一种半导体器件的制造方法和半导体器件技术

技术编号:22332023 阅读:26 留言:0更新日期:2019-10-19 12:38
本发明专利技术提供一种半导体器件的制造方法和半导体器件。所述方法包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成有第一层间介电层,在所述第一层间介电层中形成有多个通孔;执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底并填充所述通孔的第一金属材料,执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的所述第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞;执行第二金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底的第二金属材料,执行第二金属材料刻蚀工艺,以形成至少覆盖一个所述第一金属材料插塞中的第二金属材料层;形成覆盖所述半导体衬底的第二介电材料层,执行第二介电材料刻蚀工艺,形成露出所述第二金属材料层的第二层间介电层。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件的制造方法和半导体器件
本专利技术涉及半导体制造领域,具体而言涉及一种半导体器件的制造方法和半导体器件。
技术介绍
随着集成电路制造技术的不断发展,人们对集成电路的集成度以及性能的要求越来越高。为了满足不断增加的集成度要求,半导体器件的尺寸逐渐减小,目前半导体器件的关键尺寸发展到7nm节点甚至是以下。随着半导体器件尺寸的减小,对半导体器件的互连结构的要求也越来越高。传统的半导体工艺是主要采用铝或铜作为金属互连材料,随着半导体器件尺寸的减小,铜比铝有更好的电导率和抗电迁移能力,目前铜互连占主导地位。由于特征尺寸进一步减小,单一铜材料构成的互连结构已经不能满足日益精进的半导体器件性能的需求。一种典型的互连结构是采用铜和其他金属材料组合形成复合互连结构,通过控制铜材料层和其他金属材料层的材料种类和/或尺寸达到对互连结构性能(如电阻)的控制。然而,现有复合互连结构的制造过程往往涉及化学机械研磨步骤,从而造成时间相关介质击穿(TDDB)性能的下降,影响器件性能的可靠性。因此,有必要提出一种新的半导体器件和半导体器件的制造方法,用以解决现有技术中的问题。
技术实现思路

