[发明专利]金属互连结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种金属互连结构的形成方法。

背景技术

随着超大规模集成电路（ULSI）的发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小，线宽变窄，导致金属互连线的尺寸也不断缩小，填充金属互连线的工艺受到了很大的挑战。

专利公开号为CN1203444A的中国专利公开了一种形成半导体器件接触塞的方法。包括：在形成有多个扩散区半导体衬底上形成绝缘层；腐蚀绝缘层直到暴露至少一个扩散区，以形成接触孔；在绝缘层上淀积导电层，用导电层填充接触孔。而在半导体器件的特征尺寸逐渐缩小的情况，类似这样的金属互连线形成方法会受到局限，从而影响形成的半导体器件的性能。

具体的，参考图1~图2所示，其中图1，在半导体衬底300上形成层间介质层100，在层间介质层100上形成作为硬掩膜层的氮化钛层120；在氮化钛层120和层间介质层100中刻蚀形成若干开口40，所述开口40为接触孔或者通孔；在形成开口40后，向开口40内填充满金属铜。但是在关键尺寸缩小到很小以后，在开口40中填充金属铜时会发生图2所示的现象：填充的金属铜层125时，在开口40的顶端会发生两边的金属铜层125进一步缩小，严重时甚至会发生两端的金属铜层125会桥连（over-hang）在一起的情况。这样会阻碍后续金属铜的填充，使得开口40内填充的金属铜具有空洞（Void），容易导致金属互连结构的短路或者铜的电迁移（EM），最终对器件的性能带来非常不好的影响。除了填充铜以外，金属互连工艺中也还包括填充别的金属，如铝、镍等金属。在填充别的金属的时候，也会发生类似的现象。

发明内容

本发明解决的问题是适应半导体器件的特征尺寸逐渐缩小的情况下，现有的半导体制作工艺中制作金属互连结构时，其中导电层的填充效果不好。

为解决上述问题，本发明提供了一种金属互连结构的形成方法，包括：

提供半导体基底；

在所述半导体基底上形成介质层；

在所述介质层中形成通孔；

在介质层表面及所述通孔的侧壁和底部电镀至少一层金属层，直至在通孔内填充满由所述金属层构成的导电层，形成金属互连结构；

其中，在电镀完金属层后，对该金属层进行刻蚀，去除通孔顶部拐角处部分厚度的金属层。

可选的，所述金属层为铜或镍。

可选的，在金属层为铜时，刻蚀金属层的工艺为在可溶性铜盐、氯化钠和强酸的混合溶液中通入氧气。

可选的，所述强酸为硫酸或硝酸中的一种，所述可溶性铜盐为所述强酸的酸根所对应的铜盐。

可选的，当强酸为硫酸时，可溶性铜盐为硫酸铜，所述硫酸铜的浓度范围为4.75g/L~5.25g/L，所述氯化钠的浓度范围为11.4g/L~12.6g/L，所述硫酸的质量百分比浓度范围为17.1%~18.9%。

可选的，当强酸为硝酸时，可溶性铜盐为硝酸铜，，所述硝酸铜的浓度范围为5.51g/L~6.09g/L，所述氯化钠的浓度范围为11.4g/L~12.6g/L，所述硝酸的质量百分比浓度范围为47.5%~52.5%。

可选的，刻蚀金属层时，环境温度设置为20℃~30℃，通入的氧气的流量为40mL/min~60mL/min。

可选的，当金属层为铜时，电镀采用的电镀液包含硫酸铜、硫酸和水。

可选的，电镀时间为10min~15min，刻蚀时间为10min~15min。

可选的，所述通孔中填充满导电层后还包括步骤：对所述导电层及金属层进行化学机械研磨至露出介质层。

可选的，在每步电镀工艺之后及刻蚀工艺之后均包括清洗步骤，所述清洗采用去离子水进行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用电镀和刻蚀交替的方法，每次电镀形成一层金属层之后都进行一次刻蚀，这样可以在填充金属层的过程中，在可能发生桥连之前就进行刻蚀，而把通孔顶部的金属层刻蚀掉一部分。有效避免了后续填充导电层时，在所填充的通孔顶部发生桥连的现象，进而避免了通孔内产生空穴而造成短路，提高了半导体器件的电性能。

进一步，刻蚀金属层的工艺为在可溶性铜盐、氯化钠和强酸的混合溶液中通入氧气，所需要的如可溶性铜盐、氯化钠等反应试剂容易得到，且所述刻蚀过程可在常温下进行，刻蚀工艺操作方法简单，容易控制。

附图说明

图1至图2是现有技术中形成金属互连结构的过程中填充铜时发生桥连现象的示意图；

图3至图9是本发明提供的实施例一中形成金属互连结构的示意图。