專利名稱：互連結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更為具體的，本發(fā)明涉及一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展，其內(nèi)部的電路密度越來越大，所含元件數(shù)量不斷增加，使得晶片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的互連線(Interconnect)。為了配合元件縮小后所增加的互連線需求，利用通孔實(shí)現(xiàn)的兩層以上的多層金屬互連線的設(shè)計(jì)，成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所必須采用的方法。然而，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷減小，半導(dǎo)體器件中通孔的臨界尺寸(⑶， critical dimension)也相應(yīng)減小,在通孔中填充鶴金屬時(shí)易產(chǎn)生空洞,嚴(yán)重影響所制造互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性。另外，現(xiàn)有工藝在對(duì)通孔進(jìn)行鎢金屬材料填充之前，通常會(huì)先在通孔的底部和側(cè)壁上沉積粘附層，以提高介質(zhì)層與后續(xù)形成鎢金屬互連線之間的粘附性，以及作為介質(zhì)層與后續(xù)形成鎢金屬互連線之間的阻擋層，防止鎢金屬向介質(zhì)層擴(kuò)散。參考圖1，為現(xiàn)有工藝在通孔中填充鎢金屬材料，形成互連結(jié)構(gòu)的流程圖，包括步驟Sll，提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層以及位于介質(zhì)層內(nèi)的通孔；步驟S12，通過化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition,簡稱CVD)工藝在所述通孔底部和側(cè)壁沉積氮化鈦粘附層；步驟S13，在所述通孔內(nèi)沉積鎢金屬材料，形成金屬互連線。圖2為圖I互連結(jié)構(gòu)形成方法所形成互連結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，包括，襯底100 ;位于襯底100上的介質(zhì)層102 ;位于介質(zhì)層102中通孔底面和側(cè)壁上的粘附層104 ;位于通孔內(nèi)的鎢金屬互連線106。然而，在通過化學(xué)氣相工藝在通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層104的過程的同時(shí)，還會(huì)形成一些有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣，并殘留在通孔的底部和側(cè)壁上。在通過化學(xué)氣相沉積工藝對(duì)所述通孔進(jìn)行金屬材料填充時(shí)，有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣會(huì)影響氣相吸附以及成核等反應(yīng)步驟，導(dǎo)致通孔開口部的金屬材料提前封口，在所形成的鎢金屬互連線106內(nèi)產(chǎn)生空洞108。而鎢金屬互連線的形成質(zhì)量對(duì)電路的性能影響很大，會(huì)直接影響到電路的多個(gè)性能參數(shù)。如果鎢金屬互連線填充質(zhì)量不佳，將導(dǎo)致所形成互連結(jié)構(gòu)的接觸電阻(contactresistance)較大，電阻的均勻性較差，以及使得所形成的互連結(jié)構(gòu)電阻標(biāo)準(zhǔn)偏差(STDEV)較大，影響所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，以及包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。在公開號(hào)為CN101996924A的中國專利申請(qǐng)中可以發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于互連結(jié)構(gòu)的形成方法。因此，在互連結(jié)構(gòu)的形成過程中，如何避免或減小在金屬互連線中產(chǎn)生空洞就成了亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，防止所形成的互連結(jié)構(gòu)中包含空洞，導(dǎo)致互連結(jié)構(gòu)的接觸變大以及電阻均勻性較差，提高包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層、以及形成于介質(zhì)層中的通孔；通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層；進(jìn)行加熱處理；在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線?？蛇x的，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為低k材料或超低k材料。可選的，所述粘附層的材質(zhì)為氮化鈦?？蛇x的，以四二甲基胺鈦為原料沉積所述粘附層。可選的，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層時(shí)，所述化學(xué)氣相沉積的具體參數(shù)包括壓強(qiáng)在I IOmTorr范圍內(nèi)，溫度在350 450°C范圍內(nèi)。可選的，所述粘附層的厚度在115 135nm范圍內(nèi)。可選的，所述加熱處理的加熱氣體為惰性氣體或氮?dú)猓訜岬臏囟仍?50 450°C范圍內(nèi)，加熱的時(shí)間在10 90s范圍內(nèi)?？蛇x的，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線?？蛇x的，所述金屬互連線的材質(zhì)為鎢。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法在通孔中粘附層形成后，通過加熱的方法使沉積粘附層產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣揮發(fā)，避免有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣對(duì)后續(xù)通孔中金屬材料的沉積造成影響，使在金屬互連線中產(chǎn)生的空洞減小或消除，改善所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，提高包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。


