用于高温电路的金属互连结构及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于高温电路的金属互连结构及制备方法，其包括衬底及、场氧层、多晶硅栅结构、有绝缘介质层及接触孔；接触孔内填充有阻挡缓冲层及插塞，阻挡缓冲层包覆插塞，阻挡缓冲层覆盖在接触孔的侧壁及接触孔的底部，且阻挡缓冲层还覆盖在绝缘介质层上；阻挡缓冲层上设置有金属层，所述金属层与插塞电连接，金属层上设有抗反射层；金属层内设有第二介质填充孔，所述第二介质填充孔贯通抗反射层及金属层，第二介质填充孔内填充有金属间介质层，且金属间介质层覆盖在抗反射层上。本发明结构简单紧凑，能在高温应用环境下抑制金属互连结构电迁移失效，使得集成电路在高温应用环境下具有较长的使用寿命，工艺步骤简单方便，安全可靠。
【专利说明】用于高温电路的金属互连结构及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属互连结构及制备方法，尤其是一种用于高温电路的金属互连结构及制备方法，属于集成电路的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在集成电路中，金属互联结构主要用于单管器件、电路模块之间的电学连接作用，通常情况下，金属互联结构由通孔和金属(Al或者Al合金材料等)构成。整个电路中拥有大量的通孔和金属互联线，连接每个金属层、器件层，形成整个电路的信号和电源网络，使电路能够正常工作。
[0003]在高温环境下，通孔内的金属材料和金属层受到激活能的影响，抗电迁移能力减弱，尤其在金属台阶处，由于金属覆盖性问题导致的金属层减薄，电流密度增加，在该位置上电迁移问题更为严重。
[0004]在传统的CMOS集成电路工艺中，金属互联通常由金属Al-S1-Cu和填充在通孔中Al-S1-Cu材料形成。其主要形成工艺流程图1飞所示:
第I步、如图1所示，衬底I先经过热氧化形成场氧层2，在衬底I的有源区淀积多晶硅材料，通过光刻腐蚀形成多晶硅栅结构3 ；
第2步、如图2所示，进行绝缘介质材料淀积，形成绝缘介质层4，对绝缘介质层4光刻腐蚀后形成接触孔11 ;
第3步、如图3所示，进行阻挡缓冲层5淀积，接着进行金属材料淀积，形成金属层6 ；金属层6的材料为Al-S1-Cu ;阻挡缓冲层5的材料为TiN。
[0005]第4步、如图4所示，涂布光刻胶7，通过光刻显影，得到若干窗口 12，窗口 12贯通光刻胶7,以在金属层6的正上方形成金属条图形；
第5步、如图5所示，利用窗口 12，通过金属腐蚀工艺，将金属层6被显影的部分刻蚀掉，即得到第一介质填充孔13，同时形成金属互联结构；
第6步、如图-6所示，采用PECVD方式淀积得到金属间间介质层8。
[0006]通过以上主要的六个工艺过程形成了一层通孔和金属的互联结构，其余金属层互联结构的工艺过程与此类似。由于高温应用环境下，由于在接触孔台阶处的强大电流密度，易造成该处的金属断路，并在其他连线处形成短路，导致整个电路电流增加、功能失效。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于高温电路的金属互连结构及制备方法，其结构简单紧凑，能在高温应用环境下抑制金属互连结构电迁移失效，使得集成电路在高温应用环境下具有较长的使用寿命，工艺步骤简单方便，安全可靠。
[0008]按照本发明提供的技术方案，所述用于高温电路的金属互连结构，包括衬底及位于所述衬底上的场氧层与多晶硅栅结构；所述场氧层及多晶硅栅结构上均覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层内设有贯通所述绝缘介质层的接触孔；所述接触孔内填充有阻挡缓冲层及插塞，阻挡缓冲层包覆插塞，阻挡缓冲层覆盖在接触孔的侧壁及接触孔的底部，且阻挡缓冲层还覆盖在绝缘介质层上；阻挡缓冲层上设置有金属层，所述金属层与插塞电连接，金属层上设有抗反射层；金属层内设有第二介质填充孔，所述第二介质填充孔贯通抗反射层及金属层，第二介质填充孔内填充有金属间介质层，且金属间介质层覆盖在抗反射层上。
