本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的芯片集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十億個(gè)器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛得以使用。傳統(tǒng)的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電路密度不斷增加，要求的響應(yīng)時(shí)間不斷減小，傳統(tǒng)的鋁互連線已經(jīng)不能滿足要求。隨著工藝尺寸的不斷減小，銅互連技術(shù)已經(jīng)取代了鋁互連技術(shù)。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低可以降低互連線的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件穩(wěn)定性。

圖1～圖3為現(xiàn)有技術(shù)銅互連線形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成有第一介質(zhì)層101，所述第一介質(zhì)層101中形成有金屬插塞102。

參考圖2，在所述第一介質(zhì)層101上形成第二介質(zhì)層103；刻蝕所述第二介質(zhì)層103，在所述第二介質(zhì)層103中形成暴露出金屬插塞表面的開口104。

參考圖3，形成填充滿開口的銅金屬線105，所述銅金屬線105的底部與金屬插塞102電接觸。

現(xiàn)有技術(shù)形成的銅金屬線與底部的金屬插塞的接觸性能仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是在互連工藝中，怎樣提高銅金屬線與金屬插塞的接觸性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有金屬插塞；在所述基底上形成銅金屬層；在所述金屬插塞上的銅金屬層表面上形成硬掩膜層；以所述硬掩膜層為掩膜，采用無 鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝去除部分厚度的銅金屬層；繼續(xù)以所述硬掩膜層為掩膜，采用中性粒子束刻蝕工藝去除剩余的銅金屬層，在硬掩膜層底部形成與金屬插塞連接的銅金屬線。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝采用的氣體包括氧氣和乙酸氣體。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝的腔室溫度小于60℃，乙酸氣體的壓力為5.0E-4Pa～1.0E-02Pa，電壓為1KV～10KV，團(tuán)簇離子束劑量為1E16～1E17ions/cm²。

可選的，所述銅金屬層的厚度為500～1000埃。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕時(shí)去除的銅金屬層的厚度為300～800埃。

可選的，中性粒子束刻蝕工藝采用的氣體包括氧氣和乙醇?xì)怏w。

可選的，所述中性粒子束刻蝕時(shí)的溫度小于-30℃。

可選的，所述銅金屬線的寬度，從頂部向底部逐漸增大。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供基底，所述基底中形成有金屬插塞；

在所述基底上形成銅金屬層；

在所述金屬插塞上的銅金屬層表面上形成硬掩膜層；

以所述硬掩膜層為掩膜，采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝去除部分厚度的銅金屬層；

繼續(xù)以所述硬掩膜層為掩膜，采用含氫等離子刻蝕工藝去除剩余的銅金屬層，在硬掩膜層底部形成與金屬插塞連接的銅金屬線。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝采用的氣體包括氧氣和乙酸氣體。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝的腔室溫度小于60℃，乙酸氣體的壓力為5.0E-4Pa～1.0E-02Pa，電壓為1KV～10KV，團(tuán)簇離子束劑 量為1E16～1E17ions/cm²。

可選的，所述含氫等離子刻蝕工藝為脈沖式等離子刻蝕。

可選的，含氫等離子刻蝕工藝采用的氣體包括氫氣，氫氣的流量為50～200sccm，脈沖式等離子刻蝕時(shí)的占空比為20％-90％，脈沖頻率為0.1KHz～10KHz，腔室溫度為0～15℃，腔室壓力為10～200mTorr，射頻源和偏置源功率為100～500W。

可選的，所述銅金屬層的厚度為500～1000埃。

可選的，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕時(shí)去除的銅金屬層的厚度為300～800埃。

可選的，所述基底包括半導(dǎo)體襯底和位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層。

可選的，還包括在銅金屬線的側(cè)壁和相鄰銅金屬線之間的基底上形成粘附層；在粘附層上形成超低K介質(zhì)層。

可選的，所述銅金屬線的寬度，從頂部向底部逐漸增大。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在基底上形成銅金屬層后，先后采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝和中性粒子束刻蝕工藝刻蝕銅金屬層形成銅金屬線，由于整個(gè)刻蝕過程沒有鹵族元素，因而防止了鹵族元素的刻蝕損傷；另外由于氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝刻蝕時(shí)刻蝕過程較緩和，因而形成的銅金屬線的側(cè)壁形貌相對較好；此外先采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，然后采用中性粒子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕體都是中性或不帶電的，因而在刻蝕過程中，不會(huì)產(chǎn)生刻蝕離子殘留或刻蝕損傷(即在刻蝕過程中刻蝕離子不會(huì)進(jìn)入銅金屬線和金屬插塞中)；另外，銅金屬線通過刻蝕形成，因而形成的銅金屬線的底部寬度可以較寬，提高了銅金屬線與底部的金屬插塞的接觸面積。