圖I為現(xiàn)有互連結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖；圖2為圖I中互連結(jié)構(gòu)的形成方法所形成的互連結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖；圖4 圖7為本發(fā)明中互連結(jié)構(gòu)的形成方法所形成各階段互連結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖8為通過圖I和圖3中互連結(jié)構(gòu)的形成方法所形成兩組互連結(jié)構(gòu)中各金屬互連線電阻的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)互連結(jié)構(gòu)的形成方法在形成通孔中粘附層的過程中，同時(shí)形成有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣，其在后續(xù)通孔中填充金屬材料的過程中影響所形成金屬互連線的形態(tài)，導(dǎo)致金屬互連線中形成空洞，進(jìn)而使得互連結(jié)構(gòu)中金屬互連線的接觸電阻增大、電阻的均勻性較差，以及所形成的互連結(jié)構(gòu)電阻標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，影響所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，以及包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。為解決上述問題，發(fā)明人提供了一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層、以及形成于介質(zhì)層中的通孔；通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層；進(jìn)行加熱處理；在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線。本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法通過加熱的方法使沉積粘附層產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣揮發(fā)，避免有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣對(duì)后續(xù)通孔中金屬材料的沉積造成影響，使在金屬互連線中產(chǎn)生的空洞減小或消除，改善所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，提高包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。參考圖3，為本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖，包括步驟S21，提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層、以及形成于介質(zhì)層中的通孔；步驟S22，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層；
·
步驟S23，進(jìn)行加熱處理；步驟S24，在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線。參考圖4 圖7為本發(fā)明中互連結(jié)構(gòu)的形成方法所形成各階段互連結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。下面結(jié)合圖3 圖7并通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法的技術(shù)方案。結(jié)合參考圖3和圖4，執(zhí)行步驟S21，提供襯底200，所述襯底200上形成有介質(zhì)層202、以及形成于介質(zhì)層202中的通孔203。在具體實(shí)施例中，所述襯底200的材質(zhì)可以為單晶硅(Si)、單晶鍺(Ge)、或硅鍺(GeSi)、碳化硅(SiC);也可以是絕緣體上硅(SOI)，絕緣體上鍺(GOI);或者還可以為其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。在實(shí)際中，所述襯底200上還具有器件層(未圖示)。所述器件層內(nèi)形成有例如晶體管、二極管等半導(dǎo)體器件。所述介質(zhì)層202的材質(zhì)為可以為低k材料，如黑鉆石(black diamond)等；也可以為超低k材料，如SiOCH等。所述介質(zhì)層202的沉積工藝以及通孔203的形成工藝作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做贅述。接著，結(jié)合參考圖3和圖5，執(zhí)行步驟S22，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔203底部和側(cè)壁上沉積粘附層204。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述粘附層204的材質(zhì)可以為氮化鈦，可以以四二甲基胺鈦(Ti [N(CH3)J4,簡稱為TDMAT)為原料在通孔203底部和側(cè)壁上沉積所述粘附層204。所述粘附層204的厚度在115 135nm范圍內(nèi)。具體的，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔203底部和側(cè)壁上沉積粘附層204時(shí)，所述化學(xué)氣相沉積的具體參數(shù)包括壓強(qiáng)在I IOmTorr范圍內(nèi)，溫度在350 450°C范圍內(nèi)。然后，結(jié)合參考圖3，執(zhí)行步驟S23，對(duì)圖5中互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱處理。具體的，可以通過加熱的惰性氣體或氮?dú)?N2)對(duì)圖5中互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱處理。所述惰性氣體或氮?dú)獾臏囟仍?50 450°C范圍內(nèi)，加熱的時(shí)間在10 90s范圍內(nèi)。
通過步驟S23對(duì)圖5中互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱處理，能夠使步驟S22在通孔203底部和側(cè)壁沉積粘附層204的過程中產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物(如=HN(CH3)2)和水蒸氣揮發(fā)，防止有機(jī)副產(chǎn)物在通孔開口處堆積而導(dǎo)致通孔開口變小，并避免有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣對(duì)后續(xù)通孔中填充金屬材料工藝造成影響，使在后續(xù)形成的金屬互連線中產(chǎn)生的空洞減小或消除，改善所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。最后，結(jié)合參考圖3、圖6 圖7，執(zhí)行步驟S24，在所述通孔203中的粘附層204上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線206。