铜铝线互连结构的互连孔制作方法与流程

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种铜铝互连结构的互连孔制作方法。

背景技术：

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。因此在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的金属互连线。

针对一些特殊的半导体电路，需要通过铜铝互连技术，制作半导体器件之间的金属互连线，即铜铝互连线。相关技术，铜铝互连线结构包括位于下层的铜互连线和位于上层的铝互连线。铝互连线通过填充有钨的互连孔与其下层的金属互连线实现互连。在对互连孔填充金属钨前，需要通过ar⁺溅射技术清洗孔壁表面的杂质。

然而，在ar⁺轰击互连孔表面时，铜互连线的表面会受到ar⁺物理轰击而溅射出铜离子，被轰击溅射出的铜离子淀积在互连孔的表面上，不仅会对铜互连线表面引入缺陷，还会对通孔填充的可靠性造成不利影响。

技术实现要素：

本申请提供了一种铜铝互连结构的互连孔制作方法，可以解决相关技术会对铜互连线表面引入缺陷，还会对通孔填充的可靠性造成不利影响的问题。

本申请提供了一种铜铝互连结构的互连孔制作方法，所述铜铝互连结构的互连孔制作方法至少包括：

提供含有铜互连线的第一互连层；

在所述第一互连层上制备第二互连层；

对准所述第一互连层中的所述铜互连线，刻蚀所述第二互连层，形成互连孔；

向所述互连孔中通入含有h⁺的等离子体，使得所述等离子体，轰击所述互连孔以去除附着在所述互连孔内壁上的污染颗粒，和，与所述互连孔相连位置处，所述铜互连线表面的氧化铜发生反应；

在清洗后的互连孔内壁上依次淀积黏附层和阻挡层；

向淀积有黏附层和阻挡层的互连孔中，填充金属。

可选的，在所述形成互连孔的步骤之后，在所述向所述互连孔中通入含有h⁺的等离子体的步骤之前，还进行：

预处理步骤；所述预处理步骤包括：在真空环境中，在温度为300℃-350℃下烘烤30s-60s，以清除晶片表面附着的水汽和前道刻蚀工序残留物。

可选的，所述向所述互连孔中通入含有h⁺的等离子体，使得所述等离子体中的h⁺轰击所述互连孔的步骤包括：

通入混合有氢气的氦气作为清洗气体，所述氦气的流量为50sccm-100sccm；

利用所述清洗气体形成含有h+的等离子体；

使得含有h+的等离子体加速轰击所述互连孔，去除附着在所述互连孔内壁上的污染颗粒，以及与所述互连孔相连位置处，所述铜互连线表面的氧化铜和杂质颗粒。

可选的，所述清洗气体中混合有氢气占总质量的5％-10％。

可选的，所述黏附层的采用钛。

可选的，所述黏附层的厚度为

可选的，所述阻挡层的材料采用氮化钛。

可选的，所述阻挡层的厚度为

可选的，所述向淀积有黏附层和阻挡层的互连孔中，填充金属的步骤中，填充所述互连孔的金属包括金属钨。

本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请通过含有h⁺的等离子体能够对互连孔内壁表面进行物理轰击，从而去除附着在互连孔内壁表面的污染颗粒，能够对交界面的氧化铜进行化学还原反应，，进而避免铜离子溅射淀积在互连孔内壁的问题，提高互连孔填充的可靠性。

附图说明

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。

图1是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法步骤101完成后结构示意图；

图3是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法步骤103完成后结构示意图；

图4是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法步骤104完成后结构示意图；

图5是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法步骤106完成后结构示意图；

图6是本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法步骤107完成后结构示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

参照图1，其示出了本申请实施例提供的铜铝互连结构的互连孔制作方法的流程图，该铜铝互连结构的互连孔制作方法至少包括以下步骤：

步骤101，提供含有铜互连线的第一互连层。

图2示出了步骤101完成后结构示意图，如图2所示，包括采用大马士革制作含有铜互连线202的第一互连层201；可选的，提供第一介电层，在第一介电层中制作铜互连线202，该铜互连线202从该第一介质层的表面向下延伸，且该铜互连线202的上表面外露；通过化学机械研磨工艺对第一互连层201的上表面进行平坦化。由于金属铜暴露在空气中易被氧化，在铜互连线202上表面形成一层氧化铜203。

步骤102，在该第一互连层上制备第二互连层。

通过cvd(chemicalvapordeposition，化学气相沉淀)工艺，在第一互连层的表面沉积绝缘材料形成第二互连层。

步骤103，对准第一互连层201中的铜互连线202，刻蚀该第二互连层，形成互连孔。

图3示出了步骤103完成后的结构，如图3所示，其包括了含有铜互连线202的第一互连层201，以及，设于第一互连层201上的第二互连层301，该第二互连层301上根据步骤103刻蚀形成互连孔302，该互连孔302向下与第一互连层201中的铜互连线202接触。

步骤103包括：在第二互连层的表面涂覆光刻胶，对准第一互连层中的铜互连线，对该光刻胶进行曝光显影，去除光刻胶的多余部分，在第二互连层上产生互连孔图形；根据互连孔图形，采用干法刻蚀该第二互连层，形成互连孔；所形成的互连孔对准第一互连层中的铜互连线，且向下与第一互连层中的铜互连线接触。

在步骤103完成之后，在步骤104进行之前还进行预除气，通过预除气，先尽可能去除互连孔中杂质。

步骤104，向该互连孔中通入含有h⁺的等离子体，使得该等离子体，轰击该互连孔以去除附着在该互连孔内壁上的杂质，和，在与该互连孔相连位置处，与该铜互连线表面的氧化铜发生反应。

