本發明涉(she)及半導體(ti)技(ji)術領域，尤其涉(she)及一種(zhong)金屬互連結構的制備(bei)方法。

背景技術：

金屬(shu)互(hu)連技術指的是在集(ji)成(cheng)(cheng)電路片(pian)上淀(dian)積金屬(shu)薄膜(mo)，并(bing)通過光刻技術形(xing)成(cheng)(cheng)布(bu)線，把互(hu)相隔離的元件按一定(ding)要求互(hu)連成(cheng)(cheng)所需電路的工藝(yi)。

對(dui)用于集成(cheng)電(dian)(dian)路互連(lian)的(de)(de)金屬材料(liao)的(de)(de)要求是：電(dian)(dian)阻率低，能與元件(jian)的(de)(de)電(dian)(dian)極形(xing)成(cheng)良好的(de)(de)低歐(ou)姆接(jie)觸；與二(er)氧化硅層的(de)(de)粘附性要好；便于淀積和光刻加工形(xing)成(cheng)布線(xian)等。

在金(jin)屬(shu)互(hu)連中(zhong)引入(ru)合金(jin)元素可以明顯提升電導(dao)率。其中(zhong)向(xiang)互(hu)連金(jin)屬(shu)中(zhong)進行(xing)金(jin)屬(shu)元素注(zhu)入(ru)往(wang)往(wang)需要更(geng)高(gao)溫度或更(geng)長時間的退火(huo)來實現，這會(hui)在銅中(zhong)產(chan)生(sheng)空隙，產(chan)生(sheng)空隙的原因是退火(huo)和冷卻過程(cheng)中(zhong)金(jin)屬(shu)層內部的壓力變化較大(da)。

技術實現要素：

針對(dui)上述問題，本發明提出了一(yi)種金屬互連結構的制備方法，其(qi)中，包括：

步驟s1，提供(gong)一復合結(jie)構(gou)，于所述(shu)復合結(jie)構(gou)的上表(biao)面制備一基(ji)(ji)底，并(bing)于所述(shu)基(ji)(ji)底的上表(biao)面形(xing)成(cheng)一凹槽或(huo)通(tong)孔；

步(bu)驟s2，制(zhi)備(bei)(bei)一阻擋層(ceng)覆蓋所述基(ji)底(di)的上表(biao)面以及所述凹槽的側(ce)壁和底(di)部，或制(zhi)備(bei)(bei)一阻擋層(ceng)覆蓋所述基(ji)底(di)的上表(biao)面以及所述通孔的側(ce)壁；

步驟(zou)s3，制(zhi)備一(yi)金(jin)屬種(zhong)子層覆蓋所述阻擋層暴露出的表面(mian)；

步驟s4，以所(suo)(suo)述金屬(shu)種(zhong)子層為生長基礎電鍍形成一(yi)第一(yi)金屬(shu)層覆蓋所(suo)(suo)述阻擋(dang)層的(de)表面；

步驟(zou)s5，于(yu)所述第一(yi)金屬層(ceng)的(de)上表面(mian)覆(fu)蓋一(yi)第二(er)金屬層(ceng)；

步驟s6，于所(suo)述第(di)二(er)金屬層(ceng)的上表(biao)面覆蓋一應力層(ceng)形成復合薄膜；

步(bu)驟s7，對(dui)所述復合(he)薄膜(mo)進行熱退火工藝；

步驟(zou)s8，依(yi)次去除所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)應力層(ceng)、所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)二(er)金(jin)屬層(ceng)、所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)一(yi)金(jin)屬層(ceng)的(de)上部以及形成(cheng)于(yu)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)基底的(de)上表(biao)面的(de)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)阻擋層(ceng)，使得剩(sheng)余的(de)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)第(di)一(yi)金(jin)屬層(ceng)與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)基底暴露出(chu)的(de)上表(biao)面齊平，以在所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)凹槽中形成(cheng)金(jin)屬互連結構(gou)。

