一种半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在所述层间介电层中形成铜金属互连沟槽或通孔；采用湿法冶金工艺在所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部形成CuMn合金种子层；在所述铜金属互连沟槽或通孔内填充铜金属，以形成铜金属互连结构。根据本发明专利技术，可以使形成的CuMn合金种子层不发生悬垂突出现象，以利于后续电镀铜金属的实施。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件的制造方法
本专利技术涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种改善集成电路的电迁移特性的方法。
技术介绍
在集成电路元件特征尺寸不断减小、电流密度不断增大的同时，集成电路中用于填充铜金属的沟槽和通孔抵御电迁移（EM）诱导损伤的能力不断下降，因此，电迁移特性成为衡量集成电路可靠性的主要指标之一。现有研究表明，所述电迁移现象是由铜金属向相邻的层间介电层中的扩散引起的，因此，抑制所述铜扩散是改善集成电路的电迁移特性的有效方法。在现有技术中，通过以下两种方式改善集成电路的电迁移特性：第一，通过电镀的方式形成铜金属之后，在所述铜金属的表面形成一覆盖层（cappinglayer）(例如由CoWP构成的覆盖层)；第二，通过电镀的方式形成铜金属之前，采用物理气相沉积工艺形成一掺杂其它元素（例如Mn、Ag、Ti等）的铜种子层（seedlayer）。虽然第一种方式中提及的覆盖层可以大幅延长集成电路的电迁移失效时间，但是所述覆盖层只是作为铜金属表面的改性物质，并不改变在所述铜金属表面以下发生的铜扩散行为，因此，所述电迁移失效时间的延长幅度受到所述沟槽和通孔中存在的缺陷的影响而变得不稳定。相比第一种方式，第二种方式中提及的铜种子层中的掺杂原子能够将所述沟槽和通孔中存在的晶粒边界和缺陷区域与所述铜金属隔离开来，从而有效地抑制铜扩散行为，因此，其对于集成电路电迁移特性的改善更为稳定和可靠。由于所述掺杂其它元素的铜种子层是通过物理气相沉积工艺形成的，在所述沟槽和通孔的侧壁的上部会出现悬垂突出现象，进而影响后续电镀铜金属的实施。因此，需要提出一种方法，使形成的所述掺杂其它元素的铜种子层不出现所述悬垂突出现象。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在所述层间介电层中形成铜金属互连沟槽或通孔；采用湿法冶金工艺在所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部形成CuMn合金种子层；在所述铜金属互连沟槽或通孔内填充铜金属，以形成铜金属互连结构。进一步，所述湿法冶金工艺包括以下工艺步骤：将所述半导体衬底浸入PdCl2、AgCl2或NiCl2溶液中，以使所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部充分吸附所述PdCl2、AgCl2或NiCl2；将所述半导体衬底浸入SnCl2溶液中，以将所述PdCl2、AgCl2或NiCl2还原为Pd、Ag或Ni，所述Pd、Ag或Ni作为后续进行的化学反应的触媒；将所述半导体衬底浸入一混合溶液中，以形成所述CuMn合金种子层。进一步，所述PdCl2、AgCl2或NiCl2溶液的浓度为0.5％-5％（wt）。进一步，所述SnCl2溶液的浓度为高于50％（wt）。进一步，所述混合溶液由含Cu2+的溶液、MnCl2溶液和还原剂构成。进一步，所述MnCl2溶液的浓度为1％-20％（wt）。进一步，所述含Cu2+的溶液为CuCl2溶液或CuSO4溶液。进一步，所述还原剂为NaBH4或HCHO。进一步，形成所述CuMn合金种子层之前，还包括在所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部形成阻挡层的步骤。进一步，所述阻挡层的材料为Ta或TaN。进一步，采用电镀工艺形成所述铜金属互连结构。根据本专利技术，可以使形成的CuMn合金种子层不发生悬垂突出现象，以利于后续电镀铜金属的实施。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1A-图1D为本专利技术提出的改善集成电路的电迁移特性的方法的各步骤的示意性剖面图；图2为本专利技术提出的改善集成电路的电迁移特性的方法的流程图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本专利技术提出的改善集成电路的电迁移特性的方法。