一种电镀铜填充工艺方法与流程

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1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种电镀铜填充工艺方法。

背景技术：

2.随着半导体制造技术的发展，具有更低电阻率和rc延迟的铜金属互联逐渐取代了铝金属互联，但是随着半导体器件尺寸的不断缩小，沟槽的深宽比越来越大，无缝填充的难度也与越来越大。后段电镀铜工艺过程中，通孔的开口处经常会出现缩颈现象而造成孔洞缺陷，影响器件的可靠性。
3.因此，需要提出一种新的方法来解决上述问题。

技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电镀铜填充工艺方法，用于解决现有技术中后段通孔内电镀铜过程中出现的孔洞缺陷的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电镀铜填充工艺方法，至少包括：
6.步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构上形成有多个彼此相隔的通孔；在所述半导体结构上形成铜的种子层，所述种子层覆盖在所述半导体结构上表面以及所述通孔的表面；
7.步骤二、沉积牺牲层以填充所述通孔并覆盖所述半导体结构的上表面；
8.步骤三、回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，使得所述半导体结构上表面以及所述通孔开口处的侧壁暴露；
9.步骤四、将暴露出的所述铜的种子层进行热氧化，形成氧化铜层；
10.步骤五、去除所述通孔内剩余的所述牺牲层；
11.步骤六、电镀铜以填充所述通孔，使得所述通孔中的铜形成致密的分布；
12.步骤七、研磨去除氧化铜层以上的半导体结构以及铜。
13.优选地，步骤一中的所述半导体结构包括基底，位于所述基底上的第一ndc层，位于所述第一ndc层上的bdⅱ层，位于所述bdⅱ层上的第二ndc层，位于所述第二ndc层上的nf darc层，位于所述nf drac层上的阻挡层。
14.优选地，步骤一中的所述阻挡层为tan和ta的复合层。
15.优选地，步骤三中回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，指的是回刻至完全露出所述第二ndc的侧壁为止。
16.优选地，步骤六中电镀铜以填充所述通孔的同时，所述半导体的上表面也被覆盖形成铜层。
17.优选地，步骤六中电镀铜的方法为ecp方法。
18.优选地，步骤七中所述研磨的方法为化学机械研磨法。
19.如上所述，本发明的电镀铜填充工艺方法，具有以下有益效果：本发明的方法在后
段铜互连制程中，在通孔内沉积完tan/ta阻挡层和铜的种子层后，沉积牺牲层将整个通孔全部覆盖，接着进行牺牲层的回刻直至漏出开口处的侧壁，然后将暴露的铜种子层表面部分热氧化成高电阻率的氧化铜，去除牺牲材料后进行铜的ecp，由于氧化铜的电阻率远高于铜，因此铜会优先在通孔内填充，从而可以避免ecp过程中出现孔洞缺陷。
附图说明
20.图1至图7显示为本发明中电镀铜填充工艺方法各步骤形成的结构示意图；
21.图8显示为本发明的电镀铜填充工艺方法流程图。
具体实施方式
22.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
23.请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
24.本发明提供一种电镀铜填充工艺方法，如图8所示，图8显示为本发明的电镀铜填充工艺方法流程图，该方法至少包括以下步骤：
25.步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构上形成有多个彼此相隔的通孔；在所述半导体结构上形成铜的种子层，所述种子层覆盖在所述半导体结构上表面以及所述通孔的表面；
26.如图1所示，该步骤一提供半导体结构，所述半导体结构上形成有多个彼此相隔的通孔a；在所述半导体结构上形成铜的种子层03，所述种子层03覆盖在所述半导体结构上表面以及所述通孔a的表面。
27.本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述半导体结构包括基底01，位于所述基底01上的第一ndc层(b)，位于所述第一ndc层上的bdⅱ层(bdll)，位于所述bdⅱ层上的第二ndc层(c)，位于所述第二ndc层上的nf darc层(nfdarc)，位于所述nf drac层上的阻挡层02。
28.本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述阻挡层为tan和ta的复合层。
29.步骤二、沉积牺牲层以填充所述通孔并覆盖所述半导体结构的上表面；如图2所示，该步骤二中沉积所述牺牲层04以填充所述通孔并覆盖所述半导体结构的上表面。
30.步骤三、回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，使得所述半导体结构上表面以及所述通孔开口处的侧壁暴露；如图3所示，该步骤三中回刻所述牺牲层04至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，使得所述半导体结构上表面以及所述通孔开口处的侧壁暴露。