[0009]所述金属间介质层内涂布设置有SOG块，在所述金属间介质层及SOG块上覆盖有钝化介质层。
[0010]所述插塞的材料包括钨。所述阻挡缓冲层及抗反射层均为TiN层，抗反射层的厚度为10?30nm。
[0011]一种用于高温电路的金属互连结构的制备方法，所述金属互连结构的制备方法包括如下步骤:
a、提供衬底并在所述衬底上热氧化形成场氧层，并在衬底的有源区设置多晶硅栅结
构；
b、在上述衬底上淀积设置绝缘介质层，选择性地掩蔽和刻蚀所述绝缘介质层，以在绝缘介质层内得到接触孔，所述接触孔贯通绝缘介质层，且接触孔位于衬底有源区的正上方；
C、在上述绝缘介质层上淀积设置阻挡缓冲层，所述阻挡缓冲层覆盖在绝缘介质层上并覆盖在接触孔的侧壁及底壁；
d、在上述设置有阻挡缓冲层的接触孔内淀积插塞材料层，所述插塞材料层填充在接触孔内并覆盖在阻挡缓冲层上；选择性地掩蔽和刻蚀所述插塞材料层，去除阻挡缓冲层上的插塞材料层，得到位于接触孔内的插塞；
e、在上述阻挡缓冲层上淀积得到金属层，并在所述金属层上淀积抗反射层；
f、选择性地掩蔽和刻蚀抗反射层及金属层，以得到第二介质填充孔，所述第二介质填充孔贯通抗反射层及金属层；
g、在上述第二介质填充孔内填充设置金属间介质层，所述金属间介质层填充在介质层填充孔内，并覆盖在抗反射层上。
[0012]还包括如下步骤:
h、在金属间介质层上涂布SOG材料，以在金属介质层上得到SOG层；
1、对SOG层平坦化，得到位于金属间介质层内的SOG块；
j、在上述金属介质层间淀积设置钝化介质层，所述钝化介质层覆盖在金属间介质层及SOG块上。
[0013]所述绝缘介质层通过PECVD或APCVD淀积在衬底上方，绝缘介质层的厚度为800?1200nm。
[0014]所述插塞材料包括钨，淀积的插塞材料层厚度为40(T700nm。所述金属层为Al-S1-Cu，金属层的厚度为45(T650nm。
[0015]所述金属间介质层的厚度为32(T480nm ;在金属间介质层上采用旋涂方式进行两次SOG材料涂布，每次涂布SOG材料的厚度为18(T200nm ;钝化介质层的厚度为30(T500nm。
[0016]本发明的优点:在接触孔内设置阻挡缓冲层及插塞，通过阻挡缓冲层及插塞配合实现抗电迁移能力，结构简单紧凑，能在高温应用环境下抑制金属互连结构电迁移失效，使得集成电路在高温应用环境下具有较长的使用寿命，工艺步骤简单方便，安全可靠。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图广图6为现有金属互连结构的具体实施工艺步骤剖视图，其中 图1为在衬底上设置场氧层及多晶硅栅结构后的剖视图。
[0018]图2为在衬底上设置绝缘介质层并得到接触孔后的剖视图。
[0019]图3为在绝缘介质层上设置阻挡缓冲层及金属层后的剖视图。
[0020]图4为在金属层上涂布光刻胶并形成金属条图形后的剖视图。
[0021]图5为在金属层内得到第一介质填充孔后的剖视图。
[0022]图6为在第一介质填充孔内填充金属间介质层后的剖视图。
[0023]图疒图13为本发明金属互连结构的具体实施工艺步骤剖视图，其中 图7为本发明在衬底上设置场氧层及多晶硅栅结构后的剖视图。
[0024]图8为本发明在衬底上设置绝缘介质层并得到接触孔后的剖视图。
[0025]图9为本发明在接触孔内设置阻挡缓冲层及插塞后的剖视图。
[0026]图10为本发明在阻挡缓冲层上设置金属层及抗反射层后的剖视图。
[0027]图11为本发明得到第二介质填充孔后的剖视图。
[0028]图12为本发明在金属间介质层上涂布得到SOG层后的剖视图。
