本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種互連結構的制造方法。

背景技術：

隨著半導體器件特征尺寸的逐漸減小，互連線的尺寸也不斷減小。在超大規(guī)模集成電路(ULSI)中，互連線的性能對器件的密度和速度具有很重要的影響。

由于具有更高的電導率和更好的穩(wěn)定性，銅已經取代鋁成為超大規(guī)模集成電路工藝中的主流互連材料。目前，在大馬士革工藝中，利用電鍍(ECP)工藝在溝槽和通孔中填充銅，隨后通過化學機械拋光工藝對電鍍的銅進行平坦化。然而，特征尺寸的持續(xù)減小使得ECP工藝變得越來越困難。

如圖1所示，在溝槽101和通孔102中電鍍填充銅時，由于在溝槽101的尖頭部分的電流密度相對比較大，因此在尖頭部分電鍍銅的速度很快，導致溝槽101的開口提前封閉，使得在溝槽101和通孔102中電鍍形成的銅具有空洞103(void)。這些空洞103可能會導致互連結構的斷路，使得電遷移失敗，從而影響器件的性能。

另外，在印制電路板(PCB)的通孔中電鍍金屬形成互連結構時同樣會存在上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的一個實施例的目的在于避免互連結構中的空洞。

根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種互連結構的制造方法，所述方法包括：提供襯底結構，所述襯底結構包括溝槽和通孔，所述溝槽 和通孔的表面形成有籽晶層；通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解所述籽晶層的表面部分，以增大所述溝槽的開口；通過第二超聲雙脈沖電鍍工藝在所述籽晶層表面電鍍金屬層；通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解一部分電鍍的金屬層；重復所述第二超聲雙脈沖電鍍工藝和所述第三超聲雙脈沖電鍍工藝，在所述溝槽和通孔中填充電鍍的金屬層以形成互連結構；其中在電鍍工藝中引入超聲波。

在一個實施方式中，通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解電鍍的金屬層的速度大于通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的速度。

在一個實施方式中，所述第一超聲雙脈沖電鍍工藝中：陽極脈沖與陰極脈沖的脈沖寬度之比為20：1至1：1，或，陽極脈沖與陰極脈沖的電流之比為0.8：1至1.2：0.8；或，陰極脈沖的電流密度為0.001至5A/cm²；或，所述第一超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間為1至10秒。

在一個實施方式中，所述第二超聲雙脈沖電鍍工藝中：陽極脈沖與陰極脈沖的脈沖寬度之比為1：15至1：30；或，陽極脈沖與陰極脈沖的電流之比為1：1至1：10；或，陰極脈沖的電流密度為0.01至20A/cm²；或，所述第二超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間為1至600秒。

在一個實施方式中，所述第三超聲雙脈沖電鍍工藝中：陽極脈沖與陰極脈沖的脈沖寬度之比為20：1至1：1；或，陽極脈沖與陰極脈沖的電流之比為10：1至1：1；或，陰極脈沖的電流密度為0.001至10A/cm²；或，所述第三超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間為1至1000秒。

在一個實施方式中，所述金屬層包括銅、鎳、銀。

在一個實施方式中，超聲雙脈沖電鍍工藝中的超聲波的頻率為20000至50000HZ，超聲波的功率為10-5000W。

在一個實施方式中，所述襯底結構還包括：襯底、位于所述襯底上的阻擋層、以及位于所述阻擋層上的電介質層；所述電介質層和所述阻擋層被刻蝕形成大馬士革結構的溝槽和通孔。

在一個實施方式中，所述提供襯底結構的步驟包括：提供襯底；在所述襯底上形成阻擋層；在所述阻擋層上形成電介質層；在所述電介質層上形成圖案化的硬掩模層，以定義通孔的形狀；在所述硬掩模層上形 成圖案化的光刻膠，以定義溝槽的形狀；以所述圖案化的光刻膠為掩模，依此刻蝕所述硬掩模層和部分所述電介質層；去除所述光刻膠，并以圖案化的硬掩模層為掩模，依此刻蝕所述電介質層和所述阻擋層，在所述電介質層中形成溝槽，在所述電介質層和所述阻擋層中形成通孔；在所述溝槽和通孔的表面沉積籽晶層。

