一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法

摘要

本发明公开了一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法，包括：提供一衬底结构，其中，衬底结构刻蚀有沟槽；沿沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；控制种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体；对叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；对衬底结构具有沟槽一侧表面进行平坦化处理，以在凹槽内形成互连线。在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷。

权利要求

1.一种互连结构的制作方法，其特征在于，包括：

提供一衬底结构，其中，所述衬底结构刻蚀有沟槽；

沿所述沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；

控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，其中，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体为：控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，且所述叠层所形成的凹槽的开口区域所吸附的等离子体的密度，大于所述叠层所形成的凹槽的底部区域所吸附的等离子体的密度，且自所述沟槽的顶部至底部方向，所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体的密度呈减小趋势；

对所述叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；

对所述衬底结构具有所述沟槽一侧表面进行平坦化处理，以在所述凹槽内形成互连线。

2.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，包括：将所述衬底结构放入反应腔中；

对所述反应腔内充入等离子体，其中，充入的等离子体的移动方向朝向所述衬底结构具有所述沟槽一侧。

3.根据权利要求2所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述衬底结构放置于所述反应腔的底部，且所述衬底结构具有所述沟槽一侧朝向所述反应腔的顶部；

及，自所述反应腔的顶部充入等离子体，充入的等离子体由于重力作用而使其移动方向朝向所述衬底结构具有所述沟槽一侧。

4.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体为：控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，且所述叠层所形成的凹槽的宽度小的区域所吸附的等离子体的密度，大于所述叠层所形成的凹槽的宽度大的区域所吸附的等离子体的密度。

5.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，充入的等离子体为将氮气电离化形成的等离子体。

6.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述沟槽的宽度范围为20纳米-200纳米，包括端点值。

7.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述阻挡层为氮化钛阻挡层。

8.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述种子层为钨种子层。

9.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述种子层的厚度范围为

15纳米-60纳米，包括端点值。

10.根据权利要求1所述的互连结构的制作方法，其特征在于，所述连线材料填充为钨连线材料填充。

11.一种互连结构，其特征在于，所述互连结构采用权利要求1～10任意一项所述的互连结构的制作方法制作而成。

12.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，所述半导体器件的制作方法包括权利要求1～10任意一项所述的互连结构的制作方法。

13.根据权利要求12所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述半导体器件为三维存储器。

说明书

一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及互连结构制作技术领域，更为具体的说，涉及一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法。

背景技术

[0002] 目前，在半导体器件的制作工艺中，可根据不同需要在衬底上形成多层金属互连层，每层金属互连层包括互连线，这就需要对衬底上的介质层进行沟槽的刻蚀，而后在沟槽内形成该互连线，互连线的形貌及其稳定性对半导体器件的性能产生非常大的影响。现有技术在制作互连结构的过程中，首先需要在沟槽内制作阻挡层和种子层的叠层，而后对该叠层形成的凹槽内制作互连线。由于沟槽的宽度较小，故而在制作互连线时，经常会出现在凹槽内填充连线材料时，凹槽的开口区域被连线材料封死而使得中间区域出现空洞缺陷。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法，在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

[0005] 一种互连结构的制作方法，包括：

[0006] 提供一衬底结构，其中，所述衬底结构刻蚀有沟槽；

[0007] 沿所述沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；

[0008] 控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体；

[0009] 对所述叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；

[0010] 对所述衬底结构具有所述沟槽一侧表面进行平坦化处理，以在所述凹槽内形成互连线。

[0011] 可选的，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，包括：

[0012] 将所述衬底结构放入反应腔中；

[0013] 对所述反应腔内充入等离子体，其中，充入的等离子体的移动方向朝向所述衬底结构具有所述沟槽一侧。

[0014] 可选的，所述衬底结构放置于所述反应腔的底部，且所述衬底结构具有所述沟槽一侧朝向所述反应腔的顶部；

[0015] 及，自所述反应腔的顶部充入等离子体，充入的等离子体由于重力作用而使其移动方向朝向所述衬底结构具有所述沟槽一侧。

[0016] 可选的，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体为：

[0017] 控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，且所述叠层所形成的凹槽的开口区域所吸附的等离子体的密度，大于所述叠层所形成的凹槽的底部区域所吸附的等离子体的密度。

[0018] 可选的，自所述沟槽的顶部至底部方向，所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体的密度呈减小趋势。

