[发明专利]金属层处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种金属层处理方法。

背景技术

在超大规模集成电路工艺中，有着热稳定性、抗湿性的二氧化硅一直是金属互连线路间使用的主要绝缘材料，金属铝则是芯片中电路互连导线的主要材料。然而，相对于元件的微型化及集成度的增加，电路中导体连线数目不断的增多，使得导体连线架构中的电阻(R)及电容(C)产生寄生效应，造成严重的传输延迟(RC Delay)，在130纳米及更先进的技术中成为电路中讯号传输速度受限的主要因素，因此，现有技术在半导体工艺中采用新的低电阻材料铜和低介电常数的介电材料以降低传输延迟。

但由于金属铜刻蚀困难，现有采用的铜的互连结构通常先形成沟槽，然后在沟槽内填充金属铜，最后采用化学机械抛光工艺去除多余的金属铜层，在公开号为CN1866495A的中国专利文件中能够发现更多的关于现有的铜的互连结构的形成方案。

下面结合附图简单的介绍互连结构的形成过程。图1至图4为现有技术中互连结构的形成过程的示意图。

如图1所示，提供衬底100；在所述衬底100表面形成金属层110；在金属层110上沉积一定厚度的第一介质层120，并利用光刻、刻蚀技术去除对应接触孔处的第一介质层120直至露出金属层110表面，以形成接触孔开口121。

如图2所示，利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)方法在具有接触孔开口121的第一介质层120表面沉积阻挡层122。

如图3所示，利用电镀工艺在阻挡层122表面沉积用于填充接触孔开口121的金属层123。

如图4所示，采用化学机械抛光工艺去除部分金属层123、阻挡层122直至暴露出第一介质层120。

在现有互连结构的形成过程中，金属层形成和退火在同一电镀设备中完成，由于退火后的金属层具有很大的应力，由于电镀设备产能和化学机械抛光设备产能的差异性，通常在电镀形成金属层123之后，会等待比较长的时间才能进行化学机械抛光工艺，随着时间延长，退火后的金属层在应力的作用下，金属层123中的微缺陷会发生迁移并聚集成大的孔隙状缺陷，从而导致互连结构电学性能低下，可靠性降低，严重时会使得整个器件报废。

发明内容

本发明解决的技术问题是电镀工艺完成后的金属层等待时间较长后金属层中的微缺陷在应力作用下聚集，在金属层内形成空隙的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种金属层处理方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底和形成在衬底表面的介质层；所述介质层内形成有暴露衬底的接触孔；所述介质层表面和所述接触孔内形成有金属层；对所述金属层退火；控制退火和化学机械抛光之间的时间间隔，对所述退火后的金属层进行化学机械抛光，直至暴露出介质层。

可选的，退火和化学机械抛光之间的时间间隔小于5小时。

可选的，对所述金属层退火的工艺参数为：退火温度为100度至400度，保护气体为氮气和氢气的混合气体，其中氮气与氢气的体积比为100∶3.381，氮气和氢气的混合气体的流量为50SCCM至200SCCM，退火时间为30秒至2小时，退火冷却温度为40度，且退火温度到退火冷却温度的冷却时间为10秒至200秒。

可选的，金属层退火可以在独立的退火设备或者是与化学机械抛光的设备集成的退火设备中完成。

可选的，所述衬底为多层基片、分级基片、绝缘体上硅基片、外延硅基片、部分处理的基片、图案化或未被图案化的基片。

可选的，所述介质层为金属前介质层或层间介质层。

可选的，所述介质层的材料为SiO₂或者掺杂的SiO₂。

可选的，所述金属层材料为铜。

可选的，所述金属层的形成方法为电镀工艺。

可选的，所述电镀工艺的具体参数为：电镀液选用CuSO₄溶液，Cu²⁺浓度为30g/L至50g/L，并且在此溶液中加入浓度为40mg/L至60mg/L的含氯离子的无机添加剂，电镀的电流为4.5安培至45安培。

可选的，对所述退火后的金属层进行化学机械抛光的具体参数为：选用氧化硅作为抛光颗粒，抛光液的PH值为10至11.5，抛光液的流量为200毫升每分钟至400毫升每分钟，抛光工艺中研磨垫的转速为83转每分钟至103转每分钟，研磨头的转速为77转每分钟至97转每分钟，抛光工艺的压力为5500帕至6500帕。