[发明专利]一种半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

在半导体技术领域中，尤其在超大规模集成电路制程中，金属互连工艺是后段制程（BEOL）的关键工艺。由于金属铜具有高熔点、低电阻系数及高抗电子迁移的能力，已被广泛地应用于金属互连线路架构中作为金属互连线路的金属层的材料。在使用铜材料制造金属层时，一般可使用物理气相沉积法和电化学电镀法(Electro chemicalPlating，ECP)。由于成本低廉、沉积速率快，电化学电镀法（ECP）已经成为本领域最常用的形成金属层的方法。

金属铜的电化学电镀法主要是以两个电极之间的电流通过硫酸铜溶液或是其他含铜的电解液的方式进行。当电解液中的电流为离子状态时，电流以电子形式传送到电极。在以金属铜组成的阳极产生电化学氧化反应时，阴极产生电化学还原反应。在此种状况下，阴极分离的铜离子被在阳极制造出来的铜离子取代。利用电性的漂移、扩散以及对流方式将铜离子传送至阴极。在给半导体晶片电镀时，将晶片的周围利用数个接触点使晶片与电源供应器形成电性连接，然后通以固定电流一段时间，在晶片表面形成特定厚度的铜金属层。

如图1A至1C所示，现有技术中常用的半导体器件的制造方法，采用电化学电镀法形成铜金属层的工艺，一般包括如下步骤：

步骤E1、在半导体衬底100上形成凹槽101，形成的图形如图1A所示。

示例性的，所述半导体衬底100为形成了前端器件的半导体衬底，所述凹槽101一般形成在形成于半导体衬底100上的电介质层上，形成凹槽101的方法为光刻。

步骤E2、在半导体衬底100上形成扩散阻挡层（barrier layer）102和种子层（seed layer）103，形成的图形如图1B所示。其中，种子层103在凹槽101侧壁的上部形成有凸起（overhang）1031。

其中，形成扩散阻挡层是为了防止铜扩散入半导体衬底上的器件内部，造成器件性能下降或不良。而种子层则是铜电化学电镀沉积反应（通常又称为“铜填充”）的必要条件。

步骤E3、利用含铜电解液（也称ECP溶液）对所述半导体衬底进行电化学电镀（ECP）。在现有技术中，含铜电解液（ECP溶液）中一般含有氯离子。

经过上述工艺流程，即可形成铜金属层104。然而，由于在现有技术中，凹槽101内壁的种子层103的各个区域的铜的沉积率比较一致，而在凹槽101侧壁上部的种子层103形成有凸起（overhang）1031，因此导致前述方法的间隙填充能力比较差，很容易出现半导体衬底的凹槽不能被良好填充的情况，即形成的金属层104的中间存在缝隙1041，如图1C所示。这就导致了形成的铜金属层的良率下降，进而造成半导体器件的良率下降。

因此，有必要提出一种新的半导体器件的制造方法，以解决现有技术中出现的上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：

步骤S101：在半导体衬底上形成凹槽；

步骤S102：在所述半导体衬底上及凹槽中形成扩散阻挡层和种子层；

步骤S103：对所述种子层进行以氯为基础的表面处理；

步骤S104：利用含铜电解液对所述半导体衬底进行电化学电镀，以在所述凹槽中形成金属层。

其中，在所述步骤S102中所形成的种子层在所述凹槽的侧壁的上部形成有凸起。

其中，在所述步骤S103中，所述对所述种子层进行以氯为基础的表面处理工艺采用的方法为：采用含氯等离子体处理所述种子层的表面。

其中，在所述步骤S103中，仅对所述种子层位于所述凹槽之外的部分以及所述种子层的凸起进行表面处理。

其中，在所述步骤S104中，所述含铜电解液包括促进剂、抑制剂和平坦化剂中的至少一种。

其中，所述促进剂为有机硫化物，其含量为5~50ml/L。

其中，所述有机硫化物的分子通式为H-S-C-C-C-SO3-。

其中，所述抑制剂为含氧聚合物，其含量为1-10ml/L。

其中，所述含氧聚合物的分子通式为O-[C-C-O-C-C-C-O]n。

其中，所述平坦化剂为含有硫酸和氮的官能团的大分子量单体或聚合物，其含量为1-10ml/L。

其中，在所述步骤S 104之后还包括步骤S105：对所述金属层进行CMP。

其中，在所述步骤S105之后还包括步骤S106：在所述金属层上形成电介质阻挡层。