在一個實施方式中，所述方法還包括：對電鍍的金屬層進行平坦化。

根據(jù)本公開的另一個實施例，提供一種互連結構的制造方法，所述方法包括：提供具有通孔的印制電路板PCB，所述通孔的表面形成有籽晶層；通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解所述籽晶層的表面部分，以增大通孔的開口；通過第二超聲雙脈沖電鍍工藝在所述籽晶層表面電鍍金屬層；通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解一部分電鍍的金屬層；重復所述第二超聲雙脈沖電鍍工藝和所述第三超聲雙脈沖電鍍工藝，在所述通孔中填充電鍍的金屬層以形成互連結構；其中在電鍍工藝中引入超聲波。

在一個實施方式中，通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解電鍍的金屬層的速度大于通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的速度。

在一個實施方式中，所述金屬層包括銅、鎳、銀。

在一個實施方式中，超聲雙脈沖電鍍工藝中的超聲波的頻率為20000至50000HZ，超聲波的功率為10-5000W。

根據(jù)本公開的一個實施例，首先通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的表面部分，在超聲波的微射流和雙脈沖電鍍的協(xié)同作用下，使得溝槽的開口變大，然后通過多步超聲雙脈沖電鍍工藝在溝槽和通孔中電鍍金屬層，在每一次電鍍金屬層后對電鍍的金屬層進行部分溶解，以避免在電鍍的過程中將溝槽的開口封死；通過超聲波和多步雙脈沖電鍍工藝的結合，避免了形成的互連結構中存在空洞。

通過以下參照附圖對本公開的示例性實施例的詳細描述，本公開的其它特征、方面及其優(yōu)點將會變得清楚。

附圖說明

附圖構成本說明書的一部分，其描述了本公開的示例性實施例，并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理，在附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術中形成銅互連結構具有空洞的示意截面圖；

圖2是根據(jù)本公開一個實施例的互連結構的制造方法的流程圖；

圖3A、圖3B和圖3C分別示出了根據(jù)本公開的一個實施例的第一雙脈沖電鍍工藝、第二雙脈沖電鍍工藝和第三雙脈沖電鍍工藝的脈沖波形；

圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F和圖4G示出了根據(jù)本公開的一個實施例的互連結構的制造工藝中的各個階段；

圖5A、圖5B、圖5C、圖5D和圖5E示出了根據(jù)本公開的一個實施例的襯底結構的制造工藝中的各個階段；

圖6是根據(jù)本公開又一個實施例的互連結構的制造方法的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本公開的各種示例性實施例。應理解，除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不應被理解為對本發(fā)明范圍的限制。

此外，應當理解，為了便于描述，附圖中所示出的各個部件的尺寸并不必然按照實際的比例關系繪制，例如某些層的厚度或寬度可以相對于其他層有所夸大。

以下對示例性實施例的描述僅僅是說明性的，在任何意義上都不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制。

對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和裝置可能不作詳細討論，但在適用這些技術、方法和裝置情況下，這些技術、方法和裝置應當被視為本說明書的一部分。

應注意，相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義或說明，則在隨后的附圖的說明中將不需要對其進行進一步討論。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在形成互連結構的過程中，在溝槽中沉積的籽晶層會具有突懸(overhang)，即在溝槽尖頭部分處形成的籽晶層會比較厚，這會使得溝槽的開口變小，從而影響后續(xù)的電鍍工藝，使得形成的互連結構中具有空洞。

圖2是根據(jù)本公開一個實施例的互連結構的制造方法的流程圖。本實施例結合了多步雙脈沖電鍍工藝和超聲波電鍍工藝。如圖2所示，本實施例提供的互連結構的制造方法包括：

步驟202，提供襯底結構，該襯底結構包括溝槽(trench)和通孔(via)，在溝槽和通孔的表面形成有籽晶層，在溝槽尖頭部分形成的籽晶層可能會有突懸。

其中，籽晶層的材料例如可以是銅、鈷等。另外，在溝槽和通孔的表面與籽晶層之間還可以形成有擴散阻擋層，擴散阻擋層可以是單層或疊層結構。在一個實施例中，擴散阻擋層可以是鉭(Ta)或由Ta和氮化鉭(TaN)組成的疊層。

步驟204，通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的表面部分。

本步驟在超聲波的微射流和雙脈沖電鍍的協(xié)同作用下，位于溝槽尖頭部分形成的籽晶層(即突懸)的溶解速度大于溝槽側壁和溝槽頂部的籽晶層的溶解速度，從而使得溝槽的開口變大，這會有利于后續(xù)的電鍍沉積。

