金屬互連結構的製造方法
2023-10-16 22:42:59
專利名稱：金屬互連結構的製造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造工藝，特別涉及一種金屬互連結構的製造方法。
背景技術：
隨著集成電路的製造向超大規模集成電路(ULSI)發展，其內部的電路密度越來越大，所含元件數量不斷增加，使得晶片的表面無法提供足夠的面積來製造所需的互連線。為了配合元件縮小後所增加的互連線需求，利用配線槽及通孔實現的兩層以上的多層金屬互連結構的設計，成為超大規模集成電路技術所必須採用的方法。傳統的金屬互連結構是由鋁金屬製造實現的，但隨著集成電路晶片中器件特徵尺寸的不斷縮小，金屬互連結構中的電流密度不斷增大，響應時間不斷縮短，傳統鋁互連結構已達到了工藝極限。當工藝尺寸小於130nm以後，傳統的鋁互連結構技術已逐漸被銅互連結構技術所取代。與鋁互連結構相比，銅互連結構中由於銅金屬的電阻率更低、電遷移壽命更長，從而可以降低鋁互連結構的RC延遲、改善電遷移等引起的可靠性問題。隨著集成電路工藝的進一步發展，電路密度進一步增大，金屬互連結構帶來的寄生電容已經成為限制半導體電路速度的主要因素。為了減少金屬互連結構之間的寄生電容，低介電常數絕緣材料被用作隔離金屬互連結構之間的介質層，該作為介質層的低介電常數絕緣材料被稱為低K介質層。而為了進一步降低介電常數以減少金屬互連結構之間的寄生電容，該低K介質層一般被做成多孔、疏鬆的結構，所述多孔指介質層物質分子之間的間隙。但是，在刻蝕該多孔、疏鬆的低K介質層以形成配線槽及通孔時，將產生具有結構缺陷的配線槽及通孔，例如，配線槽及通孔的結構壁不平滑、具有凹陷等，從而降低後續所形成的金屬互連結構的質量及可靠性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬互連結構的製造方法，以解決現有的金屬互連結構的製造方法中配線槽及通孔易於產生缺陷，從而降低了金屬互連結構的質量及可靠性的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種金屬互連結構的製造方法，包括:提供半導體襯底；在所述半導體襯底上形成多孔的低K介質層；在所述多孔的低K介質層上形成有機聚合物層；加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔；刻蝕所述多孔的低K介質層，形成配線槽及通孔；在所述配線槽及通孔中填充金屬，形成金屬互連結構；對所述多孔的低K介質層進行熱固化工藝，去除多孔中的有機聚合物。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，所述多孔的低K介質層的K值為1.6 2.6。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，所述多孔的低K介質層為疏鬆的
氧化矽。
可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，所述多孔的低K介質層中的多孔的直徑為Inm 6nm。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，所述有機聚合物為Tg。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，加熱所述有機聚合物層的工藝溫度為 200°C~ 3500C O可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，在工藝溫度為400°C 500°C下，在氮氣環境中，對所述多孔的低K介質層進行熱固化工藝。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層的深度與所述配線槽的深度相同。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，利用旋塗工藝在所述半導體襯底上形成多孔的低K介質層。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，在加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔的步驟之後，執行下述步驟:在無氧環境中，通過剝離工藝移除所述多孔的低K介質層上剩餘的有機聚合物層。可選的，在所述的金屬互連結構的製造方法中，刻蝕所述多孔的低K介質層，形成配線槽及通孔的步驟包括:刻蝕所述多孔的低K介質層，形成通孔；在所述通孔中填充Barc層；刻蝕所述多孔的低K介質層及Barc層，形成配線槽；移除殘留的Barc層，露出配線槽及通孔。在本發明提供的金屬互連結構的製造方法中，通過加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔，使得所述多孔的低K介質層結構堅固，從而在刻蝕所述多孔的低K介質層以形成配線槽及通孔時，能夠保證所述配線槽及通孔的質量，即避免所述配線槽及通孔的缺陷產生，從而提高了後續形成的金屬互連結構的質量及可靠性。