進(jìn)一步，所述形成的所述銅金屬線的寬度，從頂部向底部逐漸增大，因而使得銅金屬線與底部金屬插塞的接觸面積增大，提高了器件的性能。

進(jìn)一步，所述銅金屬層的厚度為500～1000埃，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離 子束刻蝕時(shí)去除的銅金屬層的厚度為300～800埃，提高了刻蝕效率，減小了后續(xù)刻蝕工藝的難度。

本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在基底上形成銅金屬層后，先后采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝和含氫等離子刻蝕工藝刻蝕銅金屬層形成銅金屬線，由于整個(gè)刻蝕過程沒有鹵族元素，因而防止了鹵族元素的刻蝕損傷；另外由于氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝刻蝕時(shí)刻蝕過程較緩和，因而形成的銅金屬線的側(cè)壁形貌相對較好；此外先采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，然后采用含氫等離子刻蝕工藝刻蝕剩余的銅金屬層，能很好的控制底部的銅金屬線的形貌，并防止基底表面上產(chǎn)生銅的殘留。

附圖說明

圖1～圖3為現(xiàn)有技術(shù)銅互連線形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4～圖7為本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所言，銅金屬線與底部的金屬插塞的接觸性能仍有待提高。

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)形成銅金屬線通常采用電鍍工藝，即現(xiàn)在第二介質(zhì)層中形成開口，然后采用電鍍工藝在開口中填充銅形成銅金屬線。然而，隨著特征尺寸的不斷減小，在對第二介質(zhì)層進(jìn)行圖形化時(shí)，由于光刻工藝的限制形成的開口的位置容易產(chǎn)生偏移，由于刻蝕工藝的限制，形成的開口的底部寬度會(huì)小于頂部的寬度，當(dāng)在開口內(nèi)形成銅金屬線時(shí)，銅金屬線與底部的金屬插塞的接觸面積會(huì)減小，影響了形成的器件的電學(xué)性能。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雖然可以采用沉積和刻蝕工藝形成銅金屬線，但是采用鹵族元素(比如Cl₂)刻蝕銅時(shí)容易產(chǎn)生刻蝕損傷(比如等離子對金屬銅的損傷)，并且形成銅金屬線的表面形貌較差。

為此，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在基底上形成銅金屬層后，先后采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝和中性粒子束刻蝕工藝刻蝕銅金屬層形成銅金屬線，由于整個(gè)刻蝕過程沒有鹵族元素，因而防止了鹵族元素的刻蝕損傷；另外由于氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝刻蝕時(shí)刻蝕過程較緩 和，因而形成的銅金屬線的側(cè)壁形貌相對較好；此外先采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，然后采用中性粒子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕體都是中性或不帶電的，因而在刻蝕過程中，不會(huì)產(chǎn)生刻蝕離子殘留或刻蝕損傷(即在刻蝕過程中刻蝕離子不會(huì)進(jìn)入銅金屬線和金屬插塞中)；另外，銅金屬線通過刻蝕形成，因而形成的銅金屬線的底部寬度可以較寬，提高了銅金屬線與底部的金屬插塞的接觸面積。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，示意圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

圖4～圖7為本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖4，提供基底，所述基底中形成有金屬插塞202；在所述基底上形成銅金屬層203；在所述金屬插塞202上的銅金屬層203表面上形成硬掩膜層204。

所述基底包括半導(dǎo)體襯底200和位于半導(dǎo)體襯底200上的介質(zhì)層201。

所述半導(dǎo)體襯底200中形成有半導(dǎo)體器件，比如晶體管等，所述介質(zhì)層201中形成有金屬插塞202，所述金屬插塞202與相應(yīng)的半導(dǎo)體器件電連接，在一實(shí)施例中，所述金屬插塞202可以與晶體管的柵極、源極或漏極電連接。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述基底可以為具有金屬插塞的其他類型的結(jié)構(gòu)。

所述半導(dǎo)體襯底200的材料可以為硅(Si)、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。所述半導(dǎo)體襯底300還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求注入一定的摻雜離子以改變電學(xué)參數(shù)。在所述半導(dǎo)體襯底300內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用于隔離不同的晶體管，防止不同晶體管之間電學(xué)連接，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅其中的一種或幾種。

所述介質(zhì)層201的材料為氧化硅、氮氧化硅、氟硅玻璃或其他合適的材料，所述介質(zhì)層201可以為單層或多層(≥2層)堆疊結(jié)構(gòu)。

所述銅金屬層203后續(xù)用于形成與金屬插塞202電連接的銅金屬線，所述銅金屬層203的形成工藝為濺射，在一實(shí)施例中，所述銅金屬層203的厚度為500～1000埃。

在形成銅金屬層203后，在銅金屬層203表面上形成硬掩膜層204，所述硬掩膜層覆蓋金屬插塞202表面上的銅金屬層203。

參考圖5，以所述硬掩膜層204為掩膜，采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝去除部分厚度的銅金屬層203。

