CN105244310A - 互连结构的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种互连结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成第一介质层，在所述第一介质层中形成金属插塞；对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗，所述等离子体清洗步骤包括采用还原性气体形成的等离子体进行清洗；在所述第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层。本发明的有益效果在于，通过等离子体清洗还原性气体形成的等离子体能够与氧化物的籽颗粒发生还原反应，使籽颗粒的尺寸减小或者数量减小，从而减小覆盖于籽颗粒上的第二介质层中形成鼓包的概率，进而提高互连结构的性能。

Description

互连结构的形成方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及半导体领域，具体涉及一种互连结构的形成方法。

背景技术

金属互连结构设置于半导体器件中，用于实现电连接。图1示出了现有技术一种互连结构的示意图，在半导体衬底01表面覆盖有介质层02，在介质层02中形成有金属插塞03，在介质层02和金属插塞03上覆盖有绝缘层，所述绝缘层包括依次形成的层间电介质层05、硬掩模层06等多层结构。

鼓包07是在硬掩模层06经常发现的一种缺陷，在层间电介质层05中还需要形成其他互连层，因此需要对硬掩模层06以及层间电介质层05进行光刻，形成容纳其他互连层的通孔或沟槽，鼓包07会影响曝光的精度，并使对硬掩模层06以及层间电介质层05的刻蚀难以控制，影响互连结构的性能。

因此，如何减小形成鼓包07的概率以提高互连结构的性能，成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

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，减小形成鼓包的概率以提高互连结构的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种互连结构的形成方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成第一介质层；

在所述第一介质层中形成金属插塞；

对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗，所述等离子体清洗的步骤包括采用还原性气体形成的等离子体进行清洗；

在所述第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层。

可选的，在所述第一介质层中形成金属插塞的步骤包括：

在所述第一介质层中形成通孔；

在所述通孔中填充金属层；

对所述金属层和第一介质层进行化学机械研磨至所述金属层表面和第一介质层表面齐平。

可选的，在对所述金属层和第一介质层进行化学机械研磨的步骤之后，对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤之前，所述形成方法还包括：对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行电子束检测。

可选的，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括：在等离子体反应腔室中进行所述等离子体清洗，所述还原性气体包括氨气。

可选的，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括：使等离子体反应腔室内的气压在3到8托的范围内，功率在100到3000瓦的范围内，并使氨气的流量在100到5000标况毫升每分的范围内。

可选的，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括依次进行的第一等离子体清洗和第二等离子体清洗；在第一等离子体清洗和第二等离子体清洗步骤之间，在所述第一介质层表面和金属插塞表面通入去离子水，以进行清洗。

可选的，在所述第一介质层表面和金属插塞表面通入去离子水的步骤包括：使去离子水的流量在100到5000毫升每分钟的范围内，并使通入去离子水的持续时间在1到120秒的范围内。

可选的，在所述第一介质层中形成金属插塞的步骤包括：形成钨或铜材料的金属插塞。

可选的，采用K值小于3的材料形成所述第一介质层，或者，采用K值小于2.6的材料形成所述第一介质层。

可选的，形成第一介质层的步骤包括：形成氧化硅材料的第一介质层。

可选的，在第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层的步骤之后，所述形成方法还包括：

在所述第二介质层表面形成硬掩模层；

图形化所述硬掩模层；

以所述图形化的硬掩模层为掩模，对第二介质层进行刻蚀，进而形成露出所述金属插塞的通孔或沟槽；

在所述通孔或沟槽中填充金属，形成与所述金属插塞相连的导电插塞。

可选的，采用K值小于3的材料形成所述第二介质层，或者，采用K值小于2.6的材料形成所述第二介质层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明互连结构的形成方法中，在所述第一介质层中形成金属插塞之后，采用还原性气体形成的等离子体对所述第一介质层和金属插塞进行等离子体清洗，在形成金属插塞后，金属插塞表面容易形成氧化物的籽颗粒，在所述等离子体清洗的过程中，还原性气体形成的等离子体能够与氧化物的籽颗粒发生还原反应，使籽颗粒的尺寸减小或者数量减小，从而减小覆盖于籽颗粒上的第二介质层中形成鼓包的概率，进而提高互连结构的性能。

