金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法，本发明专利技术通过在一基底上形成第一阻挡层和在所述第一阻挡层上形成一导电层的步骤之间，增加对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺，不仅可以减少所述第一阻挡层表面的碳含量，降低金属层结构的接触电阻，而且为后续导电层的形成提供一个良好的生长界面，有利于后续导电层的晶粒均匀生长。从而，得到表面平整的金属层结构，有利于半导体结构的后续工艺，提高半导体结构的良率和性能。

Metal Layer Structure and Its Fabrication Method, Semiconductor Structure and Fabrication Method

The invention discloses a metal layer structure and its fabrication method, a semiconductor structure and its fabrication method. By adding a plasma treatment process for the first barrier layer between the steps of forming a first barrier layer on a substrate and forming a conductive layer on the first barrier layer, the invention can not only reduce the cost of the first barrier layer. The carbon content on the surface of the first barrier layer reduces the contact resistance of the metal layer structure, and provides a good growth interface for the formation of the subsequent conductive layer, which is conducive to the uniform growth of the grain of the subsequent conductive layer. Thus, the metal layer structure with flat surface is obtained, which is beneficial to the follow-up process of semiconductor structure and improves the yield and performance of semiconductor structure.

【技术实现步骤摘要】
金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法。
技术介绍
在半导体制造的后端工艺(back-end-of-line，BEOL)中，在半导体的器件层上会形成金属互连层结构，金属互连层结构包括若干层金属层结构和若干个通孔结构。然而，在现有技术中，金属层结构中的金属晶粒尺寸(GrainSize)较大，整个金属层结构的表面较粗糙，导致产品表面出现很多类似“皇冠”(凸起)的缺陷，该缺陷严重影响半导体结构的良率和性能。因此，针对上述技术问题，有必要对提出一种新的金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金属层结构及其制作方法、半导体结构及其制作方法，通过优化金属层结构的制作方法可以改善金属层结构表面的缺陷，大大提高半导体结构中金属层结构的制程窗口，提高半导体结构的良率和性能。为解决上述技术问题及相关问题，本专利技术提供的金属层结构的制作方法包括：在一基底上形成第一阻挡层；对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺；在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成一导电层；在所述导电层上形成第二阻挡层，得到所述金属层结构。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，利用氢气或者氮气进行所述等离子体处理工艺。进一步的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述等离子体处理工艺的时间为1分钟至15分钟之间。可选的，在一基底上形成第一阻挡层和对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺的步骤之间，还包括对所述第一阻挡层进行一清洗工艺。进一步的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述清洗工艺的时间在1分钟至20分钟之间。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述第一阻挡层为第一氮化钛层。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述导电层包括两层或两层以上的金属层。进一步的，在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成一导电层的步骤包括：在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层，所述导电层包括所述第一金属层和第二金属层。进一步的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述第一金属层和第二金属层均为铝层。进一步的，在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成第一金属层和在所述第一金属层上形成第二金属层的步骤之间，还包括：对所述第一金属层进行一快速原子轰击。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述快速原子轰击为Ar原子轰击。进一步的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述Ar原子轰击的时间在1秒至1分钟之间。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述第二阻挡层为复合层。进一步的，在所述的金属层结构的制作方法中，在所述导电层上形成第二阻挡层的步骤包括：在所述导电层上形成一氮化钽层；在所述氮化钽层上形成第二氮化钛层。可选的，在所述的金属层结构的制作方法中，所述氮化钽层和所述第二氮化钛层的厚度分别为100埃至1000埃之间。根据本专利技术的另一面，本专利技术还提供一种采用上述制作方法制成的金属层结构。