铜互连工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种铜互连工艺方法，包括如下步骤：步骤一、采用大马士革工艺在半导体衬底上形成铜互连线；步骤二、对铜互连线的表面进行预处理将铜互连线表面的氧化铜还原为铜；步骤三、形成覆盖层，通过步骤二中将所述铜互连线表面的氧化铜转换为铜降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间的粘附力。本发明专利技术能改善铜和覆盖层的界面特性，有效提高接触孔的电迁移寿命。

【技术实现步骤摘要】
铜互连工艺方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种铜互连工艺方法。
技术介绍
随着半导体器件尺寸的不断减小，铜互连工艺也面临巨大挑战。除了工艺上要满足设计要求，可靠性也是必须要通过评估的项目。其中电迁移寿命是衡量互连工艺的最重要参数。影响电迁移的参数有填充材质，工艺缺陷以及不同材质的接触界面等。现有一种铜互连工艺采用氮化硅和含氟二氧化硅作为电介质，可靠性测试发现接触孔电迁移寿命分布图有拖尾现象，失效分析表明金属层有铜扩散，导致最终的电迁移寿命不能满足产品需求。金属铜上面的覆盖层和铜之间的接触界面不佳，是导致失效的主要原因，需要改善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种铜互连工艺方法，能改善铜和覆盖层的界面特性，有效提高接触孔的电迁移寿命。为解决上述技术问题，本专利技术提供的铜互连工艺方法包括如下步骤：步骤一、采用大马士革工艺在半导体衬底上形成铜互连线。步骤二、对所述铜互连线的表面进行预处理，所述预处理将所述铜互连线表面的氧化铜还原为铜。步骤三、在进行了所述预处理后的所述铜互连线的表面形成覆盖层，通过步骤二中将所述铜互连线表面的氧化铜转换为铜降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间的粘附力。进一步的改进是，步骤二的所述预处理采用氢气进行预处理，利用氢气将所述铜互连线表面的氧化铜还原为铜。进一步的改进是，步骤三中所述覆盖层的材料采用氮掺杂碳化硅。进一步的改进是，步骤三中形成所述覆盖层时通入有含硅气体，所述含硅气体和所述铜互连线表面的铜反应形成硅铜金属间化合物，利用所述硅铜金属间化合物降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间的粘附力。进一步的改进是，步骤一中在进行所述大马士革工艺之前，在所述半导体衬底上形成有半导体器件，所述半导体器件包括多晶硅栅和掺杂区，在所述半导体器件对应的所述多晶硅栅和掺杂区的上方形成有接触孔，所述接触孔穿过第一层层间膜。进一步的改进是，所述大马士革工艺包括：在所述第一层层间膜表面形成第一阻挡层。在所述第一阻挡层表面形成第二层层间膜。光刻定义出所述第二层层间膜的刻蚀区域并对所述第二层层间膜进行刻蚀形成所述铜互连线的形成区域。进行铜填充和铜的研磨工艺形成所述铜互连线。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。进一步的改进是，所述覆盖层的氮掺杂碳化硅的K值为5.2。进一步的改进是，所述覆盖层的氮掺杂碳化硅的形成工艺的温度为350℃。本专利技术在采用大马士革工艺形成铜互连线之后，并不是直接形成覆盖层，而是先对铜互连线的表面进行将氧化铜进行还原的预处理，由于预处理后铜互连线的表面的氧化铜消除而直接为铜，故能够防止在覆盖层形成过程中在铜互连线的表面形成氮化铜，从而能消除铜互连线的表面的氮化铜带来的铜和覆盖层接触不佳且容易产生电迁移的技术问题；而且，本专利技术在无氧化铜的铜表面之间形成覆盖层，还能实现在铜互连线的表面形成硅铜化合物，由于硅铜金属间化合物具有高电阻故能够减慢铜往电介质的迁移速率，而且硅铜金属间化合物为铜线和覆盖层提供更好的黏附力，最终能使得接触孔的本征电迁移寿命延长。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1A-图1C是现有铜互连工艺方法的铜表面结构图；图2是现有铜互连工艺方法形成的铜互连工艺结构的照片；图3是本专利技术实施例铜互连工艺方法的流程图；图4是本专利技术实施例方法形成的铜互连工艺结构的剖面图；图5A-图5C是本专利技术实施例铜互连工艺方法的铜表面结构图；图6是本专利技术实施例方法和现有方法形成的铜互连结构的电迁移率寿命分布的比较图。具体实施方式本专利技术实施例方法是通过对本专利技术的技术问题进行分析的基础上得到的，故在详细介绍本专利技术实施例方法之前先介绍一下现有方法，如图1A至图1C所示，是现有铜互连工艺方法的铜表面结构图；现有铜互连工艺方法中，在采用大马士革工艺形成铜互连线105之后直接形成覆盖层203，这种方法具有如下特征：首先、如图1A所示，在铜互连线105之后在铜互连线105的表面会具有一层氧化铜层201。其次、如图1B所示，覆盖层203通常为采用化学气相淀积工艺形成的氮化硅层，在形成覆盖层203的过程中会通入含氮气体，化学气相淀积工艺过程中氮和氧化铜层201会反应形成氮化铜层202。