[发明专利]互连结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及互连结构的形成方法。

背景技术

在超大规模集成电路工艺中，有着热稳定性、抗湿性的二氧化硅一直是金属互连线路间使用的主要绝缘材料，金属铝则是芯片中电路互连导线的主要材料。然而，相对于元件的微型化及集成度的增加，电路中导体连线数目不断的增多，使得导体连线架构中的电阻(R)及电容(C)产生寄生效应，造成严重的传输延迟(RC Delay)，在130纳米及更先进的技术中成为电路中讯号传输速度受限的主要因素，因此，现有技术在半导体工艺中采用新的低电阻材料铜和低介电常数的介电材料以降低传输延迟。

但由于金属铜刻蚀困难，现有采用的铜的互连结构通常先形成沟槽，然后在沟槽内填充金属铜，最后采用化学机械抛光工艺去除多余的金属铜层，在公开号为CN1866495A的中国专利文件中能够发现更多的关于现有的铜的互连结构的形成方案。

下面结合附图简单的介绍互连结构的形成过程。图1至图4为现有技术中互连结构的形成过程的示意图。

如图1所示，提供衬底100；在所述衬底100表面形成金属层110；在金属层110上沉积一定厚度的第一介质层120，并利用光刻、刻蚀技术去除对应接触孔处的第一介质层120直至露出金属层110表面，以形成接触孔开口121。

如图2所示，利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)方法在具有接触孔开口121的第一介质层120表面沉积阻挡层122。

如图3所示，利用电镀工艺在阻挡层122表面沉积用于填充接触孔开口121的金属层123。

如图4所示，采用化学机械抛光工艺去除部分金属层123、阻挡层122直至暴露出第一介质层120。

在现有互连结构的形成过程中，金属层形成和退火在同一电镀设备中完成，由于退火后的金属层具有很大的应力，由于电镀设备产能和化学机械抛光设备产能的差异性，通常在电镀形成金属层123之后，会等待比较长的时间才能进行化学机械抛光工艺，随着时间延长，退火后的金属层在应力的作用下，金属层123中的微缺陷会发生迁移并聚集成大的孔隙状缺陷，从而导致互连结构电学性能低下，可靠性降低，严重时会使得整个器件报废。

发明内容

本发明解决的技术问题是避免金属层中的微缺陷会发生迁移并聚集成大的孔隙状缺陷。

为解决上述问题，本发明提供了一种互连结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；在所述介质层内形成暴露衬底的接触孔；在所述接触孔侧壁、底部和介质层表面形成阻挡层；在所述阻挡层表面形成填充接触孔的金属层；对所述金属层进行3次以上的退火、冷却工艺；对所述金属层进行化学机械抛光直至暴露出介质层。

可选的，对所述金属层进行3次以上的退火、冷却工艺具体次数小于20次。

可选的，对所述金属层进行3次以上的退火、冷却工艺中每次的具体工艺为：对所述金属层退火，退火温度为100度至400度，退火时间为10秒至50秒，退火完毕后将所述金属层冷却至室温，冷却时间为15秒至60秒。

可选的，所述形成暴露衬底的接触孔的工艺为等离子体刻蚀工艺。

可选的，所述阻挡层的材料为钽、氮化钽、钛或者氮化钛。

可选的，所述阻挡层为单层结构或多层叠加结构。

可选的，在所述阻挡层表面形成填充接触孔的金属层步骤之前还包括：在所述阻挡层表面形成铜的籽晶层步骤。

可选的，所述金属层的材料为铜。

可选的，所述形成填充接触孔的金属层的工艺为电镀工艺。

可选的，所述电镀工艺的具体参数为：电镀液选用CuSO₄溶液，Cu²⁺浓度为30g/L至50g/L，并且在此溶液中加入浓度为40mg/L至60mg/L的含氯离子的无机添加剂，电镀的电流为4.5安培至45安培。

与现有技术相比，本发明可以有效地避免在金属层内形成较大的应力，从而可以避免形成的金属层内由于应力过大而产生孔隙状缺陷，提高了芯片的良率和可靠性。另外，本发明还可以避免形成有金属层的衬底在退火工艺完成后而产生的翘曲效应。

附图说明

图1至图4是现有形成互连结构的过程示意图；

图5是本发明互连结构形成方法的一实施例的流程示意图；

图6至图11为本发明互连结构形成方法的制造方法的一实施例的过程示意图。

具体实施方式