金屬互連結構及金屬層間通孔和互連金屬線的形成方法技術

一種金屬層間通孔的形成方法，包括：在第一介質層和第一金屬層上形成種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層覆蓋部分所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質層；在所述側壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質層上形成阻擋層。以及，一種互連金屬線的形成方法，均可減少孔洞的產生。一種金屬互連結構，所述金屬互連結構包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，具體來說，涉及一種。
技術介紹
實踐中，業內通常采用鑲嵌工藝形成金屬互連結構，所述金屬互連結構包括在接觸塞上生成互連金屬線，互連金屬線上生成通孔，再在通孔上生成更上一層的互連金屬線。 重復多次以實現多金屬層互連。其中，第一層互連金屬線采用單鑲嵌工藝實現，其步驟包括首先，如圖1所示，在第一介質層20和第一金屬層10上形成第一阻擋層30和第二介質層40 (實踐中，所述第一介質層20和所述第一金屬層10之間也需夾有阻擋層12，為表述簡便，本文件中，對所述阻擋層12不作表述，但在附圖中予以標示)，所述第一金屬層10嵌于所述第一介質層20中； 隨后，如圖2所示，圖形化所述第二介質層40和所述第一阻擋層30，以形成接觸孔50 ；再后，如圖3所示，形成第二阻擋層32，以覆蓋所述第二介質層40以及所述接觸孔50的底壁和側壁；最后，在所述第二阻擋層32上形成第二金屬層，以填充所述接觸孔50。當前，所述第二金屬層通常采用銅。在所述第二阻擋層32上形成銅層的步驟包括首先，如圖4所示，在所述第二阻擋層32上形成第一銅層42，以提供種晶層；然后，如圖 5所示，在所述第一銅層42上電鍍第二銅層44 ；最后，如圖6所示，平坦化(如采用化學機械研磨工藝)所述第二銅層44、所述第一銅層42和所述第二阻擋層32，以暴露所述第二介質層40。從第二互連金屬線開始，業內通常采用雙鑲嵌工藝一次完成互連金屬線及其下與之相連的通孔。該通孔又與下一層互連金屬線相連。雙鑲嵌工藝與單鑲嵌工藝的區別在于采用兩層抗蝕劑層，兩次曝光，兩次刻蝕，同時在兩層介電層中一次形成用以形成所述互連金屬線的溝槽、和通孔。隨后的金屬化步驟與前述的單鑲嵌工藝相似。當前，隨著器件尺寸的逐漸減小，所述接觸孔50和所述溝槽的深寬比逐漸增加， 填充所述接觸孔50和所述溝槽以獲得滿足工藝要求的金屬互連結構的難度越來越大，最常見的問題是，在以銅填充所述接觸孔50和所述溝槽以獲得通孔或互連金屬線時，在所述通孔或所述互連金屬線中形成有孔洞，所述孔洞易引發器件失效。通常，以單鑲嵌工藝形成互連金屬線為例，在所述互連金屬線中形成孔洞的原因之一被認為是所述第二阻擋層32和所述第一銅層42 (即種晶層)多采用濺射工藝形成， 形成的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42均覆蓋所述溝槽的側壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質層40，S卩，所述第二阻擋層32和所述第一銅層42覆蓋位于所述溝槽開口處的尖角52，并且，覆蓋所述尖角52的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42的厚度高于覆蓋所述側壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質層40的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42的厚度。由于所述溝槽的開口尺寸越來越小，在所述開口處易先完成金屬層的填充， 而形成鎖頸效應，進而，阻止所述金屬層繼續填充所述溝槽，而在所述溝槽中形成孔洞。此外，隨著所述溝槽的深寬比逐漸增加，所述第二阻擋層32和所述第一銅層42也越來越難以附著于所述溝槽的側壁，從而，無法形成電鍍所需要的連續的種晶層，換言之， 所述第二阻擋層32和所述第一銅層42越來越難以覆蓋所述溝槽的側壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質層40，致使銅的電鍍無法在所述溝槽的下部進行，造成孔洞，甚至斷線。上述困難也發生在采用雙鑲嵌工藝生成金屬線和通孔的過程中。