金属连线结构的制备方法及半导体器件技术

本发明专利技术提供了一种金属连线结构的制备方法，包括在通孔结构内填充金属钨以形成不低于所述通孔层的上表面的初始钨互连线结构；去除部分所述通孔层的介质材料，使形成的第二介质层的上表面低于所述初始钨互连线结构的上表面；沉积粘结层，使所述粘结层包覆外露于所述第二介质层的所述初始钨互连线结构；沉积形成钨牺牲层；进行化学机械平坦化处理，直至露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层；去除所述粘结层直至露出第二介质层，以形成钨互连线结构。避免了研磨液渗入腐蚀零层钴互连线结构，解决了金属连线结构中钴缺失的问题，而且制得的金属连线结构中无需设置粘结层，大大降低了接触电阻。本发明专利技术还提供了一种半导体器件。件。件。

【技术实现步骤摘要】
金属连线结构的制备方法及半导体器件


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路工艺
，尤其涉及一种金属连线结构的制备方法及半导体器件。

技术介绍

[0002]随着半导体器件尺寸的缩小，接触通孔层孔径(CD)要求越来越小，为了降低互连电阻需要进一步降低接触通孔材料电阻率。目前国际上通用做法是：在零层互连线层中采用方块电阻(Sheet Resistance，RS)更低的钴金属来取代传统的钨金属；以及在接触通孔层采用无粘结层的选择性钨沉积工艺(selective W deposition)代替传统的化学气相沉积钨沉积工艺(CVDW)，由于选择性钨沉积工艺无需粘结层(Ti/TiN)，大大降低了接触电阻。
[0003]然而，该选择性钨沉积工艺的难点在于：如果通孔层采用无粘结层的选择性金属钨沉积工艺，由于缺少粘结层，金属钨结构和侧壁介质层粘结不够致密，这会导致在后续钨化学机械研磨制造工序中，金属钨研磨液在通孔层中会通过金属钨结构和介质层侧壁之间的薄弱接触处下渗到下层的互连线层。由于钴和钨具有相反的电位
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酸碱度特性，在酸性的钨研磨液侵蚀下，金属钴会迅速腐蚀，产生钴缺失缺陷。
[0004]因此，有必要提供一种新型的金属连线结构的制备方法及半导体器件以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种金属连线结构的制备方法及半导体器件，以防止研磨液通过第二介质层和初始钨互连线结构之间的薄弱界面渗入到零层钴互连线结构，避免了研磨液腐蚀零层钴互连线结构，解决了金属连线结构中钴缺失的问题，而且制得的金属连线结构中无需设置粘结层，大大降低了接触电阻。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的所述金属连线结构的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：提供具有零层钴互连线结构的第一介质层；
[0008]S2：在所述第一介质层的上表面形成图形化后的通孔层，且使所述通孔层中的通孔结构贯穿所述通孔层至所述零层钴互连线结构的表面；
[0009]S3：在所述通孔结构内填充金属钨，以形成初始钨互连线结构，且使所述初始钨互连线结构的上表面不低于所述通孔层的上表面；
[0010]S4：去除部分所述通孔层的介质材料，以形成第二介质层，且使所述第二介质层的上表面低于所述初始钨互连线结构的上表面；
[0011]S5：在所述第二介质层的上表面和所述初始钨互连线结构的上表面沉积粘结层，且使所述粘结层包覆外露于所述第二介质层的所述初始钨互连线结构；
[0012]S6：在所述粘结层的上表面沉积金属钨，以形成钨牺牲层；
[0013]S7：采用化学机械平坦化工艺去除所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，直至露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层；
[0014]S8：去除所述第二介质层的上表面的所述粘结层，直至露出所述第二介质层，以形成钨互连线结构。
[0015]本专利技术的所述金属连线结构的制备方法的有益效果在于：通过S3：在所述通孔结构内填充金属钨，以形成初始钨互连线结构，且使所述初始钨互连线结构的上表面不低于所述通孔层的上表面，S4：去除部分所述通孔层的介质材料，以形成第二介质层，且使所述第二介质层的上表面低于所述初始钨互连线结构的上表面，更有利于在所述步骤S5中使粘结层完全包覆外露于所述第二介质层的所述初始钨互连线结构，所述粘结层起阻挡层的作用，阻断了所述第二介质层和所述初始钨互连线结构之间的薄弱界面与所述粘结层之上空间的连通，从而在所述步骤S7的化学机械平坦化过程中，能有效地防止研磨液通过该薄弱界面渗入零层钴互连线结构，避免了研磨液腐蚀零层钴互连线结构，解决了金属连线结构中钴缺失的问题，而且制得的金属连线结构中无需设置粘结层，大大降低了接触电阻。
[0016]可选的，所述步骤S7中采用化学机械平坦化工艺去除所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，直至露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层的步骤包括：
[0017]S71：进行第一步化学机械平坦化处理，且采用时间控制方式停止于第一位置，以去除部分所述钨牺牲层和部分所述粘结层，所述第一位置为露出所述初始钨互连线结构的位置；
