專(zhuān)利名稱：半導(dǎo)體加工銅互連的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工技術(shù)，尤其涉及一種半導(dǎo)體加工銅互連的方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS晶體管尺寸不斷縮小到次微米級(jí)，在高效率、高密度集成電路中的晶體 管數(shù)量上升到幾千萬(wàn)個(gè)。這些數(shù)量龐大的有源元件的信號(hào)集成需要高密度金屬連線，然而 這些金屬互連線帶來(lái)的電阻和寄生電容已經(jīng)成為限制這種高效集成電路速度的主要因素。
目前，半導(dǎo)體工業(yè)采用金屬銅互連線，減少了金屬連線層間的電阻、增強(qiáng)了電路穩(wěn) 定性；同時(shí)采用低介電常數(shù)介質(zhì)材料替代二氧化硅作為金屬層間的絕緣介質(zhì)，減少了金屬 連線層之間的寄生電容。 但是，對(duì)銅的刻蝕非常困難?，F(xiàn)有技術(shù)中，銅互連采用雙嵌入式工藝，又稱雙大馬 士革工藝(Dual Damascene)，首先，在基板上沉積一定厚度的低介電常數(shù)介質(zhì)材料，并在低 介電常數(shù)介質(zhì)材料上刻出通孔和溝槽等；然后，在溝槽和通孔中填充銅金屬，形成了一層金 屬互連線。銅金屬的填充工藝是由銅阻擋層/銅籽晶層的制備與銅電鍍填充共同完成的， 其中，銅阻擋層/銅籽晶層的制備工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，銅阻擋層/銅籽晶層的制備的工藝流程如下 i)去氣通過(guò)加熱的方式去除前道工藝及大氣傳輸過(guò)程中殘留的可揮發(fā)性氣體
雜質(zhì)，以保證銅金屬層的電學(xué)性能； ii)預(yù)清洗通過(guò)等離子反應(yīng)刻蝕的方法去除前道工藝及大氣傳輸過(guò)程中，殘留 在下層金屬表面的不可揮發(fā)性雜質(zhì)和銅的氧化物，以保證銅金屬層的電學(xué)性能，在45nm及 以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，多采用遠(yuǎn)程等離子體反應(yīng)預(yù)清洗設(shè)備進(jìn)行預(yù)清洗工藝； iii)銅阻擋層沉積用于阻擋銅金屬與介質(zhì)材料的直接接觸(銅原子在現(xiàn)有介質(zhì) 材料中的擴(kuò)散速度非?？?，直接接觸會(huì)導(dǎo)致金屬互連線的短路或斷路)，并起到介質(zhì)材料與 銅金屬之間的過(guò)渡粘結(jié)作用； iv)銅籽晶層沉積，為后續(xù)的銅電鍍工藝提供導(dǎo)電層。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)預(yù)清洗技術(shù)，特別是遠(yuǎn)程等離子體反應(yīng)預(yù)清洗技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià) 格高昂；同時(shí)，由于過(guò)程中存在化學(xué)反應(yīng)，對(duì)硅片產(chǎn)生污染的可能性相對(duì)較高，另外，現(xiàn)有的 等離子PVD技術(shù)在進(jìn)行孔隙填充薄膜制備的過(guò)程中，無(wú)法完全避免頂部懸掛(Overhang)和 底部拐角填充不足的問(wèn)題，使產(chǎn)品的成品率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)品成品率高的半導(dǎo)體加工銅互連 的方法。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 半導(dǎo)體加工銅互連的方法，包括在基板上形成通孔和溝槽，其特征在于，包括
