銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有低k介電層及位于所述低k介電層中的銅互連線；在所述銅互連線上形成第一鈷金屬層；在所述第一鈷金屬層及所述低k介電層上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成暴露出所述第一鈷金屬層的通孔及位于所述通孔上、且與所述通孔連通的溝槽；在所述通孔的底壁形成第二鈷金屬層；在所述通孔及所述溝槽的底壁及側(cè)壁形成阻擋層，并填充金屬層。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)中，能夠增強(qiáng)阻擋層與銅互連線的粘合力，從而提高銅互連結(jié)構(gòu)的連接性能，提高電子遷移的能力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及半導(dǎo)體集成電路制造
，尤其涉及一種銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法。
技術(shù)介紹
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十億個(gè)器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛使用。金屬互連層包括金屬互連結(jié)構(gòu)(金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線和金屬插塞)和層間介質(zhì)層(Inter-layerdielectric，ILD)。金屬互連層的制作方法通常包括在層間介質(zhì)層制造溝槽(trench)和通孔(via)，然后在上述溝槽和通孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬形成所述金屬互連結(jié)構(gòu)。由于銅有較好的導(dǎo)電性的填充性能，通常選用銅作為金屬互連線材料，選用氧化硅作為層間介質(zhì)層材料。現(xiàn)有技術(shù)中，在溝槽和通孔沉積金屬的過(guò)程中，先在溝槽及通孔的側(cè)壁及底壁形成阻擋層，再填充銅金屬，阻擋層防止銅金屬層向?qū)娱g介質(zhì)層中擴(kuò)散。然而，阻擋層與下層的銅金屬線難以很好的粘合，影響銅互連結(jié)構(gòu)中的電子遷移的性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中阻擋層與銅金屬之間粘合不好影響電子遷移的技術(shù)問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種金屬柵極的制備方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有低k介電層及位于所述低k介電層中的銅互連線；在所述銅互連線上形成第一鈷金屬層；在所述第一鈷金屬層及所述低k介電層上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成暴露出所述第一鈷金屬層的通孔及位于所述通孔上且與所述通孔連通的溝槽；在所述通孔的底壁形成第二鈷金屬層；在所述通孔及所述溝槽的底壁及側(cè)壁形成阻擋層，并在所述通孔及所述溝槽中填充銅金屬層。可選的，形成所述通孔及所述溝槽的步驟包括：在所述層間介質(zhì)層上形成硬掩膜層及圖案化的光阻；以所述圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層及所述層間介質(zhì)層，暴露出所述第一鈷金屬層，形成所述通孔；去除所述圖案化的光阻，在所述硬掩膜層上形成另一圖案化的光阻；以該另一圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成所述溝槽；去除該另一圖案化的光阻。可選的，還包括：刻蝕至少部分第一鈷金屬層。可選的，采用物理氣相沉積工藝在所述通孔的底壁形成所述第二鈷金屬層，所述第二鈷金屬層的厚度為可選的，還包括：采用濕法刻蝕工藝回刻蝕所述溝槽周?chē)乃鲇惭谀印？蛇x的，回刻蝕所述硬掩膜層的寬度為可選的，還包括：在所述金屬層上形成第三鈷金屬層。可選的，所述第三鈷金屬層的厚度為可選的，所述第一鈷金屬層在所述銅互連線上與所述低k介質(zhì)層上的沉積選擇比大于20。可選的，所述阻擋層的材料為氮化鈦，所述阻擋層的厚度為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)提供的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法中，在銅互連線上形成第一鈷金屬層，在刻蝕通孔及溝槽后，在通孔的底壁形成第二鈷金屬層，第二鈷金屬層能夠修復(fù)由于刻蝕引起的第一鈷金屬層的損傷，使得阻擋層能夠與鈷金屬層形成良好的粘合，從而提高銅互連線與銅金屬層之間的連接性能，提高電子遷移能力。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中銅互連結(jié)構(gòu)制備方法的流程圖；圖2為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成銅互連線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成第一鈷金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成通孔及溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成第二鈷金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成阻擋層及銅金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例中形成第三鈷金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合示意圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本專(zhuān)利技術(shù)，而仍然實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利技術(shù)的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的限制。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本專(zhuān)利技術(shù)由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本專(zhuān)利技術(shù)。