步驟206，通過第二超聲雙脈沖電鍍工藝在籽晶層表面電鍍金屬層。

對于超聲雙脈沖電鍍工藝來說，施加陰極脈沖(正向脈沖)時，會在籽晶層表面電鍍金屬層，例如銅、鎳、銀等金屬層；施加陽極脈沖(反向脈沖)時，會溶解一部分電鍍的金屬層。在第二超聲雙脈沖電鍍工藝中，可以通過調節(jié)陰極脈沖和陽極脈沖的參數(shù)，例如脈沖寬度、脈沖電流等，使得在籽晶層表面電鍍金屬層的速度大于金屬層溶解的速度，從而在籽晶層表面電鍍金屬層。

在一個具體實施例中，可以采用CuSO₄、Cu₃(PO4)₂作為電鍍液，此時電鍍的金屬層為銅。

步驟208，通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解一部分電鍍的金屬層。

與上類似地，在第三超聲雙脈沖電鍍工藝中，可以通過調節(jié)陰極脈沖和陽極脈沖的參數(shù)，使得在籽晶層表面電鍍金屬層的速度小于金屬層溶解的速度，從而溶解一部分電鍍金屬層。通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝，可以使得位于溝槽尖頭部分的金屬層的溶解速度大于溝槽側壁和溝槽頂部的金屬層的溶解速度，以避免溝槽的開口被封死。

優(yōu)選地，步驟208中通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解電鍍的金屬層的速度大于步驟204中通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的速度。

重復上述步驟206和步驟208，在溝槽和通孔中填充電鍍的金屬層以形成互連結構。其中，在步驟206之后，判斷溝槽和通孔的填充是否滿足要求，若是，則結束電鍍工藝；若否，則繼續(xù)重復執(zhí)行步驟208和步驟206。

在一個實施例中，上述超聲雙脈沖電鍍工藝(包括第一、第二和第三超聲雙脈沖電鍍工藝)中的超聲波的頻率可以為20000至50000HZ，超聲波的功率可以為10-5000W。超聲波的微射流(micro-jet)可以改善電鍍液中金屬離子的分布，降低了濃差極化，使得電鍍沉積的金屬層更加均勻。通過多步雙脈沖電鍍工藝與超聲波的結合，首先通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的表面部分，在超聲波的微射流和雙脈沖電鍍的協(xié)同作用下，使得溝槽的開口變大，然后在每一次電鍍金屬層后對電鍍的金屬層進行部分溶解，以避免溝槽的開口在電鍍的過程中被封死，從而避免在形成的互連結構中產生空洞。

上述實施例中，在重復步驟206和步驟208形成互連結構后，電鍍的金屬層比較薄，作為一個非限制性示例，電鍍的金屬層可以為2000埃。通常情況下，還需要在電鍍的金屬層的表面繼續(xù)電鍍，例如可以利用直流脈沖繼續(xù)電鍍金屬層，直至電鍍的金屬層的厚度滿足要求，例如達到7000埃。之后，可以利用化學機械拋光工藝對電鍍的金屬層進行平坦化。

圖3A-圖3C分別示出了根據(jù)本公開的一個實施例的第一超聲雙脈沖電鍍工藝、第二超聲雙脈沖電鍍工藝和第三超聲雙脈沖電鍍工藝的脈 沖波形。

需要說明的是，雖然圖3A-圖3C中示出的脈沖波形均為長方形，但這僅僅是示例性的，并不用于限制本公開的范圍，在超聲雙脈沖電鍍工藝中采用的脈沖還可以為其他形狀的脈沖，例如可以是三角形脈沖等。

如圖3A所示，第一超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間可以為1至10秒。

在第一超聲雙脈沖電鍍工藝中，陽極脈沖與陰極脈沖的脈沖寬度之比t_a：t_b可以為20：1至1：1，例如，10：1、5：1；陽極脈沖與陰極脈沖的電流之比I_a：I_b可以為0.8：1至1.2：0.8，例如1：1；陰極脈沖的電流密度可以為0.001至5A/cm²，例如，0.05A/cm²、0.5A/cm²、2A/cm²。