图4示出了步骤104中通过含有h⁺的等离子体清洗互连孔的示意图，如图4所示，互连孔内壁上能够被含有h⁺的等离子体轰击，且含有h⁺的等离子体在与该互连孔相连位置处，与该铜互连线202表面的氧化铜203发生反应，从而能有效去除在该互连孔与该铜互连线202的交界面上，该铜互连线202表面的氧化铜203。

其中，向该互连孔中通入含有h⁺的等离子体的步骤包括：

通入混合有氢气的氦气作为清洗气体，所述氦气的流量为50sccm-100sccm；其中，清洗气体中混合有氢气占总质量的5％-10％。

利用所述清洗气体形成含有h+的等离子体。

使得含有h+的等离子体加速轰击所述互连孔，去除附着在所述互连孔内壁上的污染颗粒，以及与所述互连孔相连位置处，所述铜互连线表面的氧化铜和杂质颗粒。

该清洗气体，在频率为2mhz，功率在500w-1000w的射频电流作用下，激发产生含有h⁺的等离子体；被激发的含有h⁺的等离子体通入互连孔中，能够轰击互连孔的内壁表面，使得附着在互连孔内壁表面的污染颗粒脱落表面，最终被真空泵吸走。同时，被激发的含有h⁺的等离子体通入互连孔中，能够在该互连孔与该铜互连线202的交界面上，与该铜互连线202表面上的氧化铜203发生化学还原反应。

在0.1mtorr-100mtorr压力下，向所述互连孔中通入含有h⁺的等离子体，使得所述等离子体中的h⁺轰击所述互连孔，去除附着在所述互连孔内壁上的污染颗粒，并去除与所述互连孔相连位置处，所述铜互连线202表面的氧化铜203。

含有h⁺的等离子体能够对互连孔内壁表面进行物理轰击，从而去除附着在互连孔内壁表面的污染颗粒，能够对交界面的氧化铜203进行化学还原反应，不会溅射铜粒子，进而避免铜离子淀积互连孔内壁，提高互连孔填充的可靠性。

步骤105，在清洗后的互连孔内壁上依次淀积黏附层和阻挡层。

其中，由于金属钛的黏附性好，且具备较大的功函数，能够与互连孔壁形成良好的欧姆接触，接触电阻较小，从而黏附层的材料可以采用钛，黏附层的厚度可以选择阻挡层的材料可以选择氮化钛，阻挡层的厚度可以选择通过氮化钛作为阻挡层，用于阻止后续工艺中在互连孔中填充的金属发生扩散。

在步骤105，在互连孔内壁上依次淀积黏附层和阻挡层之后，在真空环境下冷却至室温后再进行互连孔填充工艺。

步骤106，向淀积有黏附层和阻挡层的互连孔中，填充金属。

图5示出了在步骤106完成后的结构示意图，如图5所示，包括含有铜互连线202的第一互连层201，以及，设于第一互连层201上的第二互连层301，该第二互连层301上根据步骤103刻蚀形成互连孔，该互连孔向下与第一互连层201中的铜互连线202接触。在互连孔的内壁上依次沉积形成黏附层303和阻挡层304，在淀积有黏附层303和阻挡层304的互连孔中，填充金属。即，可以采用化学气相沉淀工艺，向淀积有黏附层304和阻挡层305的互连孔中填充金属钨，并通过cmp(chemicalmechanicalpolishing，化学机械研磨)工艺，去除互连孔表面多余的金属钨305，使得互连孔的表面平坦化。

在步骤106结束后，即完成了互连孔制作，对于铜铝互连结构来说，在步骤106之后还进行步骤107：

在第二互连层上继续制备第三互连层。

对准第二互连层中的互连孔，在第三互连层中形成铝互连线。

所述互连孔向上与该铝互连线接触。

图6示出了步骤107制作结束后形成的结构示意图，图6所示，包括含有铜互连线202的第一互连层201，以及，设于第一互连层201上的第二互连层301，该第二互连层301上根据步骤103刻蚀形成互连孔，该互连孔向下与第一互连层201中的铜互连线202接触。在互连孔的内壁上依次沉积形成黏附层303和阻挡层304，在淀积有黏附层303和阻挡层304的互连孔中，填充金属钨305。在平坦化的第二互连层301上制作形成第三互连层401，第三互连层401形成铝互连线402，该铝互连线402从第三互连层401的下表面向上延伸，且互连孔中的金属钨305向上与该铝互连线402的下表面接触。

综上所述，本申请实施例通过提供含有铜互连线的第一互连层；在该第一互连层上制备第二互连层，对准第一互连层中的铜互连线；刻蚀该第二互连层，形成互连孔；向该互连孔中通入含有h⁺的等离子体，使得该等离子体，轰击该互连孔以去除附着在该互连孔内壁上的杂质，和，在与该互连孔相连位置处，与该铜互连线表面的氧化铜发生反应；在清洗后的互连孔内壁上依次淀积黏附层和阻挡层；向淀积有黏附层和阻挡层的互连孔中，填充金属。本申请通过含有h⁺的等离子体能够对互连孔内壁表面进行物理轰击，从而去除附着在互连孔内壁表面的污染颗粒，能够对交界面的氧化铜进行化学还原反应，，进而避免铜离子溅射淀积在互连孔内壁的问题，提高互连孔填充的可靠性。

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。