專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬互連結(jié)構(gòu)及金屬層間通孔和互連金屬線的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種金屬互連結(jié)構(gòu)及金屬層間通孔和互連金屬線的形成方法。
背景技術(shù)：
實(shí)踐中，業(yè)內(nèi)通常采用鑲嵌工藝形成金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括在接觸塞上生成互連金屬線，互連金屬線上生成通孔，再在通孔上生成更上一層的互連金屬線。 重復(fù)多次以實(shí)現(xiàn)多金屬層互連。其中，第一層互連金屬線采用單鑲嵌工藝實(shí)現(xiàn)，其步驟包括首先，如圖1所示，在第一介質(zhì)層20和第一金屬層10上形成第一阻擋層30和第二介質(zhì)層40 (實(shí)踐中，所述第一介質(zhì)層20和所述第一金屬層10之間也需夾有阻擋層12，為表述簡(jiǎn)便，本文件中，對(duì)所述阻擋層12不作表述，但在附圖中予以標(biāo)示)，所述第一金屬層10嵌于所述第一介質(zhì)層20中； 隨后，如圖2所示，圖形化所述第二介質(zhì)層40和所述第一阻擋層30，以形成接觸孔50 ；再后，如圖3所示，形成第二阻擋層32，以覆蓋所述第二介質(zhì)層40以及所述接觸孔50的底壁和側(cè)壁；最后，在所述第二阻擋層32上形成第二金屬層，以填充所述接觸孔50。當(dāng)前，所述第二金屬層通常采用銅。在所述第二阻擋層32上形成銅層的步驟包括首先，如圖4所示，在所述第二阻擋層32上形成第一銅層42，以提供種晶層；然后，如圖 5所示，在所述第一銅層42上電鍍第二銅層44 ；最后，如圖6所示，平坦化(如采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝)所述第二銅層44、所述第一銅層42和所述第二阻擋層32，以暴露所述第二介質(zhì)層40。從第二互連金屬線開(kāi)始，業(yè)內(nèi)通常采用雙鑲嵌工藝一次完成互連金屬線及其下與之相連的通孔。該通孔又與下一層互連金屬線相連。雙鑲嵌工藝與單鑲嵌工藝的區(qū)別在于采用兩層抗蝕劑層，兩次曝光，兩次刻蝕，同時(shí)在兩層介電層中一次形成用以形成所述互連金屬線的溝槽、和通孔。隨后的金屬化步驟與前述的單鑲嵌工藝相似。當(dāng)前，隨著器件尺寸的逐漸減小，所述接觸孔50和所述溝槽的深寬比逐漸增加， 填充所述接觸孔50和所述溝槽以獲得滿足工藝要求的金屬互連結(jié)構(gòu)的難度越來(lái)越大，最常見(jiàn)的問(wèn)題是，在以銅填充所述接觸孔50和所述溝槽以獲得通孔或互連金屬線時(shí)，在所述通孔或所述互連金屬線中形成有孔洞，所述孔洞易引發(fā)器件失效。通常，以單鑲嵌工藝形成互連金屬線為例，在所述互連金屬線中形成孔洞的原因之一被認(rèn)為是所述第二阻擋層32和所述第一銅層42 (即種晶層)多采用濺射工藝形成， 形成的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42均覆蓋所述溝槽的側(cè)壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質(zhì)層40，S卩，所述第二阻擋層32和所述第一銅層42覆蓋位于所述溝槽開(kāi)口處的尖角52，并且，覆蓋所述尖角52的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42的厚度高于覆蓋所述側(cè)壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質(zhì)層40的所述第二阻擋層32和所述第一銅層42的厚度。由于所述溝槽的開(kāi)口尺寸越來(lái)越小，在所述開(kāi)口處易先完成金屬層的填充， 而形成鎖頸效應(yīng)，進(jìn)而，阻止所述金屬層繼續(xù)填充所述溝槽，而在所述溝槽中形成孔洞。
此外，隨著所述溝槽的深寬比逐漸增加，所述第二阻擋層32和所述第一銅層42也越來(lái)越難以附著于所述溝槽的側(cè)壁，從而，無(wú)法形成電鍍所需要的連續(xù)的種晶層，換言之， 所述第二阻擋層32和所述第一銅層42越來(lái)越難以覆蓋所述溝槽的側(cè)壁、底壁以及嵌有所述溝槽的第二介質(zhì)層40，致使銅的電鍍無(wú)法在所述溝槽的下部進(jìn)行，造成孔洞，甚至斷線。上述困難也發(fā)生在采用雙鑲嵌工藝生成金屬線和通孔的過(guò)程中。為減少所述孔洞的產(chǎn)生，本領(lǐng)域技術(shù)人員已進(jìn)行多項(xiàng)嘗試，基本思路是減小所述接觸孔的深寬比，方法之一為減小所述第二阻擋層32的厚度，但所述第二阻擋層32(如， TaN/Ta)的厚度不可能無(wú)限減小，所述第二阻擋層32在其厚度小到一定程度以后將失去效用(如，對(duì)于22納米工藝，所述第二阻擋層32的厚度通常不能小于6納米)。