在所述形成通孔和溝槽的基板上沉積銅阻擋層和銅籽晶層； 所述沉積銅阻擋層之后還進(jìn)行離子濺射步驟，所述離子為惰性氣體離子。 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方
法，由于在沉積銅阻擋層之后還進(jìn)行離子濺射步驟，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)清洗，工藝簡(jiǎn)單、成本低；可
以改善阻擋層/籽晶層薄膜沉積孔隙填充性能、降低對(duì)阻擋層/籽晶層薄膜沉積要求，使產(chǎn)
品的成品率提高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中銅阻擋層/銅籽晶層的制備的工藝流程示意圖；
圖2為本發(fā)明中銅阻擋層/銅籽晶層的制備的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖2所示，首先， 在基板上形成通孔和溝槽，然后，在所述形成通孔和溝槽的基板上沉積銅阻擋層和銅籽晶 層； 在沉積銅阻擋層之后還進(jìn)行離子濺射步驟，離子濺射步驟可以在沉積銅籽晶層之 前進(jìn)行，也可以在沉積銅籽晶層之后進(jìn)行。也可以在沉積銅籽晶層之前和之后均進(jìn)行離子 濺射步驟。 在沉積銅阻擋層之前，可以首先對(duì)通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理，銅阻擋層可以為氮 化鉭/鉭(TaN/Ta)雙層阻擋層，也可以選用其它的阻擋層。銅阻擋層的沉積可以通過(guò) PVD (物理氣相/濺射沉積)方法進(jìn)行，也可以通過(guò)其它的方法進(jìn)行。
具體實(shí)施例一 包括以下工藝流程去氣= >銅阻擋層沉積=>離子濺射(1)=>銅籽晶層沉積 = >離子濺射(2)。
首先進(jìn)行去氣工藝和銅阻擋層沉積工藝； 在銅阻擋層沉積步驟完成之后，在通孔底部的下層銅金屬表面上依次存在氧化銅
等雜質(zhì)層、氮化鉭/鉭雙層阻擋層。隨后進(jìn)行的離子濺射(1)工藝步驟，通過(guò)濺射的方式，
將同時(shí)去除以上兩層物質(zhì)，暴露出下層銅金屬表面；而且，離子濺射將起到重濺射技術(shù)的作
用，對(duì)沉積在其他區(qū)域的銅阻擋層薄膜進(jìn)行濺射轟擊，調(diào)整已經(jīng)沉積在通孔、溝槽側(cè)壁的銅
阻擋層臺(tái)階覆蓋形貌，改善等離子PVD阻擋層薄膜沉積過(guò)程中造成的頂部懸掛(Overhang)
和底部拐角填充不足的問(wèn)題。也就是說(shuō)，離子濺射(1)將同時(shí)起到預(yù)清洗和重濺射的雙重
作用，優(yōu)化阻擋層薄膜孔隙填充覆蓋，對(duì)阻擋層沉積的要求可以在一定程度上降低。此外，
由于此時(shí)低介電常數(shù)介質(zhì)材料已經(jīng)為阻擋層薄膜所保護(hù)，離子濺射不會(huì)對(duì)其造成損傷，而
且，同樣由于低介電常數(shù)介質(zhì)材料已經(jīng)為阻擋層薄膜所保護(hù)，再濺射至底部側(cè)壁的微量銅
金屬不會(huì)與介質(zhì)材料直接接觸，還可以在一定程度上幫助提高銅籽晶層的底部拐角側(cè)壁覆 圭.