附图说明

图1是现有技术一种互连结构的形成方法的示意图；

图2至图9为本发明互连结构的形成方法一实施例中的各个步骤的侧视图。

具体实施方式

现有技术互连结构的形成方法容易在介质层或硬掩膜层中产生鼓包缺陷，从而影响互连结构的性能。

通过显微镜观察等实验手段分析鼓包产生的原因：对介质层和金属插塞表面进行的电子束检测容易造成金属插塞表面的化学键断裂，化学键断裂的金属插塞表面在潮湿的情况下容易形成氧化物的籽颗粒，在具有籽颗粒的所金属插塞表面形成绝缘层时，具有多层结构的绝缘层会在籽颗粒上方逐层堆积成鼓包，并使得绝缘层表面的鼓包的尺寸较籽颗粒更大。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种互连结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成第一介质层，在所述第一介质层中形成金属插塞；对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗，所述等离子体清洗步骤包括采用还原性气体形成的等离子体进行清洗；在所述第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层。通过等离子体清洗还原性气体形成的等离子体能够与氧化物的籽颗粒发生还原反应，使籽颗粒的尺寸减小或者数量减小，从而减小覆盖于籽颗粒上的第二介质层中形成鼓包的概率，进而提高互连结构的性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图2至图9，示出了本发明互连结构的形成方法一实施例中的各个步骤的侧视图。

如图2所示，提供基底。

具体地，在本实施例中，所述基底包括衬底100，所述衬底100为硅衬底，在其他实施例中，所述衬底100还可以为锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，对此本发明不做任何限制。

需要说明的是，所述基底还可以包括在衬底100上形成的半导体器件，如晶体管、存储器、传感器等，本发明在此不再赘述，为了图示简洁，在附图中没有示出如上半导体器件。

继续参考图2，在所述基底表面形成第一介质层101。

具体地，在本实施例中，采用等离子体增强化学化学气相沉积法形成所述第一介质层101。

在本实施例中，所述第一介质层101的材料为四乙基正硅酸盐氧化物(TEOS)形成的氧化硅。

本发明对第一介质层101的材料不做限制，第一介质层101可以采用低K材料(K值小于3)，以能够减小互连结构的RC延迟，但是本发明对第一介质层101的材料不做限制，在其他实施例中，所述第一介质层101的材料还可以采用超低K材料(K值小于2.6)。

继续参考图2，在所述第一介质层101中形成通孔301。具体地，可以采用干法刻蚀形成所述通孔301，但是本发明对形成通孔301的方法不做限制，在其他实施例中，还可以采用湿法刻蚀形成所述通孔301。

如图3所示，在所述通孔301中填充金属层302所述金属层302高于第一介质层101表面。在本实施例中，所述金属层302的材料为钨，但是本发明对此不作限制，在其他实施例中，所述金属层302的材料还可以为铜或其他金属材料。

参考图4，填充金属层302之后，对所述金属层302和第一介质层101进行化学机械研磨至所述金属层302表面和第一介质层101表面齐平，在通孔301中的金属层302形成金属插塞102。

对所述金属层302和第一介质层101进行化学机械研磨之后，对所述第一介质层101和金属插塞102表面进行电子束检测201(EnergeticElectronBeamInspection，EBI)，以获取第一介质层101和金属插塞102表面以及内部的缺陷信息。

所述电子束检测201即通过电子束扫描的方式获取第一介质层101和金属插塞102表面的污染物等缺陷，以及金属插塞102是否发生短路或断路等VC缺陷，在现有技术中为检测互连结构缺陷的必要手段之一。

