权利要求
步骤S1:提供半导体衬底，所述半导体衬底形成有通孔以及沟槽;
步骤S2:沉积第一铜金属层，所述第一铜金属层覆盖所述半导体衬底表面并沉积在所述沟槽以及所述通孔内;
步骤S3:在所述第一铜金属层上沉积铜掺镧合金层，所述沟槽内的铜掺镧合金层不超过所述沟槽表面;
步骤S4:在所述铜掺镧合金层上沉积第二铜金属层;
步骤S5:对所述半导体衬底进行热退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，所述铜掺镧合金组成按质量百分比为：铜99.85%-99.95%，镧系
稀土金属0.05%-0.15%;
所述镧系
稀土金属中镧金属的质量百分比为80%-85%。
3.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，在进行步骤S2之前，先沉积一层屏障层;
所述屏障层为氮化钽层或钽层。
4.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，所述热退火处理中的保温时间为60min。
5.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，通过
电化学镀工艺沉积第一铜金属层以及铜掺镧合金层上的第二铜金属层。
6.根据权利要求5所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，先通过物理气相沉积工艺沉积铜种子层，再进行电化学镀工艺沉积所述第一铜金属层和/或所述第二铜金属层。
7.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，通过物理气相沉积工艺在第一铜金属层上沉积所述铜掺镧合金层。
8.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，所述通孔的高度与所述沟槽的深度的比为1:1。
9.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，所述第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层的厚度比为1:2:1。
10.根据权利要求1所述的一种铜互联结构的形成方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S6:通过化学机械抛光工艺对所述半导体衬底进行抛光研磨。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于
半导体技术领域，尤其涉及一种铜互联结构的形成方法。
背景技术
[0002]在集成电路工艺中，互连技术是在集成化电路表面沉积金属薄膜并进行电路布线，把两个或多个电路元件按一定要求连接在一起的技术。铜具有比
铝更强的抗电迁移能力以及更高的电导率，并随着CMP的发展，铜互连工艺逐渐替代铝互连工艺被广泛用于先进集成电路后段制备。
[0003]因此，为了满足集成电路发展所带来的性能需求，互连线宽不断缩小，将会带来RC延迟升高、抗电迁移、介质击穿、应力迁移等诸多可靠性问题，亟需一种能够提高铜的导电性以及导热能力的铜互联结构。
发明内容
[0004]本申请提供一种铜互联结构的形成方法，依次沉积第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层，并使用热退火处理让镧进一步的扩散，通过在铜中添加稀土金属镧降低电阻并提高导热性。
[0005]本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0006]为达上述之一或部分或全部目的或其他目的，本发明提供一种铜互联结构的形成方法。
[0007]一种铜互联结构的形成方法，包括：
步骤S1:提供半导体衬底，所述半导体衬底形成有通孔以及沟槽;
步骤S2:沉积第一铜金属层，所述第一铜金属层覆盖所述半导体衬底表面并沉积在所述沟槽以及所述通孔内;
步骤S3:在所述第一铜金属层上沉积铜掺镧合金层，所述沟槽内的铜掺镧合金层不超过所述沟槽表面;
步骤S4:在所述铜掺镧合金层上沉积第二铜金属层;
步骤S5:对所述半导体衬底进行热退火处理。
[0008]所述铜掺镧合金组成按质量百分比为：铜99.85%-99.95%，镧系稀土金属0.05%-0.15%;
所述镧系稀土金属中镧金属的质量百分比为80%-85%。
[0009]在进行步骤S2之前，先沉积一层屏障层;
所述屏障层为氮化钽层或钽层。
[0010]所述热退火处理中的保温时间为60min。
[0011]通过电化学镀工艺沉积第一铜金属层以及铜掺镧合金层上的第二铜金属层。
[0012]先通过物理气相沉积工艺沉积铜种子层，再进行电化学镀工艺沉积所述第一铜金属层和/或所述第二铜金属层。
[0013]通过物理气相沉积工艺在第一铜金属层上沉积所述铜掺镧合金层。
[0014]所述通孔的高度与所述沟槽的深度的比为1:1。
[0015]所述第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层的厚度比为1:2:1。
[0016]所述方法还包括：
步骤S6:通过化学机械抛光工艺对所述半导体衬底进行抛光研磨。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果主要包括：
本申请提供一种铜互联结构的形成方法，依次沉积第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层，并使用热退火处理让镧进一步的扩散，通过在铜中添加稀土金属镧降低电阻并提高导热性。
[0018]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0020]图1为本申请实施例提供的一种铜互联结构的形成方法流程示意图。