如圖3B所示，第二超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間可以為1至600秒。

在第二超聲雙脈沖電鍍工藝中，陰極脈沖的電流密度可以為0.01至20A/cm²，例如，0.5A/cm²、5A/cm²、10A/cm²；陽極脈沖的脈沖寬度t_a與陰極脈沖的脈沖寬度t_b之比t_a：t_b可以為1：15至1：30，例如，1：20；陽極脈沖電流I_a與陰極脈沖電流I_b的電流之比I_a：I_b可以為1：1至1：10，例如，1：5。

如圖3C所示，第三超聲雙脈沖電鍍工藝進行的時間可以為1至1000秒。

在第三超聲雙脈沖電鍍工藝中，陰極脈沖的電流密度可以為0.001至10A/cm²，例如，0.05A/cm²、0.5A/cm²、6A/cm²；陽極脈沖與陰極脈沖的脈沖寬度之比t_a：t_b可以為20：1至1：1，例如，10：1、5：1；陽極脈沖與陰極脈沖的電流之比I_a：I_b可以為10：1至1：1，例如3：1、5：1。

應理解，上面給出的超聲雙脈沖電鍍工藝條件僅僅是示例性的，本領域技術人員根據(jù)本公開給出的互連結構的制造方法可以選擇其他合適的工藝條件。

下面結合圖4A-圖4G對本公開互連結構的制造方法進行詳細說明。

如圖4A所示，提供襯底結構，該襯底結構包括：襯底401、位于襯底401上的阻擋層402、以及位于阻擋層402上的電介質層403。其中，電介質層403和阻擋層402被刻蝕形成大馬士革結構的溝槽404和通孔404，電介質層403的表面、溝槽404和通孔405的表面形成有籽晶層506。其中，在溝槽404的尖頭部分的籽晶層具有突懸，使得溝槽404的開口減小。

可選地，在溝槽和通孔的表面與籽晶層之間還可以形成有擴散阻擋層(圖中未示出)，擴散阻擋層可以是單層或疊層結構。示例性地，擴散阻擋層可以是鉭(Ta)或由Ta和氮化鉭(TaN)組成的疊層。

需要指出的是，這里示出的襯底結構可以通過多種方法來形成，例如，先溝槽工藝(Trench First)或者先通孔工藝(via First)。本公開提供了一種示例性的方法，稍后將詳細說明。

如圖4B所示，通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層406的表面部分，以增大溝槽404的開口。

如圖4C所示，通過第二超聲雙脈沖電鍍工藝在籽晶層406表面電鍍金屬層407。

如圖4D所示，通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解一部分電鍍的金屬層407。通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝的溶解步驟，可以使得溝槽404的開口變大。如果在第二超聲雙脈沖電鍍工藝后溝槽404的開口被封死，第三超聲雙脈沖電鍍工藝可以使得被封死的溝槽404的開口重新打開。

如圖4E和4F所示，在重復第一超聲雙脈沖電鍍工藝和第二超聲雙脈沖電鍍工藝之后，例如重復1-20次，在溝槽404和通孔405中填充金屬層406，形成雙鑲嵌的互連結構。

之后，可以對填充的金屬層進行平坦化工藝，直至露出電介質層403，如圖4G所示。

需要指出，為了清楚起見，圖4F和圖4G中并未全部示出籽晶層 所形成的突懸。

通過本公開提供的互連結構的制造方法，參見圖4A-圖4G，可以得到沒有空洞的互連結構。在形成互連結構后，可以繼續(xù)在互連結構上形成電介質層，然后形成其他互連結構，在形成其他互連結構時同樣可以采用上面提供的方法。

本公開還提供了一種形成上述襯底結構的方法。下面結合圖5A-5E對襯底結構的制造方法進行說明。需要說明，圖5A-5E中的附圖標記501-505與圖4A-圖4G中的附圖標記401-405指示相同或類似的部件。

如圖5A所示，提供襯底501，在襯底501上形成阻擋層502；在阻擋層502上形成電介質層503。

這里，襯底501例如可以是硅襯底、絕緣體上硅襯底等其他半導體襯底。襯底501中可以形成有柵極結構、淺溝槽隔離結構(圖中未示出)等。另外，襯底501中也可以形成有其他互連結構(圖中未示出)。