参考图5，所述电子束检测201的步骤可能引起金属插塞102表面的金属发生氧化，形成氧化物材料的籽颗粒103。

继续参考图5，对所述第一介质层101表面和金属插塞102表面进行第一等离子体清洗，所述第一等离子体清洗的步骤包括采用还原性气体202形成的等离子体进行清洗。

具体地，在本实施例中，在等离子体生成设备的等离子体反应腔室中进行所述第一等离子体清洗，向等离子体反应腔室通入的还原性气体202包括氨气。

需要说明的是，在本实施例中，所述等离子体生成设备可以为等离子体刻蚀机、等离子体清洗机等能够生成等离子体的设备，本发明对等离子体生成设备的具体类型不做限制。

氨气在等离子体反应腔室中形成具有还原性的等离子体，所述具有还原性的等离子体能够与氧化物的籽颗粒103发生还原反应，使所述籽颗粒103的尺寸减小或者数量减小。

需要说明的是，在本实施例中，使等离子体反应腔室内的气压在3到8托的范围内。

还需要说明的是，如果氨气的流量过大，或者等离子体生成设备的功率过大，等离子体清洗可能对所述第一介质层101表面和金属插塞102表面造成侵蚀，因此，在本实施例中，使氨气的流量在100到5000标况毫升每分的范围内，等离子体生成设备的功率在100到3000瓦的范围内，但是本发明对等离子体反应腔室内的气压、氨气的流量和等离子体生成设备的功率均不做限制。

需要说明的是，本发明在第一等离子体清洗的过程中，对通入的还原性气体是否为氨气不做限制，在其他实施例中，还可以通入其他还原性气体。除还原性气体之外，在所述第一等离子体清洗的过程中通入的气体还可以包括辅助气体等其他气体。

参考图6，在所述第一介质层101表面和金属插塞102表面通入去离子水。

具体地，在本实施例中，使在所述第一介质层101表面和金属插塞102表面通入去离子水的流量在100到5000毫升每分钟的范围内，并使通入去离子水的持续时间在1到120秒的范围内。

通入去离子水能够去除第一介质层101表面和金属插塞102表面的聚合物等污染物，提高第一介质层101表面和金属插塞102表面的清洁度，但是本发明对是否在所述第一介质层101表面和金属插塞102表面通入去离子水不做限制。此外，还可以通入其他清洗剂对所述第一介质层101表面和金属插塞102表面进行清洗。

参考图7，对所述第一介质层101表面和金属插塞102表面进行第二等离子体清洗，所述第二等离子体清洗的步骤包括采用还原性气体202形成的等离子体进行清洗。

具体地，在本实施例中，在等离子体生成设备的等离子体反应腔室中进行所述第二等离子体清洗，其中，向等离子体反应腔室通入的还原性气体202包括氨气。

第二等离子体清洗能够进一步减小所述籽颗粒103的尺寸和数量，并能够去除通入去离子水造成的在所述第一介质层101表面和金属插塞102表面形成的其他氧化物颗粒。

需要说明的是，在本实施例中，使等离子体反应腔室内的气压在3到8托的范围内。

如果氨气的流量过大，或者等离子体生成设备的功率过大，等离子体清洗可能对所述第一介质层101表面和金属插塞102表面造成侵蚀，因此，在本实施例中，使氨气的流量在100到5000标况毫升每分的范围内，等离子体生成设备的功率在100到3000瓦的范围内，但是本发明对等离子体反应腔室内的气压、氨气的流量和等离子体生成设备的功率均不做限制。

需要说明的是，在本发明第二等离子体清洗的过程中，对通入的还原性气体是否为氨气不做限制，在其他实施例中，还可以通入其他还原性气体。除还原性气体之外，在所述第二等离子体清洗的过程中通入的气体还可以包括辅助气体等其他气体。

本实施例中，所述第一等离子体清洗和第二等离子体清洗的工艺条件相同。但是本发明对此不作限制，在其他实施例中，根据实际情况，所述第一等离子体清洗和第二等离子体清洗的工艺条件也可以不同，对所述第一等离子体清洗或第二等离子体清洗的工艺条件的简单调整均在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本实施例中，进行了第一等离子体清洗和第而等离子体清洗共两次清洗，但是本发明对是否进行两次等离子体清洗不做限制，在其他实施例中，可以进行在形成金属插塞102之后，仅进行一次等离子体清洗。