由此，需要新的金屬互連方法，以減少所述孔洞(嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致斷線)的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬層間通孔及互連金屬線的形成方法， 可顯著減少孔洞的產(chǎn)生。本發(fā)明提供了一種金屬互連結(jié)構(gòu)，其內(nèi)可基本不產(chǎn)生孔洞。本發(fā)明提供的一種金屬層間通孔的形成方法，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層覆蓋部分所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層；在所述側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層。本發(fā)明提供的一種互連金屬線的形成方法，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成導(dǎo)電阻擋層和種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層至少覆蓋所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述導(dǎo)電阻擋層和所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層；只在所述側(cè)壁上形成阻擋層；或者，在所述側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層。本發(fā)明提供的一種金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)接于器件的金屬柵極和接觸區(qū)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層接于所述接觸區(qū)，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)在形成第二金屬層之前，預(yù)先在所述第一介質(zhì)層和所述第一金屬層上形成種晶層，以使所述掩膜圖形形成于所述種晶層之上，在利用所述掩膜圖形形成所述第二金屬層時(shí)，可在所述掩膜圖形對(duì)應(yīng)的接觸孔中只由底部向上形成所述第二金屬層；相比于現(xiàn)有技術(shù)，所述種晶層不再覆蓋所述接觸孔的尖角，利于減小在所述尖角處形成鎖頸效應(yīng)的可能，利于在所述接觸孔中形成所述第二金屬層時(shí)減小孔洞產(chǎn)生的可能；此外，由于所述種晶層形成于所述第一介質(zhì)層和所述第一金屬層上，換言之，所述種晶層形成于所述第一介質(zhì)層和所述第一金屬層提供的面上，相比于現(xiàn)有技術(shù)，所述種晶層不再受形成方向的制約，繼而在所述接觸孔的側(cè)壁上將不再形成間斷的所述種晶層，也利于在所述接觸孔中形成所述第二金屬層時(shí)減小孔洞產(chǎn)生的可能；采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在形成所述第二金屬層后，再在所述第二金屬層的側(cè)壁上形成阻擋層，相比于現(xiàn)有技術(shù)中，先形成阻擋層再在其上形成所述第二金屬層的方案，所述阻擋層無(wú)需再只選取除要起到阻擋作用還要利于在其上沉積所述第二金屬層的材料，利于根據(jù)工藝或設(shè)計(jì)的要求擴(kuò)充所述阻擋層材料的選取范圍；具體地，現(xiàn)有技術(shù)中，所述阻擋層通常只選取導(dǎo)電阻擋層，而在本發(fā)明提供的方案中，所述阻擋層還可選取絕緣阻擋層；進(jìn)而，在所述阻擋層選取絕緣阻擋層時(shí)，可采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝形成所述阻擋層，利于在各所述第二金屬層圖形之間間距較小時(shí)，仍能獲得滿足工藝或設(shè)計(jì)需要的所述阻擋層。


圖1至圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)中形成金屬互連結(jié)構(gòu)的各步驟中獲得的中間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為本發(fā)明金屬層間通孔的形成方法實(shí)施例中形成種晶層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8至圖13所示為本發(fā)明金屬層間通孔的形成方法實(shí)施例中獲得的各中間結(jié)構(gòu)的示意圖；圖14所示為本發(fā)明互連金屬線的形成方法實(shí)施例中形成種晶層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15至圖22所示為本發(fā)明互連金屬線的形成方法實(shí)施例中獲得的各中間結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的技術(shù)方案。