阻擋層502可以是Ta和TaN組成的疊層，電介質層503優(yōu)選為低介電常數(shù)(k)材料，例如，多孔低k材料。

如圖5B所示，在電介質層503上形成硬掩模層601，然后通過光刻和刻蝕工藝在硬掩模層601中形成溝槽6011，形成圖案化的硬掩模層601，溝槽6011定義了之后形成的溝槽的形狀。硬掩模層601的材料例如可以是硅的氮化物(Si_xN_y)，典型地，可以是氮化硅(SiN)。本公開不限于此，可以選擇其他合適的材料作為硬掩模層601。

如圖5C所示，在硬掩模層601上形成圖案化的光刻膠603，從而定義出之后形成的通孔的形狀。優(yōu)選地，為了防止光的反射對圖案化光刻膠603的影響，可以在硬掩模層601上形成抗反射層602。

如圖5D所示，以圖案化的光刻膠603為掩模，依此刻蝕抗反射層602(如果有的話)、硬掩模層601和電介質層503，形成開口604。需要指出的是，開口604也可以向下延伸至阻擋層502；或者，開口604也可以貫穿阻擋層502。

如圖5E所示，去除光刻膠603和抗反射層602(如果有的話)，并以圖案化的硬掩模層601為掩模，依此刻蝕電介質層503和阻擋層502， 對應溝槽6011在電介質層503中形成溝槽504，對應開口604在電介質層503和阻擋層502中形成通孔505。

之后，可以去除硬掩模層601，并通過物理氣相沉積(PVD)在溝槽和通孔的表面沉積籽晶層，從而形成如圖4A所示的襯底結構。

本公開提供的超聲雙脈沖電鍍工藝的方案也適用于對印制電路板(PCB)的通孔進行電鍍的工藝。

圖6是根據(jù)本公開又一個實施例的互連結構的制造方法的流程圖。本實施例是對PCB板的通孔進行電鍍時采用了雙脈沖電鍍工藝和超聲波電鍍工藝，類似步驟的具體實現(xiàn)可以參照前面的描述。如圖6所示，本實施例提供的互連結構的制造方法包括：

步驟702，提供具有通孔的PCB，在通孔的表面形成有籽晶層。

其中，PCB上可以有多個通孔，通過在通孔中電鍍金屬層，可以將雙面PCB板的兩面的導線連接起來，或者將多層PCB板的每一層連接起來。

步驟704，通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的表面部分。

本步驟在超聲波的微射流和雙脈沖電鍍的協(xié)同作用下，使得位于溝槽尖頭部分的籽晶層(即突懸)的溶解速度大于溝槽側壁和溝槽頂部的籽晶層的溶解速度，從而使得溝槽的開口變大，這會有利于后續(xù)的電鍍沉積。

步驟706，通過第二超聲雙脈沖電鍍工藝在籽晶層表面電鍍金屬層。

作為一個非限制性示例，金屬層可以包括銅、鎳、銀等其他合適的互連材料。

步驟708，通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解一部分電鍍的金屬層。

優(yōu)選地，步驟708中通過第三超聲雙脈沖電鍍工藝溶解電鍍的金屬層的速度大于步驟704中通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的速度。

重復步驟706和步驟708，在通孔中填充電鍍的金屬層以形成互連結構。

與圖2所示實施例類似地，本實施例中，在步驟704至步驟708的 電鍍工藝中均引入超聲波，在一個具體實施例中，超聲波的頻率可以為20000至50000HZ，超聲波的功率為10-5000W。超聲波的微射流可以改善電鍍液中金屬離子的分布，降低了濃差極化，使得電鍍沉積的金屬層更加均勻。本實施例結合了多步雙脈沖電鍍工藝與超聲波，在電鍍金屬層之前，首先通過第一超聲雙脈沖電鍍工藝溶解籽晶層的表面部分，在超聲波的微射流和第一超聲雙脈沖電鍍的協(xié)同作用下，使得通孔的開口變大；然后，在每一次電鍍金屬層后對電鍍的金屬層進行部分溶解，以避免通孔的開口在電鍍的過程中被封死，從而避免在形成的互連結構中產生空洞。

至此，已經詳細描述了根據(jù)本公開實施例的互連結構的制造方法。為了避免遮蔽本公開的構思，沒有描述本領域所公知的一些細節(jié)，本領域技術人員根據(jù)上面的描述，完全可以明白如何實施這里公開的技術方案。另外，本說明書公開所教導的各實施例可以自由組合。本領域的技術人員應該理解，可以對上面說明的實施例進行多種修改而不脫離如所附權利要求限定的本公開的精神和范圍。