31.本发明进一步地，本实施例的步骤三中回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，指的是回刻至完全露出所述第二ndc的侧壁为止。也就是说，回刻至不露出所
述bdⅱ层的侧壁为止。
32.步骤四、将暴露出的所述铜的种子层进行热氧化，形成氧化铜层；如图4所示，该步骤四中将暴露出的所述铜的种子层03进行热氧化(thermal oxidation)，之后形成氧化铜层05。
33.步骤五、去除所述通孔内剩余的所述牺牲层；如图5所示，该步骤五中去除所述通孔内剩余的所述牺牲层，将未被所述氧化铜覆盖的所述铜的种子层暴露。
34.步骤六、电镀铜以填充所述通孔，使得所述通孔中的铜形成致密的分布；如图6所示，该步骤六电镀铜以填充所述通孔，使得所述通孔中的铜形成致密的分布，也就是说，由于覆盖在所述通孔开口的氧化铜(guo)的电阻率远高于铜，因此，电镀铜时，铜会优先在所述通孔内填充，从而避免在填充通孔的过程中在孔内形成空洞缺陷。
35.如图6所示，本发明进一步地，本实施例的步骤六中电镀铜以填充所述通孔的同时，所述半导体的上表面也被覆盖形成铜层。
36.本发明进一步地，本实施例的步骤六中电镀铜的方法为ecp(电化学电镀)方法。
37.步骤七、研磨去除氧化铜层以上的半导体结构以及铜。如图7所示，该步骤七中研磨去除氧化铜层以上的半导体结构以及铜，形成如图7所示的结构。也就是说研磨去除所述bdⅱ层以上的部分，即露出所述bdⅱ层的上表面。
38.本发明进一步地，本实施例的步骤七中所述研磨的方法为化学机械研磨法。
39.综上所述，本发明的方法在后段铜互连制程中，在通孔内沉积完tan/ta阻挡层和铜的种子层后，沉积牺牲层将整个通孔全部覆盖，接着进行牺牲层的回刻直至漏出开口处的侧壁，然后将暴露的铜种子层表面部分热氧化成高电阻率的氧化铜，去除牺牲材料后进行铜的ecp，由于氧化铜的电阻率远高于铜，因此铜会优先在通孔内填充，从而可以避免ecp过程中出现孔洞缺陷。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
40.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种电镀铜填充工艺方法，其特征在于，至少包括：步骤一、提供半导体结构，所述半导体结构上形成有多个彼此相隔的通孔；在所述半导体结构上形成铜的种子层，所述种子层覆盖在所述半导体结构上表面以及所述通孔的表面；步骤二、沉积牺牲层以填充所述通孔并覆盖所述半导体结构的上表面；步骤三、回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，使得所述半导体结构上表面以及所述通孔开口处的侧壁暴露；步骤四、将暴露出的所述铜的种子层进行热氧化，形成氧化铜层；步骤五、去除所述通孔内剩余的所述牺牲层；步骤六、电镀铜以填充所述通孔，使得所述通孔中的铜形成致密的分布；步骤七、研磨去除氧化铜层以上的半导体结构以及铜。2.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤一中的所述半导体结构包括基底，位于所述基底上的第一ndc层，位于所述第一ndc层上的bdⅱ层，位于所述bdⅱ层上的第二ndc层，位于所述第二ndc层上的nf darc层，位于所述nf drac层上的阻挡层。3.根据权利要求2所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤一中的所述阻挡层为tan和ta的复合层。4.根据权利要求2所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤三中回刻所述牺牲层至露出所述通孔的开口处的侧壁为止，指的是回刻至完全露出所述第二ndc的侧壁为止。5.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤六中电镀铜以填充所述通孔的同时，所述半导体的上表面也被覆盖形成铜层。6.根据权利要求5所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤六中电镀铜的方法为ecp方法。7.根据权利要求1所述的电镀铜填充工艺方法，其特征在于：步骤七中所述研磨的方法为化学机械研磨法。

技术总结

本发明提供一种电镀铜填充工艺方法，在半导体结构上形成铜的种子层，种子层覆盖在半导体结构上表面以及通孔的表面；沉积牺牲层以填充通孔并覆盖半导体结构上表面；回刻牺牲层至露出通孔开口处的侧壁为止，使通孔开口处的侧壁暴露；将暴露的铜的种子层形成氧化铜层；去除通孔内剩余的牺牲层；电镀铜以填充通孔，使通孔中的铜形成致密的分布。本发明在后段铜互连制程中，在通孔内沉积完阻挡层和铜的种子层后，沉积牺牲层将整个通孔全部覆盖，接着回刻牺牲层至漏出开口处的侧壁，然后将暴露的铜种子层表面热氧化成高电阻率的氧化铜，去除牺牲层后进行铜的ECP，由于氧化铜的电阻率远高于铜，铜会优先在通孔内填充，从而避免ECP过程中出现孔洞缺陷。出现孔洞缺陷。出现孔洞缺陷。