專利名稱：一種降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造領(lǐng)域芯片金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種可降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)以及形成該結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的接觸孔刻蝕工藝是采用鎢插塞(Tungsten Plug)工藝，通常的鎢插塞工藝采用覆蓋式鎢淀積(Blanket WCVD)，無(wú)選擇性地阻礙SiO2表面和接觸孔或通孔開(kāi)口處淀積鎢，在進(jìn)行鎢反腐(W Etchback)，去除圓片表面的鎢，僅留下接觸孔或通孔中與SiO2表面等平面的鎢。中國(guó)專利CN101593720A披露了一種鎢插塞的制造方法，包括提供具有介質(zhì)層的半導(dǎo)體基底，在所述介質(zhì)層中具有介質(zhì)孔；在所述介質(zhì)孔中和介質(zhì)層上沉積厚度小于2500 埃的鎢金屬層，且所述鎢金屬層至少填滿所述介質(zhì)孔；平坦化所述鎢金屬層，去除所述介質(zhì)層上以及所述介質(zhì)孔開(kāi)口上方的鎢金屬層。但是，由于鎢的電阻率較高，所形成的接觸孔的電阻值偏高。電阻值偏高會(huì)產(chǎn)生很多的問(wèn)題，比如影響正常工作電流的大小、能量消耗也相對(duì)大等，這些問(wèn)題對(duì)于集成電路運(yùn)作都是不利的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種結(jié)構(gòu)新穎的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)減少金屬互聯(lián)線中鎢栓的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)減少整個(gè)接觸電阻，提高器件的性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括襯底硅片上依次覆蓋有阻擋層和氧化層，在阻擋層和氧化層中設(shè)有通孔，所述通孔與襯底硅片所形成的并接觸有源區(qū)的金屬硅化物層所接觸；
所述通孔底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層，在底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層的通孔中設(shè)有鎢栓，所述鎢栓內(nèi)設(shè)有孔，在該孔的底部和側(cè)壁設(shè)有銅種子層，所述銅種子層與鎢栓之間還有第二阻擋層；
在所述氧化層上還依次設(shè)有低K阻擋層和低K介質(zhì)層，在低K阻擋層和低K介質(zhì)層中設(shè)有刻蝕槽，所述刻蝕槽底部暴露出氧化層中的通孔，所述刻蝕孔底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層， 銅阻擋層與所述的銅種子層、第二阻擋層、鎢栓和金屬阻擋層相接觸，所述底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽中設(shè)有銅。在上述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，所述金屬阻擋層的材料為Ti或TiN。在上述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，所述銅阻擋層的材料為TaN或Ta。在上述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，所述第二阻擋層的材料為TaN或Ta。在上述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，所述鎢栓內(nèi)孔與金屬阻擋層不連通。本發(fā)明另外一個(gè)目的在于提供形成上述金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟在襯底硅片上依次沉積阻擋層和氧化層，在氧化層上涂覆一層光刻膠，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻以形成光阻中的開(kāi)口，利用光阻中的開(kāi)口對(duì)氧化層和阻擋層進(jìn)行刻蝕，在氧化層和阻擋層中形成通孔，在所述通孔底部暴露出接觸襯底硅片中有源區(qū)的金屬硅化物，并去除光刻膠；
在通孔的底部、側(cè)壁及氧化層上依次沉積一層金屬阻擋層、一層鎢栓層和一層銅阻擋層，之后再在銅阻擋層上電鍍一層金屬銅；對(duì)金屬銅層、銅阻擋層、鎢栓層和金屬阻擋層先后進(jìn)行研磨，研磨至露出氧化層為止；
在氧化層上先后再沉積低K阻擋層和低K介質(zhì)層，在低K介質(zhì)層上涂覆一層光刻膠，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，刻蝕由光刻所形成孔下方的低K介質(zhì)層和低K阻擋層并形成刻蝕槽，去除低K介質(zhì)層上 的光刻膠，所述刻蝕槽位于通孔的上方；
