互连结构的形成方法技术

一种互连结构的形成方法，包括提供基底，所述基底表面具有介质层；在所述介质层内形成第一开口，所述第一开口的深度小于介质层的高度；对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层；以所述硬掩膜层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述牺牲层和介质层，形成沟槽，所述沟槽深度小于介质层的高度；填充所述沟槽，形成金属层，暴露出牺牲层和介质层的表面；去除所述牺牲层，在所述金属层两侧形成第二开口；在所述第二介质层、金属层表面形成盖帽层，所述盖帽层填充满所述第二开口。所述互连结构的形成方法，可以提高金属层和介质层的黏附性能，有效降低金属电迁移，从而提高电路的性能。

【技术实现步骤摘要】
互连结构的形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及互连结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸在不断缩小。由于铝的高电阻特性，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连的主流，现在广泛采用的铜导线的制作方法是大马士革工艺的镶嵌技术，其中沟槽优先双大马士革工艺是实现铜导线和通孔铜一次成形的方法之一。请参考图1～图4，为现有技术的铜互连结构的形成方法的剖面示意图。请参考图1，在基底10上形成介质层11，并且在所述介质层11内形成开口12。形成所述开口12的方法包括：在所述介质层11的表面上旋涂光刻胶并图案化；然后以所述图案化的光刻胶为掩膜对所述介质层11进行刻蚀，形成开口12，然后去除剩余的光刻胶。请参考图2，在所述开口12的底部和侧壁以及所述介质层表面形成阻挡层13。所述阻挡层13可以防止后续形成的互连线内的金属向外扩散。请参考图3，在所述开口12中填充金属铜，形成铜互连线14，并对所述铜互连线14进行平坦化，暴露出介质层11的表面。请参考图4，在所述介质层11和铜互连线14表面形成盖帽层15。所述盖帽层的材料为SiN等介质材料，以保护所述介质层11和铜互连线14构不受后续工艺的影响。但是，所述铜互连线14与盖帽层15的材料性质相差较大，所以两者之间的粘附强度较低，使得铜在铜互连线14与盖帽层15的界面具有较高的扩散和电迁移效率。金属电迁移的同时会伴随着质量的输运，通常铜互连线因铜离子的电迁移会在局部区域产生由质量堆积而出现小丘，或由质量亏损出现空洞，从而造成电路性能退化或失效，严重影响电路的可靠性。更多关于互连结构的技术请参考公开号为US20040187304A1的美国专利。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种互连结构的形成方法，提高电路的性能。为解决上述问题，本专利技术的技术方案提出了一种金属互连结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面具有介质层；在所述介质层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层具有开口，暴露出介质层的部分表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述介质层，在所述介质层内形成第一开口，所述第一开口的深度小于介质层的高度；对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层；以所述硬掩膜层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述牺牲层和介质层，形成沟槽，所述沟槽深度小于介质层的高度；填充所述沟槽，形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽并覆盖硬掩膜层的表面；以介质层为停止层，对所述金属层进行平坦化，暴露出牺牲层和介质层的表面；去除所述牺牲层，在所述金属层两侧形成第二开口；在所述第二介质层、金属层表面形成盖帽层，所述盖帽层填充满所述第二开口。可选的，所述第一开口的底部低于硬掩膜层表面可选的，对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层的方法为等离子体处理。可选的，所述等离子体处理采用含O2的气体作为等离子体源。可选的，所述牺牲层与第一介质层之间的选择刻蚀比大于5:1。可选的，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于介质层中碳元素的质量浓度，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于5%。可选的，所述牺牲层的厚度为可选的，去除所述牺牲层的方法为湿法刻蚀工艺。可选的，去除所述牺牲层的方法为采用HF溶液作为刻蚀溶液，所述湿法刻蚀工艺采用HF溶液作为刻蚀溶液，所述HF溶液中，H2O与HF的摩尔比为300:1～1000:1。可选的，所述介质层包括位于基底表面的刻蚀阻挡层和位于所述刻蚀阻挡层表面的低K介质层。可选的，所述刻蚀阻挡层的材料为SiN、SiCN或SiONCH，厚度为可选的，所述低K介质层的材料为碳化硅、碳氧化硅、有机硅氧烷聚合物、氟碳化合物。可选的，所述硬掩膜层为堆叠结构，包括第一硬掩膜层和位于所述第一硬掩膜层表面的第二硬掩膜层。可选的，所述第一硬掩膜层的材料为SiO2。可选的，所述第二硬掩膜层的材料为TiN。可选的，还包括：在形成所述牺牲层之后，在所述硬掩膜层和第一开口内形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出第一开口底部的牺牲层的部分表面；以所述图形化掩膜层为掩膜，刻蚀所述牺牲层和第一介质层，形成通孔。可选的，所述图形化掩膜层的材料为光刻胶。可选的，所述金属层包括覆盖沟槽和通孔内壁的扩散阻挡层和位于所述扩散阻挡层表面的铜金属层。可选的，所述扩散阻挡层的材料为Ta、TaN、Ti、TiN、Ru、RuN、W或WN，厚度范围为可选的，所述盖帽层的材料为SiN、SiCN、SiOCH或SiONCH，厚度范围为与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的技术方案，在介质层内形成第一开口，对所述第一开口的内壁进行处理，形成牺牲层；沿所述第一开口刻蚀第一开口底部的牺牲层和介质层，形成沟槽，在所述沟槽内形成金属层，并且第一开口侧壁的牺牲层位于所述金属层两侧；去除所述牺牲层，在所述金属层形成第二开口；在所述金属层和介质层表面形成盖帽层，所述盖帽层覆盖金属层，并填充满所述第二开口。