[0029]图13为本发明得到钝化介质层后的剖视图。
[0030]附图标记说明:1_衬底、2-场氧层、3-多晶硅栅结构、4-绝缘介质层、5-阻挡缓冲层、6-金属层、7-光刻胶、8-金属间介质层、9-插塞、10-S0G块、11-接触孔、12-窗口、13-第一介质填充孔、14-抗反射层、15-第二介质填充孔、16-钝化介质层及17-S0G层。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0032]如图13所示:为了能在高温应用环境下抑制金属互连结构电迁移失效，使得集成电路在高温应用环境下具有较长的使用寿命，本发明包括衬底I及位于所述衬底I上的场氧层2与多晶硅栅结构3 ;所述场氧层2及多晶硅栅结构3上均覆盖有绝缘介质层4，所述绝缘介质层4内设有贯通所述绝缘介质层4的接触孔11 ;所述接触孔11内填充有阻挡缓冲层5及插塞9，阻挡缓冲层5包覆插塞9，阻挡缓冲层5覆盖在接触孔11的侧壁及接触孔11的底部，且阻挡缓冲层5还覆盖在绝缘介质层4上；阻挡缓冲层5上设置有金属层6，所述金属层6与插塞9电连接,金属层6上设有抗反射层14 ;金属层6内设有第二介质填充孔15，所述第二介质填充孔15贯通抗反射层14及金属层6，第二介质填充孔15内填充有金属间介质层8，且金属间介质层8覆盖在抗反射层14上。
[0033]具体地，所述插塞9的材料包括钨。在接触孔11内设置阻挡缓冲层5及插塞9，能够实现抗电迁移能力，能够在高温应用环境条件下，抑制金属电迁移，提高电路高温工作寿命O
[0034]进一步，所述金属间介质层8内涂布设置有SOG块10，在所述金属间介质层8及SOG块10上覆盖有钝化介质层16。
[0035]所述阻挡缓冲层5及抗反射层14均为TiN层，抗反射层14的厚度为l(T30nm。
[0036]如图疒图13所示，一种用于高温电路的金属互连结构的制备方法，所述金属互连结构的制备方法包括如下步骤:
a、提供衬底I并在所述衬底I上热氧化形成场氧层2，并在衬底I的有源区设置多晶硅栅结构3 ；
如图7所示,所述衬底I可以采用体娃或SOI(Silicon-On-1nsulator),衬底I的厚度为SEMI标准厚度。在衬底I上通过热氧化形成场氧层2并在衬底I的有源区设置多晶硅栅结构3均可采用现有常用的工艺步骤，其中，场氧层2位于多晶硅栅结构3的外圈，多晶硅栅结构3的厚度为30(T400nm。
[0037]b、在上述衬底I上淀积设置绝缘介质层4，选择性地掩蔽和刻蚀所述绝缘介质层4，以在绝缘介质层4内得到接触孔11，所述接触孔11贯通绝缘介质层4，且接触孔11位于衬底I有源区的正上方；
如图8所不:所述绝缘介质层4通过PECVD (Plasma Enhanced Chemical VaporD印osition)或APCVD (常压化学气相淀积)淀积在衬底I上方，绝缘介质层4的厚度为800~1200nm。绝缘介质层4可以采用BPSG (硼磷娃玻璃，boro-phospho-silicate-glass)材料。本发明实施例中，在得到绝缘介质层4后，通过在绝缘介质层4上涂布光刻胶，光刻显影后进行接触孔刻蚀，以在绝缘介质层4内得到接触孔11，接触孔11的底部为衬底I的表面。在绝缘介质层4内得到接触孔11可以采用常规的工艺步骤，具体过程不再赘述。
[0038]C、在上述绝缘介质层4上淀积设置阻挡缓冲层5，所述阻挡缓冲层5覆盖在绝缘介质层4上并覆盖在接触孔11的侧壁及底壁；
本发明实施例中，阻挡缓冲层5为TiN层，在淀积阻挡缓冲层5后，阻挡缓冲层5会覆盖接触孔11的侧壁及底壁，并覆盖在绝缘介质层5上。
[0039]d、在上述设置有阻挡缓冲层5的接触孔11内淀积插塞材料层，所述插塞材料层填充在接触孔11内并覆盖在阻挡缓冲层5上；选择性地掩蔽和刻蚀所述插塞材料层，去除阻挡缓冲层5上的插塞材料层，得到位于接触孔11内的插塞9 ；
