互连结构的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种互连结构的制造方法，涉及半导体技术领域。所述方法包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括沟槽和通孔，所述沟槽和通孔的表面形成有籽晶层；通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解所述籽晶层的表面部分，以增大所述沟槽的开口；通过第二超声双脉冲电镀工艺在所述籽晶层表面电镀金属层；通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解一部分电镀的金属层；重复所述第二超声双脉冲电镀工艺和所述第三超声双脉冲电镀工艺，在所述沟槽和通孔中填充电镀的金属层以形成互连结构；其中在电镀工艺中引入超声波。本发明专利技术可以避免在形成的互连结构中产生空洞。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种互连结构的制造方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸的逐渐减小，互连线的尺寸也不断减小。在超大规模集成电路(ULSI)中，互连线的性能对器件的密度和速度具有很重要的影响。由于具有更高的电导率和更好的稳定性，铜已经取代铝成为超大规模集成电路工艺中的主流互连材料。目前，在大马士革工艺中，利用电镀(ECP)工艺在沟槽和通孔中填充铜，随后通过化学机械抛光工艺对电镀的铜进行平坦化。然而，特征尺寸的持续减小使得ECP工艺变得越来越困难。如图1所示，在沟槽101和通孔102中电镀填充铜时，由于在沟槽101的尖头部分的电流密度相对比较大，因此在尖头部分电镀铜的速度很快，导致沟槽101的开口提前封闭，使得在沟槽101和通孔102中电镀形成的铜具有空洞103(void)。这些空洞103可能会导致互连结构的断路，使得电迁移失败，从而影响器件的性能。另外，在印制电路板(PCB)的通孔中电镀金属形成互连结构时同样会存在上述问题。
技术实现思路
本公开的一个实施例的目的在于避免互连结构中的空洞。根据本公开的一个实施例，提供了一种互连结构的制造方法，所述方法包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括沟槽和通孔，所述沟槽和通孔的表面形成有籽晶层；通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解所述籽晶层的表面部分，以增大所述沟槽的开口；通过第二超声双脉冲电镀工艺在所述籽晶层表面电镀金属层；通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解一部分电镀的金属层；重复所述第二超声双脉冲电镀工艺和所述第三超声双脉冲电镀工艺，在所述沟槽和通孔中填充电镀的金属层以形成互连结构；其中在电镀工艺中引入超声波。在一个实施方式中，通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解电镀的金属层的速度大于通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解籽晶层的速度。在一个实施方式中，所述第一超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为20：1至1：1，或，阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为0.8：1至1.2：0.8；或，阴极脉冲的电流密度为0.001至5A/cm2；或，所述第一超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至10秒。在一个实施方式中，所述第二超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为1：15至1：30；或，阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为1：1至1：10；或，阴极脉冲的电流密度为0.01至20A/cm2；或，所述第二超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至600秒。在一个实施方式中，所述第三超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为20：1至1：1；或，阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为10：1至1：1；或，阴极脉冲的电流密度为0.001至10A/cm2；或，所述第三超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至1000秒。在一个实施方式中，所述金属层包括铜、镍、银。在一个实施方式中，超声双脉冲电镀工艺中的超声波的频率为20000至50000HZ，超声波的功率为10-5000W。在一个实施方式中，所述衬底结构还包括：衬底、位于所述衬底上的阻挡层、以及位于所述阻挡层上的电介质层；所述电介质层和所述阻挡层被刻蚀形成大马士革结构的沟槽和通孔。在一个实施方式中，所述提供衬底结构的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成电介质层；在所述电介质层上形成图案化的硬掩模层，以定义通孔的形状；在所述硬掩模层上形成图案化的光刻胶，以定义沟槽的形状；以所述图案化的光刻胶为掩模，依此刻蚀所述硬掩模层和部分所述电介质层；去除所述光刻胶，并以图案化的硬掩模层为掩模，依此刻蚀所述电介质层和所述阻挡层，在所述电介质层中形成沟槽，在所述电介质层和所述阻挡层中形成通孔；在所述沟槽和通孔的表面沉积籽晶层。在一个实施方式中，所述方法还包括：对电镀的金属层进行平坦化。根据本公开的另一个实施例，提供一种互连结构的制造方法，所述方法包括：提供具有通孔的印制电路板PCB，所述通孔的表面形成有籽晶层；通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解所述籽晶层的表面部分，以增大通孔的开口；通过第二超声双脉冲电镀工艺在所述籽晶层表面电镀金属层；通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解一部分电镀的金属层；重复所述第二超声双脉冲电镀工艺和所述第三超声双脉冲电镀工艺，在所述通孔中填充电镀的金属层以形成互连结构；其中在电镀工艺中引入超声波。