上述(shu)(shu)的金(jin)屬(shu)互連結構的制備方(fang)法(fa)，其中，所述(shu)(shu)第一金(jin)屬(shu)層為銅(tong)金(jin)屬(shu)層。

上(shang)述的(de)金屬互連結構(gou)的(de)制備方法(fa)，其中，所述第(di)二金屬層為合金層。

上述的金屬互連結構的制備方法，其(qi)中，所述合(he)金層(ceng)為錳銅(tong)合(he)金層(ceng)，或(huo)鋁銅(tong)合(he)金層(ceng)，或(huo)銀(yin)銅(tong)合(he)金層(ceng)。

上述(shu)的金(jin)屬互連結(jie)構的制備方(fang)法，其中(zhong)，所述(shu)第二金(jin)屬層的厚度(du)大于(yu)或等于(yu)50a。

上述的金屬互連結(jie)構的制備方法，其中(zhong)，所述第二(er)金屬層為純金屬層。

上述(shu)的金屬互連結(jie)構的制備方法，其中(zhong)，所述(shu)應力層(ceng)為氮化鉈層(ceng)或氮化鈦(tai)層(ceng)。

上(shang)述(shu)的(de)金屬互連結(jie)構(gou)的(de)制(zhi)備方法(fa)，其中，所述(shu)應力層(ceng)為鉈和氮化鉈的(de)復合(he)(he)層(ceng)，或鈦和氮化鈦的(de)復合(he)(he)層(ceng)。

上述(shu)的(de)金屬互連結構的(de)制備(bei)方法，其中，所(suo)述(shu)熱退(tui)火(huo)工藝的(de)退(tui)火(huo)溫(wen)度(du)為100～250℃，退(tui)火(huo)時(shi)間為10～120min。

上述的(de)金屬互連結(jie)構的(de)制(zhi)備方法，其中，所述應力(li)層的(de)去除方式(shi)為濕法刻蝕(shi)或化學機械研(yan)磨(mo)。

有益效果：本發(fa)明形成的(de)(de)金屬(shu)互連(lian)結(jie)(jie)構中不會出現因應(ying)力變化產生的(de)(de)空隙，從(cong)而提高(gao)了金屬(shu)互連(lian)結(jie)(jie)構的(de)(de)性能(neng)。

附圖說明

圖1為(wei)本發明一實施例中(zhong)金屬互連(lian)結構的制(zhi)備方法的步驟流程圖；

圖(tu)2～6為本(ben)發明一實施(shi)例中金屬互連結構(gou)的制備方法的各步驟形成(cheng)的結構(gou)的結構(gou)示意圖(tu)。

具體實施方式

下面(mian)結(jie)合附圖和實施例對本發明進行進一步(bu)說明。

在(zai)一個(ge)較佳(jia)的實施例中，如圖1所(suo)示，提出了一種金屬互(hu)連結構(gou)(gou)的制備方(fang)法(fa)，其中，各步驟(zou)形成的結構(gou)(gou)可(ke)以(yi)如圖2～6所(suo)示，該制備方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)包(bao)括：

步(bu)驟(zou)s1，提(ti)供(gong)一復(fu)合結構(gou)(附圖(tu)中未顯示)，于(yu)復(fu)合結構(gou)的上(shang)表面制備(bei)一基(ji)底10，并于(yu)基(ji)底10的上(shang)表面形成(cheng)一凹槽tr或(huo)通孔(該實施例以凹槽tr為例)；

步驟s2，制備(bei)一阻(zu)擋層20覆蓋基底(di)10的(de)(de)上(shang)(shang)表面以(yi)及(ji)凹槽tr的(de)(de)側壁和底(di)部，或制備(bei)一阻(zu)擋層覆蓋基底(di)10的(de)(de)上(shang)(shang)表面以(yi)及(ji)通孔(kong)的(de)(de)側壁；

