專(zhuān)利名稱(chēng)：一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，后段互連電阻電容(Resistor Capacitor，簡(jiǎn)稱(chēng)RC)延遲呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而為了減少后段互連RC延遲，銅互連逐漸取代鋁互連成為主流工藝，同時(shí)引入了低介電常數(shù)(Low-k)材料。在銅互連工藝中，由于銅原子在介電材料和硅中有高的遷移率，易于擴(kuò)散，會(huì)引起電路失效，因此，通常銅大馬士革工藝淀積金屬銅前會(huì)在通孔和溝槽側(cè)壁及其底部淀積可防銅擴(kuò)散金屬阻擋層，且在平坦化工藝后于銅上淀積可防銅擴(kuò)散的介電阻擋層，也作為刻蝕阻擋層，以抑制銅原子在介電層中的擴(kuò)散。另外，隨著特征尺寸減小銅互連線(xiàn)路電流密度顯著增加，特別是在45nm及以下工藝中，銅互連線(xiàn)路電子遷移(Electro-Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)EM)和應(yīng)力遷移(Stress Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)SM)已經(jīng)成為更為嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題。其中，銅的電子遷移問(wèn)題主要產(chǎn)生于銅與其上介電阻擋層之間的界面；由于與介電阻擋層相比，金屬阻擋層與銅有更好的粘附性，所以，可通過(guò)在銅上表面覆蓋一層金屬阻擋層來(lái)改善電子遷移可靠性問(wèn)題。但是，由于金屬阻擋層是可導(dǎo)電的，且金屬阻擋層僅能保留在金屬銅上，即必須有效去除介電層上的金屬阻擋層。所以，可使用淀積金屬銅后的化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中在銅互連線(xiàn)上直接形成低于介電層一定深度的銅凹槽，如美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)US6709874，Method of manufacturing a metal cap layer for preventing damascene conductive lines from oxidation)； 同時(shí)，也可在淀積金屬銅及化學(xué)機(jī)械研磨平坦化工藝后采用反向電鍍銅(Reverse Electrochemical Plate,簡(jiǎn)稱(chēng)Reverse-ECP)工藝移除銅互連線(xiàn)上一定深度的銅形成低于介電層的銅凹槽，如美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)US6706625，Copper recess formation using chemical process for fabricating barrier cap for lines and vias) ；sK^fti^l/!!^ 研磨平坦化濕法工藝去除銅互連線(xiàn)上一定深度的銅以形成低于介電層深度的銅凹槽后，通常工藝是淀積金屬保護(hù)層，直接化學(xué)機(jī)械研磨去除介電層上金屬保護(hù)層，銅互連線(xiàn)上保留一定厚度金屬保護(hù)層，再淀積下一層刻蝕阻擋層和Low-K介電層等金屬層間介電層，并進(jìn)行后續(xù)金屬層制作。然而，通常介電刻蝕阻擋層介電常數(shù)比引入的low-k材料高得多，不利于介電層有效介電常數(shù)的降低；另外，直接研磨淀積的金屬保護(hù)層也不利于銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層厚度的控制，易于造成對(duì)銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層的損傷，進(jìn)而影響電性均勻性及可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，包括以下步驟
步驟Sl 在一襯底上淀積介電層，采用大馬士革刻蝕工藝刻蝕介電層以形成銅互連線(xiàn)溝槽；
步驟S2 淀積金屬阻擋層覆蓋剩余介電層的上表面、銅互連線(xiàn)溝槽的側(cè)壁及其底部， 電鍍填充金屬銅充滿(mǎn)銅互連線(xiàn)溝槽后，進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋在剩余介電層的上表面上的金屬阻擋層及金屬銅后，在銅互連線(xiàn)溝槽中形成銅凹槽；
步驟S3 淀積金屬保護(hù)層覆蓋剩余介電層和剩余金屬阻擋層的上表面、銅凹槽的底部及其側(cè)壁，于金屬保護(hù)層上淀積刻蝕阻擋層后，進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋剩余介電層和剩余金屬阻擋層的上表面上的金屬保護(hù)層和刻蝕阻擋層，形成第一金屬層；
步驟S4:淀積第二介電層覆蓋第一金屬層，采用雙大馬士革刻蝕工藝刻蝕第二介電層以形成銅互連線(xiàn)通孔和溝槽，重復(fù)上述工藝步驟S2和S3，于第一金屬層上制備第二金屬層。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，重復(fù)第二金屬層工藝制備包含有至少三層金屬層的器件結(jié)構(gòu)。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，采用化學(xué)氣相淀積或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝淀積介電層和第二介電層。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，介電層和第二介電層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行平坦化處理。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，直接采用化學(xué)機(jī)械研磨或在其后繼續(xù)進(jìn)行反向電鍍銅或濕法工藝形成銅凹槽。