金属互连结构及其形成方法与流程

1.本技术涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种金属互连结构及其形成方法。


背景技术：

2.在半导体集成电路制造的后段(back end of line，beol)制程中，通常会形成金属互连结构实现器件中电极的引出。通常，金属互连结构的形成方法包括：在介质层中刻蚀形成金属连线的沟槽后，填充金属，再对金属进行平坦化后，重复上述工艺直至形成金属互连结构。
3.然而，随着金属互连结构的层数的叠加，晶圆的翘曲度也会越来越大，在对该晶圆进行光刻工艺时，翘曲度过高会导致工序报警，无法继续该步骤的光刻工艺，需要对翘曲度过高的晶圆进行返工或废弃，从而降低了产品的制造效率。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种金属互连结构及其形成方法，可以解决相关技术中提供的金属互连结构容易导致晶圆翘曲的问题。
5.一方面，本技术实施例提供了一种金属互连结构，包括：
6.第一接触孔，所述第一接触孔形成于第一介质层中；
7.第二接触孔，所述第二接触孔形成于第二介质层中，所述第二接触孔的顶部与所述第一接触孔的底部接触，所述第二接触孔和所述第一接触孔的构成材料不同；
8.金属连线，所述金属连线形成于第三介质层中，所述金属连线的底部与所述第二接触孔的顶部接触，所述金属连线和所述第一接触孔的构成材料不同，所述第二介质层和所述第一介质层、所述第三介质层的应力不同。
9.在一些实施例中，所述第一接触孔的构成材料包括铜。
10.在一些实施例中，所述第二接触孔的构成材料包括钨。
11.在一些实施例中，所述金属连线的构成材料包括铝。
12.在一些实施例中，所述第二介质层的应力大于所述第一介质层、所述第三介质层的应力。
13.另一方面，本技术实施例提供了一种金属互连结构的形成方法，包括：
14.形成第一介质层；
15.在所述第一介质层中形成第一接触孔；
16.在所述第一介质层上形成第二介质层；
17.在所述第二介质层中形成第二接触孔，所述第二接触孔的顶部与所述第一接触孔的底部接触，所述第二接触孔和所述第一接触孔的构成材料不同；
18.在所述第二介质层上形成第三介质层；
19.在所述第三介质层中形成金属连线，所述金属连线的底部与所述第二接触孔的顶
部接触，所述金属连线和所述第一接触孔的构成材料不同，所述第二介质层和所述第一介质层、所述第三介质层的应力不同。
20.在一些实施例中，所述第一接触孔的构成材料包括铜。
21.在一些实施例中，所述第二接触孔的构成材料包括钨。
22.在一些实施例中，所述金属连线的构成材料包括铝。
23.在一些实施例中，所述第二介质层的应力大于所述第一介质层、所述第三介质层的应力。
24.本技术技术方案，至少包括如下优点：
25.通过在半导体制造的后段制程中，调整第一接触孔和金属连线(第一接触孔和金属连线的构成材料不同)之间的第二介质层的应力，降低了晶圆的翘曲度，从而避免了因为晶圆翘曲度较高所导致的返工，提高了制造效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本技术一个示例性实施例提供的金属互连结构的剖面示意图；
28.图2是本技术一个示例性实施例提供的金属互连结构的形成方法的流程图。
具体实施方式
29.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.参考图1，其示出了本技术一个示例性实施例提供的金属互连结构的剖面示意图，如图1所示，该金属互连结构包括：
34.第一接触孔311，其形成于第一介质层210中。
35.第二接触孔312，其形成于第二介质层220中，第二接触孔312的顶部与第一接触孔311的底部接触，第二接触孔312和第一接触孔311的构成材料不同。
36.金属连线320，其形成于第三介质层230中，金属连线320的底部与第二接触孔312的顶部接触，金属连线320和第一接触孔311的构成材料不同，第二介质层220和第一介质层210、第三介质层230的应力不同。
37.其中，第一接触孔311的构成材料包括铜(cu)，第二接触孔312的构成材料包括钨(w)，金属连线320的构成材料包括铝(al)，第二介质层220的应力大于第一介质层210、第三介质层230的应力。在第一接触孔为铜接触孔，金属连线为铝金属连线，连接铜接触孔和铝金属连线的第二接触孔为钨接触孔的芯片产品中，将铜接触孔和铝金属连线之间的介质层(第二介质层)设置为具有较高的应力，能够降低晶圆的翘曲。
