一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法，通过在一半导体衬底上沉积一定厚度金属氮化物以及对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理和热回流处理以形成金属硬掩膜层，而紫外光照射氮化处理和热回流处理能够使得金属氮化物内部进行充分的氮化反应和收缩，产生趋向拉伸的应力，从而能够有效改善金属硬掩膜层的平整度，不影响金属硬掩膜层电阻率均匀性，同时又充分释放和减小金属硬掩膜层的应力，从而降低其下层薄膜由于受到金属硬掩膜层的高应力而产生变形现象发生的可能性，提高了金属硬掩膜层下层薄膜的品质。

【技术实现步骤摘要】
一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法。
技术介绍
在0.13μm以及更先进的后段工艺，铜互连由于更低的电阻率和更好的抗电迁移性能而被广泛作为铝互连所替代。铜互连工艺的完成可以采用金属硬掩膜层的方法（通常采用物理气相沉积PVD方法来制备氮化钛TiN薄膜）来实现。采用该工艺可以减小低介电常数层间介电质在干法时刻过程中造成的损伤，减小了光阻的用量，并且金属硬掩膜层是牺牲层，不会在最终的产品中存留，从而该工艺广泛的应用于65nm以下的铜互连中。但是在实际的生产过程中发现，金属硬掩膜层的应力一般很高，例如氮化钛TiN薄膜的应力约为-1.4GPa，具有较高应力的金属硬掩膜层会对其下方的低介电常数薄膜产生一定作用（如图1中箭头所示，TiN薄膜对其下方的低介电常数薄膜的作用）而导致其发生变形（如图1所示），从而影响产品的良率。目前解决该问题的方法为通过调整沉积金属硬掩膜层薄膜参数，而改变薄膜的应力，进而减小该薄膜对于其下方低介电常数薄膜力的作用，提高产品良率。然而，对金属硬掩膜层薄膜沉积参数的调整，虽然使得薄膜的应力有所减小，却使得该薄膜的电阻率均匀性有所影响（例如沉积参数调整后，TiN薄膜的电阻率均匀性从2%增加到8%以上），进而会影响到其后续的蚀刻等制程。因此，需要一种方法既能够降低该薄膜的应力，又能够使得薄膜的其他性能不受太大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法，能够充分减小金属硬掩膜层的应力，从而降低其下层薄膜由于受到高应力而产生变形现象发生的可能性并且提高了金属硬掩膜层的品质。为解决上述问题，本专利技术提出一种金属硬掩膜层的制备方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一定厚度的金属氮化物；对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理和热回流处理，形成预定义厚度的金属硬掩膜层。进一步的，所述金属硬掩膜层为氮化钛和/或氮化钽。进一步的，沉积金属硬掩膜层的工艺为CVD或MOCVD或PVD或ALD。进一步的，所述金属硬掩膜层厚度为进一步的，所述紫外光照射氮化处理的载气包括氮气，还包括氩气和/或氢气。进一步的，所述紫外光照射氮化处理的工艺参数包括：紫外光照射的波长范围为100nm～400nm，照射温度为200℃～400℃，照射时间为2分钟～10分钟。进一步的，所述热回流处理的工艺参数包括：热回流温度为100℃～400℃；热回流时间为100s～500s；通入的惰性气体的流量为100sccm～1000sccm，所述惰性气体包括氦气或氩气。本专利技术还提供一种铜互连结构的制备方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成衬垫层、低K介质层；采用上述之一的金属硬掩膜层的制备方法，在所述低K介质层上形成预定义厚度的金属硬掩膜层；在所述金属硬掩膜层上形成覆盖层；采用单大马士革刻蚀工艺和/或双大马士革刻蚀工艺刻蚀所述覆盖层、金属硬掩膜层、低K介质层以及衬垫层，从而在所述低K介质层中形成一层铜互连结构。进一步的，所述衬垫层为含氮的碳化硅（SiCN）；所述低K介质层包括多孔硅层（SiOCH）以及其上方的正硅酸乙酯层（TEOS）；所述覆盖层为氧化硅。进一步的，所述单大马士革刻蚀工艺和/或双大马士革刻蚀工艺的步骤包括：沟道曝光、刻蚀；过孔曝光、刻蚀；去除光阻层；沟道和过孔刻蚀；衬垫层开口；沟道和过孔的籽晶层沉积、铜填充以及填充后的化学机械抛光。与现有技术相比，本专利技术提供的金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法，通过在一半导体衬底上沉积一定厚度金属氮化物以及对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理以形成金属硬掩膜层，而紫外光照射氮化处理能够使得金属氮化物内部进行充分的氮化反应和收缩，产生趋向拉伸的应力，从而能够有效改善金属硬掩膜层的平整度，不影响金属硬掩膜层电阻率均匀性，同时又充分释放和减小金属硬掩膜层的应力，从而降低其下层薄膜由于受到金属硬掩膜层的高应力而产生变形现象发生的可能性，提高了金属硬掩膜层下层薄膜的品质。附图说明图1现有技术中一种铜互连结构的电镜扫描图；图2是本专利技术具体实施例的金属硬掩膜层的制备方法流程图；图3是本专利技术具体实施的铜互连结构的制备方法流程图；图4A至图4D是图3所示的铜互连结构的制备方法流程的器件结构示意图。