电镀铜填充工艺方法与流程

本发明涉及半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种电镀铜填充工艺方法。

背景技术：

1、随着半导体制造技术的发展，具有更低电阻率和rc延迟的铜金属互联逐渐取代了铝金属互联。但是，随着半导体器件尺寸的不断缩小，沟槽及通孔的深宽比越来越大，无缝填充的难度也越来越大。在后段电镀铜工艺过程中，通孔的开口处经常出来缩颈现象(如图1所示)，从而造成孔洞缺陷(如图2、3所示)，继而影响到器件的可靠性。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电镀铜填充工艺方法，用于解决现有的通过电镀铜填充通孔的过程中易于通孔中产生孔洞缺陷的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电镀铜填充工艺方法，所述方法包括：

3、提供一半导体结构，其包括层间膜及形成于所述层间膜内的通孔；

4、于所述通孔的底部及侧壁形成铜种子层，且所述铜种子层延伸至所述通孔以外区域的所述层间膜上；

5、于所述通孔内填满牺牲层，且所述牺牲层延伸至所述通孔以外区域的所述层间膜上；

6、对所述通孔内的所述牺牲层进行回刻以漏出预设深度的位于所述通孔侧壁的所述铜种子层；

7、对漏出的所述铜种子层进行硫化处理以形成硫化铜层；

8、去除所述通孔内剩余部分的所述牺牲层；

9、采用电镀铜工艺于所述通孔内填充金属铜，且所述金属铜延伸至所述通孔以外区域的所述层间膜的表面上。

10、可选地，在于所述通孔的底部及侧壁形成所述铜种子层之前，所述方法还包括：于所述通孔的底部及侧壁形成扩散阻挡层的步骤，且所述扩散阻挡层延伸至所述通孔以外的区域，此时，所述铜种子层形成于所述扩散阻挡层的表面。

11、可选地，所述扩散阻挡层为tan和ta的复合层。

12、可选地，采用物理气相沉积工艺形成所述扩散阻挡层。

13、可选地，所述层间膜包括第一ndc层、形成于所述第一ndc层表面的bdii层、形成于所述bdii层表面的第二ndc层、形成于所述第二ndc层表面的nfdarc层。

14、可选地，所述预设深度为所述nfdarc层、形成于其表面的所述扩散阻挡层及形成于所述扩散阻挡层表面的所述铜种子层的厚度之和。

15、可选地，所述方法还包括对形成的金属铜进行化学机械研磨的步骤，通过所述化学机械研磨工艺将所述通孔内的金属铜研磨至与所述bdii层表面齐平。

16、可选地，采用物理气相沉积工艺形成所述铜种子层。

17、可选地，所述电镀铜工艺采用酸性溶液。

18、如上所述，本发明的电镀铜填充工艺方法，在后段铜互连制程中，在通孔内淀积完扩散阻挡层(tan/ta)和铜种子层后，沉积牺牲层将整个通孔全部覆盖，接着进行牺牲层的刻蚀直至漏出开口处的侧壁，然后将暴露的铜种子层表面硫化成一层薄薄的硫化铜，去除剩余部分的牺牲层后进行电镀铜工艺。由于硫化铜在电镀液中能稳定存在且其电阻率远高于金属铜，因此，金属铜会优先在通孔内填充，从而可以避免通孔在电镀铜过程中出现孔洞缺陷，提高器件可靠性。

技术特征：

1.一种电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，在于所述通孔的底部及侧壁形成所述铜种子层之前，所述方法还包括：于所述通孔的底部及侧壁形成扩散阻挡层的步骤，且所述扩散阻挡层延伸至所述通孔以外的区域，此时，所述铜种子层形成于所述扩散阻挡层的表面。

3.根据权利要求2所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述扩散阻挡层为tan和ta的复合层。

4.根据权利要求3所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，采用物理气相沉积工艺形成所述扩散阻挡层。

5.根据权利要求4所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述层间膜包括第一ndc层、形成于所述第一ndc层表面的bdii层、形成于所述bdii层表面的第二ndc层、形成于所述第二ndc层表面的nfdarc层。

6.根据权利要求5所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述预设深度为所述nfdarc层、形成于其表面的所述扩散阻挡层及形成于所述扩散阻挡层表面的所述铜种子层的厚度之和。

7.根据权利要求5所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述方法还包括对形成的金属铜进行化学机械研磨的步骤，通过所述化学机械研磨工艺将所述通孔内的金属铜研磨至与所述bdii层表面齐平。

8.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，采用物理气相沉积工艺形成所述铜种子层。

9.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于，所述电镀铜工艺采用酸性溶液。

技术总结
本发明提供一种电镀铜填充工艺方法，方法包括：提供一半导体结构，其包括层间膜及形成于层间膜内的通孔；于通孔的底部及侧壁形成铜种子层，且铜种子层延伸至通孔以外区域的层间膜上；于通孔内填满牺牲层，且牺牲层延伸至通孔以外区域的层间膜上；对通孔内的牺牲层进行回刻以漏出预设深度的位于通孔侧壁的铜种子层；对漏出的铜种子层进行硫化处理以形成硫化铜层；去除通孔内剩余部分的牺牲层；采用电镀铜工艺于通孔内填充金属铜，且金属铜延伸至通孔以外区域的层间膜的表面上。通过本发明解决了现有的通过电镀铜填充通孔的过程中易于通孔中产生孔洞缺陷的问题。

技术研发人员：孔为行,萧至廷,薛培堃
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14