為減少所述孔洞的產生，本領域技術人員已進行多項嘗試，基本思路是減小所述接觸孔的深寬比，方法之一為減小所述第二阻擋層32的厚度，但所述第二阻擋層32(如， TaN/Ta)的厚度不可能無限減小，所述第二阻擋層32在其厚度小到一定程度以后將失去效用(如，對于22納米工藝，所述第二阻擋層32的厚度通常不能小于6納米)。由此，需要新的金屬互連方法，以減少所述孔洞(嚴重時，導致斷線)的產生。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種金屬層間通孔及互連金屬線的形成方法， 可顯著減少孔洞的產生。本專利技術提供了一種金屬互連結構，其內可基本不產生孔洞。本專利技術提供的一種金屬層間通孔的形成方法，包括在第一介質層和第一金屬層上形成種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層覆蓋部分所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質層；在所述側壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質層上形成絕緣阻擋層。本專利技術提供的一種互連金屬線的形成方法，包括在第一介質層和第一金屬層上形成導電阻擋層和種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層至少覆蓋所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述導電阻擋層和所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側壁和所述第一介質層；只在所述側壁上形成阻擋層；或者，在所述側壁和所述第一介質層上形成絕緣阻擋層。本專利技術提供的一種金屬互連結構，所述金屬互連結構接于器件的金屬柵極和接觸區，所述金屬互連結構包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述接觸塞經擴散阻擋層接于所述接觸區，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。與現有技術相比，采用本專利技術提供的技術方案具有如下優點通過在形成第二金屬層之前，預先在所述第一介質層和所述第一金屬層上形成種晶層，以使所述掩膜圖形形成于所述種晶層之上，在利用所述掩膜圖形形成所述第二金屬層時，可在所述掩膜圖形對應的接觸孔中只由底部向上形成所述第二金屬層；相比于現有技術，所述種晶層不再覆蓋所述接觸孔的尖角，利于減小在所述尖角處形成鎖頸效應的可能，利于在所述接觸孔中形成所述第二金屬層時減小孔洞產生的可能；此外，由于所述種晶層形成于所述第一介質層和所述第一金屬層上，換言之，所述種晶層形成于所述第一介質層和所述第一金屬層提供的面上，相比于現有技術，所述種晶層不再受形成方向的制約，繼而在所述接觸孔的側壁上將不再形成間斷的所述種晶層，也利于在所述接觸孔中形成所述第二金屬層時減小孔洞產生的可能；采用本專利技術提供的技術方案，在形成所述第二金屬層后，再在所述第二金屬層的側壁上形成阻擋層，相比于現有技術中，先形成阻擋層再在其上形成所述第二金屬層的方案，所述阻擋層無需再只選取除要起到阻擋作用還要利于在其上沉積所述第二金屬層的材料，利于根據工藝或設計的要求擴充所述阻擋層材料的選取范圍；具體地，現有技術中，所述阻擋層通常只選取導電阻擋層，而在本專利技術提供的方案中，所述阻擋層還可選取絕緣阻擋層；進而，在所述阻擋層選取絕緣阻擋層時，可采用化學氣相淀積(CVD)工藝形成所述阻擋層，利于在各所述第二金屬層圖形之間間距較小時，仍能獲得滿足工藝或設計需要的所述阻擋層。附圖說明圖1至圖6所示為現有技術中形成金屬互連結構的各步驟中獲得的中間結構的結構示意圖；圖7所示為本專利技術金屬層間通孔的形成方法實施例中形成種晶層后的結構示意圖；圖8至圖13所示為本專利技術金屬層間通孔的形成方法實施例中獲得的各中間結構的示意圖；圖14所示為本專利技術互連金屬線的形成方法實施例中形成種晶層后的結構示意圖；圖15至圖22所示為本專利技術互連金屬線的形成方本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙超，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：