圖1是本發明實施例的金屬互連結構的製造方法的流程示意圖；圖2a 2g是本發明實施例的金屬互連結構的製造方法的剖面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的金屬互連結構的製造方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參考圖1，其為本發明實施例的金屬互連結構的製造方法的流程示意圖。如圖1所示，所述金屬互連結構的製造方法具體包括如下步驟:SlO:提供半導體襯底；S20:在所述半導體襯底上形成多孔的低K介質層；S30:在所述多孔的低K介質層上形成有機聚合物層；S40:加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔；S50:刻蝕所述多孔的低K介質層，形成配線槽及通孔；S60:在所述配線槽及通孔中填充金屬，形成金屬互連結構；S70:對所述多孔的低K介質層進行熱固化工藝，分解多孔中的有機聚合物。具體的，請參考圖2a 2g，其為本發明實施例的金屬互連結構的製造方法的剖面示意圖。如圖2a所示，提供半導體襯底10。所述半導體襯底10上可以形成有組成集成電路晶片的器件，例如NMOS、PMOS等器件。如圖2b所示，在所述半導體襯底10上形成多孔的低K介質層20。在本實施例中，利用旋塗工藝形成所述多孔的低K介質層20。利用旋塗工藝形成膜層，其速度更快，從而提高生產效率，降低成本。此外，利用旋塗工藝相較於化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝等各類澱積工藝更利於形成疏鬆的膜層，從而得到介電常數較低的介質層。在本實施例中，所述多孔的低K介質層的K值(即介電常數)為1.6 2.6，優選的，該多孔的低K介質層為K值為1.8 2.4的疏鬆的氧化矽(porous silica, Po-SiO)。在本發明的其他實施例中，所述多孔的低K介質層也可以選取其他材料,例如疏鬆的摻碳氧化娃(porous SiOC)。優選的，該多孔的低K介質層中的多孔的直徑為Inm 6nm。如圖2c所示，在所述多孔的低K介質層20上形成有機聚合物層30。在本實施例中，利用化學氣相沉積工藝形成所述有機聚合物層30，所述有機聚合物層30可以為Tg(甘
油三酯)。接著，如圖2d所示，加熱所述有機聚合物層30，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層20，填充其中的多孔。具體的，加熱所述有機聚合物層的工藝溫度為:200°C 350°C。在此，通過加熱所述有機聚合物層30，使得其中的有機聚合物融化，從而滲透進多孔的低K介質層20中，填充其中的多孔。在本實施例中，利用所述有機聚合物對所述多孔的低K介質層20進行填充的填充深度為後續將形成的配線槽的深度，即從多孔的低K介質層20的表面至後續將形成的配線槽的底面之間的厚度。通過將形成配線槽的部分的多孔的低K介質層20進行有機聚合物注入工藝，使其更加堅固，便可極大地改善後續刻蝕所形成的配線槽及通孔的形貌質量，避免產生結構缺陷。鑑於後續需要將滲透進多孔的有機聚合物去除，因此，在提高多孔的低K介質層的硬度以保證後續刻蝕質量的情況下，並不將有機聚合物過多、過深的注入至多孔的低K介質層的多孔中。具體的，請參考圖2d-l，首先，加熱所述有機聚合物層30，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層20，填充其中的多孔。接著，請參考圖2d-2，去除多孔的低K介質層20上剩餘的有機聚合物層31，在本實施例中，在無氧環境中，通過剝離工藝移除所述多孔的低K介質層20上剩餘的有機聚合物層31，以防止在去除剩餘的有機聚合物層31的過程中，對多孔的低K介質層20所產生的損傷，提高工藝的可靠性及產品的質量。接著，如圖2e所示，刻蝕所述多孔的低K介質層20，形成配線槽50及通孔40。具體的，請參考圖2e_l，首先，刻蝕所述多孔的低K介質層20，形成通孔40。在本實施例中，可利用等離子刻蝕工藝對所述多孔的低K介質層20進行刻蝕，以形成通孔40。由於通過上一步驟，對所述多孔的低K介質層20進行了加固，因此，通過刻蝕工藝所形成的通孔40的結構壁將更加平滑，避免缺陷的產生。