38.需要说明的是，本技术实施例中提供的金属互连结构可包括多层第一介质层、多层第二介质层、多层第三介质层，以及形成于多层第一介质层中第一接触孔，形成于多层第二介质层中第二接触孔，形成于多层第三介质层中的金属连线，图1中以一层结构做示例性说明，可根据实际应用设定第一介质层、第二介质层、第三介质层、第一接触孔、第二接触孔和金属连线的层数。例如，第一介质层210可以是第一层第一介质层，第一接触孔311可以是第一层第一接触孔，其底部与半导体器件(图1中未示出)需要引出的区域(例如，栅极、源极或漏极)接触。
39.综上所述，本技术实施例中，通过在半导体制造的后段制程中，调整第一接触孔和金属连线(第一接触孔和金属连线的构成材料不同)之间的第二介质层的应力，降低了晶圆的翘曲度，从而避免了因为晶圆翘曲度较高所导致的返工，提高了制造效率。
40.参考图2，其示出了本技术一个示例性实施例提供的金属互连结构的形成方法的流程图，该方法可用于制备图1实施例中的金属互连结构，如图2所示，该方法包括：
41.步骤s1，形成第一介质层。
42.示例性的，步骤s1包括但不限于：通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)工艺沉积硅氧化物(例如，二氧化硅(sio2))形成第一介质层。
43.步骤s2，在第一介质层中形成第一接触孔。
44.示例性的，步骤s2包括但不限于：通过光刻工艺在第一介质层上覆盖光阻，暴露出第一接触孔对应的区域；进行刻蚀，形成第一接触孔对应的沟槽；去除光阻；形成第一金属层，第一金属层填充沟槽；进行平坦化处理(例如，可通过化学机械研磨(chemical mechanical polishing，cmp)工艺进行平坦化处理)，直至沟槽外的第一介质层暴露，沟槽内剩余的第一金属层形成第一接触孔。
45.若第一金属层为铜层，可通过电镀工艺形成第一金属层。
46.步骤s3，在第一介质层上形成第二介质层。
47.示例性的，步骤s3包括但不限于：通过cvd工艺沉积形成第二介质层。其中，第一介质层和第二介质层的应力不同，可通过选择第一介质层和第二介质层的构成材料，或通过控制沉积工艺的参数使第一介质层和第二介质层的应力不同。
48.步骤s4，在第二介质层中形成第二接触孔，第二接触孔的顶部与第一接触孔的底部接触，第二接触孔和第一接触孔的构成材料不同。
49.示例性的，步骤s4包括但不限于：通过光刻工艺在第二介质层上覆盖光阻，暴露出第二接触孔对应的区域；进行刻蚀，形成第二接触孔对应的沟槽；去除光阻；形成第二金属层，第二金属层填充沟槽；进行平坦化处理(例如，可通过cmp工艺进行平坦化处理)，直至沟槽外的第二介质层暴露，沟槽内剩余的第二金属层形成第二接触孔。
50.若第二金属层为钨层，可通过物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)工艺沉积钨形成第二金属层。
51.步骤s5，在第二介质层上形成第三介质层。
52.示例性的，步骤s5包括但不限于：通过cvd工艺沉积形成第三介质层。其中，第三介质层和第二介质层的应力不同，可通过选择第三介质层和第二介质层的构成材料，或通过控制沉积工艺的参数使第三介质层和第二介质层的应力不同。
53.步骤s6，在第三介质层中形成金属连线，金属连线的底部与第二接触孔的顶部接触，金属连线和第一接触孔的构成材料不同，第二介质层和第一介质层、第三介质层的应力不同。
54.示例性的，步骤s6包括但不限于：通过光刻工艺在第三介质层上覆盖光阻，暴露出金属连线对应的区域；进行刻蚀，形成金属连线对应的沟槽；去除光阻；形成第三金属层，第三金属层填充沟槽；进行平坦化处理，直至沟槽外的第三介质层暴露，沟槽内剩余的第三金属层形成金属连线。金属连线的底部与第二接触孔的顶部接触。
55.若第三金属层为铝层，可通过pvd工艺形成第三金属层。
56.其中，若第一金属层为铜层，第二金属层为钨层，第三金属层为铝层，则需要将第二介质层的应力设置为大于第一介质层、第三介质层的应力。
57.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。