[发明专利]铜互联工艺中电镀铜填充方法及铜互联结构

说明书

本发明涉及铜互联工艺中电镀铜填充方法，涉及半导体集成电路制造技术，包括在第一介质层中形成凹槽；在所述凹槽的底部表面和侧面形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；进行铜电镀工艺，其中在铜电镀工艺过程中，在电镀液中间歇加入杂质金属离子，以使对于一片晶圆，在铜电镀工艺开始时，在电镀液中加入有杂质金属离子，以在籽晶层表面形成一层合金层，在合金层的形成过程中杂质金属离子完全消耗，而后进入纯铜电镀工艺阶段，通过纯铜电镀工艺将所述凹槽填充而构成铜互联结构的主体铜结构，可大大减小铜导线电阻值，并可提升EM，且可使工艺简化。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种铜互联工艺中电镀铜填充方法。

背景技术

在半导体集成电路中，两层以上的多层金属互连技术广泛使用。金属互连层包括金属互连结构和层间介质层(Inter-layer dielectric，ILD)。金属互连层的制作方法通常包括在层间介质层中形成沟槽(trench)和通孔(via)，然后在上述沟槽和通孔内形成阻挡层和籽晶层，最后填充铜金属经过研磨形成铜互联结构，阻挡层防止铜金属层向层间介质层中扩散。通常选用氧化硅作为层间介质层材料。

随着半导体技术的发展，集成电路芯片的集成度越来越高，器件尺寸越来越小，金属铜线尺寸不断缩小，金属的电迁移(ElectroMigration，EM)成为挑战。业界在工艺节点达到28nm时，采用铜合金(Cu alloy)籽晶(seed)来改善EM性能，也即将铜籽晶层换为铜合金籽晶层，然而铜合金籽晶层会使铜导线电阻增加，这是因为大量的合金元素留在籽晶层层中，然而提升EM主要是要把合金元素分布在铜的上表面。

发明内容

本发明在于提供一种铜互联工艺中电镀铜填充方法，包括：S1：在第一介质层中形成凹槽；S2：在所述凹槽的底部表面和侧面形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；以及S3：进行铜电镀工艺，其中在铜电镀工艺过程中，在电镀液中间歇加入杂质金属离子，以使对于一片晶圆，在铜电镀工艺开始时，在电镀液中加入有杂质金属离子，以在籽晶层表面形成一层合金层，在合金层的形成过程中杂质金属离子完全消耗，而后进入纯铜电镀工艺阶段，通过纯铜电镀工艺将所述凹槽填充而构成铜互联结构的主体铜结构。

更进一步的，所述第一介质层为层间膜。

更进一步的，所述籽晶层采用纯铜材料。

更进一步的，在步骤S3中加入的杂质金属离子的溶液浓度为1g/L至40g/L之间。

更进一步的，在步骤S3中单次加入杂质金属离子溶液体积小于50ml。

更进一步的，加入杂质金属离子后电镀液中杂质金属离子的浓度为0.1g/L至5g/L之间。

更进一步的，加入杂质金属离子后电镀液中杂质金属离子的浓度为0.1g/L至5g/L之间。

更进一步的，还包括S4：进行平坦化工艺，而铜互联结构。

本发明还提供一种铜互联结构，包括：凹槽，形成于第一介质层中；阻挡层，形成在所述凹槽的底部表面和侧面，并在阻挡层上形成有籽晶层；合金层，形成有在所述籽晶层上，在合金层上形成有主体铜结构，主体铜结构将凹槽填充。

更进一步的，所述合金层为银铜合金层，所述主体铜结构为纯铜材料。

附图说明

图1至图3为本发明一实施例的电镀铜填充过程中器件结构示意图。

图4为本发明一实施例的在电镀液中间歇加入杂质金属离子的示意图。

图5为本发明一实施例中的铜互联结构示意图。

具体实施方式