如图9所示:通过PECVD进行插塞材料层电极，插塞材料层采用钨，插塞材料层的厚度为40(T700nm，在得到插塞材料层后，采用各向异性钨腐蚀，将覆盖在阻挡缓冲层5上的插塞材料层刻蚀掉，得到仅位于接触孔11内的插塞9，此时，阻挡缓冲层5包覆插塞9。在具体实施时，采用各向异性钨腐蚀时，按照过腐蚀10%~20%，以确保仅得到位于接触孔11内的插塞9。
[0040]e、在上述阻挡缓冲层5上淀积得到金属层6，并在所述金属层6上淀积抗反射层14 ；
如图10所不:所述金属层6为Al-S1-Cu,金属层6的厚度为45(T650nm ;抗反射层14的厚度为l(T30nm，抗反射层14的材料也为TiN。金属层6与插塞9电连接，金属层6与阻挡缓冲层5共同形成金属体。
[0041]f、选择性地掩蔽和刻蚀抗反射层14及金属层6，以得到第二介质填充孔15，所述第二介质填充孔15贯通抗反射层14及金属层6 ；
如图11所示:为了能够形成第二介质填充孔15，可以在抗反射层14上涂布光刻胶，通过对光刻胶进行光刻显影，得到金属条图形，利用所述金属条图形对与所述金属条图像对应的抗反射层14及金属层6刻蚀去掉，从而得到第二介质填充孔15 ;进一步地，第二介质填充孔15不在插塞9的上方，即保留与插塞9连接的金属层6及抗反射层14。[0042]g、在上述第二介质填充孔15内填充设置金属间介质层8，所述金属间介质层8填充在介质层填充孔15内，并覆盖在抗反射层14上。
[0043]采用PECVD工艺淀积金属间介质层(MD) 8。
[0044]还包括如下步骤:
h、在金属间介质层8上涂布SOG材料，以在金属介质层8上得到SOG层17；
1、对SOG层17平坦化，得到位于金属间介质层8内的SOG块10;本发明实施例中，采用常规的工艺对SOG层17进行平坦化，SOG块10填充在金属间介质层8的凹槽内。
[0045]j、在上述金属介质层8间淀积设置钝化介质层16，所述钝化介质层16覆盖在金属间介质层8及SOG块10上。本发明实施例中，钝化介质层16的材料可以与金属间介质层8相同。
[0046]如图12和图13所不:所述金属间介质层8的厚度为32(T480nm ;在金属间介质层8上采用旋涂方式进行两次SOG材料涂布,每次涂布SOG (spin on glass coating)材料的厚度为18(T200nm ;钝化介质层16的厚度为30(T500nm。
[0047]通过上述工艺步骤后，能够得到用于高温电路的金属互连结构。在形成金属互连结构后，还可以根据具体的工艺要求制造其余的结构，此处不再赘述。
[0048]本发明在接触孔11内设置阻挡缓冲层5及插塞9，通过阻挡缓冲层5及插塞9配合实现抗电迁移能力，结构简单紧凑，能在高温应用环境下抑制金属互连结构电迁移失效，使得集成电路在高温应用环境下具有较长的使用寿命，工艺步骤简单方便，安全可靠。
【权利要求】
1.一种用于高温电路的金属互连结构，包括衬底(I)及位于所述衬底(I)上的场氧层(2)与多晶硅栅结构(3);所述场氧层(2)及多晶硅栅结构(3)上均覆盖有绝缘介质层(4)，所述绝缘介质层(4 )内设有贯通所述绝缘介质层(4 )的接触孔(11);其特征是:所述接触孔(11)内填充有阻挡缓冲层(5)及插塞(9)，阻挡缓冲层(5)包覆插塞(9)，阻挡缓冲层(5)覆盖在接触孔(11)的侧壁及接触孔(11)的底部，且阻挡缓冲层(5)还覆盖在绝缘介质层(4)上；阻挡缓冲层(5 )上设置有金属层(6 )，所述金属层(6 )与插塞(9 )电连接，金属层(6 )上设有抗反射层(14);金属层(6)内设有第二介质填充孔(15)，所述第二介质填充孔(15)贯通抗反射层(14)及金属层(6)，第二介质填充孔(15)内填充有金属间介质层(8)，且金属间介质层(8)覆盖在抗反射层(14)上。
2.根据权利要求1所述的用于高温电路的金属互连结构，其特征是:所述金属间介质层(8 )内涂布设置有SOG块(10 )，在所述金属间介质层(8 )及SOG块(10 )上覆盖有钝化介质层(16)。
