互连结构的形成方法_4

文档序号:9812402阅读:来源:国知局

[0085]请参考图12至图14,图12为俯视图,图13为图12沿AAl方向的剖面结构示意图,图14为图12沿BBl方向的剖面结构示意图,以所述第二掩膜层105a为掩膜,刻蚀所述初始金属连线1la(如图9至11所示)直至暴露出基底100表面,同时刻蚀所述初始金属凸柱1lb (如图9至11所示),在所述基底100表面形成分立的金属连线101c,且所述金属连线1lc表面具有若干分立的金属凸柱101d。
[0086]本实施例中,所述金属凸柱1ld的厚度等于金属层101 (如图1所示)的厚度与初始金属凸柱1Ib(如图10及11所示)的厚度之差,即金属凸柱1ld的厚度等于初始金属连线1la的厚度;所述金属连线1lc的厚度等于初始金属凸柱1lb的厚度。
[0087]采用干法刻蚀工艺刻蚀所述初始金属连线1la以及初始金属凸柱101b,所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括H2,干法刻蚀工艺参数可参考前述刻蚀金属层101的干法刻蚀工艺参数。
[0088]本实施例中,在刻蚀初始金属连线1la以及初始金属凸柱1lb的刻蚀工艺过程中,基底100表面始终被覆盖,避免基底100表面暴露在刻蚀环境中,避免所述刻蚀工艺对基底100造成刻蚀,提高形成的互连结构的可靠性。
[0089]本实施例中,在同一刻蚀腔室内,进行前述刻蚀金属层101、第一掩膜薄膜104以及初始金属连线1la的刻蚀工艺,减少了基底100进出刻蚀腔室所需的时间,并且减小了外界环境造成的污染,提高半导体生产效率。
[0090]请参考图15至图17,图15为俯视图,图16为图15沿AAl方向的剖面结构示意图,图17为图15沿BBl方向的剖面结构示意图,去除所述第二掩膜层105a(如图12至14所示)以及第一掩膜层104a(如图12至14所示)。
[0091]采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除所述第二掩膜层105a以及第一掩膜层104a。所述湿法刻蚀工艺在刻蚀去除第一掩膜层104a和第二掩膜层105a时,不会对金属连线1lc和金属凸柱1ld进行刻蚀。
[0092]作为一个具体实施例,第一掩膜层104a和第二掩膜层105a的材料为氧化硅,所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为氢氟酸溶液,其中,氢氟酸和去离子水的体积比为1:300至1:700。
[0093]作为另一实施例,所述第一掩膜层104a和第二掩膜层105a的材料为氮化硅,所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液,其中,磷酸和去离子水的质量百分比为65%至85 %,磷酸温度为80摄氏度至200摄氏度。
[0094]请参考图18及图19,图18与图16剖面方向一致,图19与图17剖面方向一致,形成覆盖于所述基底100表面、金属连线1lc表面以及金属凸柱1ld侧壁表面的介质层106。
[0095]所述介质层106起到电隔离相邻金属凸柱101d、相邻金属连线1lc的作用。所述介质层106的材料为氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、低k介质材料或超低k介质材料。
[0096]其中,低k介质材料指的是:相对介电常数小于氧化硅的相对介电常数、且大于等于2.5的材料,超低k介质材料指的是:相对介电常数小于2.5的材料。所述低k介质材料或超低k材料包括:SiC0H、FSG (掺氟的二氧化硅)、BSG (掺硼的二氧化硅)、PSG (掺磷的二氧化硅)或BPSG (掺硼磷的二氧化硅)。
[0097]本实施例中,为了降低互连结构的延迟效应,采用低k材料或超低k材料作为介质层106的材料。采用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积工艺形成所述介质层106。
[0098]在一个实施例中,采用高纵宽比化学气相沉积(HARP CVD)或流动性化学气相沉积工艺(FCVD),形成所述介质层106。
[0099]本实施例中,由于金属连线1lc和金属凸柱1ld为刻蚀金属层101后形成的,所述金属层101的晶粒尺寸相对较大,因此形成的金属连线1lC和金属凸柱1ld的晶粒尺寸也相对较大,减小了金属连线1lC和金属凸柱1ld的晶粒界面散射,使得金属连线1lc和金属凸柱1Id的电阻率比传统方法形成的金属连线和金属凸柱的电阻率更低,有利于减小互连结构的延迟问题,提高互连结构的电学性能。
[0100]并且,由于低k介质材料或超低k介质材料多为多孔疏松的材料,刻蚀工艺极易对低k介质材料或超低k介质材料造成刻蚀损伤。而本实施例中在形成金属连线1lc和金属凸柱1ld之后形成所述介质层106,避免了所述介质层106受到刻蚀损伤,使得介质层106保持良好的性能,从而进一步提高互连结构的电学性能及可靠性。
