技术领域
[0001] 本
申请涉及
半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造的后端工艺中的金属互连结构的形成方法。
背景技术
[0002] 随着半导体器件的关键尺寸(Critical Dimension，CD)的减小，后端工序(Back End of Line，BOEL)逐渐成为影响半导体制造的关键层。随着半导体制造的制程到28纳米以下，后端工序对制造良率的贡献大于80％，影响后端工序良率的关键因子包括
电阻(Resistance，R)和电容(Capacity，C)。鉴于此，半导体制造业的持续改进计划(Continuous Improvement Program，CIP)中提出的改进方向为较低的电阻和较低的寄生电容。
[0003] 相关技术中提出的金属互连结构的形成方法包括：步骤S1，对
晶圆进行除气(Degas)；步骤S2，对晶圆进行预处理；步骤S3，在晶圆上沉积扩散阻挡层；步骤S4，进行反溅射，去除多余的扩散阻挡层；步骤S5，在扩散阻挡层上沉积
铜籽晶；步骤S6，在铜籽晶上沉积铜金属层，该铜金属层填充晶圆的介质层的通孔。
[0004] 然而，基于相关技术提供的金属互连结构的形成方法制造的半导体器件的
接触电阻较大，且寄生电容较大。
发明内容
[0005] 本申请提供了一种金属互连结构的形成方法，可以解决相关技术中提出的金属互连结构的形成方法所导致器件的接触电阻较大的问题。
[0006] 一方面，本申请
实施例提供了一种金属互连结构的形成方法，包括：
[0007] 对晶圆进行除气和铜还原，所述晶圆上形成有介质层，所述介质层中形成有通孔，所述除气和所述铜还原在同一腔体中进行，所述铜还原过程中通过加热促进铜还原反应；
[0009] 在所述第一阻挡层和所述介质层的表面沉积第二阻挡层；
[0010] 在所述第二阻挡层表面沉积铜籽晶；
[0011] 在所述铜籽晶表面形成铜金属层，所述铜金属层填充所述通孔。
[0012] 可选的，所述第一阻挡层包括高氮非晶态钽层，所述高氮非晶态钽层包括氮元素和钽元素。
[0013] 可选的，所述在所述通孔的侧壁沉积第一阻挡层，包括：
[0014] 在所述通孔的侧壁，通过选择性沉积工艺沉积所述高氮非晶态钽层。
[0015] 可选的，所述除气过程中的反应气体包括氩气和氢气。
[0016] 可选的，所述铜还原过程中的加热
温度为200摄氏度至400摄氏度。
[0017] 可选的，在所述铜还原过程中，通过在所述腔体内产生
原子态氢和/或氢离子将所述晶圆表面的
氧化铜还原为铜。
[0018] 可选的，在所述铜还原过程中，通过在所述腔体外产生原子态氢和/或氢离子，通过载气将所述原子态氢和/或氢离子带入所述腔体将所述晶圆表面的氧化铜还原为铜。
[0019] 可选的，所述第二阻挡层包括钽。
[0020] 可选的，所述在所述第一阻挡层和所述介质层的表面沉积第二阻挡层，包括：
[0021] 通过PVD工艺在所述第一阻挡层和所述介质层的表面沉积钽。
[0022] 可选的，所述在所述铜籽晶表面形成铜金属层，包括：
[0023] 通过电
镀工艺在所述铜籽晶表面形成所述铜金属层。
[0024] 可选的，所述介质层从下而上依次包括NDC层、低
介电常数层和氮化
钛层。
[0025] 可选的，所述在所述铜籽晶表面形成铜金属层之后，还包括：
[0026] 通过平坦化工艺对所述通孔外的第一阻挡层、第二阻挡层、铜籽晶和金属铜层进行去除。
[0027] 可选的，所述平坦化工艺包括CMP工艺。
[0028] 本申请技术方案，至少包括如下优点：
[0029] 通过在金属互连结构的形成过程中，将除气和铜还原在同一腔体中进行，且铜还原过程中通过加热促进铜还原反应，提高了铜还原的效率，从而能够提高晶圆表面产生的氧化铜的去除率，在一定程度上降低了器件的接触电阻。
附图说明
[0030] 为了更清楚地说明本申请具体实施方式或
现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1是本申请一个示例性实施例提供的金属互连结构的形成方法的
流程图；
[0032] 图2是本申请一个示例性实施例提供的金属互连结构的剖面图。
具体实施方式