显然，本专利技术的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。下面，参照图1A-图1D和图2来描述本专利技术提出的改善集成电路的电迁移特性的方法的详细步骤。参照图1A-图1D，其中示出了本专利技术提出的改善集成电路的电迁移特性的方法的各步骤的示意性剖面图。首先，如图1A所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅（SOI）等。作为示例，在本实施例中，所述半导体衬底100选用单晶硅材料构成。所述半导体衬底100中形成有隔离槽，埋层，以及各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。在所述半导体衬底100上，形成有各种元件，为了简化，图示中予以省略，这里仅示出一层间介电层101，其构成材料通常为具有低k/超低k值的材料且含有造孔剂前体，以形成多孔化的层间介电层101。该具有低k/超低k值的材料可以选自本领域常见的各种低k值介电材料，包括但不限于k值为2.5-2.9的硅酸盐化合物(HydrogenSilsesquioxane，简称为HSQ)、k值为2.2的甲基硅酸盐化合物(MethylSilsesquioxane，简称MSQ)、k值为2.8的HOSPTM（Honeywell公司制造的基于有机物和硅氧化物的混合体的低介电常数材料）以及k值为2.65的SiLKTM（DowChemical公司制造的一种低介电常数材料）等等。所述层间介电层101中形成有用于填充互连金属的沟槽或通孔。沉积一金属层，例如铜金属层，于所述层间介电层101上，并填满所述层间介电层101中的沟槽或通孔。采用化学机械研磨工艺去除多余的铜金属层，研磨到所述层间介电层101的表面终止，在所述层间介电层101中形成铜金属互连结构102。接下来，采用化学气相沉积工艺在所述层间介电层101以及铜金属互连结构102上形成蚀刻停止层103。所述蚀刻停止层103的材料优选SiCN或SiC。所述蚀刻停止层103可以防止后续蚀刻用于填充铜互连金属的沟槽或通孔时对下方的所述铜金属互结构102的损伤。接着，如图1B所示，在所述蚀刻停止层103上依次形成另一层间介电层101和硬掩膜层104。所述另一层间介电层101的构成材料通常为具有低k/超低k值的材料，该具有低k/超低k值的材料可以选自本领域常见的各种低k值介电材料，包括但不限于k值为2.5-2.9的硅酸盐化合物(HydrogenSilsesquioxane，简称为HSQ)、k值为2.2的甲基硅酸盐化合物(MethylSilsesquioxane，简称MSQ)、k值为2.8的HOSPTM（Honeywell公司制造的基于有机物和硅氧化物的混合体的低介电常数材料）以及k值为2.65的SiLKTM（DowChemical公司制造的一种低介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在所述层间介电层中形成铜金属互连沟槽或通孔；采用湿法冶金工艺在所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部形成CuMn合金种子层；在所述铜金属互连沟槽或通孔内填充铜金属，以形成铜金属互连结构。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在所述层间介电层中形成铜金属互连沟槽或通孔；采用湿法冶金工艺在所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部形成CuMn合金种子层，以使所述CuMn合金种子层不发生悬垂突出现象，所述湿法冶金工艺包括以下工艺步骤：将所述半导体衬底浸入PdCl2、AgCl2或NiCl2溶液中，以使所述铜金属互连沟槽或通孔的侧壁及底部充分吸附所述PdCl2、AgCl2或NiCl2，将所述半导体衬底浸入SnCl2溶液中，以将所述PdCl2、AgCl2或NiCl2还原为Pd、Ag或Ni，所述Pd、Ag或Ni作为后续进行的化学反应的触媒，将所述半导体衬底浸入一混合溶液中，以形成所述CuMn合金种子层，所述混合溶液由含Cu2+的溶液、MnCl2溶液和还原剂构成；在所述铜金属互连沟槽或通孔内填充铜金属，以形成铜金...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31