[发明专利]一种制备铜种子层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，确切的说，具体涉及一种制备铜种子层的方法。

背景技术

在半导体发展工艺中，一个集成电路（integrated circuit，简称IC）往往包括了上百万个电子器件，而随着工艺的发展以及不断提升的应用要求，集成电路向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展，而超大规模的集成电路中，仅仅几毫米见方的硅片上集成上万至百万晶体管。

而随着器件尺寸的进一步缩小，其制造工艺要求也经受着重大挑战。其中，在后道铜互连中，随着器件尺寸缩小，通孔的尺寸越来越小，深宽比越来越高，怎样才能无孔隙的填充铜的阻挡层和铜的籽晶层对现有半导体制备技术也构成越来越大的挑战。

在常规技术中，人们一直以来都是通过PVD（Physical Vapor Deposition物理气相沉积）进行常规的铜阻挡层和铜种子层的填充，由于PVD的特性，经常会导致铜种子层在通孔开口处堆积，如果种子层过厚，就会引起后续电镀时通孔中出现孔隙，如图1所示结构：沉积的种子层由于厚度较厚在衬底通孔处形成堆积，进而在后续的电镀时通孔容易出现孔隙，进而影响器件性能；同时如果种子层过薄，通孔的侧壁种子层可能不连续，会导致该不连续的地方形成孔隙，进而影响器件性能。

中国专利（申请号：201010613156.9）公开了一种在硅通孔表面生长阻挡层与种子层的方法，通过对具有硅通孔的基片依次进行Ti沉积和湿法氧化后得到具有阻挡层和种子层的硅通孔结构。

该发明利用了TiO2良好的稳定性和导电性能，不易起化学变化，且与Cu结合力较强的特性。制备得到的阻挡层厚度为200nm～1000nm，氧化后所得种子层导电性能良好，具有较高的电导率，厚度均匀，台阶覆盖性好。在SEM下氧化钛表面为柱状结构，有利于Cu和种子层的结合。但是该发明在沉积种子层时，由于物理气相沉积的特性，沉积的种子层容易在开口处形成堆积，该发明在实际生产过程中并不能很好解决该问题，进而影响了器件性能。

中国专利（申请号：201010613156.9）公开了一种在硅通孔表面生长阻挡层与种子层的方法，通过对具有硅通孔的基片依次进行Ti沉积和湿法氧化后得到具有阻挡层和种子层的硅通孔结构。本发明利用了TiO2良好的稳定性和导电性能，不易起化学变化，且与Cu结合力较强的特性。制备得到的阻挡层厚度为200nm～1000nm，氧化后所得种子层导电性能良好，具有较高的电导率，厚度均匀，台阶覆盖性好。在SEM下氧化钛表面为柱状结构，有利于Cu和种子层的结合。

但是该发明仅仅是通过对具有硅通孔的基片依次进行Ti沉积和湿法氧化以得到有阻挡层和种子层的硅通孔结构，但是在制备种子层的过程中，如果沉积的铜种子层的厚度较厚时，在通孔处容易形成孔隙；同时如果种子层过薄，通孔的侧壁种子层可能不连续，会导致该不连续的地方形成孔隙，进而影响器件性能。

发明内容

本发明根据现有技术制备铜种子层方法的不足，提供一种新型的制备铜种子层的方法，通过沉积铜种子层后再进行一除气工艺，使得通孔开口处的铜流入至通孔底部，然后在沉积一较薄的铜种子层，从而降低了填充的深宽比，进而提高填充的底部step coverage（覆盖性），减少后续铜电镀时出现孔隙的几率。

本发明采用的技术方案为；

一种制备铜种子层的方法，应用于后道铜互连工艺中，其中，包括：

提供一具有铜互连沟槽的衬底；

于所述铜互连沟槽中沉积第一铜种子层；

继续进行第二除气工艺后，于所述铜互连沟槽中沉积第二铜种子层；

填充铜籽晶层充满所述铜互连沟槽后，继续铜电镀工艺；

其中，所述第二铜种子层完全覆盖所述铜互连沟槽的底部及其侧壁。

上述制备铜种子层的方法，其中，还包括：对具有铜互连沟槽的衬底进行第一除气工艺之后，进行预处理工艺并沉积混合阻挡层覆盖所述铜互连沟槽的底部及其侧壁，然后继续所述第一铜种子层的沉积工艺。

根据权利要求2所述制备铜种子层的方法，其中，进行所述第一除气工艺时，反应温度为250℃～400℃，反应时间为10s～300s。

上述制备铜种子层的方法，其中，预处理工艺采用纯氢气或者氢氦混合气或者氩气对衬底进行预处理工艺，该预处理工艺的反应时间为10s～120s。

上述制备铜种子层的方法，其中，所述混合阻挡层为氮化钽和钽组成的混合阻挡层。