金属互连结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种金属互连结构及其制作方法，所述方法包括：提供一衬底，在衬底上依次形成第一绝缘层与介质层，形成多个第一凹槽在介质层内，第一凹槽暴露出部分第一绝缘层，形成第二绝缘层，第二绝缘层覆盖第一凹槽的侧壁及底部，刻蚀第一凹槽内的第二绝缘层、第一绝缘层以及部分衬底，以形成第二凹槽，第二凹槽侧壁上的第二绝缘层的顶表面低于第二凹槽的顶表面，使得第二凹槽顶部的开口尺寸大于第二凹槽其余位置处的开口尺寸，以及，形成金属层在第二凹槽内，在第二凹槽内形成金属层时，由于顶部的开口尺寸增大，能够增加金属填充时顶部悬垂效应的窗口，降低孔洞形成的可能，从而提高半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
金属互连结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及一种金属互连结构及其制作方法。
技术介绍
金属互连结构，是半导体器件不可或缺的结构。在半导体制造过程中，形成的金属互连结构的质量对半导体器件的性能及半导体制造成本有很大影响。在现有技术的金属互连结构形成方法中，一般首先在半导体器件结构上沉积介质层，随后进行刻蚀以形成凹槽或接触孔图案，最后在形成有凹槽或接触孔的结构上沉积金属，金属填满所述凹槽或接触孔。然而，金属大多使用物理沉积的方法生长填充，其本身固有的各向同性特性会在介质层顶端形成悬垂物。随着半导体技术向小尺寸方向发展，这种特性越来越敏感，金属填充极容易因悬垂物封口而在凹槽或接触孔内形成孔洞，从而极大影响了半导体器件的性能。因此，希望提供一种能够有效地消除凹槽部分的金属互连结构中的孔洞的金属互连结构形成方法及金属互连结构。
技术实现思路
基于以上所述的问题，本专利技术的目的在于提供一种金属互连结构及其制作方法，降低孔洞缺陷的产生，提高半导体器件的性能。为实现上述目的，本专利技术提供一种金属互连结构的制作方法，包括：提供一衬底，在所述衬底上依次形成第一绝缘层与介质层；形成多个第一凹槽在所述介质层内，所述第一凹槽暴露出部分所述第一绝缘层；形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第一凹槽的侧壁及底部；刻蚀所述第一凹槽内的所述第二绝缘层、所述第一绝缘层以及部分所述衬底，以形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁上的所述第二绝缘层的顶表面低于所述第二凹槽的顶表面，使得所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于所述第二凹槽其余位置处的开口尺寸；以及，形成金属层在所述第二凹槽内。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，形成金属层之前还包括：形成阻挡层在所述第二凹槽的侧壁及底部。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，形成金属层的步骤包括：填充金属层在所述第二凹槽内，且所述金属层覆盖所述介质层；平坦化所述金属层至暴露出所述第二绝缘层。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层的材质相同。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层均为氮化硅层，所述介质层为氧化硅层。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，形成多个第一凹槽的步骤包括：依次形成硬掩膜层与图形化的光刻胶层在所述介质层上；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层以形成多个暴露所述介质层的开口；去除所述图形化的光刻胶层；以形成有开口的所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述介质层，以形成多个第一凹槽；以及，去除所述硬掩膜层。可选的，在所述金属互连结构的制作方法中，对所述介质层进行过刻蚀，以完全去除所述介质层而形成第一凹槽。相应的，本专利技术还提供一种金属互连结构，包括：衬底；依次位于所述衬底上的第一绝缘层与介质层，且所述介质层内形成有多个暴露出所述第一绝缘层的第一凹槽；第二绝缘层，位于所述第一凹槽的侧壁，且所述第二绝缘层的顶表面低于所述第一凹槽的顶表面；多个第二凹槽，形成于所述第一凹槽内，贯穿所述第一绝缘层且延伸至所述衬底内，并且所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于所述第二凹槽其余位置处的开口尺寸；以及，金属层，位于所述第二凹槽内。可选的，在所述金属互连结构中，还包括：阻挡层，位于所述第二凹槽的侧壁及底部。可选的，在所述金属互连结构中，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层的材质相同。相应的，本专利技术还提供一种金属互连结构，包括：衬底；依次位于所述衬底上的第一绝缘层与介质层，且所述介质层内形成有多个暴露出所述第一绝缘层的第一凹槽；第二绝缘层，位于所述第一凹槽的侧壁；多个第二凹槽，形成于所述第一凹槽内，贯穿所述第一绝缘层且延伸至所述衬底内；以及，金属层，位于所述第二凹槽内。与现有技术相比，本专利技术提供的金属互连结构及其制作方法中，形成暴露第一绝缘层的第一凹槽之后，先在所述第一凹槽的侧壁及底部形成第二绝缘层，然后对所述第一凹槽内的所述第二绝缘层、第一绝缘层以及部分衬底进行刻蚀，以形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁上的所述第二绝缘层的顶表面低于所述第二凹槽的顶表面，使得所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于其余位置处的开口尺寸，在所述第二凹槽内形成金属层时，由于顶部的开口尺寸增大，能够增加金属填充时顶部悬垂效应的窗口，降低孔洞形成的可能，从而提高半导体器件的性能。