雖然下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行了描述，但是，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同實(shí)施例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論的各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。本發(fā)明提供了各種特定工藝和/或材料的例子，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到的其他工藝和/或其他材料的替代應(yīng)用，顯然未脫離本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。需強(qiáng)調(diào)的是，本文件內(nèi)所述的各種區(qū)域的邊界包含由于工藝或制程的需要所作的必要的延展。本發(fā)明提供了一種金屬層間通孔的形成方法，包括首先，如圖7所示，在第一介質(zhì)層100和第一金屬層120上形成種晶層140，所述第
7一金屬層120嵌于所述第一介質(zhì)層100中。其中，所述第一金屬層120可為金屬柵極、接觸塞、通孔和/或互連金屬線(本文件內(nèi)，所述接觸塞意指，在第一次形成接于器件的平坦的層間介質(zhì)層后，所述平坦的層間介質(zhì)層中直接接于器件接觸區(qū)的接觸孔內(nèi)的金屬填充物；所述通孔意指，各層間介質(zhì)層中未直接接于器件接觸區(qū)的已填充的貫穿孔)。所述金屬柵極可包括層疊的功函數(shù)金屬層(如 TiN、TiAlN、TaN、TaAlN或TaC中的一種或其組合)和金屬層(如Ti、Co、Ni、Al或W中的一種或其組合)；所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層(如TiN和/或Ti)接于接觸區(qū)，所述接觸塞可由鎢層構(gòu)成，在其他實(shí)施例中，所述接觸塞也可由鎢層和形成于所述鎢層上的銅層構(gòu)成；所述通孔和所述互連金屬線均可由銅層構(gòu)成。所述第一介質(zhì)層100和所述第一金屬層120之間夾有阻擋層102 (如TaN和/或Ta)?？梢圆捎梦锢須庀嗟矸e工藝(PVD)形成所述種晶層140，如濺射工藝或蒸發(fā)工藝。 所述種晶層140用以提供后續(xù)生長(zhǎng)第二金屬層時(shí)所需的籽晶。在本實(shí)施例中，所述種晶層 140可由銅層構(gòu)成。所述種晶層140形成于所述第一介質(zhì)層100和所述第一金屬層120提供的面上，所述種晶層不再受形成方向的制約，繼而在所述接觸孔(或貫穿孔，后續(xù)描述中適用所述接觸孔的方案均可類(lèi)推于所述貫穿孔，不再贅述)的側(cè)壁上將不再形成間斷的所述種晶層，利于在所述接觸孔中形成所述第二金屬層時(shí)減小孔洞產(chǎn)生的可能。在其他實(shí)施例中，所述種晶層140也可由銣(Ru)、鈷(Co)、鋁(Al)或Cu合金中的一種或其組合構(gòu)成。隨后，如圖8所示，在所述種晶層140上形成掩膜圖形160，所述掩膜圖形160暴露部分所述種晶層140，暴露的所述種晶層140覆蓋部分所述第一金屬層120。所述掩膜可為抗蝕劑層，如光刻膠；也可為硬掩膜，如氧化硅層或?qū)盈B的氧化硅層和氮化硅層。所述掩膜為抗蝕劑層時(shí)，可采用曝光、顯影等工藝形成所述掩膜圖形。所述掩膜為硬掩膜時(shí)，形成所述掩膜圖形160的步驟包括先在所述種晶層140上形成硬掩膜層和圖形化的抗蝕劑層；再以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，在所述硬掩膜層中形成掩膜圖形； 最后去除所述圖形化的抗蝕劑層。再后，如圖9所示，在暴露的所述種晶層140上生長(zhǎng)第二金屬層142。本實(shí)施例中， 所述第二金屬層142由銅層構(gòu)成?？梢圆捎秒婂児に嚿L(zhǎng)所述第二金屬層142。隨后，平坦化所述第二金屬層142，以暴露所述掩膜圖形160?？梢圆捎没瘜W(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝執(zhí)行所述平坦化操作。然后，如圖10所示，去除所述掩膜圖形160和承載所述掩膜圖形160的所述種晶層140，以暴露所述第二金屬層142的側(cè)壁、部分所述第一金屬層120和所述第一介質(zhì)層 100。所述掩膜為抗蝕劑層時(shí)，可采用灰化工藝去除所述掩膜圖形160 ；所述掩膜為硬掩膜時(shí)，可采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述掩膜圖形160?？刹捎肦IE工藝去除所述種晶層 140。至此，在所述第一金屬層120上已形成所述第二金屬層142，在所述第二金屬層 142上形成第二介質(zhì)層，平坦化所述第二介質(zhì)層以暴露所述第二金屬層142后，在所述第二金屬層142和所述第二介質(zhì)層上再形成種晶層140，繼續(xù)后續(xù)操作，即可形成金屬互連。其中，在形成所述第二介質(zhì)層之前，需預(yù)先在所述第二金屬層142的側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層，利于減少所述第一金屬層120和所述第二金屬層142材料向介質(zhì)層中擴(kuò)散。