接著,如圖2e_2所示,在所述通孔40中填充Bare層41。具體的,可首先澱積Barc材料層，所述Barc材料層覆蓋所述多孔的低K介質層20及通孔40，接著，對所述Barc材料層進行化學機械研磨工藝，去除所述多孔的低K介質層20上的Barc材料層，即保留覆蓋所述通孔40的Barc材料層，以在所述通孔40中填充Barc層41。如圖2e_3所示，刻蝕所述多孔的低K介質層20及Barc層41，形成配線槽50。在本實施例中，所述配線槽50的深度與有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層20的深度相同。最後，如圖2e_4所示，移除殘留的Barc層，露出配線槽50及通孔40。在形成配線槽50及通孔40之後，接著，如圖2f所示，在所述配線槽50及通孔40中填充金屬，形成金屬互連結構60。在本實施例中，所述金屬為銅。具體的，可首先澱積銅材料層，所述銅材料層覆蓋所述多孔的低K介質層20、配線槽50及通孔40，接著，對所述銅材料層進行化學機械研磨工藝，去除所述多孔的低K介質層20上的銅材料層，即保留覆蓋所述配線槽50及通孔40的銅材料層，以形成銅金屬互連結構60。最後，如圖2g所示，對所述多孔的低K介質層20進行熱固化工藝，去除多空中的有機聚合物。具體的，在工藝溫度為400°C 500°C下，在氮氣環境中，對所述多孔的低K介質層20進行熱固化工藝。通過本步工藝，去除了多孔中的有機聚合物，從而保證了多孔的低K介質層20的低K值，減少金屬互連結構60之間的寄生電容，同時，又保證了所述配線槽及通孔的質量，即避免所述配線槽及通孔的缺陷產生，從而提高了金屬互連結構的質量及可靠性。上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
權利要求
1.一種金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，包括: 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底上形成多孔的低K介質層； 在所述多孔的低K介質層上形成有機聚合物層； 加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔； 刻蝕所述多孔的低K介質層，形成配線槽及通孔； 在所述配線槽及通孔中填充金屬，形成金屬互連結構； 對所述多孔的低K介質層進行熱固化工藝，去除多孔中的有機聚合物。
2.按權利要求1所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，所述多孔的低K介質層的K值為1.6 2.6。
3.按權利要求2所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，所述多孔的低K介質層為疏鬆的氧化矽。
4.按權利要求1所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，所述多孔的低K介質層中的多孔的直徑為Inm 6nm。
5.按權利要求1所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，所述有機聚合物為Tg。
6.按權利要求1所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，加熱所述有機聚合物層的工藝溫度為200°C 350°C。
7.按權利要求1所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，在工藝溫度為400°C 500°C下，在氮氣環境中，對所述多孔的低K介質層進行熱固化工藝。
8.按權利要求1至7中的任一項所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層的深度與所述配線槽的深度相同。
9.按權利要求1至7中的任一項所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，利用旋塗工藝在所述半導體襯底上形成多孔的低K介質層。
10.按權利要求1至7中的任一項所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，在加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔的步驟之後，執行下述步驟: 在無氧環境中，通過剝離工藝移除所述多孔的低K介質層上剩餘的有機聚合物層。
11.按權利要求1至7中的任一項所述的金屬互連結構的製造方法，其特徵在於，刻蝕所述多孔的低K介質層，形成配線槽及通孔的步驟包括: 刻蝕所述多孔的低K介質層，形成通孔； 在所述通孔中填充Barc層； 刻蝕所述多孔的低K介質層及Barc層，形成配線槽； 移除殘留的Barc層，露出配線槽及通孔。
全文摘要
本發明提供了一種金屬互連結構的製造方法，通過在半導體襯底上形成多孔的低K介質層；在所述多孔的低K介質層上形成有機聚合物層；加熱所述有機聚合物層，使得有機聚合物滲透至所述多孔的低K介質層，填充其中的多孔，使得所述多孔的低K介質層結構堅固，從而在刻蝕所述多孔的低K介質層以形成配線槽及通孔時，能夠保證所述配線槽及通孔的質量，即避免所述配線槽及通孔的缺陷產生，從而提高了後續形成的金屬互連結構的質量及可靠性。
文檔編號H01L21/768GK103094199SQ201110342198
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者張海洋, 周俊卿, 張城龍 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司