互连结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种互连结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着超大规模集成电路工艺技术的不断进步，半导体器件的特征尺寸不断缩小，半导体器件的性能越来越强，集成电路芯片的集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层互连技术被广泛使用。
[0003]传统的互连结构是由铝金属制备而成的，但是随着半导体尺寸的不断缩小，越来越小的互连结构中承载越来越高的电流，且互连结构的响应时间要求越来越短，传统铝互连结构已经不能满足要求；因此，铜金属已经取代铝金属作为互连结构的材料。与铝相比，金属铜的电阻率更低且抗电迁移性更好，铜互连结构可以降低互连结构的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。因此，铜互连技术取代铝互连技术成为发展趋势。
[0004]然而，尽管采用铜金属作为互连结构的材料能在一定程度上改善互连结构的性能，互连结构的性能仍有待提高。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种互连结构的形成方法，在减小金属连线以及金属凸块的电阻率、提高互连结构的抗电迁移能力的同时，提高形成的介质层的质量，从而优化互连结构的电学性能。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种互连结构的形成方法，包括:提供基底；形成覆盖于所述基底表面的金属层；刻蚀所述金属层，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；形成覆盖于所述基底表面、金属连线表面以及金属凸柱侧壁表面的介质层。
[0007]可选的，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: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。
[0008]可选的，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。
[0009]可选的，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；以所述第二掩膜薄膜为掩膜，刻蚀去除部分厚度的未被第一掩膜薄膜覆盖的金属层，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；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凸柱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，刻蚀所述初始金属连线直至暴露出基底表面，同时刻蚀所述初始金属凸柱，在所述基底表面形成分立的金属连线，且所述金属连线表面具有若干分立的金属凸柱。
[0010]可选的，在同一个刻蚀腔室内，进行所述刻蚀金属层、第一掩膜薄膜以及初始金属连线的刻蚀工艺。
[0011]可选的，所述金属凸柱的厚度等于金属层的厚度与初始金属凸柱的厚度之差；所述金属连线的厚度等于初始金属凸柱的厚度。
[0012]可选的，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。
[0013]可选的，所述初始掩膜层为单层结构或叠层结构。
[0014]可选的，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。
[0015]可选的，所述第一掩膜薄膜的材料为氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳氮氧化硅中的一种或多种；所述第二掩膜薄膜的材料为氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳氧化硅中的一种或多种。
[0016]可选的，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:在刻蚀所述金属层之前，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。
[0017]可选的，所述金属凸柱的厚度等于初始金属凸柱的厚度。
[0018]可选的，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。
[0019]可选的，在同一个刻蚀腔室内，进行所述刻蚀金属层、第一掩膜薄膜以及部分厚度的初始金属连线的刻蚀工艺。
[0020]可选的，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。
[0021]可选的，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。
[0022]可选的，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:在所述金属层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，刻蚀金属层直至暴露出基底表面，形成分立的初始金属连线；去除所述第一掩膜层；在所述初始金属连线表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖需要形成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。
[0023]可选的，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述金属层，干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括H2。
[0024]可选的，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介质材料或超低k介质材料。
[0025]可选的，所述金属层的材料为Cu、Al或W。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明提供的互连结构的形成方法中，形成覆盖于基底表面的金属层，所述金属层的尺寸与基底表面尺寸一致，因此形成的金属层具有相对较大的尺寸，使得在形成金属层的过程中晶粒尺寸生长受到的限制小，因此金属层的晶粒尺寸相对较大，进而使得金属层内的晶粒界面散射小。刻蚀所述晶粒尺寸大、晶粒界面散射小的金属层后，形成的金属连线以及金属凸柱以将具有较大的晶粒尺寸、较小的晶粒界面散射，使得金属连线和金属凸柱的电阻率小且抗电迁移能力大，优化互连结构的电学性能。
[0028]同时，本发明在形成金属连线和金属凸柱之后，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，因此所述介质层未经历为形成金属连线和金属凸柱而进行的刻蚀工艺，避免所述介质层受到刻蚀损伤，使得所述介质层保持有良好的性能，优化互连结构的电学性能。
[0029]进一步，刻蚀金属层，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。本发明避免基底暴露在刻蚀环境中，有效的降低了基底受到的刻蚀损伤。
[0030]进一步，在刻蚀金属之前形成第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜，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，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；在形成第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜之前，金属层表面各区域高度一致，使得金属层表面对第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜形貌造成的不良影响小，避免由于金属层表面具有复杂图形而导致第一掩膜薄膜和第二掩膜薄膜形貌出现偏差，使得后续形成的金属连线和金属凸柱的形貌和位置精确度高。