此外，在所述絕緣阻擋層106 材料可為 Si02、SiON, SiO、SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH 中的一種或其組合。具體地，形成所述絕緣阻擋層106的步驟可以包括首先，如圖11所示，以所述絕緣阻擋層106覆蓋所述第二金屬層142的頂壁和側(cè)壁、部分所述第一金屬層以及所述第一介質(zhì)層100 ；隨后，如圖12所示，在所述絕緣阻擋層106上形成第二介質(zhì)層180 ； 再后，如圖13所示，平坦化所述第二介質(zhì)層180，以暴露所述第二金屬層142的頂壁；可以 CMP工藝執(zhí)行所述平坦化操作。在所述阻擋層選取絕緣阻擋層時(shí)，可采用CVD工藝形成所述阻擋層，利于在各所述第二金屬層圖形之間間距較小時(shí)，仍能獲得滿足工藝或設(shè)計(jì)需要的所述阻擋層。所述絕緣阻擋層、所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均可采用CVD、PVD、脈沖激光沉積(PLD)、原子層淀積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層淀積(PEALD)或其他適合的工藝形成。本發(fā)明提供了一種互連金屬線的形成方法，包括首先，如圖14所示，在第一介質(zhì)層100和第一金屬層120上形成導(dǎo)電阻擋層110 和種晶層140，所述第一金屬層120嵌于所述第一介質(zhì)層100中。其中，所述第一金屬層120可為接觸塞和/或通孔。所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層(如 TiN和/或Ti)接于接觸區(qū)，所述接觸塞可由鎢層構(gòu)成，在其他實(shí)施例中，所述接觸塞也可由鎢層和形成于所述鎢層上的銅層構(gòu)成；所述通孔可由銅層構(gòu)成。所述第一介質(zhì)層100和所述第一金屬層120之間夾有阻擋層102(如導(dǎo)電阻擋層或絕緣阻擋層)。所述導(dǎo)電阻擋層 110可為T(mén)aN和/或Ta。所述導(dǎo)電阻擋層110可采用PVD工藝形成?？梢圆捎肞VD工藝形成所述種晶層140，如濺射工藝或蒸發(fā)工藝。所述種晶層140 用以提供后續(xù)生長(zhǎng)第二金屬層時(shí)所需的籽晶。在本實(shí)施例中，所述種晶層140可由銅層構(gòu)成。所述種晶層140形成于所述第一介質(zhì)層100和所述第一金屬層120提供的面上，所述種晶層140可與暴露的所述第一金屬層120的接觸面積達(dá)到最大，利于增強(qiáng)接觸效果，利于減小接觸電阻。在其他實(shí)施例中，所述種晶層140也可由銣(Ru)、鈷(Co)、鋁(Al)或Cu合金中的一種或其組合構(gòu)成。隨后，如圖15所示，在所述種晶層140上形成掩膜圖形160，所述掩膜圖形160暴露部分所述種晶層140，暴露的所述種晶層140至少覆蓋所述第一金屬層120。所述掩膜可為抗蝕劑層，如光刻膠；也可為硬掩膜，如氧化硅層或?qū)盈B的氧化硅層和氮化硅層。所述掩膜為抗蝕劑層時(shí)，可采用曝光、顯影等工藝形成所述掩膜圖形。所述掩膜為硬掩膜時(shí)，形成所述掩膜圖形160的步驟包括先在所述種晶層140上形成硬掩膜層和圖形化的抗蝕劑層；再以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，在所述硬掩膜層中形成掩膜圖形； 最后去除所述圖形化的抗蝕劑層。再后，如圖16所示，在暴露的所述種晶層140上生長(zhǎng)第二金屬層142。本實(shí)施例中，所述第二金屬層142由銅層構(gòu)成?？梢圆捎秒婂児に嚿L(zhǎng)所述第二金屬層142。隨后， 平坦化所述第二金屬層142，以暴露所述掩膜圖形160?？梢圆捎没瘜W(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝執(zhí)行所述平坦化操作。然后，如圖17所示，去除所述掩膜圖形160和承載所述掩膜圖形160的所述導(dǎo)電阻擋層110和所述種晶層140，以暴露所述第二金屬層142的側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層100。 所述掩膜為抗蝕劑層時(shí)，可采用灰化工藝去除所述掩膜圖形160 ；所述掩膜為硬掩膜時(shí)，可采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述掩膜圖形160?？