[發(fā)明專利]互連結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410184635.1
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN105097648B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海洋;任佳
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 高靜,駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于集成電路的集成度以及性能的要求變得越來越高。為了盡量滿足這些需求，現(xiàn)有技術(shù)中開始采用新的材料以及制造工藝來提升集成電路中的半導(dǎo)體器件的性能。

例如，在半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)中，銅開始逐漸取代傳統(tǒng)的鋁，成為互連結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電插塞或者互連線等導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的主要材料，其原因在于，銅的電阻系數(shù)相對于鋁而言更小，且銅的熔點(diǎn)也較高，抗電致遷移能力也比較強(qiáng)，相對于傳統(tǒng)的鋁材料的金屬插塞，能夠承載更高的電流密度，這些特性均有利于提高形成的半導(dǎo)體器件的性能以及封裝密度。

相應(yīng)的，現(xiàn)有技術(shù)也開始廣泛采用新的制造方式——大馬士革(Damascene)或者雙大馬士革(Dual Damascene)工藝來制作上述的銅材料的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。這種方式通常的做法是先在開有孔或者開口的層間介質(zhì)層中填充銅，然后通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的方式去除多余的銅，保留部分的銅便作為例如金屬插塞或者互連線等的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

但是，當(dāng)半導(dǎo)體器件自身的特征尺寸減小到一定程度時(shí)，金屬(例如上述的銅)內(nèi)部的晶粒大小對于金屬本身導(dǎo)電率的影響開始逐漸顯現(xiàn)。電子在金屬內(nèi)部傳輸時(shí)，每次遇到晶粒的邊界都會發(fā)生不同程度的電子散射(electrons scattering)，電子散射會在一定程度上降低金屬的導(dǎo)電率。

對于上述的銅材料的大馬士革或者雙大馬士革工藝來說，由于需要在較小尺寸的孔或者開口中填充銅，所以形成的銅內(nèi)部的晶粒大小一般都相對較小，這就會產(chǎn)生上述的晶粒較小影響金屬本身導(dǎo)電率的問題。

因此，如何形成具有較高的導(dǎo)電率的互連結(jié)構(gòu)，減小電子散射對互連結(jié)構(gòu)導(dǎo)電率的影響，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

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，以盡量減小電子散射對互連結(jié)構(gòu)導(dǎo)電率的影響，形成具有較高的導(dǎo)電率的互連結(jié)構(gòu)。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成具有第一尺寸晶粒的第一金屬層，

對具有第一尺寸晶粒的第一金屬層進(jìn)行處理，使所述第一尺寸晶粒轉(zhuǎn)換為第二尺寸晶粒，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

在形成具有第二尺寸晶粒的第一金屬層之后，采用等離子刻蝕機(jī)對所述第一金屬層進(jìn)行刻蝕，去除部分第一金屬層以形成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行處理的步驟包括：使所述第一金屬層中晶粒的第二尺寸不小于1微米。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行處理的步驟包括：

通過退火處理使所述第一金屬層中第一尺寸晶粒轉(zhuǎn)化為第二尺寸晶粒。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行刻蝕的步驟包括：采用等離子刻蝕機(jī)，且使等離子刻蝕機(jī)輸出脈沖式的偏置功率，以對所述第一金屬層進(jìn)行脈沖刻蝕。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行刻蝕的步驟包括：采用等離子刻蝕機(jī)，且使等離子刻蝕機(jī)輸出脈沖式的源功率與脈沖式的偏置功率，以對所述第一金屬層進(jìn)行脈沖刻蝕。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行刻蝕的步驟包括：采用氫氣或者氯氣作為等離子刻蝕的刻蝕氣體。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行刻蝕的步驟還包括：在等離子刻蝕的刻蝕氣體中加入氮?dú)狻鍤饣蛘吆獾囊环N或者多種。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行刻蝕的步驟包括：在等離子刻蝕所述第一金屬層的過程中，使刻蝕溫度不高于25攝氏度。

可選的，對第一金屬層進(jìn)行脈沖等離子刻蝕的步驟包括：

在所述第一金屬層上形成掩模；

在所述掩模上形成光刻膠；

去除部分光刻膠以露出部分掩模；

以光刻膠為刻蝕掩模，去除部分所述掩模，并露出部分第一金屬層；

以剩余的掩模作為刻蝕掩模，去除部分第一金屬層，以形成所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

可選的，形成掩模的步驟包括，采用低溫沉積的方式形成氧化物材料的掩模。

可選的，去除部分光刻膠以露出部分掩模的步驟包括：

圖形化所述光刻膠；

采用等離子刻蝕的方法對剩余光刻膠進(jìn)行修剪，以去除所述剩余光刻膠的一部分。

可選的，形成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的步驟之后，還包括：

在所述襯底表面上形成能夠露出所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層；

在所述層間介質(zhì)層以及第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成具有第二尺寸晶粒的第二金屬層，并與所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的露出部分相互接觸；