本发明专利技术提供一种用于控制衬底上铜聚集和用于形成集成电路中凹入特征的无空隙块状金属铜填充的方法。在一个实施例中，该方法包括：提供具有图案的衬底，而该图案包括上表面和至少一个凹入特征，而该凹入特征至少包括侧壁表面和下表面；在该衬底图案上沉积屏蔽膜；并且在该屏蔽膜上沉积含金属润湿膜。该方法还包括通过物理气象沉积法在该含金属润湿膜上沉积金属铜，其中衬底温度足够高，由此在该含金属润湿膜上形成光滑金属铜种层。可在至少一个凹入特征中电镀无空隙块状金属铜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件的制造，更具体而言，涉及集成电路中控制衬底上铜的聚 集和凹入特征的无空隙块状金属铜(Cu)填充的加工方法。
技术介绍
集成电路(IC)包括半导体器件和多个为半导体器件提供电流及允许这些半导体 器件共享和交换信息的导电金属路径。金属层堆积在另一可彼此绝缘金属层的内部金属层 或夹层介电层的上方。通常地，各个金属层必须至少与一个附加金属层形成电接触。这样 的电接触可以通过在分离金属层的夹层电介质中蚀刻孔(例如过孔)，并将所得的过孔用 金属填满以生成互连结构实现。金属层通常占据着夹层电介质中的蚀刻路径。“过孔”通常 涉及任何形成于介电层中、通过介电层为其下层的导电层提供电接触的微观特征如孔、直 线或其它类似特征。类似地，包括连接两个或更多过孔的金属层的微观特征通常被参考为 沟槽。在集成电路(IC)技术的不断发展中，长远的目标是不断缩减IC维度。IC维度的 这个缩减可减少区域电容，而且对获得更高的ICs速度性能是至关重要的。此外，IC芯片 面积的缩小导致IC生产线中的更高产量。这些发展是不断缩减IC维度的驱动力。器件性 能的增加通常是通过器件面积的减少或器件密度的增加而实现的。器件密度的增加需要过 孔维度的降低，这该过孔用于形成互连结构，包括较大的纵横比(例如，深度和宽度之比)。 当图案衬底(晶片)上的最小特征维度稳定减小时，该缩减的数几个结果就变得越来越明 显。当金属连线的宽度缩减至亚微米及甚至纳米维度时，这些小特征便很难用块状金属填 满，这将导致块状金属填充物中形成空隙和电迁移失败，而电迁移失败可能会导致打开和 挤出金属连线。在用于生产集成电路的多层金属化方案中，金属铜的引入可通过镶嵌块状金属 铜电镀方法实现，其中，块状金属被用于填充过孔及/或沟槽，并且执行化学机械平坦化 (CMP)可使块状金属铜平坦化。目前金属铜电镀方法广泛用于高级微处理器和具体电路应 用的厂家。然而，金属铜不能直接和介电材料接触，因为金属铜对于介电材料具有较差的粘 附性，而且金属铜容易渗出诸如硅和介电材料等普通的集成电路材料是公知的，其中铜为 半能带隙杂质。此外，氧气可以从含氧的介电材料中渗入金属铜，从而降低了金属铜的导电4性能。因此，渗透屏蔽材料(diffusion barrier material)被形成于介电材料上，和集成 电路中的其它材料包围金属铜，并阻止金属铜渗入集成电路材料。氮化钽/钽双分子层通 常被用作铜金属化时的渗漏屏蔽/粘附层，因为氮化钽屏蔽膜可以很好地吸附氧化物，且 为铜渗漏提供一个很好的屏蔽，以及氮化钽屏蔽为形成于其上的氮化钽和形成于其上的金 属铜提供很好的粘结。然而，钽粘附层容易被氧化，这将降低它的铜润湿性互连结构上的金属铜电镀通常在金属铜电镀之前需要一个沉积于衬底图案上的 成核或种层(例如，金属铜种层)。然而，当金属铜种层在室温下沉积于钽和许多其它材料 上时，就会产生金属铜聚集(copper metal agglomeration)是共知的。金属铜聚集会导致 不连续的金属铜种层。金属铜聚集对随后的金属铜电镀过程是有害的，而且会导致平板块 状金属铜中频繁出现空隙。为了减少钽粘附层上的金属铜聚集，金属铜种层经常在较低的 衬底温度下沉积，例如-25°C、-30°C或更低的衬底温度，并在较低的衬底温度下使用低温的 静电卡盘来支持和维持衬底(晶片)。然而，较低的衬底温度会导致粗糙的或不规则的金属 铜层，且不会消除钽粘附层上的金属铜聚集和平板块状金属铜上形成的空隙。因此，用于形成平滑且无聚集的金属铜种层的过程方法是必需的，以允许具有高 纵横比的小凹入特征的无空隙金属铜填充。
技术实现思路