刹捎肦IE工藝去除所述種晶層140和所述導(dǎo)電阻擋層110。至此，在所述第一金屬層120和所述第一介質(zhì)層100上已形成所述第二金屬層 142，在所述第二金屬層142上形成第二介質(zhì)層，平坦化所述第二介質(zhì)層以暴露所述第二金屬層142后，在所述第二金屬層142和所述第二介質(zhì)層上再形成種晶層140，繼續(xù)后續(xù)操作， 即可形成金屬互連。其中，在形成所述第二介質(zhì)層之前，需預(yù)先在所述第二金屬層142的側(cè)壁上形成阻擋層，利于減少所述第二金屬層142材料向介質(zhì)層中擴(kuò)散。形成阻擋層104的步驟包括 首先，如圖18所示，在所述第二金屬層142的頂壁和側(cè)壁以及所述第一介質(zhì)層100上沉積所述阻擋層104 ；隨后，如圖19所示，去除覆蓋所述第二金屬層142的頂壁以及所述第一介質(zhì)層100的所述阻擋層104 ；可以RIE工藝執(zhí)行所述去除操作。此時(shí)，由于所述阻擋層104形成于所述第二金屬層142之后，相比于現(xiàn)有技術(shù)中先形成所述阻擋層104再在其上形成所述第二金屬層142的方案，所述阻擋層104無(wú)需再只選取除要起到阻擋作用還要利于在其上沉積所述第二金屬層142的材料，利于根據(jù)工藝或設(shè)計(jì)的要求擴(kuò)充所述阻擋層104材料的選取范圍。本實(shí)施例中，所述阻擋層104材料可為 Ta、TaN 中的一種或其組合，或者，為 Si02、SiON, SiO、SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH 中的一種或其組合。此外，在所述阻擋層104 材料為 Si02、Si0N、Si0、SiC0、SiC0N、Si0F、SiCOH 中的一種或其組合時(shí)，形成所述阻擋層104的步驟可以包括首先，如圖20所示，形成絕緣阻擋層 106，所述絕緣阻擋層106覆蓋所述第二金屬層142的頂壁和側(cè)壁以及所述第一介質(zhì)層100 ； 隨后，如圖21所示，在所述絕緣阻擋層106上形成第二介質(zhì)層180 ；再后，如圖22所示，平坦化所述第二介質(zhì)層180，以暴露所述第二金屬層142的頂壁；可以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝執(zhí)行所述平坦化操作。此時(shí)，在所述側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層。所述導(dǎo)電阻擋層、所述絕緣阻擋層、所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均可采用 CVD、PVD、脈沖激光沉積(PLD)、原子層淀積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層淀積(PEALD)或其他適合的工藝形成。本發(fā)明還提供了一種金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)接于器件的金屬柵極和接觸區(qū)，其中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層接于所述接觸區(qū)，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。所述金屬柵極可包括層疊的功函數(shù)金屬層(如TiN、TiAlN, TaN, TaAlN或TaC中的一種或其組合)和金屬層(如Ti、Co、Ni、Al或W中的一種或其組合)；所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層接于接觸區(qū)(所述接觸區(qū)可由金屬硅化物構(gòu)成)，所述接觸塞可由鎢層構(gòu)成，在其他實(shí)施例中，所述接觸塞也可由鎢層和形成于所述鎢層上的銅層構(gòu)成。所述擴(kuò)散阻擋層材料為T(mén)i、TiN中的一種或其組合。所述通孔和所述互連金屬線的側(cè)壁以及所述互連金屬線頂壁上接于所述通孔以外的部分均可形成有絕緣阻擋層。所述絕緣阻擋層材料可為Si02、Si0N、SiO、SiCO、SiCON、 SiOF、SiCOH中的一種或其組合。所述互連金屬線的底壁上形成有導(dǎo)電阻擋層。所述導(dǎo)電阻擋層材料可為T(mén)a、TaN中的一種或其組合。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書(shū)中描述的特定實(shí)施例的工藝、結(jié)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，
