專利名稱：互連結(jié)構(gòu)制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種互連結(jié)構(gòu)制造方法。
背景技術(shù)：
后段(BEOL,backend of the line technology)工藝是指有源器件(如晶體管)與金屬連線互連時(shí)的芯片制造階段。在90nm及其以下節(jié)點(diǎn)集成電路制造工藝中，通常采用Cu-CMP的大馬士革鑲嵌工藝(damascenes process)來(lái)制造金屬布線,一般形成單鑲嵌結(jié)構(gòu)和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，單鑲嵌結(jié)構(gòu)通常僅把單層金屬布線的制造方式由傳統(tǒng)的“金屬刻蝕+介電層填充”改為“介電層刻蝕+金屬填充”，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)通常通過(guò)通孔和金屬布線結(jié)合在一起，只需要已到金屬填充步驟，可簡(jiǎn)化制程，多用于多層互連結(jié)構(gòu)的制造?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了適應(yīng)器件尺寸的縮小和器件性能的要求，無(wú)論是采用單鑲嵌結(jié)構(gòu)還是雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，如圖1所示，一般是在低K介電層100中采用等離子體干法刻蝕工藝形成金屬布線溝槽102，然后在布線溝槽102中進(jìn)行銅電鍍工藝以填充銅，并通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝將填充的銅磨平到低K介電層100的表面，這樣就形成了金屬布線，該技術(shù)使用Cu取代傳統(tǒng)的Al，可大幅度地減少連線電阻；使用低k介質(zhì)(指介電常數(shù)較低<3.2)的材料取代傳統(tǒng)的SiO2作為層間絕緣，可在不降低布線密度的條件下，有效地減小互連電容值及RC延遲，使芯片工作速度加快、功耗降低。為了讓器件獲得好的集成度和可靠性，金屬布線溝槽104的側(cè)壁必須筆直或者接近筆直，然而，如圖1所示，由于低K介質(zhì)的機(jī)械性能較弱，在低K介電層100中采用等離子體干法刻蝕工藝形成時(shí)，等離子體會(huì)在金屬布線溝槽的側(cè)壁產(chǎn)生低k介質(zhì)層損傷101 ;而為了改善金屬布線的銅填充的抗電遷移性、粘附性和其它表面特性，一般會(huì)在對(duì)所述金屬布線溝槽102進(jìn)行銅電鍍之前，通過(guò)Ta/TaN物理氣相沉積工藝在所述金屬布線溝槽102的外表面形成內(nèi)阻擋層和籽晶層(barrier/seed layer) 103, Ta/TaN高能量攻擊效應(yīng)會(huì)使得金屬布線溝槽102的底部低k介質(zhì)層100外形輪廓受損(如圖中104所示)，降低金屬布線質(zhì)量，可能造成器件短路、斷路以及寄生電容問(wèn)題，影響器件的可靠性和電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種互連結(jié)構(gòu)制造方法，能避免金屬布線溝槽刻蝕時(shí)其兩側(cè)的低k介質(zhì)損傷，以及避免在對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍時(shí)，Ta/TaN等阻擋籽晶層造成的金屬布線溝槽的底部低k介質(zhì)層損傷，提高金屬布線質(zhì)量以及器件的可靠性和電學(xué)性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種互連結(jié)構(gòu)制造方法，包括如下步驟:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括介電層以及位于所述介電層上方的阻擋層；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成層間介質(zhì)層和掩膜層；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成金屬布線溝槽；移除所述掩膜層，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使其平坦化，形成填滿所述金屬布線溝槽的銅填充；移除所述層間介質(zhì)層，并對(duì)暴露出來(lái)的銅填充進(jìn)行表面處理；在所述半導(dǎo)體襯底上沉積低K介質(zhì)層，并化學(xué)機(jī)械平坦化所述低K介質(zhì)層以暴露出所述銅填充頂部；在所述低K介質(zhì)層和所述銅填充上方形成覆蓋層，形成金屬布線結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述阻擋層包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅一種或幾種。進(jìn)一步的，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第二及以上金屬布線層時(shí)，所述介電層為低K介質(zhì)材料。進(jìn)一步的，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成金屬布線溝槽之前或之后，形成貫穿所述阻擋層和介電層的通孔。進(jìn)一步的，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍的同時(shí)向所述通孔中填充銅。進(jìn)一步的，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第一金屬布線層時(shí)，所述介電層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。