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，采用物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積工藝制備金屬保護(hù)層。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，金屬保護(hù)層的材質(zhì)為單層 TiN、Ti、TaN、Ta、WN、W 或雙層 Ti/TiN、Ta/TaN、W/WN 等。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，采用物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積工藝制備金屬阻擋層，所述金屬阻擋層的材質(zhì)至少包含TiN、Ti、 TaN、Ta、WN、W 中的一種。上述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其中，采用化學(xué)氣相淀積工藝制備刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為SiCN、SiC、SiCO等。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，通過(guò)在銅互連線(xiàn)上覆蓋可防銅擴(kuò)散的金屬保護(hù)層和刻蝕阻擋層，不僅能提高電子遷移(Electro-Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)EM)和應(yīng)力遷移(Stress Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)SM)的可靠性，而且降低了金屬層間介電層有效介電常數(shù)，并有利于形成銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層的工藝控制。


圖1-10是本發(fā)明銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明
圖1-10是本發(fā)明銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝結(jié)構(gòu)流程示意圖。如圖 1-10所示，本發(fā)明一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝
首先，采用化學(xué)氣相淀積(Chemical Vaporous D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)或旋轉(zhuǎn)涂覆 (Spin-on Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng)SOD)工藝，在襯底11上淀積材質(zhì)為SiOCH的低介電常數(shù) (Low-k)材料的第一介電層12以覆蓋襯底11 ；繼續(xù)采用單大馬士革刻蝕工藝刻蝕第一介電層12至襯底11，以形成嵌入刻蝕后剩余第一介電層13內(nèi)的銅互連線(xiàn)溝槽14。之后，采用物理氣相淀積(Physical Vapor D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)PVD)、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積(Atomic Layer Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng)ALD)工藝，淀積材質(zhì)為T(mén)iN、Ti、 TaN, Ta、WN、W等中的一種或多種的第一金屬阻擋層15，以覆蓋剩余第一介電層13的上表面、銅互連線(xiàn)溝槽14的側(cè)壁及其底部；物理氣相淀積銅籽晶層；然后，采用電化學(xué)鍍銅 (Electrochemical plating copper process，簡(jiǎn)稱(chēng) ECP)工藝電鍍填充金屬銅 17 充滿(mǎn)覆蓋有第一金屬阻擋層15的銅互連線(xiàn)溝槽16，并采用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，簡(jiǎn)稱(chēng)CMP)工藝對(duì)金屬銅17進(jìn)行平坦化處理，研磨至剩余第一介電層13，去除剩余第一介電層13上表面的金屬銅和第一金屬阻擋層后，可以繼續(xù)采用CMP、反向電鍍銅 (Reverse-ECP)或濕法工藝去除部分位于覆蓋有第一金屬阻擋層15的銅互連線(xiàn)溝槽16中的金屬銅的上部，以形成位于第一互連線(xiàn)19上的銅凹槽1，其中，銅凹槽1的底部低于剩余第一介電層13的上表面，即銅凹槽的深度為H (H > 0)。然后，采用采用物理氣相淀積(Physical Vapor D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)PVD)、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積(Atomic Layer D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)ALD)工藝，淀積材質(zhì)為單層TiN、Ti、 TaN、Ta、WN、W或雙層Ti/TiN、Ta/TaN、ff/WN等的第一金屬保護(hù)層20，以覆蓋剩余第一介電層13的上表面、位于銅凹槽1的側(cè)壁上的剩余第一金屬阻擋層18及第一互連線(xiàn)19 ；之后， 采用化學(xué)氣相淀積工藝淀積第一刻蝕阻擋層21覆蓋第一金屬保護(hù)層20，并采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)第一刻蝕阻擋層21和第一金屬保護(hù)層20進(jìn)行平坦化處理，研磨至剩余第一介電層13，以去除剩余第一介電層13和剩余第一金屬阻擋層18的上表面上的第一刻蝕阻擋層21和第一金屬保護(hù)層20，形成剩余的刻蝕阻擋層23和剩余的金屬保護(hù)層22充滿(mǎn)銅凹槽 1，構(gòu)成第一金屬層2 ；其中，第一刻蝕阻擋層21的材質(zhì)為SiCN、SiC、SiC0等，且第一互連線(xiàn) 19上保留位于其上的第一金屬保護(hù)層和部分第一刻蝕阻擋層，以使得第一金屬層2的上表面在同一水平面上。