一种铜互连结构形成方法技术

本发明专利技术公开了一种铜互连结构形成方法，包括：在衬底上形成第一层间介质层，在所述第一层间介质层中形成表面露出的第一铜互连线；执行还原处理，将在露出的所述第一铜互连线表面上形成的铜氧化物还原为铜；在所述第一层间介质层上形成第二层间介质层，并在所述第二层间介质层中形成底部连接至所述第一铜互连线的第二铜互连线；其中，利用所述还原处理，使铜氧化物晶格中的铜原子向氧原子空位横向弛豫，以消除铜氧化带来的晶格位错而导致的应力。本发明专利技术能够修复铜和铜氧化物表面由于晶格不同产生的晶格位错缺陷，从而能有效改善因缺陷导致的电迁移加剧带来的器件寿命衰减问题，因此明显提升了器件的可靠性和寿命。显提升了器件的可靠性和寿命。显提升了器件的可靠性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种铜互连结构形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路工艺
，尤其涉及一种能提升铜互连结构器件可靠性的铜互连结构形成方法。

技术介绍

[0002]参阅图1。在后段铜金属互连线工艺过程中，由于铜表面的易氧化特性，经常导致在上互连线层1与下互连线层2的连接界面处出现部分铜被氧化的现象，从而在发生氧化部位的铜的内部产生晶格位错缺陷。当完成制作后的器件工作时，在外加电流的作用下，金属互连线会产生电场，在电场的作用下，存在晶格缺陷的铜表面会优先发生铜原子的迁移，从而造成在部分铜原子的位置上产生空洞3，导致金属连线断路问题，而在其他部分铜原子的位置上又会产生区域聚集，从而导致该部分区域短路问题。因此，这两种缺陷均会造成器件的寿命大幅度降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种铜互连结构形成方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种铜互连结构形成方法，包括：
[0006]提供衬底；
[0007]在所述衬底上形成第一层间介质层，以及在所述第一层间介质层中形成表面露出的第一铜互连线；
[0008]执行还原处理，将在露出的所述第一铜互连线表面上形成的铜氧化物还原为铜；
[0009]在所述第一层间介质层上形成第二层间介质层，并在所述第二层间介质层中形成底部连接至所述第一铜互连线的第二铜互连线；
[0010]其中，利用所述还原处理，使铜氧化物晶格中的铜原子向氧原子空位横向弛豫。
[0011]进一步地，所述执行还原处理，具体包括：
[0012]将形成有所述第一铜互连线的所述衬底放入所述工艺腔中；
[0013]通入还原性气体，形成还原性气氛，并在还原性气氛下，对露出的所述第一铜互连线的表面进行高温处理。
[0014]进一步地，所述通入还原性气体，形成还原性气氛，并在还原性气氛下，对露出的所述第一铜互连线的表面进行高温处理，具体包括：
[0015]先在第一温度下通入还原性气体，对所述工艺腔进行吹扫预处理，以形成还原性气氛；
[0016]然后，在持续通入还原性气体条件下，将所述工艺腔升温至第二温度，进行高温处理。
[0017]进一步地，还包括：
[0018]进行高温处理后，在持续通入还原性气体条件下，将所述工艺腔降温至第三温度，完成所述还原处理。
[0019]进一步地，所述第一温度和/或所述第三温度包括室温，和/或，所述第二温度为250～400℃。
[0020]进一步地，所述高温处理时的压力为4～6Pa。
[0021]进一步地，所述高温处理时间为15～30s。
[0022]进一步地，所述还原性气体包括氢气。
[0023]进一步地，在所述第一层间介质层中形成表面露出的第一铜互连线，具体包括：
[0024]采用光刻、刻蚀工艺，在所述第一层间介质层中形成沟槽；
[0025]在所述沟槽中填充铜；
[0026]执行平坦化，去除所述沟槽以外的铜，形成表面露出的第一铜互连线。
[0027]进一步地，所述在所述第一层间介质层上形成第二层间介质层，并在所述第二层间介质层中形成底部连接至所述第一铜互连线的第二铜互连线，具体包括：
[0028]在所述第一层间介质层上形成扩散阻挡层；
[0029]在所述扩散阻挡层上形成第二层间介质层；
[0030]在所述第二层间介质层中形成大马士革结构，并使所述大马士革结构的底部穿过所述扩散阻挡层与所述第一铜互连线连通；
[0031]在所述大马士革结构中填充铜，形成底部连接至所述第一铜互连线的第二铜互连线。