技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术提供了一种半导体器件的制造方法,所述方法包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成有第一层间介电层,在所述第一层间介电层中形成有多个通孔;执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底并填充所述通孔的第一金属材料,执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的所述第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞;执行第二金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底的第二金属材料,执行第二金属材料刻蚀工艺,以形成至少覆盖一个所述第一金属材料插塞的第二金属材料层;形成覆盖所述半导体衬底的第二介电材料层,执行第二介电材料刻蚀工艺,形成露出所述第二金属材料层的第二层间介电层。示例性的,所述第一金属材料刻蚀工艺和/或所述第二金属材料刻蚀工艺包括中子束刻蚀工艺。示例性的,在所述执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底上并填充所述通孔的第一金属材料之后,所述执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞之前,执行高温回流工艺,以使位于所述半导体衬底表面的所述第一金属材料平坦化。示例性的,所述第一金属材料包括Ru或Ru合金。示例性的,所述第二金属材料包括Cu或Cu合金。示例性的,在所述执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底上并填充所述通孔的第一金属材料之前还包括形成覆盖所述通孔的底部和侧壁的阻挡层的步骤。示例性的,所述阻挡层的材料包括Co或Co合金。示例性的,所述第二金属材料层至少覆盖所述第一金属材料插塞中一个,所述方法还包括在所述半导体衬底上形成所述第二层间介电层之后执行以下步骤:刻蚀所述第二层间介电层,形成沟槽,所述沟槽露出未被第二金属材料层覆盖的所述第一金属材料插塞;在所述沟槽中填充第三金属材料层;其中,在所述沟槽中填充第三金属材料层的步骤包括:执行第三金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底并填充所述沟槽的第三金属材料;执行第三金属材料刻蚀工艺,去除所述沟槽以外所述第三金属材料以形成第三金属材料层。示例性的,在所述执行第三金属材料刻蚀工艺的步骤之后还包括去除部分所述第三金属材料层,以形成位于所述第三金属材料上的凹槽。示例性的,所述第三金属材料与所第一金属材料的设置为相同的材料。示例性的,在所述半导体衬底上形成第二层间介质层的方法包括旋涂法。本专利技术还提供了一种半导体器件,所述半导体器件采用上述任意一项所述的方法制备。根据本专利技术的半导体器件的制造方法和半导体器件,在形成复合互连结构的过程中,采用刻蚀的方法代替化学机械研磨工艺进行金属材料层的移除过程以去除位于半导体衬底表面的金属材料层,避免了化学机械研磨工艺带来的层间介电层的损伤,从而避免了半导体器件的因时间相关介质击穿(TDDB)问题带来的器件可靠性降低,提升了半导体器件的使用寿命。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述,用来解释本专利技术的原理。附图中:图1A-图1D为一种半导体器件的制造方法中形成的半导体器件的结构示意图;图2A-图2H为根据本专利技术的一个实施例的一种半导体器件的制造方法中形成的半导体器件的结构示意图;图3为根据本专利技术的一个实施例的一种半导体器件的制造方法的示意性流程图。具体实施方式在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本专利技术发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术,将在下列的描述中提出详细的描述,以说明本专利技术所述的半导体器件的制造方法和半导体器件。显然,本专利技术的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本专利技术还可以具有其他实施方式。应予以注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例,而非意图限制根据本专利技术的示例性实施例。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式。此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。现在,将参照附图更详细地描述根据本专利技术的示例性实施例。然而,这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是,提供这些实施例是为了使得本专利技术的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中,为了清楚起见,夸大了层和区域的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的元件,因而将省略对它们的描述。为了满足日益精进的半导体器件性能的需求,采用多种导电材料构成的复合互连结构应用于半导体器件中。如图1A-图1D,示出了一种半导体器件的制造方法的示意图。首先,参看图1A,提供半导体衬底(未示出),半导体衬底上形成有介质层101以及位于介质层101中的通孔102和沟槽,其中沟槽包括第一沟槽103和第二沟槽104,第一沟槽103的尺寸大于第二沟槽104用以平衡不同金属材料构成的电阻差异;接着,继续看图1B,在半导体衬底上覆盖第一金属材料105,其中第一金属材料填充第二沟槽104,并覆盖第一沟槽103的侧壁和底部;接着,继续参看图1C,在半导体衬底上覆盖第二金属材料层106,其中第二金属材料层106填充第一沟槽103;接着,继续参看图1D,执行化学机械研磨以去除位于第一沟槽103和第二沟槽104之外的第一金属材料和第二金属材料层,其中第二金属材料层为Cu,第一金属材料为可以作为Cu扩散阻挡层的金属层。然而,在这一步骤中,往往发生对介质层101的损伤,导致后续Cu离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的制造方法,其特征在于,包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成有第一层间介电层,在所述第一层间介电层中形成有多个通孔;执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底并填充所述通孔的第一金属材料,执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的所述第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞;执行第二金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底的第二金属材料,执行第二金属材料刻蚀工艺,以形成至少覆盖一个所述第一金属材料插塞的第二金属材料层;形成覆盖所述半导体衬底的第二介电材料层,执行第二介电材料刻蚀工艺,形成露出所述第二金属材料层的第二层间介电层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法,其特征在于,包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成有第一层间介电层,在所述第一层间介电层中形成有多个通孔;执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底并填充所述通孔的第一金属材料,执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的所述第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞;执行第二金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底的第二金属材料,执行第二金属材料刻蚀工艺,以形成至少覆盖一个所述第一金属材料插塞的第二金属材料层;形成覆盖所述半导体衬底的第二介电材料层,执行第二介电材料刻蚀工艺,形成露出所述第二金属材料层的第二层间介电层。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一金属材料刻蚀工艺和/或所述第二金属材料刻蚀工艺包括中子束刻蚀工艺。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述执行第一金属材料沉积工艺,形成覆盖所述半导体衬底上并填充所述通孔的第一金属材料之后,所述执行第一金属材料刻蚀工艺,去除所述通孔以外的第一金属材料以形成多个第一金属材料插塞之前,执行高温回流工艺,以使位于所述半导体衬底表面的所述第一金属材料平坦化。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一金属材料包括Ru或Ru合金。5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二金属材料包括Cu或Cu合金。6.如权利要求4所述的方法,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:张海洋王梓
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

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