互連結構的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制作領域技術，特別涉及一種互連結構的形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術的不斷進步，半導體器件的特征尺寸不斷縮小，半導體器件的性能越來越強，集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達幾億乃至幾十億個器件的規(guī)模，兩層以上的多層互連技術被廣泛使用。
[0003]傳統(tǒng)的互連結構是由鋁金屬制備而成的，但是隨著半導體尺寸的不斷縮小，越來越小的互連結構中承載越來越高的電流，且互連結構的響應時間要求越來越短，傳統(tǒng)鋁互連結構已經(jīng)不能滿足要求；因此，銅金屬已經(jīng)取代鋁金屬作為互連結構的材料。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低且抗電遷移性更好，銅互連結構可以降低互連結構的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件的可靠性。因此，銅互連技術取代鋁互連技術成為發(fā)展趨勢。
[0004]然而，盡管采用銅金屬作為互連結構的材料能在一定程度上改善互連結構的性能，互連結構的性能仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種互連結構的形成方法，在減小金屬連線以及金屬凸塊的電阻率、提高互連結構的抗電遷移能力的同時，提高形成的介質(zhì)層的質(zhì)量，從而優(yōu)化互連結構的電學性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種互連結構的形成方法，包括:提供基底；形成覆蓋于所述基底表面的金屬層；刻蝕所述金屬層，形成位于基底表面的分立的金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱；形成覆蓋于所述基底表面、金屬連線表面以及金屬凸柱側壁表面的介質(zhì)層。
[0007]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的工藝步驟包括:刻蝕所述金屬層，形成覆蓋于基底表面的初始金屬連線、以及位于初始金屬連線表面的若干分立的初始金屬凸柱；刻蝕所述初始金屬連線，在所述基底表面形成分立的金屬連線，且金屬連線表面具有若干分立的金屬凸柱。
[0008]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的步驟包括:刻蝕所述金屬層，在所述基底表面形成分立的初始金屬連線；刻蝕所述初始金屬互連線，形成位于基底表面的金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱。
[0009]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的工藝步驟包括:在所述金屬層表面形成第一掩膜薄膜，所述第一掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬連線的對應位置和結構；在所述第一掩膜薄膜表面形成第二掩膜薄膜，所述第二掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬凸柱的對應位置和結構；以所述第二掩膜薄膜為掩膜，刻蝕去除部分厚度的未被第一掩膜薄膜覆蓋的金屬層，形成覆蓋于基底表面的初始金屬連線、以及位于初始金屬連線表面的若干分立的初始金屬凸柱；刻蝕去除未被第二掩膜薄膜覆蓋的第一掩膜薄膜，形成覆蓋于初始金屬凸柱部分表面的第一掩膜層以及位于第一掩膜層表面的第二掩膜層；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕所述初始金屬連線直至暴露出基底表面，同時刻蝕所述初始金屬凸柱，在所述基底表面形成分立的金屬連線，且所述金屬連線表面具有若干分立的金屬凸柱。
[0010]可選的，在同一個刻蝕腔室內(nèi)，進行所述刻蝕金屬層、第一掩膜薄膜以及初始金屬連線的刻蝕工藝。
[0011]可選的，所述金屬凸柱的厚度等于金屬層的厚度與初始金屬凸柱的厚度之差；所述金屬連線的厚度等于初始金屬凸柱的厚度。
[0012]可選的，所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜為圖形化同一初始掩膜層獲得的。
[0013]可選的，所述初始掩膜層為單層結構或疊層結構。
[0014]可選的，所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜的材料相同，且第二掩膜薄膜的厚度大于第一掩膜薄膜的厚度。
[0015]可選的，所述第一掩膜薄膜的材料為氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳氮氧化硅中的一種或多種；所述第二掩膜薄膜的材料為氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳氧化硅中的一種或多種。
[0016]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的工藝步驟包括:在刻蝕所述金屬層之前，在所述金屬層表面形成第二掩膜層，所述第二掩膜層覆蓋需要形成的金屬凸柱的對應位置和結構；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕去除部分厚度的金屬層，形成覆蓋于基底表面的初始金屬連線、以及位于初始金屬連線表面的若干分立的初始金屬凸柱；去除所述第二掩膜層；在所述初始金屬連線表面以及初始金屬凸柱表面形成第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋需要形成金屬連線的對應位置和結構；以所述第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述初始金屬連線直至暴露出基底表面，在所述基底表面形成分立的金屬連線，且金屬連線表面具有若干分立的金屬凸柱。