之后，采用化學(xué)氣相淀積(Chemical Vaporous D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)或旋轉(zhuǎn)涂覆 (Spin-on D印osition，簡(jiǎn)稱(chēng)SOD)工藝，淀積與第一介電層12相同材質(zhì)的第二介電層24，以覆蓋第一金屬層2的上表面；繼續(xù)采用雙大馬士革刻蝕工藝刻蝕第二介電層24，以形成嵌入刻蝕后剩余第二介電層25內(nèi)的銅互連線(xiàn)通孔和溝槽26，其中，通孔打開(kāi)部分剩余的刻蝕阻擋層23至位于其下的部分剩余的金屬保護(hù)層22 ；繼續(xù)采用和制備第一金屬層2相同的金屬化工藝步驟，制備第二金屬層3。其中，可以根據(jù)需求重復(fù)制備第二金屬層3的工藝流程繼續(xù)制備第三金屬層甚至多層金屬層，其中，由于刻蝕后金屬保護(hù)層的保護(hù)，避免金屬銅的直接暴露，能夠避免在刻蝕后淀積金屬阻擋層前使用還原氧化銅的反應(yīng)預(yù)清洗(RPC)步驟，從而避免了 RPC對(duì)介電層側(cè)壁的損傷。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，通過(guò)淀積可防銅擴(kuò)散金屬保護(hù)層和刻蝕阻擋層后，化學(xué)機(jī)械研磨去除金屬層間介電層上刻蝕阻擋層和金屬保護(hù)層，僅保留金屬銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層和一定厚度刻蝕阻擋層，不僅能提高電子遷移(Electro-Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)EM)和應(yīng)力遷移Gtress Migration，簡(jiǎn)稱(chēng)SM)可靠性，而且降低了金屬層間介電層有效介電常數(shù)，并有利于形成銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層的工藝控制。通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。 因此，所附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，包括以下步驟步驟Sl 在一襯底上淀積介電層，采用大馬士革刻蝕工藝刻蝕介電層以形成銅互連線(xiàn)溝槽；步驟S2 淀積金屬阻擋層覆蓋剩余介電層的上表面、銅互連線(xiàn)溝槽的側(cè)壁及其底部， 電鍍填充金屬銅充滿(mǎn)銅互連線(xiàn)溝槽后，進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋在剩余介電層的上表面上的金屬阻擋層及金屬銅后，在銅互連線(xiàn)溝槽中形成銅凹槽；步驟S3 淀積金屬保護(hù)層覆蓋剩余介電層和剩余金屬阻擋層的上表面、銅凹槽的底部及其側(cè)壁，于金屬保護(hù)層上淀積刻蝕阻擋層后，進(jìn)行平坦化處理，去除覆蓋剩余介電層和剩余金屬阻擋層的上表面上的金屬保護(hù)層和刻蝕阻擋層，形成第一金屬層；步驟S4:淀積第二介電層覆蓋第一金屬層，采用雙大馬士革刻蝕工藝刻蝕第二介電層以形成銅互連線(xiàn)通孔和溝槽，重復(fù)上述工藝步驟S2和S3，于第一金屬層上制備第二金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，重復(fù)第二金屬層工藝制備包含有至少三層金屬層的器件結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，采用化學(xué)氣相淀積或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝淀積介電層和第二介電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，介電層和第二介電層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行平坦化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，直接采用化學(xué)機(jī)械研磨或在其后繼續(xù)進(jìn)行反向電鍍銅或濕法工藝形成銅凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，采用物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積工藝制備金屬保護(hù)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，金屬保護(hù)層的材質(zhì)為單層TiN、Ti、TaN, Ta、WN、W或雙層Ti/TiN、Ta/TaN、W/WN。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，采用物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積或原子層淀積工藝制備金屬阻擋層，所述金屬阻擋層的材質(zhì)至少包含TiN、Ti、TaN, Ta、WN、W中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，其特征在于，采用化學(xué)氣相淀積工藝制備刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層的材質(zhì)為SiCN、SiC、SiCO。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種銅互連線(xiàn)上有金屬保護(hù)層的大馬士革工藝，通過(guò)在銅互連線(xiàn)上覆蓋可防銅擴(kuò)散的金屬保護(hù)層和刻蝕阻擋層，不僅能提高電子遷移和應(yīng)力遷移的可靠性，而且降低了金屬層間介電層有效介電常數(shù)，并有利于形成銅互連線(xiàn)上金屬保護(hù)層的工藝控制。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102446835SQ20111029920
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司