[0019] 可选的，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体为：

[0020] 控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，且所述叠层所形成的凹槽的宽度小的区域所吸附的等离子体的密度，大于所述叠层所形成的凹槽的宽度大的区域所吸附的等离子体的密度。

[0021] 可选的，充入的等离子体为将氮气电离化形成的等离子体。

[0022] 可选的，所述沟槽的宽度范围为20纳米-200纳米，包括端点值。

[0023] 可选的，所述阻挡层为氮化钛阻挡层。

[0024] 可选的，所述种子层为钨种子层。

[0025] 可选的，所述种子层的厚度范围为15纳米-60纳米，包括端点值。

[0026] 可选的，所述连线材料填充为钨连线材料填充。

[0027] 相应的，本发明还提供了一种互连结构，所述互连结构采用上述的互连结构的制作方法制作而成。

[0028] 相应的，本发明还提供了一种半导体器件的制作方法，所述半导体器件的制作方法包括上述的互连结构的制作方法。

[0029] 可选的，所述半导体器件为三维存储器。

[0030] 相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

[0031] 本发明提供了一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法，包括：提供一衬底结构，其中，所述衬底结构刻蚀有沟槽；沿所述沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体；对所述叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；对所述衬底结构具有所述沟槽一侧表面进行平坦化处理，以在所述凹槽内形成互连线。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷；并且，在后续制作连线材料填充过程中，种子层吸附的等离子体会逐渐消失，并不会对互联结构的制作造成影响。

附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0033] 图1为本申请实施例提供的一种互连结构的制作方法的流程图；

[0034] 图2a-图2e为与图1各个步骤相对应结构示意图；

[0035] 图3为本申请实施例提供的一种控制吸附等离子体过程的流程图；

[0036] 图4为本申请实施例提供的一种控制吸附等离子体过程的结构示意图。

具体实施方式

[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 正如背景技术所述，现有技术在制作互连结构的过程中，首先需要在沟槽内制作阻挡层和种子层的叠层，而后对该叠层形成的凹槽内制作互连线。由于沟槽的宽度较小，故而在制作互连线时，经常会出现在凹槽内填充连线材料时，凹槽的开口区域被连线材料封死而使得中间区域出现空洞缺陷。

[0039] 基于此，本申请实施例提供了一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法，在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图4对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

[0040] 参考图1所示，为本申请实施例提供的一种互连结构的制作方法的流程图，其中，制作方法包括：

[0041] S1、提供一衬底结构，其中，所述衬底结构刻蚀有沟槽；

[0042] S2、沿所述沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；

[0043] S3、控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体；

[0044] S4、对所述叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；

[0045] S5、对所述衬底结构具有所述沟槽一侧表面进行平坦化处理，以制作所述互连线。

[0046] 由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷。

[0047] 下面结合图2a-图2e对本申请上述实施例提供的制作方法进行更为详细的描述，图2a-图2e为与图1各个步骤相对应结构示意图。

[0048] 参图2a所示，对应步骤S1，提供一衬底结构100。其中，衬底结构100刻蚀有沟槽200。

[0049] 本申请实施例提供的制作方法为制作互连线以形成互连层的方法。因而，本申请实施例提供的衬底结构包括有半导体衬底，及生长于半导体衬底上的多个介质层，最上一层介质层即为待制作互连层的结构层，而其余介质层可以均为制作完毕的互连层，对此本申请不做具体限制。其中，在后续刻蚀沟槽的过程中，需要将该待制作互连层的介质层整个贯穿。

[0050] 在本申请一实施例中，对应沟槽的刻蚀可以采用光刻工艺进行刻蚀，还可以采用其他刻蚀工艺对沟槽进行刻蚀，对此本申请不做具体限制。此外，本申请实施例提供的所述沟槽的宽度范围为20纳米-200纳米，包括端点值，具体可以为25纳米、50纳米、120纳米、160纳米等，对此需要根据实际应用进行具体选取。

[0051] 此外，本申请实施例提供的沟槽可以为具有更小宽度的沟槽，可以为具有高深宽比的沟槽，还可以为开口宽度小于其余部分宽度的沟槽，对此本申请不做具体限制。

[0052] 参考图2b所示，对应步骤S2，沿沟槽的内壁依次沉积阻挡层300和种子层400的叠层。

[0053] 在本申请一实施例中，阻挡层和种子层的沉积采用同一机台的真空腔进行沉积，进而能够防止种子层氧化。阻挡层可以为导电的阻挡层，还可以为非导电的阻挡层，阻挡层的作用主要为防止种子层的扩散和电迁移；在阻挡层为非导电阻挡层时，由于互连线需要与其他互连层电接触，故而，需要对阻挡层位于沟槽底部的部分进行开窗处理，使种子层与下方互连层接触，对此与现有技术相同，故不做多余赘述。

