金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件技术

本申请涉及一种金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件，其中，该形成方法包括：提供一层间介质层，用于形成所需金属互连结构；在所述层间介质层蚀刻形成金属互连所需的沟槽和通孔；在所述通孔内至少部分地沉积填充钨，形成无阻挡层的钨塞；沿所述沟槽内壁及所述钨塞的顶面在所述沟槽内依次沉积阻挡层、内里层；沿所述内里层内壁沉积填充铜，形成铜互连导线，所述铜互连导线与所述钨塞形成金属互连结构。通过本申请，以至少实现低阻值的后段互连导线，降低填洞难度，解决填洞不良或空泡缺陷等问题。空泡缺陷等问题。空泡缺陷等问题。

【技术实现步骤摘要】
金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件


[0001]本申请涉及半导体
，特别是涉及金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件。

技术介绍

[0002]超大规模集成电路(VLSI)工艺制程中晶圆制造的后段工艺线(backend of line，BEOL)是通过建立若干层导电金属线，不同层金属线之间金属互联，实现以金属线把器件连在一起的目的。目前大多选用铜Cu作为导电金属，因此后端工艺又被称为Cu互连。
[0003]Cu互连导线在制作时多使用双大马士革(dual damascene structure)工艺，该工艺由IBM在1990年代后期开发出来，在220nm/180nm上使用双镶嵌工艺，并从那时起随着工艺尺寸缩放这项该技术，这项技术推进到更先进的节点上。
[0004]但是，在3nm以下，金属导线的电阻快速增高，尤其在尺寸小于25nm的直径以下(7nm及其以下)，因此，由电阻(R)控制电容(C)充放电过程引起的信号延迟，也即RC延迟问题，可能会变得更加棘手，图1为金属导线电阻Line Resistance与线宽Line Width的关系示意图，参考图1所示，在20nm以下Co/Cu复合材料(Co/Cu Composite)的电阻率高至接近350Ω/μm，Co/tCoSFB
‑
Cu复合材料(Co/tCoSFB
‑
Cu composite)的电阻率也达300Ω/μm；
[0005]另外，工艺尺寸持续微缩时也容易遇到填洞不良产生空泡void缺陷，如图2所示，造成芯片良率降低，可靠度失效的问题。
[0006]目前针对相关技术中阻值增高及空泡缺陷，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供了一种金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件，以至少实现低阻值的后段互连导线。
[0008]第一方面，本申请实施例提供了一种金属互连结构的形成方法，包括：
[0009]提供一层间介质层，用于形成所需金属互连结构；
[0010]在所述层间介质层蚀刻形成金属互连所需的沟槽和通孔；
[0011]在所述通孔内至少部分地沉积填充钨，形成无阻挡层的钨塞；
[0012]沿所述沟槽内壁及所述钨塞的顶面在所述沟槽内依次沉积阻挡层、内里层；
[0013]沿所述内里层内壁沉积填充铜，形成铜互连导线，所述铜互连导线与所述钨塞形成金属互连结构。
[0014]在其中一些实施例中，所述钨塞为完全填充所述通孔。
[0015]在其中一些实施例中，所述钨塞为部分填充所述通孔。
[0016]在其中一些实施例中，所述钨塞为过度填充所述通孔。
[0017]在其中一些实施例中，所述钨塞采用选择性钨沉积技术。
[0018]在其中一些实施例中，所述通孔为倒梯形。
[0019]在其中一些实施例中，所述内里层的填充材料为钴。
[0020]在其中一些实施例中，所述钨塞完全填充通孔时，通孔的接触窗电阻约为50Ω。
[0021]在其中一些实施例中，所述内里层、阻挡层的厚度范围为
[0022]第二方面，本申请实施例提供了一种金属互连结构，采用如上第一方面所述的金属互连结构的形成方法，包括：
[0023]一层间介质层，
[0024]一沟槽，其形成于所述层间介质层中；
[0025]一通孔，其形成于所述层间介质层中并与所述沟槽互通；
[0026]一钨塞，其形成于所述通孔中至少部分地填充所述通孔；
[0027]一铜互连导线，其形成于所述沟槽中并与所述钨塞形成金属互连结构。
[0028]在其中一些实施例中，所述沟槽的内壁与所述铜互连导线的外壁之间形成有一阻挡层和内里层。
[0029]第三方面，本申请实施例提供了一种半导体器件，包括：一基底及如上第二方面所述的金属互连结构，其形成于所述基底。
[0030]相比于相关技术，本申请实施例提供的金属互连结构的形成方法、金属互连结构及半导体器件，采用选择性钨沉积填充通孔via，采用铜导线填充沟槽Trench，有效降低铜填充深宽比，降低填洞难度，解决填洞不良或空泡缺陷等问题。
[0031]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0032]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0033]图1是根据相关技术的金属导线电阻与线宽关系示意图；
[0034]图2是根据相关技术的空泡效果示意图；
[0035]图3是根据本申请实施例的形成方法的流程图；
[0036]图4是根据本申请实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中通孔和沟槽已形成；
[0037]图5是根据本申请实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中钨塞已形成；
[0038]图6是根据本申请实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中，铜互连导线已形成；
[0039]图7是根据本申请优选实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中钨塞已形成；
[0040]图8是根据本申请优选实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中，铜互连导线已形成；
[0041]图9是根据本申请另一优选实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中钨塞已形成；
[0042]图10是根据本申请另一优选实施例的形成方法的步骤剖面示意图，其中，铜互连导线已形成；
[0043]图11是根据相关技术的通孔的局部放大图；
[0044]图12是根据本申请实施例的形成方法的通孔局部放大图。
具体实施方式
[0045]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0046]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
[0047]在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：提供一层间介质层，用于形成所需金属互连结构；在所述层间介质层蚀刻形成金属互连所需的沟槽和通孔；在所述通孔内至少部分地沉积填充钨，形成无阻挡层的钨塞；沿所述沟槽内壁及所述钨塞的顶面在所述沟槽内依次沉积阻挡层、内里层；沿所述内里层内壁沉积填充铜，形成铜互连导线，其中，所述铜互连导线与所述钨塞形成金属互连结构。2.根据权利要求1所述的金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述钨塞为完全填充所述通孔。3.根据权利要求1所述的金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述钨塞为部分填充所述通孔。4.根据权利要求1所述的金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述钨塞为过度填充所述通孔。5.根据权利要求2
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4中任一项所述的金属互连结构的形成方法，其特征在于，所述钨塞采用选择性钨沉积技术。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文俊，颜天才，杨列勇，
申请(专利权)人：青岛物元技术有限公司，
类型：发明
国别省市：