金属互连结构及其形成方法技术

本发明专利技术技术方案公开了一种金属互连结构及其形成方法，其中形成方法包括：提供基底层，所述基底层中含有器件结构；在所述基底层上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层内形成贯穿其厚度的接触孔，所述接触孔底部暴露所述器件结构；在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成导电层，当接触孔内所述导电层中的缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一时，停止形成所述导电层工艺；在所述导电层表面及所述缝隙内形成第二绝缘层；采用抛光液抛光所述第二绝缘层及所述导电层至露出所述第一绝缘层，形成导电插塞，其中所述抛光液抛光所述第二绝缘层的速率小于抛光所述导电层的速率。上述方法形成的金属互连结构有效减少碟型缺陷，保证金属互连的性能。

【技术实现步骤摘要】
金属互连结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及金属互连结构及其形成方法。
技术介绍
随着半导体器件制作技术的飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构。由于集成电路中所含器件的数量不断增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小。为了提高集成度，降低制造成本，元件的关键尺寸不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。现有在半导体器件金属互连结构形成过程中，对导电层抛光时，极易产生碟型缺陷，而在后续绝缘层沉积时，在碟型缺陷处，绝缘层厚度偏厚，刻蚀工艺后导致绝缘层的残留，进而引起断路，使金属互连失败。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是提供一种金属互连结构及其形成方法，防止金属互连结构中产生断路现象。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种金属互连结构的形成方法，包括：提供基底层，所述基底层中含有器件结构；在所述基底层上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层内形成贯穿其厚度的接触孔，所述接触孔底部暴露所述器件结构；在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成导电层，当接触孔内所述导电层中的缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一时，停止形成所述导电层工艺；在所述导电层表面及所述缝隙内形成第二绝缘层；采用抛光液抛光所述第二绝缘层及所述导电层至露出所述第一绝缘层，形成导电插塞，其中所述抛光液抛光所述第二绝缘层的速率小于抛光所述导电层的速率。可选的，所述导电层的材料为钨或铝，形成所述导电层的工艺为化学气相沉积法。可选的，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料为氮化硅或氧化硅。可选的，形成所述第二绝缘层的工艺为原子层沉积法。可选的，形成所述第一绝缘层的工艺为化学气相沉积法。可选的，抛光所述第二绝缘层及所述导电层的抛光液材料与所述导电层材料匹配。可选的，抛光所述第二绝缘层及所述导电层的工艺，包括下列步骤：先采用抛光液抛光所述第二绝缘层至所述导电层，使所述缝隙中的第二绝缘层表面与所述导电层表面齐平；采用抛光液抛光所述导电层及所述缝隙中的第二绝缘层至露出所述第一绝缘层。可选的，所述抛光液抛光所述导电层与所述第二绝缘层的速率比为10:1～20:1。可选的，在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成所述导电层步骤之前，还包括如下步骤：在所述接触孔侧壁及底部形成阻挡层。可选的，所述阻挡层的材料为钛或氮化钛。采用上述方法形成的金属互连结构，包括：基底层，所述基底层中含有器件结构；第一绝缘层，位于所述基底层上；接触孔，位于所述第一绝缘层内且贯穿其厚度，所述接触孔底部暴露所述器件结构；导电层，填充所述接触孔；缝隙，位于导电层中，且所述缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一；第二绝缘层，填充满所述缝隙。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成导电层，当接触孔内所述导电层中的缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一时，停止形成所述导电层工艺，使后续形成于缝隙内的第二绝缘层的表面积远小于导电插塞的表面积，进而不影响后续导电插塞与金属互连层之间的接触电阻；然后再用抛光所述第二绝缘层的速率小于抛光所述导电层的速率的抛光液进行抛光，由于抛光液对第二绝缘层的抛光速率低，因此接触孔中心处的导电层受第二绝缘层的保护，抛光速率也将低于其它地方的导电层，有效减少碟型缺陷，防止互连结构中断路的发生，保证金属互连的性能。进一步，采用原子层沉积工艺形成所述第二绝缘层，由于原子层沉积工艺形成的膜层扩散性好，能够使所述第二绝缘层很好的沉积到宽度不是很大的缝隙中，保证了填充的有效性。附图说明图1至图3为一种金属互连结构形成方法各步骤对应的结构示意图；图4至图8为本专利技术一实施例中金属互连结构形成方法各步骤对应的结构示意图；图9是本专利技术一实施例形成的金属互连结构效果图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术所形成的具有导电插塞的金属互连结构存在较多断路情况，造成半导体器件良率过低问题。现结合一种金属互连结构分析金属互连结构间电性能差的原因：图1至图3示出了金属互连结构形成方法各步骤对应的结构示意图。