專利名稱：銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工技術(shù)，尤其涉及一種銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS晶體管尺寸不斷縮小到次微米級(jí)，在高效率、高密度集成電路中的晶體 管數(shù)量上升到幾千萬(wàn)個(gè)。這些數(shù)量龐大的有源元件的信號(hào)集成需要高密度金屬連線，然而 這些金屬互連線帶來(lái)的電阻和寄生電容已經(jīng)成為限制這種高效集成電路速度的主要因素。
目前，半導(dǎo)體工業(yè)采用金屬銅互連線，減少了金屬連線層間的電阻、增強(qiáng)了電路穩(wěn) 定性；同時(shí)采用低介電常數(shù)介質(zhì)材料替代二氧化硅作為金屬層間的絕緣介質(zhì)，減少了金屬 連線層之間的寄生電容。 但是，對(duì)銅的刻蝕非常困難?，F(xiàn)有技術(shù)中，銅互連采用雙嵌入式工藝，又稱雙大馬 士革工藝(Dual Damascene)，首先，在基板上沉積一定厚度的低介電常數(shù)介質(zhì)材料，并在低 介電常數(shù)介質(zhì)材料上刻出通孔和溝槽等；然后，在溝槽和通孔中填充銅金屬，形成了 一層金 屬互連線。銅金屬的填充工藝是由阻擋層/籽晶層的制備與銅電鍍填充共同完成的，其中， 阻擋層/籽晶層的制備工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，阻擋層/籽晶層的制備的工藝流程如下 i)去氣通過(guò)加熱的方式去除前道工藝及大氣傳輸過(guò)程中殘留的可揮發(fā)性氣體
雜質(zhì)，以保證銅金屬層的電學(xué)性能； ii)預(yù)清洗通過(guò)等離子反應(yīng)刻蝕的方法去除前道工藝及大氣傳輸過(guò)程中，殘留 在下層金屬表面的不可揮發(fā)性雜質(zhì)和銅的氧化物，以保證銅金屬層的電學(xué)性能；
iii)阻擋層沉積用于阻擋銅金屬與介質(zhì)材料的直接接觸(銅原子在現(xiàn)有介質(zhì)材 料中的擴(kuò)散速度非?？?，直接接觸會(huì)導(dǎo)致金屬互連線的短路或斷路)，并起到介質(zhì)材料與銅 金屬之間的過(guò)渡粘結(jié)作用； iv)籽晶層沉積，為后續(xù)的銅電鍍工藝提供導(dǎo)電層。
如圖2所示，上述的阻擋層沉積的工藝流程包括 1)氮化鉭薄膜沉積=>2)金屬鉭薄膜沉積=>3)重濺射刻蝕=>4)鉭閃沉積。
阻擋層沉積工藝在阻擋層沉積腔室中進(jìn)行。其中，在重濺射刻蝕步驟3)中，通過(guò) 加載在鉭重濺射線圈上的射頻能量施加于腔室內(nèi)的氬氣氣氛形成等離子體，并通過(guò)射頻偏 壓對(duì)該等離子體進(jìn)行控制，對(duì)已經(jīng)沉積的金屬薄膜進(jìn)行轟擊，刻蝕去除通孔底部的金屬薄 膜并調(diào)整已經(jīng)沉積的金屬薄膜的臺(tái)階覆蓋狀態(tài)，同時(shí)起到刻蝕和重濺射的雙重作用。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn) 阻擋層沉積腔室技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，同時(shí)，由于加入鉭重濺射線圈引起的顆粒增 加降低系統(tǒng)生產(chǎn)良率；實(shí)現(xiàn)反應(yīng)預(yù)清洗技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂；同時(shí)，由于過(guò)程中 存在化學(xué)反應(yīng)，對(duì)基片產(chǎn)生污染的可能性相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低、不會(huì)對(duì)基片產(chǎn)生污染的半導(dǎo)體加工 銅互連的方法。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，包括在基板上形成通孔和溝槽，包 括步驟 首先，在所述形成通孔和溝槽的基板上沉積阻擋層，具體包括氮化鉭薄膜沉積、金 屬鉭薄膜沉積； 然后，進(jìn)行離子濺射，所述離子為惰性氣體離子；
