[发明专利]复合铜线互连结构及形成方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及集成电路。更具体地说，该主题涉及铜线互连结构及形成这种结构的方法。 

背景技术

以往，厚镶嵌铜线（例如，3微米或更厚）比较薄的镶嵌铜线（例如，1微米或更薄）表现出显著更大的表面粗糙度及晶粒形貌（例如，晶粒生长）。这种差别的一个原因是较厚的铜线不受导线高度的约束。 

厚镶嵌铜布线中的表面粗糙度会对后续热处理过程中（例如，氮化硅、SiN帽的）减小的帽粘附及其它问题起作用。这种减小的帽粘附会造成不期望的情形，诸如随后在铜布线之上形成的氮化物/氧化物膜的分层，这可能导致通孔开口（via open）。 

发明内容

所描述的各种实施例包括互连结构。在有些情况下，公开了一种互连结构，包括：具有凹口的衬底，所述凹口具有底表面和侧壁；在衬底中凹口内形成的复合铜线，所述复合铜线包括：在所述凹口的底表面和侧壁之上的衬垫层；在所述衬垫层之上的第一铜层，所述第一铜层具有大约两微米或更大的第一厚度；在所述第一铜层之上的铜晶粒生长阻挡层；以及在所述铜晶粒生长阻挡层之上的第二铜层，所述第二铜层具有基本上比第一厚度小的第二厚度，所述第二厚度抑制第二铜层中的表面粗糙度。 

本发明的第一方面包括一种互连结构，包括：具有凹口的衬底，所述凹口具有底表面和侧壁；在衬底中凹口内形成的复合铜线，所述 复合铜线包括：在所述凹口的底表面和侧壁之上的衬垫层；在所述衬垫层之上的第一铜层，所述第一铜层具有大约两微米或更大的第一厚度；在所述第一铜层之上的铜晶粒生长阻挡层；以及在所述铜晶粒生长阻挡层之上的第二铜层，所述第二铜层具有基本上比第一厚度小的第二厚度，所述第二厚度抑制第二铜层中的表面粗糙度。 

本发明的第二方面包括另一种互连结构。这种结构可以包括：具有凹口的衬底，所述凹口具有底表面和侧壁；在所述凹口的底表面和侧壁之上的衬垫层；在所述衬垫层的第一部分之上的第一铜层，所述第一铜层具有大约两微米或更大的厚度；在所述第一铜层和所述衬垫层的第二部分之上的铜晶粒生长阻挡层，其中所述第二部分与衬垫层的第一部分不同；以及在所述铜晶粒生长阻挡层之上的第二铜层，所述第二铜层具有大约一微米或更小的厚度和小于第一铜层宽度的宽度。 

本发明的第三方面包括形成互连结构的方法。在有些情况下，该方法可以包括：提供其中具有沟槽的衬底；沿衬底中的沟槽形成衬垫；在沟槽中的衬垫之上形成具有大约2微米或更大厚度的第一铜层；在所述第一铜层之上形成铜晶粒生长阻挡层；以及在铜晶粒生长阻挡层之上形成具有大约1微米或更小厚度的第二铜层，其中第二铜层的厚度抑制第二铜层中的表面粗糙度。 

附图说明

结合绘出本发明各种实施例的附图，根据以下对本发明各方面的具体描述，本发明的这些及其它特征将很容易理解，其中： 

图1示出了根据各种实施例的互连结构的示意性剖面图。 

图2示出了根据各种备选实施例、与图1互连结构兼容的复合铜线结构的示意性剖面图。 

图3示出了根据各种备选实施例、与图1互连结构兼容的复合铜线结构的示意性剖面图。 

图4示出了根据各种备选实施例、与图1互连结构兼容的复合铜 线结构的示意性剖面图。 

图5A-5D说明了根据各种备选实施例形成互连结构的方法中的过程。 

图5C’示出了图5A-5D中所说明过程中的备选过程步骤。 

图6A和6B说明了根据各种备选实施例形成复合铜线时的备选过程。 

图7A-7D示出了形成图1互连结构中复合铜线的过程的示意性剖面图。 

应当指出，本发明的附图不一定是按比例的。附图仅仅是要绘出本发明的典型方面，而且因此不应当被认为是限定本发明的范围。在附图中，相同的标号在附图之间代表相同的元件。 

具体实施方式

如所指出的，本文所公开的主题涉及集成电路。更具体地说，该主题涉及铜线结构及形成这种结构的方法。 

如本文所描述的，厚镶嵌铜配线中的表面粗糙度会对后续热处理中（例如，包括氮化硅、SiN、SiCN、SiCHN、CoWP等中一种或多种的介电帽的）减小的帽粘附起作用。这种减小的帽粘附会造成不期望的情形，诸如随后在铜布线之上形成的氮化物/氧化物膜的分层，这可能导致通孔开口。