[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构中的铜互连及其制造方法。

背景技术

在半导体制造领域中，在半导体芯片上完成器件的前端工艺(FEOL)后，例如形成半导体器件结构、接触孔后，需要进行铜互连工艺。铜互连将半导体芯片中的这些器件彼此连接。

通常铜互连的方法一般是：在淀积铜之前，在介质层上淀积铜扩散阻挡层，在铜扩散阻挡层上淀积铜，最后通过CMP(ChemicalMechanical Polish，化学机械抛光)去除多余的铜使铜互连平坦化。

CMP工艺价格昂贵并且很容易在铜表面引入缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体结构的制造方法，包括：提供半导体衬底，半导体衬底上包括半导体器件；在半导体衬底上淀积铜扩散阻挡层；在铜扩散阻挡层上形成铜化合物层；根据铜互连的形状，将需要形成铜互连的相应位置处的铜化合物分解为铜，并刻蚀未分解的铜化合物及其下方的铜扩散阻挡层，从而将半导体器件之间进行互连。

优选地，铜化合物为Cu₃N。

其中，将铜化合物分解为铜的方法可以包括：在Cu₃N层上淀积氧化层；在所述氧化层上涂敷光刻胶层，并根据铜互连的形状对光刻胶层图案化；利用图案化的光刻胶层作为掩膜，刻蚀所述氧化层以形成硬掩膜；去除光刻胶层后，对Cu₃N层和铜扩散阻挡层进行选择性刻蚀；去除所述硬掩膜，执行退火以分解Cu₃N，形成铜互连。

优选地，可以采用HF对Cu₃N层和铜扩散阻挡层进行选择性刻蚀；退火的温度可以为260～600℃。

其中，将铜化合物分解为铜的方法可以包括：在Cu₃N层上涂敷光刻胶层，并对根据铜互连的形状对光刻胶层图案化；利用图案化的光刻胶层作为掩膜，使用电子束轰击Cu₃N层，将其分解为铜；去除光刻胶层；以及对Cu₃N层和铜扩散阻挡层进行刻蚀，以形成铜互连。

优选地可以采用HF对Cu₃N层和铜扩散阻挡层进行选择性刻蚀。

在上述方案的基础上，优选地，铜扩散阻挡层可以由包括TaN、TiN、Ta、Ti、TiSiN、TaSiN、TiW、WN或Ru中的一种或多种的组合形成。例如由至少一层TaN层和至少一层Ta层形成，并且TaN层在下与层间介质层接触。

其中，铜扩散阻挡层可以由至少一层TaN层和至少一层Ru层形成，例如TaN层在下与层间介质层接触。

其中，所述铜扩散阻挡层的厚度优选为10～500nm。

优选地，在将铜化合物分解为铜之后，所述方法还包括：在半导体衬底上淀积绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行反应离子蚀刻，以在铜互连的侧壁上形成侧墙。其中所述绝缘介质层可以包括由TaN、TaN、Ta、Ti、TiSiN、TaSiN、TiW、WN或Ru中的一种或多种的组合形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体结构的制造方法，包括：提供半导体衬底，半导体衬底上包括半导体器件；在半导体衬底上淀积铜扩散阻挡层；在所述铜扩散阻挡层上形成铜化合物层；根据铜互连的形状，将需要形成铜互连的相应位置处的铜化合物分解为铜，并刻蚀未分解的铜化合物及其下方的铜扩散阻挡层，从而将半导体器件之间进行互连；以及在半导体衬底上方淀积绝缘介质层，并对绝缘介质层进行反应离子蚀刻，以在铜互连的侧壁上形成侧墙。

优选地，其中铜扩散阻挡层由包括TaN、TiN、Ta、Ti、TiSiN、TaSiN、TiW、WN或Ru中的一种或多种的组合形成。

其中铜扩散阻挡层由至少一层TaN层和至少一层Ta层形成。

根据本发明的再一方面，提供了一种半导体结构，包括：半导体衬底，半导体衬底上包括半导体器件；铜扩散阻挡层，位于半导体器件之上；铜互连层，位于铜扩散阻挡层之上，铜互连层与半导体器件之间电连接；以及铜扩散阻挡侧墙，位于铜互连层的外侧。

其中，侧墙由包括TaN、TaN、Ta、Ti、TiSiN、TaSiN、TiW、WN或Ru中的一种或多种的组合形成。

优选地，其中，所述铜扩散阻挡层由包括TaN、TiN、Ta、Ti、TiSiN、TaSiN、TiW、WN或Ru中的一种或多种的组合形成。例如由至少一层TaN层和至少一层Ta层形成，并且TaN层在下与氧化层接触。