[0032]由上述技术方案可以看出，本专利技术针对后段铜金属互连线工艺过程中，由于铜表面的易氧化特性，经常导致在上、下铜互连线层的连接界面处的下层铜互连线(第一铜互连线)表面出现部分铜被氧化的问题，通过在形成上层铜互连线(第二铜互连线)前，采用气体高温还原处理的方法，将在下层铜互连线表面上形成的铜氧化物还原为铜，能够修复铜和铜氧化物表面由于晶格不同产生的晶格位错缺陷，从而能有效改善以往在电场作用下，因缺陷导致的电迁移加剧，从而导致器件的寿命大幅度衰减的问题，因此明显提升了器件的可靠性和寿命。
附图说明
[0033]图1为因金属互连线发生铜氧化产生电迁移导致器件可靠性降低的原理示意图；
[0034]图2为本专利技术一较佳实施例的一种铜互连结构形成方法的流程图；
[0035]图3
‑
图8为本专利技术一较佳实施例的一种根据图2的方法形成铜互连结构时的工艺步骤示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中
使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0037]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0038]请参阅图2，图2为本专利技术一较佳实施例的一种铜互连结构形成方法的流程图。如图2所示，本专利技术的一种铜互连结构形成方法，包括以下步骤：
[0039]步骤S1：提供衬底。
[0040]请参阅图3。在一些实施例中，可采用正面上已完成前道工艺，并形成有前层介质层11的衬底。
[0041]在一些实施例中，衬底可以是半导体衬底。例如，衬底可以是体半导体衬底、绝缘体上半导体衬底等。衬底可以是晶圆，例如，硅晶圆。通常，绝缘体上半导体衬底包括在绝缘体层上形成的半导体材料层。绝缘体层可以是例如掩埋氧化物层、氧化硅层等。也可以使用其他衬底。
[0042]在一些实施例中，衬底的半导体材料可以包括硅；锗；化合物半导体，包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟；合金半导体，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或其组合。
[0043]在一些实施例中，前层介质层11材料可以包括氧化硅、碳氧化硅、低介电常数材料(SiCOH)、氮化硅、碳氮化硅等材料中的一种或多种。
[0044]在一些实施例中，在前层介质层11中可形成有接触孔12，且接触孔12的表面露出于前层介质层11的表面。
[0045]在一些实施例中，接触孔12可以是钨接触孔12、铝接触孔12、合金接触孔12等。
[0046]上述结构可采用现有常规半导体工艺制作形成。
[0047]步骤S2：在衬底上形成第一层间介质层，以及在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜互连结构形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成第一层间介质层，以及在所述第一层间介质层中形成表面露出的第一铜互连线；执行还原处理，将在露出的所述第一铜互连线表面上形成的铜氧化物还原为铜；在所述第一层间介质层上形成第二层间介质层，并在所述第二层间介质层中形成底部连接至所述第一铜互连线的第二铜互连线；其中，利用所述还原处理，使铜氧化物晶格中的铜原子向氧原子空位横向弛豫。2.根据权利要求1所述的铜互连结构形成方法，其特征在于，所述执行还原处理，具体包括：将形成有所述第一铜互连线的所述衬底放入所述工艺腔中；通入还原性气体，形成还原性气氛，并在还原性气氛下，对露出的所述第一铜互连线的表面进行高温处理。3.根据权利要求2所述的铜互连结构形成方法，其特征在于，所述通入还原性气体，形成还原性气氛，并在还原性气氛下，对露出的所述第一铜互连线的表面进行高温处理，具体包括：先在第一温度下通入还原性气体，对所述工艺腔进行吹扫预处理，以形成还原性气氛；然后，在持续通入还原性气体条件下，将所述工艺腔升温至第二温度，进行高温处理。4.根据权利要求3所述的铜互连结构形成方法，其特征在于，还包括：进行高温处理后，在持续通入还原性气体条件下，将所述工艺腔降温至第三温度，完成所述还原处理。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙忠祥，张文广，张华，成国良，张旭，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：