步驟s3，制備一金屬種子層(ceng)30覆蓋阻擋層(ceng)20暴露(lu)出的表面；

步驟(zou)s4，以金(jin)屬(shu)種子(zi)層(ceng)30為生長基礎電鍍(du)形(xing)成一第一金(jin)屬(shu)層(ceng)40覆蓋阻擋層(ceng)30的表(biao)面；

步(bu)驟s5，于(yu)第一金屬(shu)層40的上表(biao)面覆(fu)蓋一第二金屬(shu)層50；

步驟s6，于第二金屬層50的上(shang)表面覆蓋一應(ying)力層60形(xing)成(cheng)復合薄膜；

步驟s7，對復合(he)薄膜進(jin)行(xing)熱退火(huo)工藝(yi)；

步驟s8，依次去除應力層60、第(di)二金屬(shu)層50、第(di)一(yi)金屬(shu)層40的(de)(de)上部以及形(xing)成于基(ji)底10的(de)(de)上表面(mian)的(de)(de)阻擋層20，使得(de)剩余的(de)(de)第(di)一(yi)金屬(shu)層40與基(ji)底10暴露出的(de)(de)上表面(mian)齊平，以在凹槽tr中形(xing)成金屬(shu)互連(lian)結(jie)構。

上述技術方案中(zhong)(zhong)，由于采用了第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層50，讓第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層50中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)元(yuan)素向第(di)一金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層40內擴(kuo)散往(wang)往(wang)需要更高溫度(du)或(huo)更長時間的(de)(de)(de)退火來(lai)實現，這會在(zai)(zai)第(di)一金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層40中(zhong)(zhong)產生空(kong)隙(xi)；但是(shi)本發明在(zai)(zai)制備過(guo)程中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層50的(de)(de)(de)上表面覆蓋了應力層60，從而減少(shao)了金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)晶粒的(de)(de)(de)變化(hua)產生的(de)(de)(de)空(kong)隙(xi)；基底10可以(yi)(yi)(yi)是(shi)具有低介(jie)電常(chang)數(shu)的(de)(de)(de)介(jie)電層，可以(yi)(yi)(yi)由氮化(hua)物(wu)或(huo)者氧化(hua)物(wu)制備形(xing)成(cheng)；金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)種(zhong)子層30可以(yi)(yi)(yi)是(shi)通過(guo)物(wu)理氣相沉積制備的(de)(de)(de)，第(di)一金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)層40的(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)種(zhong)類應與金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)種(zhong)子層30一致，例如(ru)均為(wei)銅；復(fu)合結(jie)構(gou)可以(yi)(yi)(yi)是(shi)已經制備形(xing)成(cheng)器件(jian)層的(de)(de)(de)需要進一步形(xing)成(cheng)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)互連結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)，但這只是(shi)一種(zhong)優(you)選的(de)(de)(de)情況，不應視為(wei)是(shi)對(dui)本發明的(de)(de)(de)限制。

在(zai)一(yi)(yi)個較(jiao)佳的(de)實施例中，第一(yi)(yi)金屬層40可以(yi)為銅金屬層，但這(zhe)只是一(yi)(yi)種(zhong)優選的(de)情況，不(bu)應視為是對(dui)本發明的(de)限制。

在一個較(jiao)佳的(de)實施例中(zhong)，第二金(jin)屬層(ceng)50為合(he)金(jin)層(ceng)。

上述實施(shi)例(li)中，優選地，合(he)金層為錳銅(tong)合(he)金層，或鋁銅(tong)合(he)金層，或銀銅(tong)合(he)金層，或者是其他合(he)金。

在一(yi)個較佳的(de)(de)實施例(li)中(zhong)，第二金屬層(ceng)50的(de)(de)厚度(du)大于或等于50a，從而保證(zheng)有足夠的(de)(de)金屬元素(su)擴散至第一(yi)金屬層(ceng)40中(zhong)。