之后，進(jìn)行籽晶層沉積。 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制 備的方法，由于首先進(jìn)行氮化鉭薄膜沉積和金屬鉭薄膜沉積；然后進(jìn)行離子濺射；之后進(jìn) 行籽晶層沉積。可以去掉預(yù)清洗步驟和重濺射步驟，簡(jiǎn)化了工藝和設(shè)備，且不會(huì)對(duì)基片產(chǎn)生 污染。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中銅阻擋層/銅籽晶層的制備的工藝流程示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中阻擋層沉積的工藝流程示意圖； 圖3為本發(fā)明中銅阻擋層/銅籽晶層的制備的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖3所示， 首先，在基板上形成通孔和溝槽，然后進(jìn)行步驟 首先，在形成通孔和溝槽的基板上沉積阻擋層，銅阻擋層可以為氮化鉭/鉭(TaN/
Ta)雙層阻擋層，具體可以首先進(jìn)行氮化鉭薄膜沉積，再進(jìn)行金屬鉭薄膜沉積； 然后，進(jìn)行離子濺射，離子可以為惰性氣體離子，惰性氣體可以包括氬氣、氦氣或
氮?dú)庵械囊环N或多種氣體； 之后，進(jìn)行籽晶層沉積。在籽晶層沉積之后還可以根據(jù)需要進(jìn)行二次離子濺射，也 可以不進(jìn)行二次離子濺射。 在沉積阻擋層之前，可以首先對(duì)通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理，阻擋層的沉積可以通 過(guò)PVD (物理氣相/濺射沉積)的方法進(jìn)行，也可以通過(guò)其它的方法進(jìn)行。
本發(fā)明可以去掉預(yù)清洗步驟和重濺射步驟，采用簡(jiǎn)化的阻擋層工藝腔室設(shè)計(jì)，去 除鉭重濺射系統(tǒng)(包括重濺射線圈及相關(guān)硬件)，簡(jiǎn)化了工藝和設(shè)備，且不會(huì)對(duì)基片產(chǎn)生污 染。可以滿足45納米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的工藝要求。 離子濺射步驟可以起到預(yù)清洗、刻蝕、重濺射三重目的；二次離子濺射可以起到重 濺射目的。
具體實(shí)施例一 銅阻擋層/籽晶層薄膜制備工藝流程為去氣= > 阻擋層沉積= > 離子濺射=> 籽晶層沉積=> 二次離子濺射2。
首先，進(jìn)行去氣工藝； 接著，進(jìn)行阻擋層沉積工藝先進(jìn)行氮化鉭薄膜沉積，再進(jìn)行金屬鉭薄膜沉積。進(jìn) 行氮化鉭/鉭雙層阻擋層薄膜沉積工藝之后，在通孔底部的下層銅金屬表面上依次存在氧 化銅等雜質(zhì)層、氮化鉭/鉭雙層阻擋層； 隨后，進(jìn)行離子濺射工藝步驟，通過(guò)濺射的方式，將同時(shí)去除上述兩層物質(zhì)，暴露 出下層金屬表面；而且，離子濺射將起到重濺射技術(shù)的作用，對(duì)沉積在其他區(qū)域的阻擋層薄 膜進(jìn)行濺射轟擊，調(diào)整已經(jīng)沉積在通孔、溝槽側(cè)壁的阻擋層臺(tái)階覆蓋形貌，改善等離子PVD 阻擋層薄膜沉積過(guò)程中造成的頂部懸掛(Overhang)和底部拐角填充不足的問(wèn)題。此外，由 于此時(shí)低介電常數(shù)介質(zhì)材料已經(jīng)為阻擋層薄膜所保護(hù)，離子濺射不會(huì)對(duì)其造成損傷，而且， 同樣由于低介電常數(shù)介質(zhì)材料已經(jīng)為阻擋層薄膜所保護(hù)，再濺射至底部側(cè)壁的微量銅金屬 不會(huì)與介質(zhì)材料直接接觸，還可以在一定程度上幫助提高銅籽晶層的底部拐角側(cè)壁覆蓋；
然后，進(jìn)行籽晶層沉積工藝； 最后，進(jìn)行二次離子濺射2工藝，主要目的在于對(duì)已經(jīng)沉積的籽晶層薄膜進(jìn)行重 濺射，優(yōu)化籽晶層薄膜孔隙填充覆蓋，對(duì)籽晶層沉積的要求也可在一定程度上降低。
上述工藝中，離子濺射工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻 功率為200 700W，氬氣流量為20 150sccm ; 二次離子濺射2工藝步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率 為200 750W，氬氣流量為20 150sccm。
