铜互连的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜互连的制备方法，属于半导体技术领域。其包括：在晶圆的上表面设置介质层，并对所述介质层进行处理形成通孔和/或沟槽，并在形成有通孔或沟槽的介质层上表面从下到上依次形成铜的阻挡层和铜籽晶层；在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层，并对所述通孔和/或沟槽、所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层；通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层，并保留所述通孔和/或沟槽中填充的铜，从而形成铜导线。本发明专利技术缓解或者避免了铜导线有效厚度的降低，以及器件可靠性的下降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，具体地说，涉及一种。
技术介绍
铜互连技术是指在半导体集成电路互连层的制作中采用铜金属材料取代传统铝金属互连材料的新型半导体制造工艺。由于采用铜互连线可以降低互连层的厚度，使得互连层间的分布电容降低，从而使得频率提高成为可能。但是，随着晶片尺寸越来越大，工艺技术代越来越小，集成度越来越高，对器件的可靠性要求越发严格，对现有铜互连工艺也提出了更高的要求。图1为现有技术中的流程图；如图1所示，其包括:SlOl、在晶圆的上表面沉积低k值介质层；图2为步骤SlOl处理之后的半成品结构示意图；如图2所示，晶圆101的上表面沉积有低k值介质层102。S102、采用光刻和刻蚀工艺在介质层上形成通孔或沟槽。图3为步骤S102处理之后的半成品结构示意图；如图3所示，采用光刻和刻蚀工艺在介质层102上形成了通孔或沟槽103，该通孔或沟槽103用于在后续工艺中形成铜导线。S103、采用物理气相沉积工艺沉积铜的阻挡层和铜籽晶层。图4为步骤S103处理之后的半成品结构示意图；如图4所示，采用物理气相沉积工艺(physical vapor deposition,简称PVD)沉积了铜的阻挡层104和铜籽晶层105。S104、采用电化学电镀工艺沉积铜互连层。图5为步骤S104处理之后的半成品结构示意图；如图5所示，采用电化学电镀(Electrochemical Polymerization, ECP)工艺沉积了铜互连层 106。S105、对铜进行退火，形成铜互连层。图6为步骤S105处理之后的半成品结构示意图；如图6所示，对铜进行退火形成了铜互连层107。S106、用化学机械抛光将铜互连层抛光至介质层表面，形成铜导线。图7为步骤S106处理之后的半成品结构示意图；如图7所示，采用化学机械抛光(chemical mechanical planarization, CMP)将铜互连层抛光至介质层102表面，形成铜导线108。在上述图1所示的中，在步骤S104铜电镀时，由于晶片上各区域的图形密度、大小不同，导致铜电镀的铜厚度不同，比如在图形尺寸较小、密度较高的区域铜层会更厚，即出现过电镀现象。在后续步骤S106的铜抛光处理中，一方面由于抛光前表面形貌不同，在不同区域的抛光压力会有所差异；另一方面由于采用远高于阻挡层和介质层的抛光速率的选择性的抛光液，晶片上图形密度的差异会影响抛光后的表面质量，如图形尺寸较大的区域或图形密度高的区域有腐蚀坑109，在某些区域有铜残留110。因此，由于腐蚀坑109和铜残留110的存在，降低了铜互连中铜的有效厚度和器件的可靠性。从改善传统铜互连中的铜表面形貌解决图1所示铜互连工艺中存在的缺陷，中国公开专利CN102856249A公开了一种解决方案，采用了沉积薄膜热回流的方法，即在铜电镀后沉积一层薄膜进行热回流来消除铜电镀晶片上由于图形密度不同造成的铜厚度不同。但是这种方法有两种缺陷:I)热回流的高温会导致低k值的介质材料性质不稳定,造成40nm以下工艺代铜互连器件性能的降低；2)在铜互连中引入新的材料，对工艺的稳定性带来风险。另外一篇中国公开专利CN102222638A公开了另外一种解决方案，在第一步铜抛光到介质层后沉积硅化物，然后再第二步抛光来解决铜残留的问题。但是，该方案由于硅化物沉积的高温和氧气的影响，容易导致表面暴露的铜被氧化，铜导线的电阻率升高，导致器件性能降低。综上，现有技术中并没有提供一通，以有效消除铜电镀和/或铜抛光过程中图形密度造成的表面缺陷如腐蚀坑、铜残留，改善铜的有效厚度和器件性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，用以有效避免铜电镀和/或铜抛光过程中图形密度造成的表面缺陷如腐蚀坑、铜残留，改善铜的有效厚度和器件性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，其包括:在晶圆的上表面设置介质层，并对所述介质层进行处理形成通孔和/或沟槽，并在形成有通孔或沟槽的介质层上表面从下到上依次形成铜的阻挡层和铜籽晶层；在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层，并对所述通孔和/或沟槽、所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层；通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层，并保留所述通孔和/或沟槽中填充的铜，从而形成铜导线。