在具體實(shí)施例中，首先，參考圖6，通過化學(xué)氣相沉積工藝在側(cè)壁和底部沉積有粘附層204的通孔203中沉積金屬材料205，所述金屬材料205填滿通孔并覆蓋通孔兩側(cè)的介質(zhì)層202 ;然后，再通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝平坦化所述金屬材料205，至暴露出介質(zhì)層202，形成圖7中金屬互連線206。所述金屬互連線206的材質(zhì)可以為鎢。所述金屬材料205的沉積工藝以及化學(xué)機(jī)械研磨工藝，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公 知技術(shù)，在此不做贅述。由于形成粘附層204過程產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣已在步驟S23通過加熱處理去除，提高了通孔203底部和側(cè)壁粘附層204表面的清潔度，使在金屬互連線206中產(chǎn)生的空洞減小或消除，使所形成的金屬互連線206的接觸電阻減小，改善了金屬互連線206電阻的均勻性，進(jìn)一步改善了所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。參考圖8，為分別通過圖I和圖3中互連結(jié)構(gòu)的形成方法所形成A、B兩組互連結(jié)構(gòu)中各金屬互連線電阻的對(duì)比圖。其中，縱坐標(biāo)為A、B兩組互連結(jié)構(gòu)中各金屬互連線的電阻。通過對(duì)圖8的分析可知，B組中的各金屬互連線的電阻平均值比A組中的各金屬互連線的電阻平均值降低約40歐姆(Ohm)，B組中金屬互連線的電阻標(biāo)準(zhǔn)偏差較A組中金屬互連線的電阻標(biāo)準(zhǔn)偏差下降約20%。由此，驗(yàn)證了本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法能夠有效降低所形成金屬互連線的接觸電阻，改善了金屬互連線的電阻均勻性，提高了所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。綜上，本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法在通孔中粘附層形成后，通過加熱的方法使沉積粘附層產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣揮發(fā)，避免有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣對(duì)后續(xù)通孔中金屬材料的沉積造成影響，使在金屬互連線中產(chǎn)生的空洞減小或消除，改善所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，提高包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的精神，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以該具體實(shí)施例的具體描述為限定范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行修改，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括 提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層、以及形成于介質(zhì)層中的通孔； 通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層； 進(jìn)行加熱處理； 在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線。
2.如權(quán)利要求I所述的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為低k材料或超低k材料。
3.如權(quán)利要求I所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述粘附層的材質(zhì)為氮化鈦。
4.如權(quán)利要求3所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，以四二甲基胺鈦為原料沉積所述粘附層。
5.如權(quán)利要求3或4所述互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層時(shí)，所述化學(xué)氣相沉積的具體參數(shù)包括壓強(qiáng)在I IOmTorr范圍內(nèi)，溫度在350 450°C范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求I所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述粘附層的厚度在115 135nm范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求I所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述加熱處理的加熱氣體為惰性氣體或氮?dú)?，加熱的溫度?50 450°C范圍內(nèi)，加熱的時(shí)間在10 90s范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求I所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線。
9.如權(quán)利要求I所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述金屬互連線的材質(zhì)為鎢。
全文摘要
一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層、以及形成于介質(zhì)層中的通孔；通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述通孔底部和側(cè)壁上沉積粘附層；進(jìn)行加熱處理；在所述通孔中的粘附層上沉積金屬材料，直至填滿所述通孔，形成金屬互連線。本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)的形成方法在通孔中粘附層形成后，通過加熱的方法使沉積粘附層產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣揮發(fā)，避免有機(jī)副產(chǎn)物和水蒸氣對(duì)后續(xù)通孔中金屬材料的沉積造成影響，使在金屬互連線中產(chǎn)生的空洞減小或消除，改善所形成互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，提高包含所形成互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的良率。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102751236SQ20121021726
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者孔秋東, 楊熙, 簡中祥 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司