由于盖帽层填充满金属层两侧的第二开口，所以盖帽层与金属层的接触面积增大，提高了金属层与盖帽层的黏附特性，可以有效降低金属层的电迁移特性，从而提高互连结构的可靠性。进一步的，采用等离子体处理工艺，对第一开口内壁的介质层进行处理形成牺牲层，使所述牺牲层的厚度均匀。采用含有氧气的气体作为等离子体源，对介质层进行处理，氧离子与介质层中的碳元素反应，形成CO2，消耗第一开口内壁处的介质层中的碳元素，使形成的牺牲层中的碳元素浓度小于介质层中的碳元素浓度，接近于零，从而后续通过湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层，与介质层相比，具有较高的刻蚀选择比，不会对介质层和金属层表面造成损伤，可以提高后续沉积形成的第二开口内的盖帽层的质量。进一步的，所述金属层包括扩散阻挡层和位于所述扩散阻挡层表面的铜金属层。所述第二开口内的盖帽层覆盖在扩散阻挡层表面，所述盖帽层与扩散阻挡层的材料之间的粘附性较高，整体上提高了盖帽层与金属层之间的粘附性，降低了金属层的电迁移特性，从而提高了互连结构的可靠性。附图说明图1至图4是本专利技术的现有技术形成互连线的剖面示意图；图5至图17是本专利技术的实施例中形成互连结构的过程示意图。具体实施方式如
技术介绍
中所述，现有技术中的互连结构表面的盖帽层与金属互连层的粘附强度较低，互连金属在盖帽层与金属互连层界面的电迁移情况严重，影响电路的性能。本专利技术的技术方案，提供了一种互连结构的形成方法，提高所述盖帽层与互连线之间的粘附强度，从而减低互连线的金属电迁移，提高电路的性能。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。所描述的实施例仅仅是本专利技术的可实施方式的一部分，而不是其全部。在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。根据所述实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本专利技术的保护范围。因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。请参考图5，提供基底100，所述基底表面具有介质层110，所述介质层110包括位于基底100表面的刻蚀阻挡层101和所述刻蚀阻挡层101表面的低K介质层102。所述基底100为半导体衬底，所述半导体衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面具有介质层；在所述介质层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层具有开口，暴露出介质层的部分表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述介质层，在所述介质层内形成第一开口，所述第一开口的深度小于介质层的高度；对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层；以所述硬掩膜层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述牺牲层和介质层，形成沟槽，所述沟槽深度小于介质层的高度；填充所述沟槽，形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽并覆盖硬掩膜层的表面；以介质层为停止层，对所述金属层进行平坦化，暴露出牺牲层和介质层的表面；去除所述牺牲层，在所述金属层两侧形成第二开口；在所述第二介质层、金属层表面形成盖帽层，所述盖帽层填充满所述第二开口。

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面具有介质层；在所述介质层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层具有开口，暴露出介质层的部分表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述介质层，在所述介质层内形成第一开口，所述第一开口的深度小于介质层的高度；对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层；以所述硬掩膜层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述牺牲层和介质层，形成沟槽，所述沟槽深度小于介质层的高度；填充所述沟槽，形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽并覆盖硬掩膜层的表面；以介质层为停止层，对所述金属层进行平坦化，暴露出牺牲层和介质层的表面；去除所述牺牲层，在所述金属层两侧形成第二开口；在所述介质层、金属层表面形成盖帽层，所述盖帽层填充满所述第二开口。2.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述第一开口的底部低于硬掩膜层表面3.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层的方法为等离子体处理。4.根据权利要求3所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述等离子体处理采用含O2的气体作为等离子体源。5.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲层与第一介质层之间的刻蚀选择比大于5:1。6.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于介质层中碳元素的质量浓度，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于5％。7.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度为8.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，去除所述牺牲层的方法为湿法刻蚀工艺。9.根据权利要求8所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用HF溶液作为刻蚀溶液，所述HF溶液中，H...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，洪中山，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31