進(jìn)一步的，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第一金屬布線層時(shí)，所述半導(dǎo)體襯底還包括位于所述介電層的接觸孔中的連接前段工藝結(jié)構(gòu)和所述金屬布線結(jié)構(gòu)的鎢填充。進(jìn)一步的，所述低K介質(zhì)層包括非多孔性摻雜二氧化硅、非多孔性有機(jī)聚合物、多孔性摻雜二氧化硅及多孔性有機(jī)聚合物的的一種或多種。進(jìn)一步的，所述層間介質(zhì)層包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅一種或幾種進(jìn)一步的，所述掩膜層為金屬硬掩膜層或有機(jī)材料掩膜層。進(jìn)一步的，所述金屬硬掩膜層為T(mén)iN或TaN。進(jìn)一步的，移除所述掩膜層后，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍之前，還包括:通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述金屬布線溝槽的外表面形成內(nèi)阻擋層和籽晶層。進(jìn)一步的，對(duì)暴露出來(lái)的銅填充進(jìn)行表面處理時(shí)，還包括:在所述銅填充表面形成表面鈍化層。進(jìn)一步的，在形成所述銅填充之后進(jìn)行熱處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的互連結(jié)構(gòu)制造方法，先在所述層間介質(zhì)層中刻蝕金屬布線溝槽，然后對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍完成后去掉層間介質(zhì)層再沉積所述低K介質(zhì)層，避免了現(xiàn)有技術(shù)的金屬布線工藝中金屬布線溝槽刻蝕時(shí)造成的兩側(cè)低k介質(zhì)損傷，以及對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍時(shí)，使用Ta/TaN等內(nèi)阻擋層和籽晶層造成金屬布線溝槽底部低k介質(zhì)層損傷，從而確保了銅布線的最終形貌并避免器件漏電的可能性，獲得較好的銅填充性能，提高金屬布線質(zhì)量以及器件的可靠性和電學(xué)性能。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的金屬布線溝槽刻蝕及銅電鍍后對(duì)應(yīng)的器件的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的互連結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖；圖3A至3G是本發(fā)明一實(shí)施例的互連結(jié)構(gòu)制造方法中各步驟對(duì)應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的互連結(jié)構(gòu)制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，本發(fā)明提出一種互連結(jié)構(gòu)制造方法，包括如下步驟:SI，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括介電層以及位于所述介電層上方的阻擋層；S2，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成層間介質(zhì)層和掩膜層；S3，以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成金屬布線溝槽；S4，移除所述掩膜層，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使其平坦化，形成填滿所述金屬布線溝槽的銅填充；S5，移除所述層間介質(zhì)層，并對(duì)暴露出來(lái)的銅填充進(jìn)行表面處理；S6，在所述半導(dǎo)體襯底上沉積低K介質(zhì)層，并化學(xué)機(jī)械平坦化所述低K介質(zhì)層以暴露出所述銅填充頂部；S7，在所述低K介質(zhì)層和所述銅填充上方形成覆蓋層，形成金屬布線結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖2中的步驟SI至S7和附圖3A至3G對(duì)本發(fā)明提出的互連結(jié)構(gòu)制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。首先，請(qǐng)參考圖3A，步驟SI中提供的半導(dǎo)體襯底300包括介電層301以及位于所述介電層301的阻擋層303。在制作某些基于接觸孔或接觸插塞的第一層金屬互連層結(jié)構(gòu)Ml時(shí)，提供的半導(dǎo)體襯底的介電層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述半導(dǎo)體襯底還包括連接前段工藝結(jié)構(gòu)和所述互連結(jié)構(gòu)的鎢填充接觸通孔，前段工藝結(jié)構(gòu)主要是指由半導(dǎo)體前段工藝(FEOL, frontend of the line technology)制得的有源器件結(jié)構(gòu)，如晶體管的制造工藝。在多層互連結(jié)構(gòu)中，制作第二及以上金屬布線層，所述半導(dǎo)體襯底300 —般為連接前一層金屬布線結(jié)構(gòu)的通孔層，所述介電層301 —般為低K介質(zhì)材料，需要在后續(xù)工藝中形成貫穿所述介電層301和阻擋層303的通孔(如圖3C中302所示)，該通孔與步驟S3中形成的金屬布線槽對(duì)準(zhǔn)，以在步驟S4中向金屬布線槽進(jìn)行電鍍銅的同時(shí)向該通孔中填充銅，用于導(dǎo)通后續(xù)形成的各層金屬布線結(jié)構(gòu)。