在刻蝕孔底部和側(cè)壁上沉積一層銅阻擋層，該銅阻擋層沉積在刻蝕孔底部暴露出的銅種子層、第二阻擋層、鎢栓和金屬阻擋層上，在底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽內(nèi)電鍍金屬銅，對(duì)電鍍金屬銅和低K介質(zhì)層的上表面進(jìn)行平整化處理。在上述的方法中，所述金屬阻擋層的材料為Ti或TiN。在上述的方法中，所述銅阻擋層的材料為TaN或Ta。在上述的方法中，所述第二阻擋層的材料為TaN或Ta。在上述的方法中，所述鎢栓的體積占通孔體積的109Γ90%。本發(fā)明提供的降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，利用低電阻率的金屬材料代替部分金屬鎢栓來(lái)實(shí)現(xiàn)通孔電阻值的降級(jí)，以提高器件的性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中襯底硅片經(jīng)過(guò)通孔光刻、去膠后的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過(guò)金屬阻擋層、金屬鎢沉積后的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過(guò)銅阻擋層、銅種子層淀積電鍍后的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過(guò)研磨后的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過(guò)低K阻擋層、低K介質(zhì)層沉積后的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明提供的降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用現(xiàn)有的集成電路制備技術(shù)，對(duì)通孔的制造在不改變其尺寸、功能的情況下，利用低電阻率金屬銅代替部分金屬鎢栓來(lái)實(shí)現(xiàn)通孔電阻值的降級(jí)，以提高器件的性能。下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)行詳細(xì)描述，以使更好的理解本發(fā)明創(chuàng)造，但下述描述并不限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，在襯底硅片1上依次沉積阻擋層4和氧化層2，在氧化層2上涂覆一層光刻膠。對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻以形成光阻中的開(kāi)口，利用光阻中的開(kāi)口對(duì)氧化層2和阻擋層4進(jìn)行刻蝕，在氧化層2和阻擋層4中形成通孔。在通孔底部暴露出接觸襯底硅片1中有源區(qū)的金屬硅化物3，并除去氧化層2上光刻膠。
如圖2、所示，在通孔的底部、側(cè)壁及氧化層上依次沉積一層金屬阻擋層6、一層鎢栓層5和一層銅阻擋層7，之后再在銅阻擋層7上電鍍一層金屬銅8。對(duì)金屬銅層8、銅阻擋層7、鎢栓層5和金屬阻擋層6先后進(jìn)行研磨，研磨至露出氧化層2為止。金屬阻擋層的材料為Ti或TiN，銅阻擋層的材料為TaN或Ta。如圖5所示，在氧化層2上先后再沉積低K阻擋層10和低K介質(zhì)層9，在低K介質(zhì)層9上涂覆一層光刻膠，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，刻蝕由光刻所形成孔下方的低K介質(zhì)層9和低 K阻擋層10并形成刻蝕槽，去除低K介質(zhì)層9上的光刻膠，所述刻蝕槽位于通孔的上方。

如圖6所示，在刻蝕孔底部和側(cè)壁上沉積一層銅阻擋層11，銅阻擋層11的材料為 TaN或Ta。該銅阻擋層11沉積在刻蝕孔底部暴露出的銅種子層8、第二阻擋層7、鎢栓5和金屬阻擋層6上，在底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽內(nèi)電鍍金屬銅12，對(duì)電鍍金屬銅12 和低K介質(zhì)層9的上表面進(jìn)行平整化處理。整個(gè)結(jié)構(gòu)中，鎢栓的體積占通孔體積的109Γ90%， 并且不能填滿通孔。本發(fā)明溝槽中所填充的所有的金屬的總電阻如圖7所示，在形成的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，從電鍍金屬銅12到襯底硅片1的有源區(qū)的接觸電阻可由R1、R2、R3、R4、R5表示。Rl與 R2并聯(lián)連接，Rl與R2和R3、R4、R5是串聯(lián)連接。由于采用低電阻率的金屬銅代替部分鎢栓，使得鎢栓的阻值變小，使其降低的阻值小于R4與R5的阻值之和，從而達(dá)到降低通孔電阻值的目的。