在一個較佳的實(shi)施例中，第二金屬層50為(wei)(wei)純金屬層，例如為(wei)(wei)錳(meng)金屬層等(deng)。

在(zai)一(yi)個較佳的實施(shi)例中(zhong)，應力層60為氮(dan)化鉈(she)層或氮(dan)化鈦層。

在一(yi)個較佳的(de)實施(shi)例(li)中，應(ying)(ying)力層60為鉈和氮化鉈的(de)復合層，或(huo)鈦和氮化鈦的(de)復合層，但這只是優選(xuan)的(de)情(qing)況，不應(ying)(ying)視(shi)為是對本發明(ming)的(de)限制。

在一個較(jiao)佳的(de)(de)實(shi)施例中(zhong)，熱退火工(gong)藝的(de)(de)退火溫度(du)為(wei)(wei)100～250℃，退火時間(jian)(jian)為(wei)(wei)10～120min，從而保證金(jin)屬(shu)擴散的(de)(de)足夠溫度(du)和作用時間(jian)(jian)，但這只是優選的(de)(de)情況(kuang)，不應視為(wei)(wei)是對本(ben)發(fa)明的(de)(de)限制。

在一個較佳的(de)實施例中，應力層60的(de)去除方式為濕法刻蝕(shi)或化學機械(xie)研磨，但(dan)這只是優(you)選(xuan)的(de)情況，不應視為是對本發(fa)明的(de)限制。

上述技(ji)術方(fang)案中，去除第二金屬層(ceng)50、第一(yi)金屬層(ceng)40的(de)(de)(de)上部(bu)以(yi)及形(xing)成于基底(di)10的(de)(de)(de)上表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)阻擋層(ceng)20，使得剩余的(de)(de)(de)第一(yi)金屬層(ceng)40與(yu)基底(di)10暴露(lu)出(chu)的(de)(de)(de)上表(biao)面(mian)齊平，可以(yi)是通過化學機(ji)械(xie)研磨的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)實現的(de)(de)(de)。

通過說明(ming)和附圖，給(gei)出了(le)具體實施(shi)方式的(de)(de)特定結構(gou)的(de)(de)典型實施(shi)例，基于(yu)本發明(ming)精神，還可(ke)作其他的(de)(de)轉換。盡管上述發明(ming)提出了(le)現(xian)有的(de)(de)較佳實施(shi)例，然而，這些內(nei)容并不作為局(ju)限。

對于本(ben)領域的(de)技術人員而(er)言，閱讀上(shang)述說明后，各種變化和修正無疑將顯而(er)易見。因此，所附的(de)權(quan)利(li)要求(qiu)書(shu)(shu)應看(kan)作(zuo)是涵(han)蓋本(ben)發(fa)明的(de)真實意圖(tu)和范圍(wei)的(de)全部變化和修正。在權(quan)利(li)要求(qiu)書(shu)(shu)范圍(wei)內(nei)任何和所有等價的(de)范圍(wei)與內(nei)容，都應認為仍屬本(ben)發(fa)明的(de)意圖(tu)和范圍(wei)內(nei)。

技術特征：

技術總結
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種金屬互連結構的制備方法，其中，包括：制備一基底，并于基底的上表面形成一凹槽或通孔；制備一阻擋層覆蓋基底的上表面以及凹槽的側壁和底部，或制備一阻擋層覆蓋基底的上表面以及通孔的側壁；制備一金屬種子層覆蓋阻擋層暴露出的表面；以金屬種子層為生長基礎電鍍形成一第一金屬層覆蓋阻擋層的表面；于第一金屬層的上表面覆蓋一第二金屬層；于第二金屬層的上表面覆蓋一應力層形成復合薄膜；對復合薄膜進行熱退火工藝；去除阻擋層，在凹槽中形成金屬互連結構；上述技術方案的有益效果是：形成的金屬互連結構中不會出現因應力變化產生的空隙，從而提高了金屬互連結構的性能。

技術研發人員：鮑宇
受保護的技術使用者：上海華力微電子有限公司
技術研發日：2017.05.11
技術公布日：2017.09.12