3.根据权利要求1所述的用于高温电路的金属互连结构，其特征是:所述插塞(9)的材料包括鹤。
4.根据权利要求1所述的用于高温电路的金属互连结构，其特征是:所述阻挡缓冲层(5)及抗反射层(14)均为TiN层，抗反射层(14)的厚度为l(T30nm。
5.一种用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征，所述金属互连结构的制备方法包括如下步骤: (a )、提供衬底(I)并在所述衬底(I)上热氧化形成场氧层(2 )，并在衬底(I)的有源区设置多晶硅栅结构(3);` (b)、在上述衬底(I)上淀积设置绝缘介质层(4)，选择性地掩蔽和刻蚀所述绝缘介质层(4)，以在绝缘介质层(4)内得到接触孔(11)，所述接触孔(11)贯通绝缘介质层(4)，且接触孔(11)位于衬底(I)有源区的正上方； (C)、在上述绝缘介质层(4)上淀积设置阻挡缓冲层(5)，所述阻挡缓冲层(5)覆盖在绝缘介质层(4)上并覆盖在接触孔(11)的侧壁及底壁； (d)、在上述设置有阻挡缓冲层(5)的接触孔(11)内淀积插塞材料层，所述插塞材料层填充在接触孔(11)内并覆盖在阻挡缓冲层(5)上；选择性地掩蔽和刻蚀所述插塞材料层，去除阻挡缓冲层(5)上的插塞材料层，得到位于接触孔(11)内的插塞(9)； (e)、在上述阻挡缓冲层(5)上淀积得到金属层(6)，并在所述金属层(6)上淀积抗反射层(14); (f)、选择性地掩蔽和刻蚀抗反射层(14)及金属层(6)，以得到第二介质填充孔(15)，所述第二介质填充孔(15)贯通抗反射层(14)及金属层(6)； (g)、在上述第二介质填充孔(15)内填充设置金属间介质层(8)，所述金属间介质层(8)填充在介质层填充孔(15)内，并覆盖在抗反射层(14)上。
6.根据权利要求5所述用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征是，还包括如下步骤: (h)、在金属间介质层(8)上涂布SOG材料，以在金属介质层(8)上得到SOG层(17); (i )、对SOG层(17 )平坦化，得到位于金属间介质层(8 )内的SOG块(10 ); (j )、在上述金属介质层(8)间淀积设置钝化介质层(16)，所述钝化介质层(16)覆盖在金属间介质层(8)及SOG块(10)上。
7.根据权利要求5所述用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征是:所述绝缘介质层(4)通过PECVD或APCVD淀积在衬底(I)上方，绝缘介质层(4)的厚度为800~1200nm。
8.根据权利要求5所述用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征是:所述插塞材料包括钨，淀积的插塞材料层厚度为40(T700nm。
9.根据权利要求5所述用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征是，所述金属层(6)为Al-S1-Cu，金属层(6)的厚度为45(T650nm。
10.根据权利要求6所述用于高温电路的金属互连结构的制备方法，其特征是:所述金属间介质层(8)的厚度为32(T480nm ;在金属间介质层(8)上采用旋涂方式进行两次SOG材料涂布，每次涂布SOG材料的厚度为18(T200nm ;钝化介质层(16)的厚度为30(T500nm。
【文档编号】H01L21/768GK103700648SQ201310699906
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】寇春梅, 黄蕴, 吴建伟, 洪根深 申请人:无锡中微晶园电子有限公司