[0101]本实施例,以图形化同一初始掩膜层获得第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜,然后刻蚀去除未被第二掩膜薄膜覆盖的第一掩膜薄膜以形成第一掩膜薄层和第二掩膜层为例做示例,且金属连线与金属凸柱在同一道刻蚀工艺(即all-1n-one etch)中形成,有效的提高了生产效率;在其他实施例中,也可以采用先形成第一掩膜薄膜以刻蚀形成初始金属连线和初始金属凸柱,然后再形成第二掩膜薄膜以刻蚀初始金属连线和初始金属凸柱,从而形成金属连线以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱。
[0102]在其他实施例中,还可以采用先形成金属凸柱后形成金属连线的工艺(即pillarfirst line last),形成所述互连结构。具体的,形成所述金属连线、以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱的工艺步骤包括:在刻蚀金属层之前,在所述金属层表面形成第二掩膜层,所述第二掩膜层覆盖需要形成的金属凸柱的对应位置和结构;以所述第二掩膜层为掩膜,刻蚀去除部分厚度的金属层,形成覆盖于基底表面的初始金属连线、以及位于初始金属连线表面的若干分立的初始金属凸柱;去除所述第二掩膜层;在所述初始金属连线表面以及初始金属凸柱表面形成第一掩膜层,所述第一掩膜层覆盖需要形成金属连线的对应位置和结构;以所述第一掩膜层为掩膜,刻蚀所述初始金属连线直至暴露出基底表面,在所述基底表面形成分立的金属连线,且金属连线表面具有若干分立的金属凸柱。
[0103]在pillar first line last的工艺中,形成的初始金属凸柱即为互连结构的金属凸柱,因此形成的金属凸柱的厚度等于初始金属凸柱的厚度。
[0104]上述实施例提供的形成金属连线、以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱的工艺步骤包括:刻蚀所述金属层,形成覆盖于基底表面的初始金属连线、以及位于初始金属连线表面的若干分立的初始金属凸柱;刻蚀所述初始金属连线,在所述基底表面形成分立的金属连线,且金属连线表面具有若干分立的金属凸柱。减小了基底暴露在刻蚀环境中的时间,有效的减少了基底表面受到的刻损伤。
[0105]在另一实施例中,也可以采用“形成所述金属连线、以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱的步骤包括:刻蚀所述金属层,在所述基底表面形成分立的初始金属连线;刻蚀所述初始金属互连线,形成位于基底表面的金属连线、以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱”的方法,形成互连结构,即采用先形成金属连线后形成金属凸柱(linefirst pillar last)的工艺,形成所述互连结构。与前述实施例不同的是,前述实施例中形成的初始金属连线覆盖在基底整个表面,本实施例在基底表面形成分立的初始金属连线,即在形成初始金属连线后,暴露出部分基底表面。以下将以两个实施例进行说明:
[0106]在一个具体实施例中,定义出金属连线的第一掩膜薄膜、以及定义出金属凸柱的第二掩膜薄膜为图形化同一初始掩膜层形成的。相应的,在所述金属层表面形成第一掩膜薄膜,所述第一掩膜薄膜覆盖需要形成金属连线的对应位置和结构;在所述第一掩膜薄膜表面形成第二掩膜薄膜,所述第二掩膜薄膜覆盖需要形成金属凸柱的对应位置和结构;以所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜为掩膜,刻蚀未被第一掩膜薄膜覆盖的金属层直至暴露出基底表面,在所述基底表面形成分立的初始金属连线;刻蚀去除未被第二掩膜薄膜覆盖的第一掩膜薄膜,形成覆盖于初始金属连线部分表面的第一掩膜层以及位于第一掩膜层表面的第二掩膜层;以所述第二掩膜层为掩膜,刻蚀去除部分厚度的初始金属连线,形成位于基底表面的分立的金属连线、以及位于金属连线表面的若干分立的金属凸柱;形成覆盖于基底表面、金属连线表面以及金属凸柱侧壁表面的介质层。
[0107]所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜的形成方法和材料可参考前述说明,在此不再赘述。在一个具体实施例中,所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜为图形化同一初始掩膜层获得的;所述第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜的材料相同,且第二掩膜薄膜的厚度大于第一掩膜薄膜的厚度;在刻蚀形成分立的初始金属连线的同时,刻蚀去除未被第二掩膜薄膜覆盖的第一掩膜薄膜;在同一个刻蚀腔室内,进行所述刻蚀金属层、第
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