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底硅片上依次覆蓋有阻擋層和氧化層，在阻擋層和氧化層中設(shè)有通孔，所述通孔與襯底硅片所形成的并接觸有源區(qū)的金屬硅化物層所接觸；所述通孔底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層，在底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層的通孔中設(shè)有鎢栓，所述鎢栓內(nèi)設(shè)有孔，在該孔的底部和側(cè)壁設(shè)有銅種子層，所述銅種子層與鎢栓之間還有第二阻擋層；在所述氧化層上還依次設(shè)有低K阻擋層和低K介質(zhì)層，在低K阻擋層和低K介質(zhì)層中設(shè)有刻蝕槽，所述刻蝕槽底部暴露出氧化層中的通孔，所述刻蝕孔底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層， 銅阻擋層與所述的銅種子層、第二阻擋層、鎢栓和金屬阻擋層相接觸，所述底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽中設(shè)有銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬阻擋層的材料為Ti或TiN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅阻擋層的材料為TaN或Ta0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二阻擋層的材料為TaN或Ta0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鎢栓內(nèi)孔與金屬阻擋層不連通。
6.一種形成權(quán)利要求1所述的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟在襯底硅片上依次沉積阻擋層和氧化層，在氧化層上涂覆一層光刻膠，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻以形成光阻中的開(kāi)口，利用光阻中的開(kāi)口對(duì)氧化層和阻擋層進(jìn)行刻蝕，在氧化層和阻擋層中形成通孔，在所述通孔底部暴露出接觸襯底硅片中有源區(qū)的金屬硅化物，并去除光刻膠；在通孔的底部、側(cè)壁及氧化層上依次沉積一層金屬阻擋層、一層鎢栓層和一層銅阻擋層，之后再在銅阻擋層上電鍍一層金屬銅；對(duì)金屬銅層、銅阻擋層、鎢栓層和金屬阻擋層先后進(jìn)行研磨，研磨至露出氧化層為止；在氧化層上先后再沉積低K阻擋層和低K介質(zhì)層，在低K介質(zhì)層上涂覆一層光刻膠，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，刻蝕由光刻所形成孔下方的低K介質(zhì)層和低K阻擋層并形成刻蝕槽，去除低K介質(zhì)層上的光刻膠，所述刻蝕槽位于通孔的上方；在刻蝕孔底部和側(cè)壁上沉積一層銅阻擋層，該銅阻擋層沉積在刻蝕孔底部暴露出的銅種子層、第二阻擋層、鎢栓和金屬阻擋層上，在底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽內(nèi)電鍍金屬銅，對(duì)電鍍金屬銅和低K介質(zhì)層的上表面進(jìn)行平整化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述金屬阻擋層的材料為Ti或TiN。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述銅阻擋層的材料為TaN或Ta。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二阻擋層的材料為TaN或Ta。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述鎢栓的體積占通孔體積的109Γ90%。
全文摘要
一種降低通孔電阻的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括襯底硅片上依次覆蓋有阻擋層和氧化層，在阻擋層和氧化層中設(shè)有通孔，通孔與襯底硅片所形成的并接觸有源區(qū)的金屬硅化物層所接觸；通孔底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層，在底部和側(cè)壁設(shè)有金屬阻擋層的通孔中設(shè)有鎢栓，鎢栓內(nèi)設(shè)有孔，在該孔的底部和側(cè)壁設(shè)有銅種子層，銅種子層與鎢栓之間還有第二阻擋層；在氧化層上還依次設(shè)有低K阻擋層和低K介質(zhì)層，在低K阻擋層和低K介質(zhì)層中設(shè)有刻蝕槽，刻蝕槽底部暴露出氧化層中的通孔，刻蝕孔底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層，銅阻擋層與的銅種子層、第二阻擋層、鎢栓和金屬阻擋層相接觸，底部和側(cè)壁設(shè)有銅阻擋層的刻蝕槽中設(shè)有銅。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102437142SQ20111023526
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者傅昶, 張亮, 胡友存, 鄭春生 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司