該通孔的形成可以在步驟SI和S2之間形成，即直接刻蝕半導(dǎo)體襯底300形成；也可以在步驟S3形成金屬布線溝槽之后，如圖3C所示，進(jìn)一步刻蝕金屬布線溝槽下方的半導(dǎo)體襯底形成，當(dāng)然也可以一步同時(shí)形成。對(duì)于前種情況，可以在通孔形成后向其內(nèi)填充銅，也可以在步驟S2中形成暴露該通孔的層間介質(zhì)層304和掩膜層305，然后在步驟S3中形成與其對(duì)準(zhǔn)的的金屬布線槽，在步驟S4的金屬布線槽銅電鍍的同時(shí)向該通孔中填充銅；而對(duì)于后種情況，可以直接在步驟S4的金屬布線槽銅電鍍的同時(shí)向該通孔中填充銅即可。無(wú)論該通孔在金屬布線槽形成之前形成還是在之后形成，優(yōu)選的，如圖3C所示，金屬布線槽和通孔的銅填充是通過(guò)一道銅電鍍工藝完成。接著，請(qǐng)參考圖3B，步驟S2中所述的層間介質(zhì)層304可以為K值相對(duì)較高的材料，如氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅等，其機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)于常用的低K介質(zhì)材料(如摻氟二氧化硅、摻碳二氧化硅、氟碳化合物、聚酰亞胺等)要高，所以能夠承受后續(xù)的Ta/TaN物理氣相沉積工藝在所述金屬布線溝槽102的外表面形成內(nèi)阻擋層和籽晶層時(shí)造成的損傷。所述掩膜層305可以為金屬硬掩膜層，也可以為有機(jī)材料掩膜層，優(yōu)選為所述金屬硬掩膜層，例如TiN或TaN。然后，在步驟S3中，以所述掩膜層305為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層304，形成金屬布線溝槽306a、306b，本步驟中，阻擋層303作為蝕刻停止層，為金屬布線溝槽306a、306b提供較好的底部形貌，并且當(dāng)介電層301為低K介質(zhì)材料時(shí)，還可以保護(hù)介電層301不受損，并最終形成想要的金屬布線形貌和尺寸。隨后，請(qǐng)參考圖3D，步驟S4中，移除所述掩膜層305，對(duì)所述金屬布線溝槽306a、306b進(jìn)行銅電鍍并平坦化，形成填滿所述金屬布線溝槽306a、306b的銅填充307a、307b。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，為了利于銅填充307a、307b的形成，在對(duì)所述金屬布線溝槽306a、306b進(jìn)行銅電鍍之前，還可以通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述金屬布線溝槽306a、306b的外表面形成阻擋籽晶層(barrier seed layer),如Ta/TaN等，此時(shí)由于阻擋層303和層間介質(zhì)層304的存在，消除了形成Ta/TaN等阻擋籽晶層時(shí)對(duì)金屬布線溝槽306a、306b的底部和側(cè)部形貌的損傷，解決了現(xiàn)有技術(shù)工藝下的使用Ta/TaN等阻擋籽晶層而造成的金屬布線溝槽底部的低k介質(zhì)損傷的問(wèn)題，因而獲得較好的銅填充性能和最終形貌。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以在形成填滿所述金屬布線溝槽306a、306b的銅填充307a、307b之后進(jìn)行熱處理，以減少銅填充307a、307b的結(jié)構(gòu)缺陷。接下來(lái)，請(qǐng)參考圖3E，步驟S5中，移除所述層間介質(zhì)層304，然后對(duì)銅填充307a、307b表面進(jìn)行處理，減少銅填充307a、307b的缺陷，并形成表面鈍化層308a、308b，以防止銅填充307a、307b的銅向后續(xù)形成的低K介質(zhì)層309中擴(kuò)散。此時(shí)還可以在銅表面沉積一層阻擋層，如CNSi其后，請(qǐng)參考圖3F，步驟S6中，在所述半導(dǎo)體襯底300上沉積低K介質(zhì)層309，并平坦化所述低K介質(zhì)層309以暴露出所述銅填充307a、307b頂部，低K介質(zhì)層309可以包括非多孔性摻雜二氧化硅、非多孔性有機(jī)聚合物、多孔性摻雜二氧化硅及多孔性有機(jī)聚合物的一種或多種，其中，非多孔性摻雜二氧化硅可以為SiOF(摻氟二氧化硅)、SiOC(摻碳二氧化硅)或a-C:F(氟碳化合物)，非多孔性有機(jī)聚合物可以為聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯基、二乙烯硅氧烷苯并環(huán)丁烯(DVS-BCB)或芳香烴聚合物，多孔性摻雜二氧化硅可以相應(yīng)為多孔性摻氟二氧化硅、多孔性摻碳二氧化硅或多孔性氟碳化合物，多孔性有機(jī)聚合物可以為多孔性的聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯基、二乙烯硅氧烷苯并環(huán)丁烯(DVS-BCB)或芳香烴聚合物。本步驟中，由于所述低K介質(zhì)層309是在銅填充307a、307b形成后形成，顯然不存在現(xiàn)有技術(shù)下直接在低K介質(zhì)層中刻蝕金屬布線溝槽造成的金屬布線溝槽兩側(cè)的低k介質(zhì)損傷問(wèn)題，提高了后續(xù)制成的器件性能。最后，請(qǐng)參考圖3G，步驟S7中，在所述低K介質(zhì)層309和所述銅填充307a、307b上方形成覆蓋層310，覆蓋層310可以在多層互連結(jié)構(gòu)中制造下一層銅互連時(shí)，防止所述銅填充307a、307b銅擴(kuò)散到下一層銅互連的介電層的低K介質(zhì)中。