[發明專利]一種制備銅種子層的方法

有效

• 申請號: 201310221366.7
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103295958A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 周軍;朱亞丹;賀忻
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，確切的說，具體涉及一種制備銅種子層的方法。

背景技術

在半導體發展工藝中，一個集成電路（integrated?circuit，簡稱IC）往往包括了上百萬個電子器件，而隨著工藝的發展以及不斷提升的應用要求，集成電路向微細化、多層化、平坦化、薄型化發展，而超大規模的集成電路中，僅僅幾毫米見方的硅片上集成上萬至百萬晶體管。

而隨著器件尺寸的進一步縮小，其制造工藝要求也經受著重大挑戰。其中，在后道銅互連中，隨著器件尺寸縮小，通孔的尺寸越來越小，深寬比越來越高，怎樣才能無孔隙的填充銅的阻擋層和銅的籽晶層對現有半導體制備技術也構成越來越大的挑戰。

在常規技術中，人們一直以來都是通過PVD（Physical?Vapor?Deposition物理氣相沉積）進行常規的銅阻擋層和銅種子層的填充，由于PVD的特性，經常會導致銅種子層在通孔開口處堆積，如果種子層過厚，就會引起后續電鍍時通孔中出現孔隙，如圖1所示結構：沉積的種子層由于厚度較厚在襯底通孔處形成堆積，進而在后續的電鍍時通孔容易出現孔隙，進而影響器件性能；同時如果種子層過薄，通孔的側壁種子層可能不連續，會導致該不連續的地方形成孔隙，進而影響器件性能。

中國專利（申請號：201010613156.9）公開了一種在硅通孔表面生長阻擋層與種子層的方法，通過對具有硅通孔的基片依次進行Ti沉積和濕法氧化后得到具有阻擋層和種子層的硅通孔結構。

該發明利用了TiO2良好的穩定性和導電性能，不易起化學變化，且與Cu結合力較強的特性。制備得到的阻擋層厚度為200nm～1000nm，氧化后所得種子層導電性能良好，具有較高的電導率，厚度均勻，臺階覆蓋性好。在SEM下氧化鈦表面為柱狀結構，有利于Cu和種子層的結合。但是該發明在沉積種子層時，由于物理氣相沉積的特性，沉積的種子層容易在開口處形成堆積，該發明在實際生產過程中并不能很好解決該問題，進而影響了器件性能。

中國專利（申請號：201010613156.9）公開了一種在硅通孔表面生長阻擋層與種子層的方法，通過對具有硅通孔的基片依次進行Ti沉積和濕法氧化后得到具有阻擋層和種子層的硅通孔結構。本發明利用了TiO2良好的穩定性和導電性能，不易起化學變化，且與Cu結合力較強的特性。制備得到的阻擋層厚度為200nm～1000nm，氧化后所得種子層導電性能良好，具有較高的電導率，厚度均勻，臺階覆蓋性好。在SEM下氧化鈦表面為柱狀結構，有利于Cu和種子層的結合。

但是該發明僅僅是通過對具有硅通孔的基片依次進行Ti沉積和濕法氧化以得到有阻擋層和種子層的硅通孔結構，但是在制備種子層的過程中，如果沉積的銅種子層的厚度較厚時，在通孔處容易形成孔隙；同時如果種子層過薄，通孔的側壁種子層可能不連續，會導致該不連續的地方形成孔隙，進而影響器件性能。

發明內容

本發明根據現有技術制備銅種子層方法的不足，提供一種新型的制備銅種子層的方法，通過沉積銅種子層后再進行一除氣工藝，使得通孔開口處的銅流入至通孔底部，然后在沉積一較薄的銅種子層，從而降低了填充的深寬比，進而提高填充的底部step?coverage（覆蓋性），減少后續銅電鍍時出現孔隙的幾率。

本發明采用的技術方案為；

一種制備銅種子層的方法，應用于后道銅互連工藝中，其中，包括：

提供一具有銅互連溝槽的襯底；

于所述銅互連溝槽中沉積第一銅種子層；

繼續進行第二除氣工藝后，于所述銅互連溝槽中沉積第二銅種子層；

填充銅籽晶層充滿所述銅互連溝槽后，繼續銅電鍍工藝；

其中，所述第二銅種子層完全覆蓋所述銅互連溝槽的底部及其側壁。

上述制備銅種子層的方法，其中，還包括：對具有銅互連溝槽的襯底進行第一除氣工藝之后，進行預處理工藝并沉積混合阻擋層覆蓋所述銅互連溝槽的底部及其側壁，然后繼續所述第一銅種子層的沉積工藝。

根據權利要求2所述制備銅種子層的方法，其中，進行所述第一除氣工藝時，反應溫度為250℃～400℃，反應時間為10s～300s。

上述制備銅種子層的方法，其中，預處理工藝采用純氫氣或者氫氦混合氣或者氬氣對襯底進行預處理工藝，該預處理工藝的反應時間為10s～120s。

上述制備銅種子層的方法，其中，所述混合阻擋層為氮化鉭和鉭組成的混合阻擋層。