如图1所示，在包含驱动电路等器件结构的基底层101上形成第一绝缘层103，用于膜层间的隔离，所述第一绝缘层103的材料可以是氧化硅或氮化硅；刻蚀所述第一绝缘层103至露出所述基底层101表面，形成接触孔104。如图2所示，在图1的接触孔104侧壁及底部形成阻挡层105，用以防止后续接触孔内的导电物质扩散至第一绝缘层103中；在所述第一绝缘层103和所述阻挡层105上形成导电层，且所述导电层填充满所述接触孔；采用抛光液抛光所述导电层至露出所述第一绝缘层103，形成导电插塞106。现有抛光过程中由于导电层的材料多采用钨，因此对应的抛光液也为钨抛光液，所述钨抛光液对于导电层的抛光速率大于第一绝缘层103，因此造成导电插塞106中心表面低于边缘，形成碟型缺陷。如图3所示，在所述第一绝缘层103上形成第二绝缘层107，所述第二绝缘层107覆盖导电插塞106，且形成于碟型缺陷内；刻蚀所述第二绝缘层107至露出所述导电插塞106及部分第一绝缘层103表面，形成沟槽，刻蚀工艺后在碟型缺陷内仍残留第二绝缘层107(如图中虚线标示)；向沟槽内填充金属互连层108，由于碟型缺陷内残留有第二绝缘层，导致金属互连层108无法与导电插塞106电导通，产生断路现象，影响器件的电性能。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种金属互连结构及其形成方法，在向接触孔内沉积导电层的过程中，控制导电层中缝隙开口宽度与接触孔宽度的比例，使后续缝隙中沉积的绝缘物质表面积远小于接触孔中导电层的表面积，既能保护接触孔中间位置的导电层不被过快抛光去除而形成碟型缺陷，又能使绝缘物质不会过多而造成阻断导电插塞与后续金属互连层的连接。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。图4至图8为本专利技术一实施例中金属互连结构形成方法各步骤对应的结构示意图。如图4所示，提供基底层201；在所述基底层201上形成第一绝缘层203；刻蚀所述第一绝缘层203至露出所述基底层201，形成接触孔204。本实施例中，所述基底层201包括：以硅或锗等作为材料的半导体衬底，位于半导体衬底上的诸如电容器、驱动电路等器件结构。本实施例中，所述第一绝缘层203用于膜层间的绝缘隔离；所述第一绝缘层203的材料可以是氧化硅或氮化硅等，形成工艺可以是化学气相沉积法。本实施例中，形成所述接触孔204过程的详细步骤包括：在所述第一绝缘层203上形成光刻胶层，然后采用曝光工艺定义出接触孔图形，以光刻胶层为掩膜沿接触孔图形干法刻蚀所述第一绝缘层203至露出所述基底层201表面。在其他实施例中，可以在形成光刻胶层之前，先于第一绝缘层203上形成刻蚀阻挡层，用以在后续刻蚀过程保护下面的膜层以及在后续刻蚀第一绝缘层203形成接触孔工艺中作为刻蚀掩膜，所述刻蚀阻挡层的材料可以是氮化硅、氮氧化硅或多晶硅等。如图5所示，在图4的接触孔204侧壁及底部形成阻挡层205；在所述第一绝缘层203和所述阻挡层205上形成导电层206，且所述导电层206填充所述接触孔，通过工艺控制，所述接触孔内的导电层206内具有缝隙21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底层，所述基底层中含有器件结构；在所述基底层上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层内形成贯穿其厚度的接触孔，所述接触孔底部暴露所述器件结构；在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成导电层，当接触孔内所述导电层中的缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一时，停止形成所述导电层工艺；在所述导电层表面及所述缝隙内形成第二绝缘层；采用抛光液抛光所述第二绝缘层及所述导电层至露出所述第一绝缘层，形成导电插塞，其中所述抛光液抛光所述第二绝缘层的速率小于抛光所述导电层的速率。

【技术特征摘要】
1.一种金属互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底层，所述基底层中含有器件结构；在所述基底层上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层内形成贯穿其厚度的接触孔，所述接触孔底部暴露所述器件结构；在所述第一绝缘层表面及接触孔内形成导电层，当接触孔内所述导电层中的缝隙开口宽度为接触孔宽度的十分之一～八分之一时，停止形成所述导电层工艺；在所述导电层表面及所述缝隙内形成第二绝缘层；采用抛光液抛光所述第二绝缘层及所述导电层至露出所述第一绝缘层，形成导电插塞，其中所述抛光液抛光所述第二绝缘层的速率小于抛光所述导电层的速率。2.如权利要求1所述金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述导电层的材料为钨或铝，形成所述导电层的工艺为化学气相沉积法。3.如权利要求1所述金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料为氮化硅或氧化硅。4.如权利要求3所述金属互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述第二绝缘层的工艺为原子层沉积法。5.如权利要求3所述金属互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一绝缘层的工艺为化学气相沉积法。6.如权利要求1所述金属互连结构的形成方法，其特征在于，抛光所述第二绝缘层及所述导电层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕新强，吴孝哲，林宗贤，吴龙江，郭松辉，王海宽，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32