进一步的，所述第二凹槽的侧壁上形成有第二绝缘层，即相邻所述第二凹槽内填充的金属层之间不仅隔离有介质层还隔离有第二绝缘层，由此可以更好的防止金属层内金属的扩散，并增加金属互连结构的抗压性。同时，由于所述第二凹槽顶部开口尺寸的增加，能够增加金属填充机台的制程能力。附图说明图1～5为一金属互连结构的制作方法的各步骤结构示意图。图6为本专利技术一实施例所提供的金属互连结构的制作方法的流程图。图7～13为本专利技术一实施例所提供的金属互连结构的制作方法的各步骤结构示意图。具体实施方式图1～5为一金属互连结构的制作方法的各步骤结构示意图。请参考图1至图5所示，所述金属互连结构的制作方法具体如下。首先，请参考图1所示，提供一衬底10，在所述衬底10上依次形成绝缘层11、介质层12、硬掩膜层13，然后在所述硬掩膜层13上形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光与显影，以形成图形化的光刻胶层14，暴露出预定形成凹槽的位置处的所述硬掩膜层13。接着，以所述图形化的光刻胶层14为掩膜，对所述硬掩膜层13进行刻蚀，以在所述硬掩膜层13内形成开口。然后，去除所述图形化的光刻胶层，以所述硬掩膜层13为掩膜，对所述介质层12、所述绝缘层11以及部分所述衬底10进行刻蚀，以形成凹槽15，最后去除所述硬掩膜层13，形成如图2所示的结构。接着，在所述凹槽15的侧壁及底部形成阻挡层16，在形成阻挡层16的过程中，由于各向同性特性会在所述凹槽15的侧壁顶部造成悬垂效应，即在所述凹槽15的侧壁顶部形成悬垂物，也就是说，所述凹槽15的侧壁顶部的所述阻挡层16的厚度大于所述凹槽15的侧壁其余位置处的所述阻挡层16的厚度，从而使得所述凹槽15的顶部的开口尺寸小于其余位置处的开口尺寸，如图3所示。接着，在所述凹槽15的侧壁及底部形成金属种子层(未图示)，在该过程中，也会在所述凹槽15的侧壁顶部造成悬垂效应，即在所述凹槽15的侧壁顶端形成悬垂物，从而使得所述凹槽15的顶部的开口尺寸进一步减小。最后，在所述凹槽15内形成金属层17，例如采用电镀的方法形成，在形成过程中，极容易因悬垂物封口而在所述凹槽内形成孔洞18，如图4所示。最后，对所述金属层17进行平坦化，至暴露出所述介质层12，如图5所示，所述金属层17并未完全填充所述凹槽，从而对半导体器件的性能造成影响。针对上述问题，本申请专利技术人提供一种金属互连结构的制作方法，包括：提供一衬底，在所述衬底上依次形成第一绝缘层与介质层，形成多个第一凹槽在所述介质层内，所述第一凹槽暴露出部分所述第一绝缘层，形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第一凹槽的侧壁及底部，刻蚀所述第一凹槽内的所述第二绝缘层、所述第一绝缘层以及部分所述衬底，以形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁上的所述第二绝缘层的顶表面低于所述第二凹槽的顶表面，使得所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于其余位置处的开口尺寸，形成金属层在所述第二凹槽内。本专利技术还提供一种金属互连结构，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属互连结构的制作方法，其特征在于，包括：提供一衬底，在所述衬底上依次形成第一绝缘层与介质层；形成多个第一凹槽在所述介质层内，所述第一凹槽暴露出部分所述第一绝缘层；形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第一凹槽的侧壁及底部；刻蚀所述第一凹槽内的所述第二绝缘层、所述第一绝缘层以及部分所述衬底，以形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁上的所述第二绝缘层的顶表面低于所述第二凹槽的顶表面，使得所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于所述第二凹槽其余位置处的开口尺寸；以及，形成金属层在所述第二凹槽内。

【技术特征摘要】
1.一种金属互连结构的制作方法，其特征在于，包括：提供一衬底，在所述衬底上依次形成第一绝缘层与介质层；形成多个第一凹槽在所述介质层内，所述第一凹槽暴露出部分所述第一绝缘层；形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第一凹槽的侧壁及底部；刻蚀所述第一凹槽内的所述第二绝缘层、所述第一绝缘层以及部分所述衬底，以形成第二凹槽，所述第二凹槽侧壁上的所述第二绝缘层的顶表面低于所述第二凹槽的顶表面，使得所述第二凹槽顶部的开口尺寸大于所述第二凹槽其余位置处的开口尺寸；以及，形成金属层在所述第二凹槽内。2.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，形成金属层之前还包括：形成阻挡层在所述第二凹槽的侧壁及底部。3.如权利要求2所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，形成金属层的步骤包括：填充金属层在所述第二凹槽内，且所述金属层覆盖所述介质层；平坦化所述金属层至暴露出所述第二绝缘层。4.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层的材质相同。5.如权利要求4所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层均为氮化硅层，所述介质层为氧化硅层。6.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，形成多个第一凹槽的步骤包括：依次形成硬掩膜层与图形化的光刻胶层在所述介质层上；以所述图形化的光刻胶层为掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛广杰，李赟，周俊，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42