一种铜互连层的制造方法技术

本发明专利技术提供一种铜互连层的制造方法，在衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层，而后进行铜清洁工艺，在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。该方法在氮气和氢气的气氛中，利用氢气的还原作用，将介质层表面残留的铜离子还原为铜，而后利用氮气的轰击力去除介质层表面的铜残留，实现介质层上的铜清洁，避免介质层上的铜残留对器件性能的影响。

A manufacturing method of copper interconnection layer

【技术实现步骤摘要】
一种铜互连层的制造方法
本专利技术涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种铜互连层的制造方法。
技术介绍
在半导体器件的制造工艺中，尤其是在55nm以下的后段工艺中，铜作为互连层具有更好的电学性能而得到了广泛的应用。而在形成铜互连层时，尤其是在采用低介电常数的介质层后，会存在铜在介质层上的残留的问题，这会导致介质层的击穿电压降低以及其器件其他电学性能受到影响，甚至影响器件的使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜互连层的制造方法，避免铜残留，提高器件性能。为实现上述目的，本专利技术有如下技术方案：一种铜互连层的制造方法，包括：提供衬底；所述衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层；进行铜清洁工艺，包括：在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。可选的，所述介质层包括含碳的氧化硅。可选的，所述衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层，包括：在所述衬底上依次沉积介质层以及刻蚀停止层；在所述介质层以及刻蚀停止层中形成刻蚀结构；进行金属铜的填充；以介质层为停止层，进行平坦化工艺，以在介质层中形成镶嵌的铜互连层。可选的，在形成铜互连层之后，还包括：在所述介质层以及铜互连层上形成铜的扩散停止层。可选的，所述扩散停止层包括：含碳氮化硅，形成碳氮化硅的扩散停止层的方法，包括：进行碳氮化硅的沉积工艺，沉积工艺采用的气体包括：NH3和TMS；所述沉积工艺包括：进行腔室的预处理，在所述预处理工艺中进行所述铜清洁工艺，所述预处理采用NH3的解离进行，以产生铜清洁工艺中的氮气和氢气；利用NH3和TMS进行碳氮化硅的沉积。可选的，在所述预处理中，解离时的功率大于650W，持续时间大于30S。可选的，在所述预处理中，解离时的功率范围为650-750W，持续时间的范围为30-60S。可选的，在形成铜互连层之后、进行铜清洁工艺之前，还包括：采用清洁剂进行铜残留的清洗。本专利技术实施例提供的铜互连层的制造方法，在衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层，而后进行铜清洁工艺，在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。该方法在氮气和氢气的气氛中，利用氢气的还原作用，将介质层表面残留的铜离子还原为铜，而后利用氮气的轰击力去除介质层表面的铜残留，实现介质层上的铜清洁，避免介质层上的铜残留对器件性能的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1示出了根据本专利技术实施例铜互连层的制造方法的流程示意图；图2-6示出了根据本专利技术实施例的制造方法形成铜互连层过程中的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
中的描述，在半导体器件的制造工艺中，尤其是在55nm以下的后段工艺中，铜作为互连层具有更好的电学性能而得到了广泛的应用。而在形成铜互连层时，尤其是在采用低介电常数的介质层后，会存在铜在介质层上的残留的问题，这会导致介质层的击穿电压降低以及其器件其他电学性能受到影响，甚至影响器件的使用寿命。为此，本申请实施例提供一种铜互连层的制造方法，在衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层，而后进行铜清洁工艺，在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。该方法在氮气和氢气的气氛中，利用氢气的还原作用，将介质层表面残留的铜离子还原为铜，而后利用氮气的轰击力去除介质层表面的铜残留，实现介质层上的铜清洁，避免介质层上的铜残留对介质层以及器件性能的影响。为了更好的理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合流程图1和附图2-6，对具体的实施例进行详细的描述。参考图1所示，在步骤S01中，提供衬底100；以及在步骤S02中，在衬底100上形成介质层102以及介质层102中镶嵌的铜互连层105，参考图5所示。在本申请实施例中，在本申请实施例中，衬底100为半导体衬底，例如可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，SiliconOnInsulator)或GOI(绝缘体上锗，GermaniunOnInsulator)等。在其他实施例中，衬底100还可以包括其他元素半导体或化合物半导体衬底，例如GaAs、InP或SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以为其他外延结构，例如SGOI(绝缘体上硅锗)等。在本实施例中，该衬底100可以为硅衬底。衬底100上可以已形成有器件结构，器件结构可以包括MOS器件、传感器件或存储器件或电容以外其他无源器件等，器件结构可以为平面型器件或立体器件。还可以形成有器件结构的部分互连结构，部分的互连结构可以包括接触塞，还可以进一步包括连线层和过孔，互连结构可以为金属材料，例如可以为钨、铝、铜等。器件结构及部分的互连结构可以由有介质材料的覆盖层101覆盖，参考图2所示，该覆盖层101可以为单层结构，也可以为叠层结构。在本申请实施例中，在衬底100之上形成的介质层102，该介质层102中将形成铜互连层105，参考图5所示，根据不同的需要，该铜互连层105可以是器件结构的任一互连层，该铜互连层105可以仅为包括铜连线层或铜过孔的单大马士革结构，也可以为包括铜连线层和铜过孔的双大马士革结构。在本实施例中，参考图5所示，在衬底100上形成介质层102以及介质层102中镶嵌的铜互连层105，可以采用大马士革镶嵌工艺形成该铜互连层105，具体的可以包括，在步骤S201中，在衬底100上依次沉积介质层102以及刻蚀停止层103，参考图2所示，在衬底100上沉积介质层102，介质层102可以为单层或多层，介质层102的材料可以为氧化物、含碳氧化硅或他们的叠层，通过一次或多次沉积形成介质层102，而后在介质层102上沉积刻蚀停止层103，刻蚀停止层103为后续形成刻蚀结构103时的掩膜层，在刻蚀介质层102从而在介质层102中形成刻蚀结构103的过程中，可能会对顶层介质层造成过多的损耗，在介质层102上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜互连层的制造方法，其特征在于，包括：/n提供衬底；/n所述衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层；/n进行铜清洁工艺，包括：在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜互连层的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
所述衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层；
进行铜清洁工艺，包括：在氮气和氢气的气氛中进行清洁，以利用氮气的轰击力，清除介质层表面的铜残留。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质层包括含碳的氧化硅。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述衬底上形成介质层以及介质层中镶嵌的铜互连层，包括：
在所述衬底上依次沉积介质层以及刻蚀停止层；
在所述介质层以及刻蚀停止层中形成刻蚀结构；
进行金属铜的填充；
以介质层为停止层，进行平坦化工艺，以在介质层中形成镶嵌的铜互连层。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成铜互连层之后，还包括：
在所述介质层以及铜互连层上形成铜的扩散停止层。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜男，罗清威，李赟，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42