[0021]图2为本申请实施例提供的铜互联结构示意图。
具体实施方式
[0022]有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0023]本申请提供一种铜互联结构的形成方法，依次沉积第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层，并使用热退火处理让镧进一步的扩散，通过在铜中添加稀土金属镧降低电阻并提高导热性。
[0024]下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
[0025]实施例：
如图1所示，一种铜互联结构的形成方法，包括：
步骤S1:提供半导体衬底1，半导体衬底1形成有通孔2以及沟槽3;
步骤S2:通过电化学镀工艺沉积第一铜金属层21，第一铜金属层21覆盖半导体衬底1表面并沉积在沟槽3以及通孔2内。
[0026]步骤S3:通过物理气相沉积工艺在第一铜金属层21上沉积铜掺镧合金层22，沟槽3内的铜掺镧合金层22不超过沟槽3表面;
步骤S4:通过电化学镀工艺沉积在铜掺镧合金层22上沉积第二铜金属层23;
步骤S5:对半导体衬底1进行热退火处理;
步骤S6:通过化学机械抛光工艺对半导体衬底1进行抛光研磨。
[0027]作为本发明的一种优选实施例，本实施例中的通孔2高度与沟槽3深度的比为1:1。
[0028]作为本发明的一种优选实施例，本实施例中的第一铜金属层21、铜掺镧合金层22以及第二铜金属层23的厚度比为1:2:1。
[0029]具体地，铜掺镧合金组成按质量百分比为：铜99.85%-99.95%，镧系稀土金属0.05%-0.15%，其中，镧系稀土金属中镧金属的质量百分比为80%-85%。
[0030]作为本发明的一种优选实施例，本实施例中纯铜的电阻率为0.0175Ω·mm2/m。
[0031]如图2所示，在进行步骤S2之前，需要先沉积一层屏障层11(Barrier Layer)，屏障层11为氮化钽层或钽层，以防止铜和后续的铜掺镧合金扩散到周围的介质材料中，并确保良好的界面特性。
[0032]氮化钽(TaN)或钽(Ta)是常用的屏障材料，因为它们具有优异的阻挡性能、良好的导电性以及与铜的良好兼容性。氮化钽(TaN)有较高的熔点、良好的导电性和适中的电阻率，对铜有很好的阻挡效果;钽(Ta)以纯金属形式下具有较高的熔点和良好的机械强度，对某些特定化学环境有更好的稳定性，当需要更好的热稳定性和化学惰性时选用。
[0033]一般采用物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)工艺沉积氮化钽/钽层作为屏障层11，屏障层11的典型厚度范围为5-50纳米，过厚可能导致应力增加，而过薄则可能无法有效阻止扩散，可以通过优化沉积参数如功率、气体流量、基底温度等实现。
[0034]步骤S2先通过物理气相沉积工艺沉积铜种子层，再进行电化学镀工艺沉积第一铜金属层21，铜种子层的作用是为后续的电化学镀(ECP，Electrochemical Plating)提供一个导电表面，并确保铜层能够均匀且牢固地附着在基底或屏障层11上。
[0035]具体地，在开始沉积铜种子层之前，需要确保已经成功沉积了一层氮化钽(TaN)或钽(Ta)作为屏障层11，以防止铜扩散到周围的介质材料中;根据所选用的PVD技术调整输入功率或电流，以控制沉积速率和最终薄膜的厚度;保持基底在适当的温度范围内(可能需要加热)，有助于改善薄膜的结晶度和平整度;铜种子层的典型厚度范围为50至500纳米，过薄可能导致不连续性，而过厚则会增加成本和不必要的应力。
[0036]在步骤S4中先通过物理气相沉积工艺沉积铜种子层，再进行电化学镀工艺沉积第二铜金属层23。具体地，铜被用作源材料，通过物理气相沉积技术均匀地沉积一层薄铜膜(即铜种子层)，这层铜种子层的作用是为后续的电化学镀工艺提供一个导电层，因为直接在绝缘层上进行电镀是不可能的。
[0037]在形成了均匀的铜种子层之后，通过电化学镀(ECP)技术沉积第二铜金属层23，在含有待沉积金属离子的
电解液中，通过施加电流使金属离子还原并在阴极(这里是已经沉积了铜种子层的晶圆)上沉积，能够以相对较低的成本快速且均匀地填充复杂的三维结构，从而形成所需的铜连线。
[0038]在铜互连结构的制造过程中，在涉及铜掺镧合金的情况下，热退火处理可以促进镧元素的扩散，优化晶粒结构，并减少应力。热退火过程能够促使镧原子在铜基体中更均匀地扩散，使得镧能够在铜晶界处更有效地分布;且适当的热处理可以促进铜晶粒的成长，减少晶界数量，从而降低电子散射的概率，提高电导率。同时，镧的存在可以进一步稳定晶界，增强晶粒之间的结合力，从而提高整体材料的机械强度。镧元素的加入以及热退火处理可以帮助释放部分应力，减少因应力引起的变形或开裂风险，提高互连结构的稳定性与可靠性。
[0039]本申请提供一种铜互联结构的形成方法，依次沉积第一铜金属层、铜掺镧合金层以及第二铜金属层，并使用热退火处理让镧进一步的扩散，通过在铜中添加稀土金属镧降低电阻并提高导热性。
[0040]本发明为了便于叙述清楚而采用的一些常用的英文名词或字母只是用于示例性指代而非限定性解释或特定用法，不应以其可能的中文翻译或具体字母来限定本发明的保护范围。
[0041]还需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
说明书附图(2)
声明：
“铜互联结构的形成方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：重庆芯联微电子有限公司
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