本文提供了一种用于控制衬底上的铜聚集和用于形成集成电路中凹入特征的无 空隙块状金属铜填充的方法。该方法利用了能够形成平滑金属铜种层的含金属润湿膜和具 有高纵横比的小凹入特征的无空隙金属铜填充。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种用于控制衬底上铜聚集的方法。该方法包 括提供具有图案的衬底，而该图案包括上表面和至少一个凹入特征，而该凹入特征由至少 一个侧壁表面和下表面组成；在该衬底图案上沉积屏蔽膜；在该屏蔽膜上沉积含金属润湿 膜；以及通过物理气象沉积法在含金属润湿膜上沉积金属铜，其中含金属润湿膜可阻止金 属铜聚集，及其中衬底温度基本很高以使金属铜在含金属润湿膜上形成光滑的金属铜种 层。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种加工衬底的方法。该方法包括提供具有图 案的衬底，而该图案包括上表面和至少一个凹入特征，而该凹入特征至少由一个侧壁表面 和下表面组成；在该衬底图案上沉积屏蔽膜；以及在该屏蔽膜上沉积含金属润湿膜。该方 法还包括在含金属润湿膜上物理气象沉积金属铜，其中含金属润湿膜可阻止金属铜的聚 集，及其中衬底温度大于0°c，并使金属铜在含金属润湿膜上形成光滑的金属铜种层；以及 在至少一个凹入特征上电镀无空隙块状金属铜。附图说明下面附图中图1A-1C概要示出了本专利技术的实施例中通过光滑金属铜种层使用块状金属铜进 行凹入特征的无空隙填充的方法的剖视图；图2A-2B概要示出了使用有空隙的块状金属铜填充凹入特征的经典方法的剖视 图3A-3D为本专利技术的实施例中通过光滑金属铜种层使用块状金属铜进行凹入特 征的无空隙填充的方法的步骤流程图；图4A和4B概要示出了本专利技术的实施例中通过光滑金属铜种层可以充满无空隙块 状金属铜的附加凹入特征的剖视图；图5示出了本专利技术的实施例中用于沉积光滑铜种层的制程系统的示例性方框图； 以及图6A-6B示出了不同的衬底温度下在金属钌润湿膜上通过物理气相沉积法沉积 金属铜种层的扫描电子显微镜(SEM)的剖视图。具体实施例方式本专利技术提供了一种用于控制衬底上铜聚集和用于提供集成电路中凹入特征的无 空隙块状金属铜填充的方法。在一个实施例中，下层的含金属润湿膜可使凹入特征中通过 物理气象沉积法的光滑金属铜种层的沉积简化。含金属润湿膜可包含金属膜，而该金属膜 为电镀的金属铜膜提供较小的接触角度，从而为含金属润湿膜上金属铜提供良好的润湿 性。含金属润湿膜可例如包含非晶体、多晶体或金属晶体钌(Ru)、金属钯(Pd)、金属铑(Rh) 或金属银(Ag)或它们的混合物。在其它例子中，含金属润湿膜可包含例如这些金属和氮、 氧、碳、硼或磷的化合物。在本专利技术的实施例中，该制程方法适合在半导体器件的高容量 生产中，微小特征的无空隙块状金属铜填充，而这些半导体器件使用大图形衬底如200mm、 300mm或更大直径的衬底。相关领域的技术人员应认识到各种实施例可在不具备一个或多个具体细节或具 备其它更换及/或附加方法、材料或部件的情况下实施。在其它例子中，共知的结构和操作 未被详细示出或描述以避免混淆本专利技术的各种实施例的方面。相似地，出于解释的目的，提 到的具体数字和构造是为了提供对本专利技术的透彻理解。然而，本专利技术可在不具备具体细节 的情况下被实施。此外，应理解图表中示出的各种实施例为说明性表达，且不必按比例描fe ο贯穿此说明书，对“一个实施例”和“实施例”的引用意为一种与该实施例相关联而 描述的特定特征、结构、材料、或特性被包含于至少一个实施例中。因此，在此说明书通篇的 多个地方，用语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现都未必是指相同的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于控制衬底上铜聚集的方法，所述方法包括：提供具有图案的衬底，所述图案包括上表面和至少一个凹入特征，所述凹入特征至少包括侧壁表面和下表面；在所述衬底图案上沉积屏蔽膜；在所述屏蔽膜上沉积含金属润湿膜；并且通过物理气象沉积法在所述含金属润湿膜上沉积金属铜，其中，所述含金属润湿膜可阻止所述金属铜聚集，及其中所述衬底温度足够高，由此使得所述金属铜在所述含金属润湿膜上形成光滑的金属铜种层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：铃木健二，五味淳，定免美保，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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