在一个实施方式中，通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解电镀的金属层的速度大于通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解籽晶层的速度。在一个实施方式中，所述金属层包括铜、镍、银。在一个实施方式中，超声双脉冲电镀工艺中的超声波的频率为20000至50000HZ，超声波的功率为10-5000W。根据本公开的一个实施例，首先通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解籽晶层的表面部分，在超声波的微射流和双脉冲电镀的协同作用下，使得沟槽的开口变大，然后通过多步超声双脉冲电镀工艺在沟槽和通孔中电镀金属层，在每一次电镀金属层后对电镀的金属层进行部分溶解，以避免在电镀的过程中将沟槽的开口封死；通过超声波和多步双脉冲电镀工艺的结合，避免了形成的互连结构中存在空洞。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。附图说明附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理，在附图中：图1示出了现有技术中形成铜互连结构具有空洞的示意截面图；图2是根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的流程图；图3A、图3B和图3C分别示出了根据本公开的一个实施例的第一双脉冲电镀工艺、第二双脉冲电镀工艺和第三双脉冲电镀工艺的脉冲波形；图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F和图4G示出了根据本公开的一个实施例的互连结构的制造工艺中的各个阶段；图5A、图5B、图5C、图5D和图5E示出了根据本公开的一个实施例的衬底结构的制造工艺中的各个阶段；图6是根据本公开又一个实施例的互连结构的制造方法的流程图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本专利技术范围的限制。此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。本专利技术的专利技术人发现在形成互连结构的过程中，在沟槽中沉积的籽晶层会具有突悬(overhang)，即在沟槽尖头部分处形成的籽晶层会比较厚，这会使得沟槽的开口变小，从而影响后续的电镀工艺，使得形成的互连结构中具有空洞。图2是根据本公开一个实施例的互连结构的制造方法的流程图。本实施例结合了多步双脉冲电镀工艺和超声波电镀工艺。如图2所示，本实施例提供的互连结构的制造方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连结构的制造方法，其特征在于，所述方法包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括沟槽和通孔，所述沟槽和通孔的表面形成有籽晶层；通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解所述籽晶层的表面部分，以增大所述沟槽的开口；通过第二超声双脉冲电镀工艺在所述籽晶层表面电镀金属层；通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解一部分电镀的金属层；重复所述第二超声双脉冲电镀工艺和所述第三超声双脉冲电镀工艺，在所述沟槽和通孔中填充电镀的金属层以形成互连结构。

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的制造方法，其特征在于，所述方法包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括沟槽和通孔，所述沟槽和通孔的表面形成有籽晶层；通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解所述籽晶层的表面部分，以增大所述沟槽的开口；通过第二超声双脉冲电镀工艺在所述籽晶层表面电镀金属层；通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解一部分电镀的金属层；重复所述第二超声双脉冲电镀工艺和所述第三超声双脉冲电镀工艺，在所述沟槽和通孔中填充电镀的金属层以形成互连结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过第三超声双脉冲电镀工艺溶解电镀的金属层的速度大于通过第一超声双脉冲电镀工艺溶解籽晶层的速度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为20：1至1：1，或阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为0.8：1至1.2：0.8；或阴极脉冲的电流密度为0.001至5A/cm2；或所述第一超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至10秒。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为1：15至1：30；或阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为1：1至1：10；或阴极脉冲的电流密度为0.01至20A/cm2；或所述第二超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至600秒。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三超声双脉冲电镀工艺中：阳极脉冲与阴极脉冲的脉冲宽度之比为20：1至1：1；或阳极脉冲与阴极脉冲的电流之比为10：1至1：1；或阴极脉冲的电流密度为0.001至10A/cm2；或所述第三超声双脉冲电镀工艺进行的时间为1至1000秒。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属层包括铜、镍、银。7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，超声双脉冲电镀工艺中的超声波的频率为20000至...

【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