再次、如图1C所示，同样，在含氮气体通入之后，化学气相淀积工艺过程中还会通入含硅气体，并最后形成氮化硅组成的覆盖层203。由图1C所示可知，覆盖层203和铜互连线105的界面之间含有氮化铜层202，这种氮化铜层202的存在使得覆盖层203和铜互连线105的界面接触不佳，并会容易产生铜的电迁移，从而减少铜的电迁移寿命。如图2所示，是现有铜互连工艺方法形成的铜互连工艺结构的照片；在铜互连线301的表面形成有覆盖层302，在虚线圈303所示的铜和覆盖层的界面处产生了铜电迁移。在现有铜互连工艺方法形成的铜互连工艺结构对应的如图6所示，曲线501是现有方法形成的铜互连结构的电迁移率寿命分布图，可以看出在虚线圈503所示区域存在拖尾现象，这是由于金属层的铜扩散造成的，也即铜扩散降低了器件的电迁移的寿命。图6中的横坐标为寿命，纵坐标CDF为累加分布函数(CumulativeDistributionFunction)的缩写。如图3所示，是本专利技术实施例铜互连工艺方法的流程图；如图4所示，是本专利技术实施例方法形成的铜互连工艺结构的剖面图；如图5A至图5C所示，是本专利技术实施例铜互连工艺方法的铜表面结构图；本专利技术实施例铜互连工艺方法包括如下步骤：步骤一、如图4所示，采用大马士革工艺在半导体衬底上形成铜互连线105。在进行所述大马士革工艺之前，在所述半导体衬底上形成有半导体器件，所述半导体器件包括多晶硅栅和掺杂区，在所述半导体器件对应的所述多晶硅栅和掺杂区的上方形成有接触孔102，所述接触孔102穿过第一层层间膜101。所述大马士革工艺包括：在所述第一层层间膜101表面形成第一阻挡层103。在所述第一阻挡层103表面形成第二层层间膜107。光刻定义出所述第二层层间膜107的刻蚀区域并对所述第二层层间膜107进行刻蚀形成所述铜互连线105的形成区域。进行铜填充和铜的研磨工艺形成所述铜互连线105。在铜互连线105的侧面还形成有隔离层104。较佳为，所述半导体衬底为硅衬底。在形成图4中的覆盖层106之前，后续步骤描述可参考如图5A至图5C所示。如图5A所示，所述铜互连线105的表面会被氧化并形成氧化铜层201。步骤二、如图5B所示，对所述铜互连线105的表面进行预处理，所述预处理将所述铜互连线105表面的氧化铜还原为铜，所以图5B中的氧化铜层201消失并都转换为铜。较佳为，所述预处理采用氢气进行预处理，利用氢气将所述铜互连线105表面的氧化铜还原为铜。步骤三、如图5C所示，在进行了所述预处理后的所述铜互连线105的表面形成覆盖层402即图4中对应的覆盖层106，通过步骤二中将所述铜互连线105表面的氧化铜转换为铜降低所述铜互连线105的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层402之间的粘附力。较佳为，所述覆盖层402的材料采用氮掺杂碳化硅。在形成所述覆盖层402时通入有含硅气体，所述含硅气体和所述铜互连线105表面的铜反应形成硅铜金属间化合物，利用所述硅铜金属间化合物降低所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜互连工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、采用大马士革工艺在半导体衬底上形成铜互连线；步骤二、对所述铜互连线的表面进行预处理，所述预处理将所述铜互连线表面的氧化铜还原为铜；步骤三、在进行了所述预处理后的所述铜互连线的表面形成覆盖层，通过步骤二中将所述铜互连线表面的氧化铜转换为铜降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间的粘附力。

【技术特征摘要】
1.一种铜互连工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、采用大马士革工艺在半导体衬底上形成铜互连线；步骤二、对所述铜互连线的表面进行预处理，所述预处理将所述铜互连线表面的氧化铜还原为铜；步骤三、在进行了所述预处理后的所述铜互连线的表面形成覆盖层，通过步骤二中将所述铜互连线表面的氧化铜转换为铜降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间的粘附力。2.如权利要求1所述的铜互连工艺方法，其特征在于：步骤二的所述预处理采用氢气进行预处理，利用氢气将所述铜互连线表面的氧化铜还原为铜。3.如权利要求1所述的铜互连工艺方法，其特征在于：步骤三中所述覆盖层的材料采用氮掺杂碳化硅。4.如权利要求3所述的铜互连工艺方法，其特征在于：步骤三中形成所述覆盖层时通入有含硅气体，所述含硅气体和所述铜互连线表面的铜反应形成硅铜金属间化合物，利用所述硅铜金属间化合物降低所述铜互连线的电迁移率以及提高铜和所述覆盖层之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：林爱梅，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31