参考图8，在所述第一介质层101表面和金属插塞102表面覆盖第二介质层104。

具体地，在本实施例中，所述第二介质层104为多层包括低K介质(K值小于3)的叠层，如四乙基正硅酸盐氧化物、掺碳二氧化硅等，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述第二介质层104的材料还可以为氧化硅，或超低K材料(K值小于2.6)。

在本实施例中，在形成第二介质层104之后，在所述第二介质层104上形成硬掩模层105，所述硬掩模层105可以包括有机抗蚀剂层、氮化钛层等多层结构，但是本发明对所述硬掩模层105的具体材料和结构不做限制。

在所述硬掩模层105上方形成光刻胶层106，对所述硬掩模层105进行图形化，再以所述图形化的硬掩模层105为掩模，刻蚀所述第二介质层104，进而形成露出所述金属插塞102的沟槽或通孔(未示出)。

在等离子体清洗之后，所述籽颗粒103的尺寸和数量减小，使得在所述硬掩模层105表面形成鼓包的概率减小，因此对所述硬掩模层105图形化的过程中，形成的图形化的硬掩模层105与光刻胶层106上的图形更加接近，在刻蚀所述第二介质层104的过程中，刻蚀的可控性更好，形成的沟槽或通孔形貌更好。

在所述沟槽或通孔中填充金属，形成导电插塞107，所述导电插塞107可以与金属插塞102相连接。形成导电插塞107的方法本领域惯用技术，本发明在此不再赘述。

在本实施例中，所述导电插塞107的材料为钨，但是本发明对此不做限制，在本发明的其他实施例中，所述导电插塞107的材料还可以为铜或氮化钛等其他导电材料。

由于刻蚀的可控性更好，形成的沟槽或通孔形貌更好，在所述沟槽或通孔中形成导电插塞107形貌更好，有益于提高互连结构的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供基底；

在所述基底上形成第一介质层；

在所述第一介质层中形成金属插塞；

对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗，所述等离子体清洗的步骤包括采用还原性气体形成的等离子体进行清洗；

在所述第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层。

2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层中形成金属插塞的步骤包括：

在所述第一介质层中形成通孔；

在所述通孔中填充金属层；

对所述金属层和第一介质层进行化学机械研磨至所述金属层表面和第一介质层表面齐平。

3.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，在对所述金属层和第一介质层进行化学机械研磨的步骤之后，对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤之前，所述形成方法还包括：对所述第一介质层表面和金属插塞表面进行电子束检测。

4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括：在等离子体反应腔室中进行所述等离子体清洗，所述还原性气体包括氨气。

5.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括：使等离子体反应腔室内的气压在3到8托的范围内，功率在100到3000瓦的范围内，并使氨气的流量在100到5000标况毫升每分的范围内。

6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，对第一介质层表面和金属插塞表面进行等离子体清洗的步骤包括依次进行的第一等离子体清洗和第二等离子体清洗；在第一等离子体清洗和第二等离子体清洗步骤之间，在所述第一介质层表面和金属插塞表面通入去离子水，以进行清洗。

7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层表面和金属插塞表面通入去离子水的步骤包括：使去离子水的流量在100到5000毫升每分钟的范围内，并使通入去离子水的持续时间在1到120秒的范围内。

8.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层中形成金属插塞的步骤包括：形成钨或铜材料的金属插塞。

9.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，采用K值小于3的材料形成所述第一介质层，或者，采用K值小于2.6的材料形成所述第一介质层。

10.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成第一介质层的步骤包括：形成氧化硅材料的第一介质层。

11.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在第一介质层和金属插塞上覆盖第二介质层的步骤之后，所述形成方法还包括：

在所述第二介质层表面形成硬掩模层；

图形化所述硬掩模层；

以所述图形化的硬掩模层为掩模，对第二介质层进行刻蚀，进而形成露出所述金属插塞的通孔或沟槽；

在所述通孔或沟槽中填充金属，形成与所述金属插塞相连的导电插塞。

12.如权利要求1或11所述的形成方法，其特征在于，采用K值小于3的材料形成所述第二介质层，或者，采用K值小于2.6的材料形成所述第二介质层。