[0054] 本申请实施例提供的阻挡层和种子层均可以采用物理气相沉积工艺制作而成；在本申请其他实施例中，还可以采用其他工艺制作而成，具体如溅射等工艺，对此本申请不做具体限制。

[0055] 在本申请一实施例中，本申请提供的所述阻挡层为氮化钛阻挡层，在本申请其他实施例中，阻挡层的还可以为其他材质的阻挡层，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用中种子层的材质等参数进行具体选取。此外，本申请对阻挡层的厚度不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计。

[0056] 及，在本申请一实施例中，本申请提供的所述种子层为钨种子层，其中，在采用沉积方式制作种子层时，可以采用B2H6和WF6反应制作该钨种子层。在本申请其他实施例中，种子层还可以为其他材质的种子层，对此本申请不作具体限制。此外，本申请实施例提供的所述种子层的厚度范围为15纳米-60纳米，包括端点值，具体可以为20纳米、40纳米、50纳米、55纳米等，对此本申请不做具体限制。

[0057] 参考图2c所示，对应步骤S3，控制种子层400背离阻挡层300一侧表面吸附等离子体10。

[0058] 在对衬底结构进行等离子体吸附处理后，种子层背离阻挡层一侧表面将会吸附一定的带点粒子的等离子体。由于暴露和接触等离子体的程度不同，等离子体的分布会有一定的选择性；一般的将衬底结构放入等离子体反应腔中，种子层背离阻挡层一侧表面较为突出的结构吸附等离子体的效果较强，且由于等离子体具有抑制连线材料生长的能力，进而会使得种子层背离阻挡层一侧表面较为突出的结构区域(即种子层形成的凹槽的宽度较小的区域)生长连线材料的速度较慢，而种子层形成的凹槽内宽度较大区域生长连线材料速度较快，进而使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除空洞缺陷。

[0059] 现有在后续进行连线材料填充过程中，叠层形成的凹槽内的宽度较小的区域生长过快，会使得该区域封死而使得其下方出现空洞的缺陷的情况。故而，在本申请一实施例中，控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体为：

[0060] 控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，且所述叠层所形成的凹槽的开口区域所吸附的等离子体的密度，大于所述叠层所形成的凹槽的底部区域所吸附的等离子体的密度。通过抑制凹槽内宽度较小的区域的连线材料的生长速度，避免使该宽度较小区域封死而使得其下方出现空洞的缺陷的情况发生。

[0061] 以及，现有在后续进行连线材料填充过程中，叠层形成的凹槽的开口区域生长速度会大于其余区域的生长速度，而容易出现开口区域被连线材料封死而使得内部出现空洞缺陷的情况。故而，在本申请一实施例中，自所述沟槽的顶部至底部方向，所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体的密度呈减小趋势。通过抑制凹槽的开口区域的连线材料的生长速度，避免使凹槽开口区域被连线材料封死而使得内部出现空洞缺陷的情况。

[0062] 下面结合附图3和图4对本申请实施例提供的控制种子层表面吸附等离子体的过程进行详细的描述，图为本申请实施例提供的一种控制吸附等离子体过程的流程图，图4为本申请实施例提供的一种控制吸附等离子体过程的结构示意图。

[0063] 参考图3所示，本申请实施例提供的控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体，包括：

[0064] S31、将所述衬底结构放入反应腔中；

[0065] S32、对所述反应腔内充入等离子体，其中，充入的等离子体的移动方向朝向所述衬底结构具有所述沟槽一侧。

[0066] 结合图4所示，所述衬底结构100放置于所述反应腔20的底部，且所述衬底结构100具有所述沟槽200一侧朝向所述反应腔20的顶部；

[0067] 及，自所述反应腔20的顶部充入等离子体10，充入的等离子体10由于重力作用而使其移动方向(如图中箭头方向)朝向所述衬底结构100具有所述沟槽200一侧。