具體實(shí)施例二 銅阻擋層/籽晶層薄膜制備工藝流程為去氣= > 阻擋層沉積= > 離子濺射=> 籽晶層沉積。其中，離子濺射工藝步驟工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率 為200 700W，氬氣流量為20 150sccm。 與具體實(shí)施例一相比，簡(jiǎn)化了工藝步驟，可以滿足預(yù)清洗與優(yōu)化阻擋層薄膜孔隙 填充覆蓋的雙重效果。 本發(fā)明采用簡(jiǎn)化的阻擋層腔室設(shè)計(jì)與阻擋層沉積工藝流程，降低了成本；同時(shí)，避 免了由于加入鉭重濺射線圈引起的顆粒增加問(wèn)題； 采用低成本的離子濺射預(yù)清洗技術(shù)，通過(guò)工藝流程的優(yōu)化，在保證工藝整合性能 的前提下有效的降低了設(shè)備及芯片制造成本； 通過(guò)離子濺射的重濺射技術(shù)效果改善阻擋層/籽晶層薄膜沉積孔隙填充性能，滿 足45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)銅雙大馬士革互連工藝的要求； 降低對(duì)阻擋層/籽晶層薄膜沉積要求，有利于在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)向32納米以
下技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，避免了向更小技術(shù)代擴(kuò)展時(shí)芯片制造設(shè)備升級(jí)的成本支出。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，
任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，
都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，包括在基板上形成通孔和溝槽，其特征在于，包括步驟首先，在所述形成通孔和溝槽的基板上沉積阻擋層，具體包括氮化鉭薄膜沉積、金屬鉭薄膜沉積；然后，進(jìn)行離子濺射，所述離子為惰性氣體離子；之后，進(jìn)行籽晶層沉積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，所述惰性氣 體包括氬氣、氦氣或氮?dú)庵械闹辽僖环N氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，所述離子濺 射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為200 700W，所述氬氣的流量為20 150sccm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，所述籽晶層 沉積之后進(jìn)行二次離子濺射。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，所述二次離 子濺射步驟的工藝條件為上射頻功率為300 800W，下射頻功率為200 750W，所述氬氣的流量為20 150sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，在沉積所述 阻擋層之前，首先對(duì)所述通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，其特征在于，所述阻擋層 的沉積通過(guò)物理氣相沉積的方法進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅阻擋層-籽晶層薄膜制備的方法，首先在基板上形成通孔和溝槽，并對(duì)通孔和溝槽進(jìn)行去氣處理；然后進(jìn)行氮化鉭薄膜沉積和金屬鉭薄膜沉積；之后進(jìn)行離子濺射；再進(jìn)行籽晶層沉積。通過(guò)離子濺射步驟，可以去掉預(yù)清洗步驟和重濺射步驟，簡(jiǎn)化了工藝和設(shè)備，且不會(huì)對(duì)基片產(chǎn)生污染?？梢詰?yīng)用于45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銅雙大馬士革互連工藝，實(shí)現(xiàn)向32nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并避免向更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)芯片制造設(shè)備升級(jí)的成本支出。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101764084SQ200810240829
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者楊柏 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司