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述对所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层包括:使用高选择比的抛光液并依据终点检测方法，快速地去除阻挡层表面的体铜；使用低压力抛光对所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料进行抛光处理，依据终点检测方法以及低压力检测方法使抛光停止于所述阻挡层。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层之前，所述在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层，并对所述通孔和/或沟槽、所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理之后，包括:在所述阻挡层上表面以及位于所述通孔和/或沟槽的铜互连层上表面沉积铜并对其进行退火处理形成修复层。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层还包括:去除所述修复层中的铜。优选地，在本专利技术的一实施例中，在所述阻挡层上表面以及位于所述通孔和/或沟槽的铜互连层上表面沉积铜并对其进行退火处理时，采用的气氛为H2、N2或其混合物，温度在IOO0C _150°C，时间在60秒-400秒。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层包括:采用软的抛光垫和低选择比的抛光液，平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述介质层的材料包括黑钻石系列或SiLK系列，相对介电常数的值为2.2-3.0。优选地，在本专利技术的一实施例中，所述阻挡层的材料包括Ta、TaN, Ru、Co或Mn，以及其氧化物、氮氧化物。优选地，在本专利技术的一实施例中，在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层时，采用的气氛为H2、N2或其混合物，温度在 IOO0C _200°C，时间在 30 秒-200 秒。与现有的方案相比，达到如下技术效果:由于在铜互连层进行分步抛光，相对于现有技术来说，避免了铜残留，有效避免了铜电镀和/或铜抛光过程中图形密度造成的表面缺陷；在一优选实施例中，在分步抛光的基础上，再增加了修复层，填充了腐蚀坑，进一步有效避免了铜电镀和/或铜抛光过程中图形密度造成的表面缺陷。从而最终缓解或者避免了铜导线有效厚度的降低，以及器件可靠性的下降。【附图说明】图1为现有技术中的流程图；图2为步骤SlOl处理之后的半成品结构示意图；图3为步骤S102处理之后的半成品结构示意图；图4为步骤S103处理之后的半成品结构示意图；图5为步骤S104处理之后的半成品结构示意图；图6为步骤S105处理之后的半成品结构示意图；图7为步骤S106处理之后的半成品结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜互连的制备方法，其特征在于，包括：在晶圆的上表面设置介质层，并对所述介质层进行处理形成通孔和/或沟槽，并在形成有通孔或沟槽的介质层上表面从下到上依次形成铜的阻挡层和铜籽晶层；在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层，并对所述通孔和/或沟槽、所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层；通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层，并保留所述通孔和/或沟槽中填充的铜，从而形成铜导线。

【技术特征摘要】
1.一种铜互连的制备方法，其特征在于，包括: 在晶圆的上表面设置介质层，并对所述介质层进行处理形成通孔和/或沟槽，并在形成有通孔或沟槽的介质层上表面从下到上依次形成铜的阻挡层和铜籽晶层； 在所述阻挡层上表面及所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料并对其进行退火处理形成铜互连层，并对所述通孔和/或沟槽、所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层； 通过平坦化处理去除所述铜互连层中的铜、所述介质层表面的阻挡层以及部分所述介质层，并保留所述通孔和/或沟槽中填充的铜，从而形成铜导线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述阻挡层上表面的所述铜互连层进行分步抛光处理，以去除体铜并停止于所述阻挡层包括: 使用高选择比的抛光液并依据终点检测方法，快速地去除阻挡层表面的体铜； 使用低压力抛光对所述通孔和/或沟槽中沉积铜材料进行抛光处理，依据终点检测方法以及低压力检测方法使抛光停止于所述阻挡层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成铜导线之前，所述去除体铜并停止于所述阻挡层之后，包括: 在所述阻挡层上表面以及位于所述通孔和/或沟槽的铜互连层上表面沉积铜并对其进行退火处理形成修复层。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟旻，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31