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例的目的。本專(zhuān)利技術(shù)的核心思想在于，在銅互連線上形成第一鈷金屬層，在刻蝕通孔及溝槽后，在通孔的底壁形成第二鈷金屬層，第二鈷金屬層能夠修復(fù)由于刻蝕引起的第一鈷金屬層的損傷，使得阻擋層能夠與鈷金屬層形成良好的粘合，從而提高銅互連線與銅金屬層之間的連接性能，提高電子遷移能力。下文結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，圖1為銅互連結(jié)構(gòu)制備方法的流程圖，圖2～圖7為各步驟對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖，具體的，銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：首先，執(zhí)行步驟S1，參考圖2所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底、鍺硅襯底、碳硅襯底、SOI襯底等本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的襯底結(jié)構(gòu)。并且，所述半導(dǎo)體襯底100表面具有低k介電層110位于所述低k介電層110中的銅互連線120。應(yīng)當(dāng)理解的是，在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)可以形成有器件結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，例如放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模擬處理電路和/或數(shù)字處理電路、接口電路等，形成這些器件結(jié)構(gòu)的方法均可以為CMOS工藝。其中，銅互連線120余器件結(jié)構(gòu)電性連接，例如可以通過(guò)插塞(圖中未示出)與器件結(jié)構(gòu)電性連接，其具體的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況確定。接著，執(zhí)行步驟S2，參考圖3所示，在所述銅互連線120上形成第一鈷金屬層131，第一鈷金屬層131用于提高銅互連線120與阻擋層的粘合力。本實(shí)施例中，由于采用的低k介質(zhì)層為超低k介質(zhì)層，例如，k為0.8～1.5，使得所述第一鈷金屬層131在所述銅互連線120上與所述低k介質(zhì)層110上的沉積選擇比大于20，從而鈷金屬僅在銅互連線120上，而不在低k介質(zhì)層上沉積，而該步驟中不需要在低k介質(zhì)層上形成掩膜。執(zhí)行步驟S3，繼續(xù)參考圖3所示，在所述第一鈷金屬層131及所述低k介電層110上形成層間介質(zhì)層140，本實(shí)施例中，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層140為氧化硅材料。之后，執(zhí)行步驟S4，參考圖4所示，刻蝕所述層間介質(zhì)層140，形成暴露出所述第一鈷金屬層131的通孔151及位于所述通孔151上且與所述通孔151連通的溝槽152。本專(zhuān)利技術(shù)中，采用雙大馬士革工藝形成所述通孔151及所述溝槽152，具體包括以下步驟：首先，在所述層間介質(zhì)層140上形成硬掩膜層及圖案化的光阻；接著，以所述圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層及所述層間介質(zhì)層，暴露出所述第一鈷金屬層131，形成所述通孔151。本專(zhuān)利技術(shù)中，采用干法刻蝕工藝形成通孔，并且該刻蝕步驟還可以包括刻蝕至少部分第一鈷金屬層，并暴露出至少部分銅互連線120，導(dǎo)致第一鈷金屬層131存在刻蝕損傷。其次，去除所述圖案化的光阻，在所述硬掩膜層上形成另一圖案化的光阻；再次，以該另一圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層140，形成所述溝槽152；之后，去除該另一圖案化的光阻。當(dāng)然，本專(zhuān)利技術(shù)的其他實(shí)施例中，還可以采用其他方法形成所述通孔及所述溝槽，本專(zhuān)利技術(shù)對(duì)此本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有低k介電層及位于所述低k介電層中的銅互連線；在所述銅互連線上形成第一鈷金屬層；在所述第一鈷金屬層及所述低k介電層上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成暴露出所述第一鈷金屬層的通孔及位于所述通孔上且與所述通孔連通的溝槽；在所述通孔的底壁形成第二鈷金屬層；在所述通孔及所述溝槽的底壁及側(cè)壁形成阻擋層，并在所述通孔及所述溝槽中填充銅金屬層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有低k介電層及位于所述低k介電層中的銅互連線；在所述銅互連線上形成第一鈷金屬層；在所述第一鈷金屬層及所述低k介電層上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成暴露出所述第一鈷金屬層的通孔及位于所述通孔上且與所述通孔連通的溝槽；在所述通孔的底壁形成第二鈷金屬層；在所述通孔及所述溝槽的底壁及側(cè)壁形成阻擋層，并在所述通孔及所述溝槽中填充銅金屬層。2.如權(quán)利要求1所述的銅互連結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，形成所述通孔及所述溝槽的步驟包括：在所述層間介質(zhì)層上形成硬掩膜層及圖案化的光阻；以所述圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層及所述層間介質(zhì)層，暴露出所述第一鈷金屬層，形成所述通孔；去除所述圖案化的光阻，在所述硬掩膜層上形成另一圖案化的光阻；以該另一圖案化的光阻為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層，形成所述溝槽；去除該另一圖案化的光阻。3.如權(quán)利要求2...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鮑宇，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海華力微電子有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31