10對(duì)于目前已存在或者以后即將開(kāi)發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，它們?cè)趫?zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果時(shí)，依照本發(fā)明 的教導(dǎo)，可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用，而不脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬層間通孔的形成方法，其特征在于，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中； 在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層覆蓋部分所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層；在所述側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述掩膜圖形的步驟包括 在所述種晶層上形成硬掩膜層和圖形化的抗蝕劑層；以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，在所述硬掩膜層中形成掩膜圖形； 去除所述圖形化的抗蝕劑層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成絕緣阻擋層的步驟包括以絕緣阻擋層覆蓋所述第二金屬層的頂壁、側(cè)壁、部分所述第一金屬層以及所述第一介質(zhì)層；在所述絕緣阻擋層上形成第二介質(zhì)層；平坦化所述第二介質(zhì)層，以暴露所述第二金屬層的頂壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述絕緣阻擋層材料為Si02、SiON,SiO、 SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH 中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一金屬層材料為Cu、W或金屬柵極中的一種；所述種晶層材料和所述第二金屬層材料均為Cu。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以物理氣相沉積工藝形成所述種晶層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以電鍍工藝生長(zhǎng)所述第二金屬層。
8.—種互連金屬線的形成方法，其特征在于，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成導(dǎo)電阻擋層和種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層至少覆蓋所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述導(dǎo)電阻擋層和所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層； 只在所述側(cè)壁上形成阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述掩膜圖形的步驟包括 在所述種晶層上形成硬掩膜層和圖形化的抗蝕劑層；以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，在所述硬掩膜層中形成掩膜圖形； 去除所述圖形化的抗蝕劑層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電阻擋層材料為T(mén)a、TaN中的一種或其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成阻擋層的步驟包括執(zhí)行沉積操作，以在所述第二金屬層的頂壁、側(cè)壁以及所述第一介質(zhì)層上覆蓋所述阻擋層；執(zhí)行刻蝕操作，以去除覆蓋所述第二金屬層的頂壁以及所述第一介質(zhì)層的所述阻擋層。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述阻擋層材料為T(mén)a、TaN中的一種或其組合，或者，為Si02、SiON, SiO、SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH中的一種或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述第一金屬層材料為Cu或W；所述種晶層材料和所述第二金屬層材料均為Cu。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于以物理氣相沉積工藝形成所述種晶層。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于以電鍍工藝生長(zhǎng)所述第二金屬層。