所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝采用的氣體包括氧氣和乙酸氣體。采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，硬掩膜層204兩側(cè)的銅金屬層203中表面的一層銅材料被氧團(tuán)簇離子氧化為氧化銅，同時(shí)氧化銅與乙酸氣體發(fā)生反應(yīng)形成反應(yīng)副產(chǎn)物，反應(yīng)副產(chǎn)物被氧氣體團(tuán)簇離子束發(fā)射的熱量分解，從而實(shí)現(xiàn)氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝刻蝕去除部分銅，氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，由于刻蝕過程比較緩和，形成的銅金屬線的側(cè)壁形貌較好，并且刻蝕用離子不會(huì)向銅里面擴(kuò)散，因而刻蝕過程對銅材料的損傷很小。

在一實(shí)施例中，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝的腔室溫度小于60℃，可以為-65℃、-70℃、-75℃、-80℃、-85℃，乙酸氣體的壓力為5.0E-4Pa～1.0E-02Pa，可以為4.0E-4Pa、3.0E-4Pa、1.0E-4Pa、5.0E-3Pa、8.0E-3Pa，電壓為1KV～10KV，可以為2KV、4KV、6KV、8KV、9KV,，團(tuán)簇離子束劑量為1E16～1E17ions/cm²，2E16ions/cm²、3E16ions/cm²、5E16ions/cm²、8E16ions/cm²、9E16ions/cm²，在該刻蝕工藝參數(shù)下，可以保持較快的刻蝕速率，并且形成的銅金屬線的側(cè)壁具有較高的表面形貌，形成的銅金屬線(從頂部向底部寬度逐漸減小)的側(cè)壁角度保持在60～80度之間。

在一實(shí)施例中，所述無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕時(shí)去除的銅金屬層的厚度為500～1000埃，提高了刻蝕效率，減小了后續(xù)刻蝕工藝的難度。

參考圖6，以所述硬掩膜層為掩膜，采用中性粒子束刻蝕工藝去除剩余的 銅金屬層，在硬掩膜層204底部形成與金屬插塞202連接的銅金屬線205。

所述中性粒子束刻蝕工藝采用的氣體包括氧氣和乙醇?xì)怏w。中性粒子束進(jìn)行刻蝕時(shí)，銅與氧在第一電子伏能量的作用下形成氧化銅，第一電子伏能量為12～50ev，可以為15ev、20ev，25ev，30ev，40ev，50ev，氧化銅與乙醇在第二電子伏能量的作用下形成乙醇氧基銅化合物，第二電子伏能量為1～10ev，可以為1ev、2ev，5ev，7ev，8ev，10ev。

中性粒子束刻蝕時(shí)需要較低的溫度，在一實(shí)施例中，所述中性粒子束刻蝕時(shí)的溫度小于-30℃，可以為-32℃、-34℃、-36℃、-38℃、-39℃、-40℃。

采用中性粒子束刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕體(氧和乙醇)都是中性或不帶電的，因而在刻蝕過程中，不會(huì)產(chǎn)生刻蝕離子殘留或刻蝕損傷(即在刻蝕過程中刻蝕離子不會(huì)進(jìn)入銅金屬線和金屬插塞中)。

本發(fā)明通過先后采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝和中性粒子束刻蝕工藝形成的銅金屬線205，銅金屬線205的寬度，從頂部向底部逐漸增大，由于銅金線205底部的寬度相對較寬，即使形成的銅金屬線205位置發(fā)生部分偏移，所述銅金屬線205與底部的金屬插塞202的接觸面積仍較大。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在采用無鹵素的氣體團(tuán)簇離子束刻蝕工藝刻蝕去除部分厚度的銅金屬層后，繼續(xù)以所述硬掩膜層204為掩膜，采用含氫等離子刻蝕工藝去除剩余的銅金屬層，在硬掩膜層204底部形成與金屬插塞202連接的銅金屬線205。

所述含氫等離子刻蝕工藝為脈沖式等離子刻蝕，脈沖式等離子刻蝕能很好的控制底部的銅金屬線的形貌，并防止基底表面上產(chǎn)生銅的殘留，在一具體的實(shí)施例中，含氫等離子刻蝕工藝采用的氣體包括氫氣，氫氣的流量為50～200sccm，可以為60sccm、80sccm、100sccm、150sccm、180sccm、190sccm，脈沖式等離子刻蝕時(shí)的占空比為20％-90％，可以為30％、40％、50％、60％、70％、80％，脈沖頻率為0.1KHz～10KHz，可以為0.5KHz、1KHz、3KHz、5KHz、8KHz、9KHz，腔室溫度為0～15℃，可以為3℃、7℃、8℃、10℃、12℃、14℃、，腔室壓力為10～200mTorr，可以為30mTorr、50mTorr、70mTorr、100mTorr、120mTorr、150mTorr、190mTorr，射頻源和偏置源功率為100～500W， 可以為，120W、150W、180W、200W、250W、300W、350W、450W，使得形成的銅金屬線具有較高的表面形貌的同時(shí)，形成的銅金屬線(從頂部向底部寬度逐漸減小)的側(cè)壁角度保持在60～80度之間，可以為65度、70度、75度、78度。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。