜离子，电镀液由硫酸铜、硫酸、水、加速剂、抑制剂和平坦剂组成，在进行铜互连结构的电镀时，加速剂、抑制剂和平坦剂的设置，使得沟槽填充更加均匀，加快了电镀反应，降低了铜表面的粗糙度。

附图说明

图1为本发明对比实验数据统计表图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供三种技术方案：一种集成电路铜互连结构的制作方法，具体包括以下实施例：

实施例1

s1、首先提供半导体基体，在半导体基体的表面形成介质层，然后在半导体基体上进行布线，在介质层表面光刻出通孔和沟槽，再通过溅射法制备扩散阻挡层和种籽层；

s2、扩散阻挡层和种籽层制备完成后，对铜互连结构进行电镀，采用基体做阴极，阳极处的电镀液提供铜离子，溶液中产生电流并形成电场，使得阴极附近的铜离子与电子结合，形成镀在种籽层表面的铜，电镀时电流的电流值为4.75a，半导体基体的转速为60转/分钟；

s3、电镀完成后，把该铜互连结构放置在反应容器中，送入退火炉进行退火处理，降低残余应力，稳定尺寸；

s4、退火完成后，将铜互连结构取出，需要将沟槽以外的多余的铜除去，留下沟槽中的铜，实现铜引线的图形化，采用化学机械对铜互连结构的表面进行抛光，在抛光研磨过程中不断磨去凸起的表面材料，最终做到表面平坦化，最后将铜互连结构表面的研磨粉末去除，再进行清洗，即可得到铜互连结构。

本发明中，步骤s1中介质层为氮化硅。

本发明中，步骤s1中溅射法是在溅射靶和基体之间放置了一块过滤栅格，它只能允许栅格方向的铜原子通过，并将沿其他方向溅射原子过滤，减少铜原子淀积到边墙。

本发明中，步骤s3中退火处理的气体为氮气。

本发明中，步骤s2中电镀液由硫酸铜、硫酸、水、加速剂、抑制剂和平坦剂组成。

本发明中，步骤s3中退火时的温度为450℃，气体流量为1600sccm，退火时间为50秒。

实施例2

s1、首先提供半导体基体，在半导体基体的表面形成介质层，然后在半导体基体上进行布线，在介质层表面光刻出通孔和沟槽，再通过溅射法制备扩散阻挡层和种籽层；

s2、扩散阻挡层和种籽层制备完成后，对铜互连结构进行电镀，采用基体做阴极，阳极处的电镀液提供铜离子，溶液中产生电流并形成电场，使得阴极附近的铜离子与电子结合，形成镀在种籽层表面的铜，电镀时电流的电流值为2.75a，半导体基体的转速为30转/分钟；

s3、电镀完成后，把该铜互连结构放置在反应容器中，送入退火炉进行退火处理，降低残余应力，稳定尺寸；

s4、退火完成后，将铜互连结构取出，需要将沟槽以外的多余的铜除去，留下沟槽中的铜，实现铜引线的图形化，采用化学机械对铜互连结构的表面进行抛光，在抛光研磨过程中不断磨去凸起的表面材料，最终做到表面平坦化，最后将铜互连结构表面的研磨粉末去除，再进行清洗，即可得到铜互连结构。

本发明中，步骤s1中介质层为氮化硅。

本发明中，步骤s1中溅射法是在溅射靶和基体之间放置了一块过滤栅格，它只能允许栅格方向的铜原子通过，并将沿其他方向溅射原子过滤，减少铜原子淀积到边墙。

本发明中，步骤s3中退火处理的气体为氮气。

本发明中，步骤s2中电镀液由硫酸铜、硫酸、水、加速剂、抑制剂和平坦剂组成。

本发明中，步骤s3中退火时的温度为300℃，气体流量为1200sccm，退火时间为20秒。

实施例3

s1、首先提供半导体基体，在半导体基体的表面形成介质层，然后在半导体基体上进行布线，在介质层表面光刻出通孔和沟槽，再通过溅射法制备扩散阻挡层和种籽层；

s2、扩散阻挡层和种籽层制备完成后，对铜互连结构进行电镀，采用基体做阴极，阳极处的电镀液提供铜离子，溶液中产生电流并形成电场，使得阴极附近的铜离子与电子结合，形成镀在种籽层表面的铜，电镀时电流的电流值为6.75a，半导体基体的转速为90转/分钟；

s3、电镀完成后，把该铜互连结构放置在反应容器中，送入退火炉进行退火处理，降低残余应力，稳定尺寸；

s4、退火完成后，将铜互连结构取出，需要将沟槽以外的多余的铜除去，留下沟槽中的铜，实现铜引线的图形化，采用化学机械对铜互连结构的表面进行抛光，在抛光研磨过程中不断磨去凸起的表面材料，最终做到表面平坦化，最后将铜互连结构表面的研磨粉末去除，再进行清洗，即可得到铜互连结构。

本发明中，步骤s1中介质层为氮化硅。

本发明中，步骤s1中溅射法是在溅射靶和基体之间放置了一块过滤栅格，它只能允许栅格方向的铜原子通过，并将沿其他方向溅射原子过滤，减少铜原子淀积到边墙。

本发明中，步骤s3中退火处理的气体为氮气。

本发明中，步骤s2中电镀液由硫酸铜、硫酸、水、加速剂、抑制剂和平坦剂组成。

本发明中，步骤s3中退火时的温度为600℃，气体流量为2000sccm，退火时间为80秒。

对比案例

某集成电路铜互连结构生产厂家随机选取30名工作人员对铜互连结构进行测试，其中选取10名工作人员测试本发明实施例1的制作方法所制作的铜互连结构，再随机选取10名工作人员测试本发明实施例2的制作方法所制作的铜互连结构，剩下的10名工作人员测试本发明实施例3的制作方法所制作的铜互连结构，在30名工作人员进行测试之后，然后对其测试后的填充效果和平坦度进行记录。

如图1所示，本实施例1生产的铜互连结构的填充效果和平坦度最好，可以对沟槽和通孔进行完全填充，电镀时使得沟槽填充更加均匀，加快了电镀反应，降低了铜表面的粗糙度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。