[发明专利]金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法

说明书

一种金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法，包括提供一含有金属钴互连线层结构的衬底，在衬底上形成介质层；对介质层进行光刻刻蚀工艺，形成金属钨通孔层；利用湿法刻蚀工艺向下刻蚀位于金属钴互连线层结构表面的部分金属钴，在金属钨通孔层中的通孔底部形成铆钉状形貌；用选择性钨沉积工艺填充金属钨通孔层中的通孔，形成底部铆钉状的钨通孔；依次沉积TiN粘附层和金属钨层，在通孔层形成通孔钨塞覆盖层；对金属钨通孔层进行钨化学机械平坦化，去除通孔钨塞覆盖层，以形成平坦化的所述通孔层。本发明利用湿法工艺各向同性特点，在通孔底部形成铆钉状的钨来阻挡CMP研磨液渗透的方法，解决了7nm及以下节点钴缺失的问题。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路工艺技术领域，特别是涉及一种金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法，用于解决7nm及以下节点制作工艺中互连线层的钴缺失。

背景技术

随着半导体器件尺寸的缩小，接触孔或接触槽CD缩小，方块电阻(SheetResistance RS)随之增大，粘结层(Ti/TiN)对RS的贡献越来越明显。目前，国际上多个研究机构都已经开展了对无需粘结层的选择性钨沉积工艺(selective W deposition)技术的研究，尤其应用在10nm及以下技术节点的通孔层Via 0(V0)的填充上，已经取得了一定的成果，由于7nm开始对互连线层(M0)中接触槽的RS有更高的要求，通常需要采用RS更低的钴金属来取代传统的钨金属。

现有技术中的金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法，金属钨通孔层采用无粘结层的选择性金属钨沉积工艺。

然而，本领域技术人员清楚，如果金属钨通孔层采用无粘结层的选择性金属钨沉积工艺，那么，金属钨通孔层和侧壁的氧化硅/氮化硅介质层粘结不是很好，这会导致后续金属钨通孔层中钨在化学机械研磨(钨研磨W CMP)制造工序中，CMP的研磨液通过这个界面腐蚀下层(金属钴互连线层)中的活泼钴，产生钴缺失问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法，用于解决7nm及以下节点钴缺失，其通过利用湿法工艺各向同性特点，形成底部铆钉状的所述金属钨通孔层的通孔，来阻挡CMP研磨液渗透，从而解决了钴缺失问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种金属钴互连层和钨金属接触孔层的形成方法，其包括如下步骤：

步骤S1：提供一具有金属钴互连线层结构的衬底，在衬底上形成介质层；

步骤S2：对所述介质层进行标准光刻刻蚀工艺，形成图形化后的金属钨通孔层；其中，所述金属钨通孔层中的通孔贯穿所述介质层，停止在所述金属钴互连线层结构的表面；

步骤S3：利用湿法刻蚀工艺向下刻蚀位于所述金属钴互连线层结构表面的部分金属钴，在所述金属钨通孔层中的通孔底部形成铆钉状形貌；

步骤S4：利用选择性钨沉积工艺填充所述金属钨通孔层中的通孔，形成底部铆钉状的钨通孔；

步骤S5：依次沉积TiN粘附层和金属钨层，以在所述通孔层形成通孔钨塞覆盖层；

步骤S6：对所述金属钨通孔层进行钨化学机械平坦化工艺，去除所述通孔钨塞覆盖层，以形成平坦化的所述通孔层。

进一步地，所述介质层从下到上依次包括接触孔刻蚀停止层和氧化硅层。

进一步地，所述接触孔刻蚀停止层的材料为氮化硅或掺氮碳化硅。

进一步地，所述步骤S4还包括对所述通孔层表面进行压应力工艺，以增加所述介质层中的介质和所述通孔中的金属钨与侧壁之间的压应力。

进一步地，所述压应力工艺为等离子体偏压轰击工艺。

进一步地，所述等离子体偏压轰击工艺为重离子等离子体偏压轰击工艺。