[0033] 下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0036] 此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0037] 参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的金属互连结构的形成方法的流程图，该方法包括：
[0038] 步骤101，对晶圆进行除气和铜还原，该晶圆上形成有介质层，介质层中形成有通孔，除气和铜还原在同一腔体中进行，铜还原过程中通过加热促进铜还原反应。
[0039] 步骤102，在通孔的侧壁沉积第一阻挡层。
[0040] 步骤103，在第一阻挡层和介质层的表面沉积第二阻挡层。
[0041] 步骤104，在第二阻挡层表面沉积铜籽晶。
[0042] 步骤105，在铜籽晶表面形成铜金属层，铜金属层填充通孔。
[0043] 综上所述，本实施例中，通过在金属互连结构的形成过程中，将除气和铜还原在同一腔体中进行，且铜还原过程中通过加热促进铜还原反应，提高了铜还原的效率，从而能够提高晶圆表面产生的氧化铜的去除率，在一定程度上降低了器件的接触电阻。
[0044] 参考图2，其示出了本申请一个示例性实施例提供的包含金属互连结构的晶圆的剖面图。如图2所示，该晶圆上形成有预先形成的图形层210和介质层220，其中，介质层220中形成有通孔201。
[0045] 在一个可选的实施例中，上述实施例的步骤101中，除气过程中的反应气体包括氩气(Ar)和氢气(H2)；铜还原过程中的加热温度为200摄氏度至400摄氏度。通过将反应气体设置为包含氩气和氢气，能够提高热传导性，有效去除晶圆表面
吸附的残留气体。
[0046] 在一个可选的实施例中，上述实施例的步骤101中，在铜还原过程中，可通过在腔体内产生原子态氢(H*)和/或氢离子(H+)将晶圆表面的氧化铜(CuO)还原为铜(Cu)，该种方式被称为反应预处理(Reactive Pre-clean，RPC)；或者，在腔体外产生原子态氢和/或氢离子，通过载气将原子态氢和/或氢离子带入腔体将晶圆表面的氧化铜还原为铜，该种方式被称为活性预处理(Aktiv(Active)Pre-clean Chamber，APC)。
[0047] 在一个可选的实施例中，参考图2，上述实施例的步骤102中，在通孔201的侧壁沉积第一阻挡层(Barrier Layer)230。可选的，第一阻挡层230包括高氮非晶态钽(Amorphous Ta(N)with High Nitrogen，TAN)层，可通过选择性沉积工艺在通孔201的侧壁沉积TAN层。其中，TAN层在介质上的吸附率高于金属层的数倍，通过选择性沉积工艺在通孔201的侧壁沉积TAN层，不需要对TAN层进行反溅射，减少了器件制造工艺的工序，在一定程度上提高了制造效率。
[0048] 在一个可选的实施例中，第二阻挡层包括钽(Ta)；参考图2，上述实施例的步骤103中，“在第一阻挡层和介质层的表面沉积第二阻挡层”包括：通过
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺在第一阻挡层230和介质层220的表面沉积钽，得到第二阻挡层240。通过PVD沉积钽，可击穿底部铜上几乎没有的TAN，实现低阻的接触通孔(Via)。
[0049] 在一个可选的实施例中，参考图2，上述实施例的步骤105中，“在铜籽晶表面形成铜金属层”包括：通过
电镀工艺在铜籽晶(图2中未标示)表面形成铜金属层250，该铜金属层250填充通孔201。
[0050] 在一个可选的实施例中，参考图2，介质层220从下而上依次包括氮化物掺杂
碳化
硅(Nitride Doped Silicon Carbide，NDC)层221、低介电常数层222和氮化钛(TiN)层223。其中，低介电常数层222包括介电常数低于5的材料，例如，
二氧化硅(SiO2)。
[0051] 在一个可选的实施例中，参考图2，上述实施例的步骤105之后，还包括：通过平坦化工艺对通孔201外的第一阻挡层、第二阻挡层、铜籽晶和金属铜层进行去除，形成金属互连结构。可选的，该平坦化工艺可以是化学机械
研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)工艺。
[0052] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
