[发明专利]衬底上的孔隙沉积工艺及半导体加工设备

说明书

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种衬底上的孔隙沉积工艺及半导体加工设备。

背景技术

铜互连技术中应用相对广泛的是双嵌入式工艺（也称为，双大马士革工艺）。具体地，如图1所示，双嵌入式工艺包括以下步骤：

步骤S1，在衬底上表面上沉积一层氮化硅薄膜1，用于对后续沉积的介质材料层2起到终止刻蚀作用；

步骤S2，在该层氮化硅薄膜1的表面上沉积具有一定厚度的低介电常数的介质材料层2；

步骤S3，对该介质材料层2进行光刻，以在其上形成用于实现垂直方向上互连线的通孔图形；

步骤S4，根据该通孔图形在介质材料层2上进行刻蚀，以获得具有预定深度的通孔3；

步骤S5，对该介质材料层2进行光刻，以在其上形成用于实现水平方向上互连线的沟槽图形；

步骤S6，根据该沟槽图形在介质材料层2上进行刻蚀，以获得具有工艺所需深度的沟槽4，同时根据通孔图形继续刻蚀通孔3，以使其达到工艺所需的深度；

步骤S7，采用溅射沉积的方式在衬底上表面上依次沉积阻挡层5和铜籽晶层6，以在衬底上表面以及其上的通孔3和沟槽4内均依次沉积阻挡层5和铜籽晶层6，其中，阻挡层5用于阻挡铜原子扩散至介质材料层2，以及起到增强介质材料层2和铜籽晶层6之间的粘附性的作用；铜籽晶层6用于在后续的电镀工艺中作为导电层；

步骤S8，采用电镀工艺在衬底上表面上沉积铜层，以在衬底上表面以及其上的通孔3和沟槽4内形成铜层；

步骤S9，采用退火工艺和化学机械抛光工艺对衬底表面上的铜层进行平坦化处理和清洗。

其中，步骤S7中沉积铜籽晶层是铜互连工艺的关键步骤之一，如图2所示，其具体包括以下步骤：

步骤S71，去气工艺，采用加热的方式去除衬底表面上的可挥发性气体杂质，以保证后续铜层的电学性能；

步骤S72，预清洗工艺，采用等离子刻蚀的方法去除衬底表面上的不可挥发性气体杂质，以保证后续铜层的电学性能；

步骤S73，采用磁控溅射的方式在衬底上表面上沉积阻挡层5（例如，氮化钽或者钽），以在衬底上表面以及其上的通孔3和沟槽4内均沉积有阻挡层5；

步骤S74，在衬底上表面上沉积铜籽晶层6，以在衬底上表面以及其上的通孔3和沟槽4内均沉积有铜籽晶层6。

在步骤S74中，利用下述半导体加工设备进行磁控溅射工艺，以衬底上表面以及其上的通孔3和沟槽4内均沉积铜籽晶层6。具体地，如图3所示，该半导体加工设备包括反应腔室10，在反应腔室10内的顶部设置有铜靶材11，并且在铜靶材11上方设置有高离化率磁控管12，用以实现靶材离子的高度离化；在反应腔室10内，且位于铜靶材11的下方设置有用于承载基片的承载装置13，该承载装置13与射频电源14电连接。射频电源14用于向承载装置13提供射频功率，以增加靶材粒子的方向性，从而可以很好地控制铜籽晶层6在孔隙（通孔3和沟槽4）的顶部overhang和内侧壁的覆盖率，以满足对后续电镀工艺的要求。

然而，上述磁控溅射工艺仅能满足对技术节点在22nm以上的大尺寸孔隙内侧壁的覆盖率，而无法控制技术节点在22nm以下的小尺寸孔隙内侧壁的覆盖率，这就不能很好的满足后续电镀的要求，造成后续电镀存在很多缺陷，从而造成对该小尺寸的孔隙的填充不能满足要求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种衬底上的孔隙沉积工艺及半导体加工设备，其不仅可以直接实现对小尺寸的孔隙完全填充；而且可以降低孔隙顶部的overhang和提高内侧壁的覆盖率以满足后续电镀工艺的需求，从而也可以实现对小尺寸的孔隙完全填充，进而可以提高小尺寸孔隙的填充工艺的工艺质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种衬底上的孔隙沉积工艺，包括以下步骤：步骤S1，采用溅射沉积的方式在衬底上的孔隙内沉积金属；步骤S2，将形成金属层的所述衬底加热至预设温度，以使所述金属层的金属粒子自所述孔隙的上部逐渐向所述孔隙的底部迁移；步骤S3，重复上述步骤S1和S2至少一次。

优选地，在所述步骤S2中，所述预设温度的取值范围在200～300℃。

其中，在所述步骤S3中还包括，重复上述步骤S1和S2直至所述孔隙内完全被所述金属粒子填充。

其中，还包括步骤S4，采用电镀工艺在所述衬底上表面上沉积金属，直至所述衬底上的孔隙内完全被所述金属粒子填充。

其中，所述步骤S1所采用的工艺温度的取值范围为小于60℃。