铜互连结构制作方法技术

本申请涉及半导体铜互连制作工艺，具体涉及一种铜互连结构制作方法。所述铜互连结构制作方法包括：提供预先图案化有互连孔槽的互连层；在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层；火温度为180C至250C的条件下，对所述铜种子层进行20秒至40秒预退火，使得铜种子层的铜晶格进行生长，补偿铜种子层铜晶格间间隙，形成连续的铜种子层；通过铜电镀工艺，在所述铜种子层上，形成填充所述互连孔槽的铜互连结构；对所述铜互连结构进行退火；通过研磨工艺使得所述铜互连结构的表面平坦化。本申请能够解决相关技术中因PVD方法生长形成的铜种子层的结构具有不稳定性，而导致铜互连结构不可靠的问题。而导致铜互连结构不可靠的问题。而导致铜互连结构不可靠的问题。

【技术实现步骤摘要】
铜互连结构制作方法


[0001]本申请涉及半导体铜互连制作工艺，具体涉及一种铜互连结构制作方法。

技术介绍

[0002]铜互连工艺在半导体集成电路制造中有着广泛应用。图3示出了相关技术形成的铜互连结构。通常，形成图3所示的铜互连结构，先在要形成铜互连结构的互连层100中预先开设形成互连孔槽110，在该互连孔槽的110侧壁上通过PVD依次生长阻挡层102和铜种子层103，随后在空气中静置0.5小时至4小时，即可进行铜互连结构103的电镀过程，以提高铜互连结构103与互连孔槽110之间的粘附性。
[0003]通过PVD方法生长形成的铜种子层的结构具有不稳定性，虽然后续的静置过程能够使铜种子层自发退火，以稳定膜层，减少缺陷，但是铜种子层自退火进程缓慢，若停留时间过长，则会出现铜腐蚀和过氧化的问题，从而影响后续铜电镀过程形成铜互连结构的可靠性。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种铜互连结构制作方法，可以解决相关技术中因PVD方法生长形成的铜种子层的结构具有不稳定性，而导致铜互连结构不可靠的问题。
[0005]本申请提供一种铜互连结构制作方法，所述铜互连结构制作方法包括：
[0006]提供预先图案化有互连孔槽的互连层；
[0007]在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层；
[0008]在退火温度为180C至250C的条件下，对所述铜种子层进行20秒至40秒预退火，使得铜种子层的铜晶格进行生长，补偿铜种子层铜晶格间间隙，形成连续的铜种子层；
[0009]通过铜电镀工艺，在所述铜种子层上，形成填充所述互连孔槽的铜互连结构；
[0010]对所述铜互连结构进行退火；
[0011]通过研磨工艺使得所述铜互连结构的表面平坦化。
[0012]可选的，所述在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层的步骤之前，在所述提供预先图案化有互连孔槽的互连层的步骤之后，包括：
[0013]在所述互连孔槽内壁上阻挡层；所述铜种子层形成于所述阻挡层上。
[0014]可选的，所述在所述互连孔槽内壁上阻挡层的步骤包括：
[0015]在所述互连孔槽内壁上沉淀至少一层第一阻挡层，和至少一层第二阻挡层，使得所述第二阻挡层覆盖在所述第一阻挡层上；所述第一阻挡层的材料包括氮化钽，所述第二阻挡层的材料包括钽。
[0016]可选的，所述在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层的步骤，包括：
[0017]通过铜溅射工艺，在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层。
[0018]可选的，在进行预退火时，预退火气体环境包括浓度小于1％的氧气。
[0019]可选的，在进行预退火时，浓度小于1％的氧气使得所述铜种子层上形成薄氧化
铜。
[0020]可选的，所述预退火气体环境还包括：浓度小于3.5％的氢气。
[0021]可选的，所述预退火气体环境还包括有氮气。
[0022]可选的，所述对所述铜互连结构进行退火的步骤，包括：
[0023]在温度为180C至250C的条件下，对所述铜互连结构进行180秒至300秒退火。本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请能够显著降低铜种子层的电阻，提高了铜种子层的导电能力，使得填充互连孔槽的铜互连结构能够可靠地附着在铜种子层上，从而避免铜互连结构填充出现缺陷。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1示出了本申请一实施例提供的铜互连结构制作方法流程图；
[0026]图2示出了本申请另一实施例提供的铜互连结构制作方法流程图；
[0027]图3示出了相关技术形成的铜互连结构剖面示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0031]此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0032]图1示出了本申请一实施例提供的铜互连结构制作方法流程图，参照图1，该铜互连结构制作方法包括：
[0033]步骤S11：提供预先图案化有互连孔槽的互连层。该互连层的材料为绝缘介质，通过预先在该互连层上通过光刻胶定义出铜互连结构图形，按照该铜互连结构图形刻蚀该互
连层，从而将铜互连结构图形转移到该互连层上，形成互连孔槽。
[0034]步骤S12：在互连孔槽内壁上形成阻挡层。在所述互连孔槽内壁上沉淀至少一层第一阻挡层，和至少一层第二阻挡层，使得所述第二阻挡层覆盖在所述第一阻挡层上；所述第一阻挡层的材料包括氮化钽，所述第二阻挡层的材料包括钽。材料为氮化钽的第一阻挡层与互连孔槽内壁的绝缘介质有较好的粘附性，材料为钽的第二阻挡层与铜具有较好的粘附性，氮化钽和钽的组合层能够阻挡铜向周围的绝缘介质中扩散。
[0035]步骤S13：在阻挡层上形成铜种子层。通过铜种子层使得后续铜电镀工艺得以实现。可选的，通过铜溅射工艺，在所述阻挡层上形成铜种子层。
[0036]步骤S14：在退火温度为180C至250C的条件下，对所述铜种子层进行20秒至40秒预退火，使得铜种子层的铜晶格进行生长，补偿铜种子层铜晶格间间隙，形成连续的铜种子层，以减少种子层缺陷，保证所形成的铜互连结构导电的连续性。
[0037]在经过退火温度为180C至250C的条件下，对所述铜种子层进行20秒至40秒预退火过程后，由于铜晶格生长，缺陷降低的原因，使得所形成的铜种子层的电阻显著降低，从而提高了铜种子层的导电能力，利于后续的电镀过程。
[0038]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜互连结构制作方法，其特征在于，所述铜互连结构制作方法包括：提供预先图案化有互连孔槽的互连层；在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层；在退火温度为180C至250C的条件下，对所述铜种子层进行20秒至40秒预退火，使得铜种子层的铜晶格进行生长，补偿铜种子层铜晶格间的间隙，形成连续的铜种子层；通过铜电镀工艺，在所述铜种子层上，形成填充所述互连孔槽的铜互连结构；对所述铜互连结构进行退火；通过研磨工艺使得所述铜互连结构的表面平坦化。2.如权利要求1所述的铜互连结构制作方法，其特征在于，所述在所述互连孔槽内壁上形成铜种子层的步骤之前，在所述提供预先图案化有互连孔槽的互连层的步骤之后，包括：在所述互连孔槽内壁上阻挡层；所述铜种子层形成于所述阻挡层上。3.如权利要求2所述的铜互连结构制作方法，其特征在于，所述在所述互连孔槽内壁上阻挡层的步骤包括：在所述互连孔槽内壁上沉淀至少一层第一阻挡层，和至少一层第二阻挡层，使得所述第二阻挡层覆盖在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢中豪，赵波，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：