另外，本专利技术还提供一种半导体结构的制作方法，包括：提供一基底；在所述基底之上形成一金属层结构，所述金属层结构采用上述的金属层结构的制作方法形成；刻蚀所述金属层结构，以形成一金属互连层结构。相应的，本专利技术还提供一种通过上述半导体结构的制作方法制成的半导体结构。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在一基底上形成第一阻挡层和在所述第一阻挡层上形成一导电层的步骤之间，增加对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺，不仅可以减少所述第一阻挡层表面的碳含量，降低金属层结构的接触电阻，而且为后续导电层的形成提供一个良好的生长界面，有利于后续导电层的晶粒均匀生长。从而，得到表面平整的金属层结构，有利于半导体结构的后续工艺(即有利于金属互连层结构的形成)，提高半导体结构的良率和性能。进一步的，在进行等离子体处理工艺之前，还包括对所述第一阻挡层进行一清洗工艺，所述清洗工艺能够进一步先去除所述第一阻挡层表面积聚的杂质，有利于后续的等离子体处理工艺以及后续导电层的生长。更进一步的，所述导电层包括两层或者两层以上的金属层，且在形成两层金属层之间，对所述第一金属层进行一Ar原子轰击，所述Ar原子轰击能够很明显的改变所述第一金属层的表面微结构，有利于后续第二金属层的金属晶粒生长。通过多步法沉积所述导电层，使得导电层的金属晶粒生长更加均匀，导电层的晶体质量更好，从而得到表面更加平整的金属层结构，使得半导体结构的良率和性能进一步提高。此外，在所述导电层上形成第二阻挡层的步骤包括：在所述导电层上形成一氮化钽层；在所述氮化钽层上形成第二氮化钛层。即得到的所述第二阻挡层为复合层，所述第二阻挡层不仅运用所述第二氮化钛层的阻挡优势，同时采用所述氮化钽层来更好的阻止后续刻蚀金属层结构的过程对所述导电层的损害。因此，更加有利于提高所述半导体结构的良率和性能。附图说明图1为一种半导体结构形成过程中的剖面结构示意图；图2为图1所示的半导体结构的良率分布图；图3为本专利技术实施例中所述半导体结构的制作方法的流程图；图4为本专利技术实施例中所述金属层结构的制作方法的流程图；图5至图9为本专利技术实施例中所述半导体结构的制作方法中各个步骤对应的剖面结构示意图；图10为本专利技术实施例中所述半导体结构的良率分布图。具体实施方式请参阅图1，示意出了一种半导体结构形成过程中的剖面结构示意图，所述半导体结构的形成过程包括如下金属层结构的制作方法，以所述金属层结构为顶层金属层结构为例，所述顶层金属层结构实际上是由多个不同层组成，具体的，所述顶层金属层结构的制作方法为：在一第一基底10上自下至上依次形成第一顶层阻挡层110、顶层导电层111以及第二阻挡层112，其中，所述第一基底10中形成有器件结构(图中示意图省略)；通常，所述第二阻挡层112包括形成在所述导电层111上的顶层钛层1120和顶层氮化钛层1121；所述第一顶层阻挡层110的材料可以为氮化钛，顶层导电层111的材料可以为铝。相应的，所述半导体结构的制作方法为：提供一第一基底10，所述第一基底10中形成有器件结构；在所述第一基底10之上形成上述顶层金属层结构11(显然，在所述顶层金属层结构11和所述第一基底10之间还包括一些金属互连层结构，在此不做赘述)；然后在所述顶层金属层结构11上涂覆顶层光阻层12，刻蚀所述顶层金属层结构11以形成顶层金属互连层结构(图中示意图省略)。然而，在实际工艺中，所述顶层金属层的厚度相对较厚，约几十纳米至几微米之间。通过上述方法形成的半导体结构1的良率分布情况如图2所示，可以看到，所述半导体结构1的良率(Yield)偏低，所述半导体结构1的表面出现很多的缺陷(图2中小黑点A所示，在显微镜下观察，所述小黑点A呈类似“皇冠”的凸起缺陷)。专利技术人研究发现，在形成顶层金属层结构11时会高温持续时间较长，得到的金属的晶粒尺寸(如铝晶粒尺寸)较大，使得后续沉积第二顶层阻挡层112时容易出现局部坍塌的现象，于是，在形成后续的顶层金属互连层结构时(即对所述顶层金属层结构进行刻蚀工艺时)，光阻以及显影液等就会渗透到顶层金属层结构11的内部与之发生相应的反应形成残渣等缺陷(如图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属层结构的制作方法，其特征在于，包括：在一基底上形成第一阻挡层；对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺；在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成一导电层；在所述导电层上形成第二阻挡层，得到所述金属层结构。

【技术特征摘要】
1.一种金属层结构的制作方法，其特征在于，包括：在一基底上形成第一阻挡层；对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺；在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成一导电层；在所述导电层上形成第二阻挡层，得到所述金属层结构。2.如权利要求1所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，利用氢气或者氮气进行所述等离子体处理工艺。3.如权利要求2所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，所述等离子体处理工艺的时间为1分钟至15分钟之间。4.如权利要求1所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，在一基底上形成第一阻挡层和对所述第一阻挡层进行等离子体处理工艺的步骤之间，还包括对所述第一阻挡层进行一清洗工艺。5.如权利要求4所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，所述清洗工艺的时间在1分钟至20分钟之间。6.如权利要求1所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，所述第一阻挡层为第一氮化钛层。7.如权利要求1所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，所述导电层包括两层或两层以上的金属层。8.如权利要求7所述的金属层结构的制作方法，其特征在于，在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成一导电层的步骤包括：在经过所述等离子体处理工艺后的第一阻挡层上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层，所述导电层包括所述第一金属层和第二金属层。9.如权利要求8所述的金属层结构的制作方法，其特...

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