[发明专利]互连结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及互连结构的形成方法。

背景技术

随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸在不断缩小。由于铝的高电阻特性，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连的主流，现在广泛采用的铜导线的制作方法是大马士革工艺的镶嵌技术，其中沟槽优先双大马士革工艺是实现铜导线和通孔铜一次成形的方法之一。

请参考图1～图4，为现有技术的铜互连结构的形成方法的剖面示意图。

请参考图1，在基底10上形成介质层11，并且在所述介质层11内形成开口12。

形成所述开口12的方法包括：在所述介质层11的表面上旋涂光刻胶并图案化；然后以所述图案化的光刻胶为掩膜对所述介质层11进行刻蚀，形成开口12，然后去除剩余的光刻胶。

请参考图2，在所述开口12的底部和侧壁以及所述介质层表面形成阻挡层13。

所述阻挡层13可以防止后续形成的互连线内的金属向外扩散。

请参考图3，在所述开口12中填充金属铜，形成铜互连线14，并对所述铜互连线14进行平坦化，暴露出介质层11的表面。

请参考图4，在所述介质层11和铜互连线14表面形成盖帽层15。

所述盖帽层的材料为SiN等介质材料，以保护所述介质层11和铜互连线14构不受后续工艺的影响。

但是，所述铜互连线14与盖帽层15的材料性质相差较大，所以两者之间的粘附强度较低，使得铜在铜互连线14与盖帽层15的界面具有较高的扩散和电迁移效率。金属电迁移的同时会伴随着质量的输运，通常铜互连线因铜离子的电迁移会在局部区域产生由质量堆积而出现小丘，或由质量亏损出现空洞，从而造成电路性能退化或失效，严重影响电路的可靠性。

更多关于互连结构的技术请参考公开号为US20040187304A1的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种互连结构的形成方法，提高电路的性能。

为解决上述问题，本发明的技术方案提出了一种金属互连结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面具有介质层；在所述介质层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层具有开口，暴露出介质层的部分表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述介质层，在所述介质层内形成第一开口，所述第一开口的深度小于介质层的高度；对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层；以所述硬掩膜层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述牺牲层和介质层，形成沟槽，所述沟槽深度小于介质层的高度；填充所述沟槽，形成金属层，所述金属层填充满所述沟槽并覆盖硬掩膜层的表面；以介质层为停止层，对所述金属层进行平坦化，暴露出牺牲层和介质层的表面；去除所述牺牲层，在所述金属层两侧形成第二开口；在所述第二介质层、金属层表面形成盖帽层，所述盖帽层填充满所述第二开口。

可选的，所述第一开口的底部低于硬掩膜层表面

可选的，对所述第一开口的侧壁和底部进行处理，形成牺牲层的方法为等离子体处理。

可选的，所述等离子体处理采用含O₂的气体作为等离子体源。

可选的，所述牺牲层与第一介质层之间的选择刻蚀比大于5:1。

可选的，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于介质层中碳元素的质量浓度，所述牺牲层中碳元素的质量浓度小于5%。

可选的，所述牺牲层的厚度为

可选的，去除所述牺牲层的方法为湿法刻蚀工艺。

可选的，去除所述牺牲层的方法为采用HF溶液作为刻蚀溶液，所述湿法刻蚀工艺采用HF溶液作为刻蚀溶液，所述HF溶液中，H₂O与HF的摩尔比为300:1～1000:1。

可选的，所述介质层包括位于基底表面的刻蚀阻挡层和位于所述刻蚀阻挡层表面的低K介质层。

可选的，所述刻蚀阻挡层的材料为SiN、SiCN或SiONCH，厚度为

可选的，所述低K介质层的材料为碳化硅、碳氧化硅、有机硅氧烷聚合物、氟碳化合物。

可选的，所述硬掩膜层为堆叠结构，包括第一硬掩膜层和位于所述第一硬掩膜层表面的第二硬掩膜层。

可选的，所述第一硬掩膜层的材料为SiO₂。

可选的，所述第二硬掩膜层的材料为TiN。

可选的，还包括：在形成所述牺牲层之后，在所述硬掩膜层和第一开口内形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出第一开口底部的牺牲层的部分表面；以所述图形化掩膜层为掩膜，刻蚀所述牺牲层和第一介质层，形成通孔。

可选的，所述图形化掩膜层的材料为光刻胶。