[0017]可選的，所述金屬凸柱的厚度等于初始金屬凸柱的厚度。
[0018]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的工藝步驟包括:在所述金屬層表面形成第一掩膜薄膜，所述第一掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬連線的對應位置和結構；在所述第一掩膜薄膜表面形成第二掩膜薄膜，所述第二掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬凸柱的對應位置和結構；以所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜為掩膜，刻蝕未被第一掩膜薄膜覆蓋的金屬層直至暴露出基底表面，在所述基底表面形成分立的初始金屬連線；刻蝕去除未被第二掩膜薄膜覆蓋的第一掩膜薄膜，形成覆蓋于初始金屬連線部分表面的第一掩膜層以及位于第一掩膜層表面的第二掩膜層；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕去除部分厚度的初始金屬連線，形成位于基底表面的分立的金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱。
[0019]可選的，在同一個刻蝕腔室內(nèi)，進行所述刻蝕金屬層、第一掩膜薄膜以及部分厚度的初始金屬連線的刻蝕工藝。
[0020]可選的，所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜為圖形化同一初始掩膜層獲得的。
[0021]可選的，所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜的材料相同，且第二掩膜薄膜的厚度大于第一掩膜薄膜的厚度。
[0022]可選的，形成所述金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱的工藝步驟包括:在所述金屬層表面形成第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋需要形成金屬連線的對應位置和結構；以所述第一掩膜層為掩膜，刻蝕金屬層直至暴露出基底表面，形成分立的初始金屬連線；去除所述第一掩膜層；在所述初始金屬連線表面形成第二掩膜層，所述第二掩膜層覆蓋需要形成金屬凸柱的對應位置和結構；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕去除部分厚度的初始金屬連線，形成位于基底表面的分立的金屬連線、以及位于金屬連線表面的若干分立的金屬凸柱。
[0023]可選的，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述金屬層，干法刻蝕工藝的刻蝕氣體包括H2。
[0024]可選的，所述介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。
[0025]可選的，所述金屬層的材料為Cu、Al或W。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明提供的互連結構的形成方法中，形成覆蓋于基底表面的金屬層，所述金屬層的尺寸與基底表面尺寸一致，因此形成的金屬層具有相對較大的尺寸，使得在形成金屬層的過程中晶粒尺寸生長受到的限制小，因此金屬層的晶粒尺寸相對較大，進而使得金屬層內(nèi)的晶粒界面散射小。刻蝕所述晶粒尺寸大、晶粒界面散射小的金屬層后，形成的金屬連線以及金屬凸柱以將具有較大的晶粒尺寸、較小的晶粒界面散射，使得金屬連線和金屬凸柱的電阻率小且抗電遷移能力大，優(yōu)化互連結構的電學性能。
[0028]同時，本發(fā)明在形成金屬連線和金屬凸柱之后，形成覆蓋于基底表面、金屬連線表面以及金屬凸柱側壁表面的介質(zhì)層，因此所述介質(zhì)層未經(jīng)歷為形成金屬連線和金屬凸柱而進行的刻蝕工藝，避免所述介質(zhì)層受到刻蝕損傷，使得所述介質(zhì)層保持有良好的性能，優(yōu)化互連結構的電學性能。
[0029]進一步，刻蝕金屬層，形成覆蓋于基底表面的初始金屬連線、以及位于初始金屬連線表面的若干分立的初始金屬凸柱；刻蝕所述初始金屬連線，在所述基底表面形成分立的金屬連線，且金屬連線表面具有若干分立的金屬凸柱。本發(fā)明避免基底暴露在刻蝕環(huán)境中，有效的降低了基底受到的刻蝕損傷。
[0030]進一步，在刻蝕金屬之前形成第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜，所述第一掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬連線的對應位置和結構，所述第二掩膜薄膜覆蓋需要形成金屬凸柱的對應位置和結構；在形成第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜之前，金屬層表面各區(qū)域高度一致，使得金屬層表面對第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜形貌造成的不良影響小，避免由于金屬層表面具有復雜圖形而導致第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜形貌出現(xiàn)偏差，使得后續(xù)形成的金屬連線和金屬凸柱的形貌和位置精確度高。