綜上所述，本發(fā)明所提供的互連結(jié)構(gòu)制造方法，先在所述層間介質(zhì)層中刻蝕金屬布線溝槽，然后對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍完成后去掉層間介質(zhì)層再沉積所述低K介質(zhì)層，避免了現(xiàn)有技術(shù)的金屬布線工藝中金屬布線溝槽刻蝕時(shí)造成的兩側(cè)低k介質(zhì)損傷，以及對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍時(shí)，使用Ta/TaN等內(nèi)阻擋層和籽晶層造成的金屬布線溝槽底部低k介質(zhì)層損傷，從而確保了銅布線最終的形貌并避免器件漏電的可能性，獲得較好的銅填充性能，提高金屬布線質(zhì)量以及器件的可靠性和電學(xué)性能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括介電層以及位于所述介電層上方的阻擋層； 在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成層間介質(zhì)層和掩膜層； 以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成金屬布線溝槽； 移除所述掩膜層，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨使其平坦化，形成填滿所述金屬布線溝槽的銅填充； 移除所述層間介質(zhì)層，并對(duì)暴露出來(lái)的銅填充進(jìn)行表面處理； 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積低K介質(zhì)層，并化學(xué)機(jī)械平坦化所述低K介質(zhì)層以暴露出所述銅填充頂部； 在所述低K介質(zhì)層和所述銅填充上方形成覆蓋層，形成金屬布線結(jié)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述阻擋層包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅一種或幾種。
3.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第二及以上金屬布線層時(shí)，所述介電層為低K介質(zhì)材料。
4.按權(quán)利要求3所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成金屬布線溝槽之前或之后，形成貫穿所述阻擋層和介電層的通孔。
5.按權(quán)利要求4所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍的同時(shí)向所述通孔中填充銅。
6.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第一金屬布線層時(shí)，所述介電層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
7.按權(quán)利要求6所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，當(dāng)所述金屬布線結(jié)構(gòu)為第一金屬布線層時(shí)，所述半導(dǎo)體襯底還包括位于所述介電層的接觸孔中的連接前段工藝結(jié)構(gòu)和所述金屬布線結(jié)構(gòu)的鎢填充。
8.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述低K介質(zhì)層包括非多孔性摻雜二氧化硅、非多孔性有機(jī)聚合物、多孔性摻雜二氧化硅及多孔性有機(jī)聚合物的一種或多種。
9.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅一種或幾種。
10.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述掩膜層為金屬硬掩膜層或有機(jī)材料掩膜層。
11.按權(quán)利要求10所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層為T(mén)iN或TaN。
12.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，移除所述掩膜層后，對(duì)所述金屬布線溝槽進(jìn)行銅電鍍之前，還包括:通過(guò)物理氣相沉積工藝在所述金屬布線溝槽的外表面形成內(nèi)阻擋層和籽晶層。
13.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，對(duì)暴露出來(lái)的銅填充進(jìn)行表面處理時(shí)，還包括:在所述銅填充表面形成表面鈍化層。
14.按權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，在形成所述銅填充之后進(jìn)行熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種互連結(jié)構(gòu)制造方法，先在層間介質(zhì)層中刻蝕金屬布線溝槽，然后對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍完成后去掉層間介質(zhì)層再沉積低K介質(zhì)層，避免了現(xiàn)有技術(shù)的金屬布線工藝中金屬布線溝槽刻蝕時(shí)造成的兩側(cè)低k介質(zhì)損傷，以及防止對(duì)金屬布線溝槽銅電鍍時(shí)，使用Ta/TaN等阻擋籽晶層而造成的金屬布線溝槽的底部低k介質(zhì)層損傷，進(jìn)而確保了銅布線的最終形貌并避免器件漏電的可能性，從而獲得較好的銅填充性能，提高金屬布線質(zhì)量以及器件的可靠性和電學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103094198SQ20111034219
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者王冬江, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司