具体实施方式本专利技术的核心思想是公开一种金属硬掩膜层及铜互连结构的制备方法，通过在一半导体衬底上沉积一定厚度金属氮化物以及对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理和热回流处理以形成金属硬掩膜层，而紫外光照射氮化处理和热回流处理能够使得金属氮化物内部进行充分的氮化反应和收缩，产生趋向拉伸的应力，从而能够有效改善金属硬掩膜层的平整度，不影响金属硬掩膜层电阻率均匀性，同时又充分释放和减小金属硬掩膜层的应力，从而降低其下层薄膜由于受到金属硬掩膜层的高应力而产生变形现象发生的可能性，提高了金属硬掩膜层下层薄膜的品质。为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，然而，本专利技术可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。请参考图2，本专利技术提出一种金属硬掩膜层的制备方法，包括：S11，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上采用CVD(化学气相沉积)或MOCVD（有机金属气相沉积）或PVD（物理气相沉积）或ALD（原子层气相沉积）沉积一定厚度的氮化钛；S12，对所述氮化钛进行紫外光照射氮化处理和热回流处理，形成金属硬掩膜层。其中在本专利技术其他实施例中，金属硬掩膜层也可以是氮化钽或者氮化钛和氮化钽构成的复合层。在步骤S11的沉积过程中，一种方法是化学气相沉积(CVD)法，其通常采用四氯化钛(TiCl4)作为钛源和氨气(NH3)作为氮源形成氮化钛层；另一种方法是依靠有机金属CVD(MODCD，metallo-organicCVD)法，使用四(二甲基氨化)钛(TDMAT，Ti[N(CH3)2]4，tetrakis-dimethylaminotitanium)形成。在步骤S12中，先采用紫外光照射氮化处理工艺对氮化钛形成的金属硬掩膜层进行初步处理，去除杂质，有效减小大部分金属硬掩膜层的应力，而后采用热回流处理工艺对紫外光照射氮化处理后的金属硬掩膜层进行再次处理，可以有效而又充分去除金属硬掩膜层中剩余应力，经过两次处理从而有效并充分降低其下层薄膜由于受到金属硬掩膜层的高应力而产生变形现象发生的可能性并且提高了其下层薄膜的品质。请参考图3，本专利技术还提供一种铜互连结构的制备方法，包括：S21，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成衬垫层、低K介质层；S22，采用S11至S12所述的金属硬掩膜层的制备方法，在所述低K介质层上形成预定义厚度的金属硬掩膜层；S23，在所述金属硬掩膜层上形成覆盖层；S24，采用单大马士革刻蚀工艺和/或双大马士革刻蚀工艺刻蚀所述覆盖层、金属硬掩膜层、低K介质层以及衬垫层，从而在所述低K介质层中形成一层铜互连结构。下面结合附图3和附图4A至4D详细描述本专利技术的铜互连结构的制备方法。请参考图3和图4A，在步骤S21中，提供的半导体衬底400是第X-1层铜互连结构，包括MX-1金属层，在所述半导体衬底400上依次形成衬垫层401、低K介质层402；其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一定厚度的金属氮化物；对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理和热回流处理，形成预定义厚度的金属硬掩膜层，最后进行热回流处理。

【技术特征摘要】
1.一种金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一定厚度的金属氮化物；先对所述金属氮化物进行紫外光照射氮化处理，再采用热回流处理工艺对紫外光照射氮化处理后的金属氮化物进行再次处理，以形成预定义厚度的金属硬掩膜层，所述热回流工艺通入的惰性气体包括氩气或氦气；所述热回流处理的工艺参数包括：热回流温度为100℃～400℃；热回流时间为100s～500s；通入的惰性气体的流量为100sccm～1000sccm，所述惰性气体包括氦气或氩气。2.如权利要求1所述的金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，所述金属硬掩膜层为氮化钛和/或氮化钽。3.如权利要求1所述的金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，沉积金属硬掩膜层的工艺为CVD或MOCVD或PVD或ALD。4.如权利要求1所述的金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，所述金属硬掩膜层厚度为5.如权利要求1所述的金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，所述紫外光照射氮化处理的载气包括氮气，还包括氩气和/或氢气。6.如权利要求1所述的金属硬掩膜层的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文广，傅昶，陈玉文，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：