[0018]S72：进行第二步化学机械平坦化处理，且采用终点控制方式停止于第二位置，以去除剩余部分的所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，所述第二位置为露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层的位置。
[0019]可选的，所述步骤S71中，所述第一位置与位于所述第二介质层上的所述粘结层的上表面的距离为150
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200A。
[0020]可选的，所述步骤S8中去除所述第二介质层的上表面的所述粘结层的步骤包括：控制对所述粘结层的去除速率和对金属钨的去除速率的比值大于5:1，且使刻蚀的所述第二介质层的厚度小于50A。
[0021]可选的，所述步骤S4中去除部分所述通孔层的介质材料的步骤包括：控制对介质材料的去除速率和对金属钨的去除速率的比值大于50:1，且使所述第二介质层的上表面与所述初始钨互连线结构的上表面的高度差为200
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300A。
[0022]可选的，所述步骤S3中，所述初始钨互连线结构的上表面与所述通孔层的上表面的高度差为0
‑
200A。
[0023]可选的，所述步骤S71中进行第一步化学机械平坦化处理的步骤包括：控制对金属钨的去除速率和对所述粘结层的去除速率的比值为0.7:1～1:1。
[0024]可选的，所述步骤S72中进行第二步化学机械平坦化处理的步骤包括：控制对金属钨的去除速率和对所述粘结层的去除速率的比值大于10:1。
[0025]可选的，所述步骤S6中，形成的所述钨牺牲层的厚度为1000
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2000A。
[0026]可选的，所述步骤S5中，采用包角填充方式在所述第二介质层的上表面和所述初始钨互连线结构的表面沉积所述粘结层。
[0027]可选的，本专利技术的所述半导体器件，包括衬底，所述衬底的上表面设置有金属连线结构，所述金属连线结构采用所述金属连线结构的制备方法制备得到。
[0028]本专利技术的所述半导体器件的有益效果在于：通过所述金属连线结构采用所述金属连线结构的制备方法制备得到，使得在化学机械平坦化过程中，能有效地防止研磨液通过介质层和初始钨互连线结构之间的薄弱界面渗入到零层钴互连线结构，避免了研磨液腐蚀零层钴互连线结构，解决了半导体器件的金属连线结构中钴缺失的问题，而且金属连线结构中无需设置粘结层，大大降低了接触电阻。
附图说明
[0029]图1为现有技术中进行化学机械研磨后金属连线结构的剖视图；
[0030]图2为本专利技术实施例的金属连线结构的制备方法的流程图；
[0031]图3为本专利技术实施例的在衬底上形成具有零层钴互连线结构的第一介质层后得到的结构示意图；
[0032]图4为在图3所示的结构上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属连线结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供具有零层钴互连线结构的第一介质层；S2：在所述第一介质层的上表面形成图形化后的通孔层，且使所述通孔层中的通孔结构贯穿所述通孔层至所述零层钴互连线结构的表面；S3：在所述通孔结构内填充金属钨，以形成初始钨互连线结构，且使所述初始钨互连线结构的上表面不低于所述通孔层的上表面；S4：去除部分所述通孔层的介质材料，以形成第二介质层，且使所述第二介质层的上表面低于所述初始钨互连线结构的上表面；S5：在所述第二介质层的上表面和所述初始钨互连线结构的上表面沉积粘结层，且使所述粘结层包覆外露于所述第二介质层的所述初始钨互连线结构；S6：在所述粘结层的上表面沉积金属钨，以形成钨牺牲层；S7：采用化学机械平坦化工艺去除所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，直至露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层；S8：去除所述第二介质层的上表面的所述粘结层，直至露出所述第二介质层，以形成钨互连线结构。2.根据权利要求1所述的金属连线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中采用化学机械平坦化工艺去除所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，直至露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层的步骤包括：S71：进行第一步化学机械平坦化处理，且采用时间控制方式停止于第一位置，以去除部分所述钨牺牲层和部分所述粘结层，所述第一位置为露出所述初始钨互连线结构的位置；S72：进行第二步化学机械平坦化处理，且采用终点控制方式停止于第二位置，以去除剩余部分的所述钨牺牲层、部分所述粘结层和部分所述初始钨互连线结构，所述第二位置为露出位于所述第二介质层的上表面的所述粘结层的位置。3.根据权利要求2所述的金属连线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S71中，所述第一位置与位于所述第二介质层上的所述粘结层的上表面的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：程继，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：