16.一種互連金屬線的形成方法，其特征在于，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成導(dǎo)電阻擋層和種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層至少覆蓋所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述導(dǎo)電阻擋層和所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層；在所述側(cè)壁和所述第一介質(zhì)層上形成絕緣阻擋層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，形成所述掩膜圖形的步驟包括在所述種晶層上形成硬掩膜層和圖形化的抗蝕劑層；以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，在所述硬掩膜層中形成掩膜圖形；去除所述圖形化的抗蝕劑層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電阻擋層材料為T(mén)a、TaN中的一種或其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，形成絕緣阻擋層的步驟包括以所述絕緣阻擋層覆蓋所述第二金屬層的頂壁、側(cè)壁以及所述第一介質(zhì)層；在所述絕緣阻擋層上形成第二介質(zhì)層；平坦化所述第二介質(zhì)層，以暴露所述第二金屬層的頂壁。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述絕緣阻擋層材料為Si02、SiON, SiO、SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH 中的一種或其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述第一金屬層材料為Cu或W;所述種晶層材料和所述第二金屬層材料均為Cu。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于以物理氣相沉積工藝形成所述種晶層。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于以電鍍工藝生長(zhǎng)所述第二金屬層。
24.一種金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)接于器件的金屬柵極和接觸區(qū)，其特征在于所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述接觸塞經(jīng)擴(kuò)散阻擋層接于所述接觸區(qū)，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的金屬互連結(jié)構(gòu)，其特征在于所述通孔和所述互連金屬線的側(cè)壁以及所述互連金屬線頂壁上除接于所述通孔以外的部分均形成有絕緣阻擋層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的金屬互連結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣阻擋層材料為Si02、 SiON, SiO、SiCO、SiCON、SiOF, SiCOH 中的一種或其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的金屬互連結(jié)構(gòu)，其特征在于所述互連金屬線的底壁上形成有導(dǎo)電阻擋層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的金屬互連結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)電阻擋層材料為T(mén)a、 TaN中的一種或其組合。
全文摘要
一種金屬層間通孔的形成方法，包括在第一介質(zhì)層和第一金屬層上形成種晶層，所述第一金屬層嵌于所述第一介質(zhì)層中；在所述種晶層上形成掩膜圖形，所述掩膜圖形暴露部分所述種晶層，暴露的所述種晶層覆蓋部分所述第一金屬層；在暴露的所述種晶層上生長(zhǎng)第二金屬層；去除所述掩膜圖形和承載所述掩膜圖形的所述種晶層，以暴露所述第二金屬層的側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層；在所述側(cè)壁、部分所述第一金屬層和所述第一介質(zhì)層上形成阻擋層。以及，一種互連金屬線的形成方法，均可減少孔洞的產(chǎn)生。一種金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括接觸塞、通孔和互連金屬線，所述通孔形成于所述互連金屬線、所述金屬柵極和/或所述接觸塞上。
文檔編號(hào)H01L23/528GK102446811SQ20101050170
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者趙超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所