在半导体器件中形成金属结构的方法及互连层的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种在半导体器件中形成金属结构的方法及互连层的制作方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路的制作过程中，通常需要在半导体器件中形成金属结构以连接不同的半导体器件。例如在集成电路的后段工艺中，需要在互连层中形成金属结构，以连接晶体管和外围电路。又例如在层叠芯片的制作过程中，需要在芯片中形成垂直硅通孔并在其中形成金属结构，以将不同的芯片键合连接。常用的金属结构的材料为Cu、Au或Sn等，其中Cu具有较低的电阻率等优点，成为半导体集成电路的制作中最主要的材料之一。
[0003]目前，在半导体器件中形成金属结构主要采用化学气相沉积或电镀工艺。其中，电镀工艺具有成本低、形成的金属结构致密等优点，成为金属结构的制作过程中最常用的工艺。在采用电镀工艺形成金属结构的过程中，通常将含有待形成金属的盐类和用于导电的盐溶液作为电镀液，并在电镀液中加入有机添加剂，以提高所形成金属结构和半导体器件之间的结合强度。
[0004]然而，在采用上述电镀工艺制作金属结构时，通常会在金属结构中产生缺陷，比如孔洞、有机残留物等。这些缺陷会影响后续工艺的进行，进而影响半导体器件的稳定性，甚至使得半导体器件发生失效。比如，当采用电镀工艺在互连层中形成金属结构时，会在金属结构中产生孔洞等缺陷(如图1所示)，这些曲线会降低金属结构和阻挡层之间的结合强度，进而影响互连层的稳定性。目前，针对上述问题还没有有效的解决方法。
【发明内容】
[0005]本申请旨在提供一种在半导体器件中形成金属结构的方法及互连层的制作方法，以解决采用现有电镀工艺在半导体器件中形成金属结构时会在金属结构中产生缺陷的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种在半导体器件中形成金属结构的方法，包括采用一次或多次电镀形成金属结构的步骤，其中至少一次电镀所使用的电镀液中的添加剂为无机添加剂。
[0007]进一步地，在上述方法中，无机添加剂为含Ge离子和/或Bi离子的无机添加剂。
[0008]进一步地，在上述方法中，无机添加剂占电镀液总质量的0.05wt%?lwt%。
[0009]进一步地，在上述方法中，无机添加剂为GeCl2和/或BiCl3。
[0010]进一步地，在上述方法中，采用多次电镀形成所述金属结构的步骤中，至少一次电镀所使用的电镀液中添加剂为有机添加剂。
[0011 ] 进一步地，在上述方法中，有机添加剂选自有机硫化物、有机氮化物或二元醇聚合物中的任一种或多种。
[0012]进一步地，在上述方法中，有机硫化物选自氢硫基乙酸、二硫代氨基甲酸和氢硫基丙烷磺酸中的任一种或多种；有机氮化物选自吡啶、吩嗪、酰胺和季铵盐中的任一种或多种；二元醇聚合物选自聚乙二醇、聚丙二醇和聚乙烯乙二醇中的任一种或多种。
[0013]进一步地，在上述方法中，包括以下步骤:在半导体器件表面经第一组电镀处理，形成第一金属结构，第一组电镀处理包括一次或多次电镀处理，且第一组电镀处理所使用的电镀液中添加剂为有机添加剂；在第一金属结构的表面经第二组电镀处理，形成第二金属结构，第二组电镀处理包括一次或多次电镀处理，且第二组电镀处理所使用的电镀液中添加剂为无机添加剂。
[0014]进一步地，在上述方法中，半导体器件上形成有第一凹槽，金属结构形成在第一凹槽内，在半导体器件中形成金属结构的方法包括以下步骤:在第一凹槽的侧壁上经第一组电镀处理，形成第一金属结构，第一金属结构与第一凹槽的底壁形成第二凹槽，第一组电镀处理所使用的电镀液中添加剂为有机添加剂；在第二凹槽的内壁上经第二组电镀处理，形成第二金属结构，第二组电镀处理所使用的电镀液中添加剂为无机添加剂。
[0015]进一步地，在上述方法中，经第二组电镀处理形成的第二金属结构的厚度为金属结构总厚度的1/4?2/3。
[0016]进一步地，在上述方法中，形成金属结构的方法还包括依序进行的第三至第八组电镀处理的步骤，其中相连两组电镀处理所采用的添加剂类型不同。
[0017]进一步地，在上述方法中，金属结构为Cu结构，采用无机添加剂时，电镀液按重量百分含量计包括:0.1?50%的H2SO4,0.1?50%的HCl, 5 ~ 45%的Cu2P2O7和0.05?1%的无机添加剂。
[0018]进一步地，在上述方法中，金属结构为Cu结构，采用有机添加剂时，电镀液按重量百分含量计包括:0.1?50%的H2SO4,0.1?50%的HCl, 5 ~ 45%的Cu2P2O7和0.05?1%的有机添加剂。
[0019]进一步地，在上述方法中，每次电镀步骤中，电流密度为I?5A/dm2，电镀液的温度为5?80°C。
[0020]进一步地，在上述方法中，每次电镀步骤后，对金属结构进行超声清洗。
[0021]进一步地，在上述方法中，超声清洗的步骤中，超声波频率为10?60KHz，清洗的时间为I?5min。
[0022]根据本申请的另一方面，提供了一种互连层的制作方法，包括在衬底上形成具有通孔的介质层，以及在通孔中形成金属结构的步骤，其中形成金属结构的方法为本申请上述的方法。
[0023]进一步地，在上述制作方法中，形成具有通孔介质层，以及在通孔中形成金属结构的步骤包括:在衬底上依次形成介质层和图形化的掩膜层；沿掩膜层中的图形刻蚀介质层，在介质层中形成通孔；采用本申请上述的方法在通孔中形成上表面高于介质层的金属预备结构；去除高于介质层表面的金属预备结构和所述掩膜层，在通孔中形成所述金属结构。
[0024]应用本申请的技术方案，在采用一次或多次电镀步骤形成金属结构的过程中，至少一次电镀步骤所使用的电镀液中添加剂为无机添加剂。该方法在采用以无机添加剂作为添加剂的电镀液进行电镀的过程中，不但避免了在形成的金属结构中产生有机残留物，而且还能填充电镀过程中金属结构中所产生的孔洞，进而减少在金属结构中产生的缺陷，提高了半导体器件的稳定性。
【附图说明】
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0026]图1示出了现有互连层的SEM照片；
[0027]图2示出了本申请实施方式所提供的在半导体器件中形成金属结构的方法的流程不意图；
[0028]图3示出了根据本申请实施方式所提供的互连层的制作方法中，在衬底上依次形成介质层和图形化掩膜层后的基体剖面结构示意图；
[0029]图4示出了沿图3所示的掩膜层中的图形刻蚀介质层形成通孔后的基体剖面结构示意图；
[0030]图5示出了在图4所示通孔中形成金属预备结构后的基体剖面结构示意图；
[0031]图6示出