[发明专利]铜互连结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种铜互连结构及其制造方法。

背景技术

随着超大规模集成电路技术的迅猛发展，半导体器件的特征尺寸也在逐步缩小，器件密度进一步增加。在这种情况下，金属的电子迁移问题就必须引起重视。已知在标准状况下，铝的熔点为660.37℃，铜的熔点为1083.4±0.2℃，抗电迁性铝为＜10⁶A/cm²，铜为＜10⁷A/cm²，可见铝比较容易发生电迁移，那么使用铝布线工艺则很容易由于铝的电迁移而失效，从而降低器件的可靠性。为了解决这一状况，业内自1998年引入金属铜发展铜金属布线制程工艺，至今已经得到了良好的发展。

但是，铜本身有着与NDC层(即铜扩散阻挡层)粘结性差的缺陷，同时铜很容易与硅形成硅铜合金。为此，现有工艺的铜互连结构的制造方法在NDC层沉积前预先沉积富硅氮化硅层。这种做法由于可以在硅的原位置处形成硅铜合金层，从而起到了加强铜层和NDC层之间粘附性的作用。

以上工艺解决了粘结性差的问题，不过却有着新的缺陷，具体的，请参考图1，其为现有技术制造的铜互连结构横截面示意图。如图1所示，所述铜互连结构包括：衬底15；位于所述衬底15上的低K介质层13，及位于所述低K介质层13中的铜层14，所述铜层14与低K介质层13的表面高度相同；位于所述铜层14上的硅铜合金层11；位于所述低K介质层13上的富硅氮化硅层12，所述富硅氮化硅层12与硅铜合金层11的表面高度相同；位于所述富硅氮化硅层12及硅铜合金层11的NDC层10。

在该铜互连结构中，由于富硅氮化硅层12和硅铜合金层11在同一个平面内，也即硅铜合金层12中具有富硅氮化硅层11，而富硅氮化硅层11存在于硅铜合金层12中将导致硅铜合金层12的击穿电压受到影响，从而大大的降低了器件的稳定性。同时，由于现有工艺得到的铜互连结构中富硅氮化硅层12与硅铜合金层11在同一平面内，从而难以通过简便、可靠的工艺仅去除该富硅氮化硅层12，即难以解决由于富硅氮化硅层11存在于硅铜合金层12中而导致该铜互连结构的击穿电压受到很大的影响的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜互连结构及其制造方法，以解决现有技术中的铜互连结构中由于富硅氮化硅层存在于硅铜合金层中而导致该铜互连结构的击穿电压受到很大的影响的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铜互连结构的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成低K介质层；

在所述低K介质层中形成通孔；

在所述通孔中形成铜层，同时，所述铜层表面低于所述低K介质层表面；

在所述铜层表面及低K介质层表面覆盖富硅氮化硅，使得所述铜层表面形成硅铜合金层，所述低K介质层表面形成富硅氮化硅层，此时，所述硅铜合金层表面低于富硅氮化硅层表面。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，在所述衬底上形成低K介质层的工艺之后，在所述低K介质层中形成通孔的工艺之前还包括如下步骤：在所述低K介质层之上形成阻挡层。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，在所述通孔中形成铜层，同时，所述铜层表面低于所述低K介质层表面的工艺包括如下步骤：

形成铜材料层，所述铜材料层填充满所述通孔；

刻蚀所述铜材料层形成铜层，同时，所述铜层表面低于所述低K介质层表面。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，形成铜材料层的工艺包括如下步骤：

采用物理气相沉积工艺在所述通孔中沉积铜籽晶层；

采用电镀工艺在所述铜籽晶层上电镀铜，形成铜材料层。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述富硅氮化硅层的厚度为10埃～50埃。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，所述铜层表面比所述低K介质层表面低100埃～800埃。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，在所述铜层表面及低K介质层表面覆盖富硅氮化硅之后，还包括如下步骤：形成NDC层，所述NDC层覆盖所述硅铜合金层表面及富硅氮化硅层表面。

进一步的，在所述的铜互连结构的制造方法中，在形成NDC层，所述NDC层覆盖所述硅铜合金层表面及富硅氮化硅层表面之后，还可以包括如下步骤：通过化学机械研磨工艺(CMP)去除低K介质层表面的富硅氮化硅层及富硅氮化硅层表面所在平面之上的NDC层。