rm.， 接著進(jìn)行籽晶層沉積工藝； 最后進(jìn)行離子濺射(2)工藝，主要目的在于對(duì)已經(jīng)沉積的籽晶層薄膜進(jìn)行重濺 射，優(yōu)化籽晶層薄膜孔隙填充覆蓋，對(duì)籽晶層沉積的要求也可在一定程度上降低。
其中，離子濺射(1)工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功 率為200 700W，氬氣流量為20 150sccm。 其中，離子濺射(2)工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功 率為200 750W，氬氣流量為20 150sccm。
具體實(shí)施例二 包括以下工藝流程去氣= >阻擋層沉積=>離子濺射(1)=>籽晶層沉積。
與具體實(shí)施例一相比，簡(jiǎn)化了工藝步驟，可以滿足預(yù)清洗與優(yōu)化阻擋層薄膜孔隙 填充覆蓋的雙重效果。 其中，離子濺射(1)工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功 率為200 700W，氬氣流量為20 150sccm。
具體實(shí)施例三 包括以下工藝流程去氣= >阻擋層沉積=>籽晶層沉積=>離子濺射(2')。
與具體實(shí)施例一相比，簡(jiǎn)化了工藝步驟，在籽晶層沉積步驟完成之后，在通孔底部 的下層銅金屬表面上依次存在氧化銅等雜質(zhì)層、氮化鉭/鉭雙層阻擋層以及銅籽晶層，由 離子濺射(2')工藝步驟一次性去除，可以滿足預(yù)清洗與優(yōu)化籽晶層薄膜孔隙填充覆蓋的 雙重效果。 其中，離子濺射(2')工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻 功率為300 800W，氬氣流量為20 150sccm。 本發(fā)明中的離子濺射步驟中的離子為惰性氣體離子，惰性氣體可以是上述實(shí)施例 中的氬氣，也可以是氦氣，或氬氣與氦氣的混合氣體，還可以包括其它的惰性氣體等。
本發(fā)明可以應(yīng)用于45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銅雙大馬士革互連工藝，是一種優(yōu)化的 銅阻擋層/籽晶層薄膜制備工藝流程。 采用低成本的離子濺射可以實(shí)現(xiàn)預(yù)清洗，通過(guò)工藝流程的改變，在保證工藝整合 性能的前提下有效的降低了設(shè)備及芯片制造成本； 通過(guò)離子濺射的重濺射技術(shù)效果可以改善阻擋層/籽晶層薄膜沉積孔隙填充性 能，滿足45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)銅雙大馬士革互連工藝的要求； 可以降低對(duì)阻擋層/籽晶層薄膜沉積要求，有利于在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)向32nm
以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，避免了向更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)芯片制造設(shè)備升級(jí)的成本支出。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，
任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，
都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體加工銅互連的方法，包括在基板上形成通孔和溝槽，其特征在于，包括在所述形成通孔和溝槽的基板上沉積銅阻擋層和銅籽晶層；所述沉積銅阻擋層之后還進(jìn)行離子濺射步驟，所述離子為惰性氣體離子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，所述惰性氣體包括 氬氣或氦氣中的至少一種氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，所述的離子濺射步 驟在沉積所述銅籽晶層之前或之后進(jìn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，在沉積所述銅籽晶 層之前進(jìn)行的離子濺射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為200 700W，所述氬氣的流量為20 150sccm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，在沉積所述銅籽晶層之后進(jìn)行的離子濺射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為300 800W，所述氬氣的流量為20 150sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，在沉積所述銅籽晶 層之前和之后均進(jìn)行所述離子濺射步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，在沉積所述銅籽晶 層之前進(jìn)行的離子濺射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為200 700W，所述氬氣的流量為20 150sccm j在沉積所述銅籽晶層之后進(jìn)行的離子濺射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為200 750W，所述氬氣的流量為20 150sccm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，在沉積所述銅阻擋 層之前，首先對(duì)所述通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，所述銅阻擋層為氮 化鉭/鉭雙層阻擋層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的半導(dǎo)體加工銅互連的方法，其特征在于，所述銅阻擋層 的沉積通過(guò)PVD方法進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體加工銅互連的方法，首先在基板上形成通孔和溝槽，并對(duì)通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理；然后，沉積銅阻擋層和銅籽晶層；在沉積銅阻擋層之后，且在沉積銅籽晶層之前和/或之后進(jìn)行離子濺射步驟。通過(guò)離子濺射步驟，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)清洗，工藝簡(jiǎn)單、成本低；可以改善阻擋層/籽晶層薄膜沉積孔隙填充性能、降低對(duì)阻擋層/籽晶層薄膜沉積要求，使產(chǎn)品的成品率提高?？梢詰?yīng)用于45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銅雙大馬士革互連工藝，實(shí)現(xiàn)向32nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并避免向更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)芯片制造設(shè)備升級(jí)的成本支出。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101740480SQ20081022647
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者楊柏 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司