[0068] 结合图3和图4所示，本申请实施例提供的控制种子层表面吸附等离子体的过程中，等离子体会首先接触种子层形成凹槽的开口区域，会使得种子层形成的凹槽在开口区域的等离子体密度大于其底部的等离子体密度。并且，由于等离子体的分布会有一定的选择性，种子层背离阻挡层一侧表面较为突出的结构吸附等离子体的效果较强(即密度较大)，进而能够在后续连线材料填充的过程中，抑制该区域的连线材料的生长速度的能力较强，最终使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除空洞缺陷。

[0069] 需要说明的是，本申请对于控制种子层表面吸附等离子体的过程并不局限于上述图3和图4所示出的事例，图3和图4所示出的事例仅仅是本申请能够采用的众多事例中的一种，对此需要根据实际应用进行具体设计。此外，本申请实施例在对种子层表面吸附等离子体进行处理时，对于等离子体的工艺参数，如充入速率、工艺温度、充入时间等均不做具体限制，需要根据实际应用进行具体设计，以满足实际应用的需求。

[0070] 在本申请一实施例中，本申请提供的充入的等离子体为将氮气电离化形成的等离子体。其中，本申请实施例提供的氮气电离化形成的等离子体可以为明场等离子体(用高电压来维持的发光的等离子体)，还可以为暗场等离子体(仅仅进行气体电离化，不发光又不需要高电压维持的等离子体)，对此本申请不做具体限制。

[0071] 参考图2d所示，对应步骤S4，对叠层形成的凹槽内进行连线材料填充500’。

[0072] 本申请实施例提供的阻挡层300和种子层400的叠层形成后，叠层会形成一凹槽形状，而后在该凹槽内填充连线材料，以为后续制作互连线提供基础。在本申请一实施例中，本申请提供连线材料填充的材质与种子层的材质可以相同，即，本申请实施例提供的所述连线材料填充为钨连线材料填充，且钨连线材料填充可以为采用沉积工艺进行填充，如采用H2和WF6进行反应沉积钨连线材料填充。此外，在本申请其他实施例中，在凹槽内填充连线材料可以采用电镀工艺进行；或者，在本申请其他实施例中，在凹槽内填充连线材料还可以采用其他工艺进行，对此本申请不做具体限制。

[0073] 参考图2e所示，对应步骤S5，对衬底结构100具有沟槽200一侧表面进行平坦化处理，以在凹槽内形成互连线500。

[0074] 由于在对凹槽进行填充连线材料后，形成的连线材料填500’充会高于该衬底结构100的表面，而形成凹凸不平的表面，且该连线材料填充覆盖衬底结构100的表面和阻挡层
300及种子层400的叠层的表面，故而，需要对该衬底结构100的表面进行平坦化处理，即去除多余的连线材料部分，且裸露出衬底结构100、阻挡层300和种子层400的表面，最终形成互连结构和互连线500。

[0075] 在本申请一实施例中，所述对所述衬底结构进行平坦化处理可以采用化学机械研磨工艺进行。对此平坦化处理过程，在本申请其他实施例中还可以采用其他工艺进行，对此本申请不做具体限制。

[0076] 相应的，本申请实施例还提供了一种互连结构，所述互连结构采用上述任意一实施例提供的互连结构的制作方法制作而成。

[0077] 此外，本申请实施例提供的互连结构的制作方法还可以应用于大马士革金属连线工艺等工艺中，对此本申请不做具体限制。

[0078] 相应的，本申请实施例还提供了一种半导体器件的制作方法，所述半导体器件的制作方法包括上述任意一实施例提供的互连结构的制作方法。

[0079] 可选的，本申请实施例提供的所述半导体器件为三维存储器(3D NAND)。在本申请其他实施例中，半导体器件还可以为其他具体器件，对此本申请不做具体限制。

[0080] 本申请实施例提供了一种互连结构及其制作方法和半导体器件的制作方法，包括：提供一衬底结构，其中，所述衬底结构刻蚀有沟槽；沿所述沟槽的内壁依次沉积阻挡层和种子层的叠层；控制所述种子层背离所述阻挡层一侧表面吸附等离子体；对所述叠层形成的凹槽内进行连线材料填充；对所述衬底结构具有所述沟槽一侧表面进行平坦化处理，以在所述凹槽内形成互连线。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在进行连线材料填充之前，对种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体，通过优化种子层背离阻挡层一侧表面吸附等离子体的区域，进而通过等离子体抑制凹槽的宽度较小的区域连线材料的生长速度，而避免凹槽的宽度较小的区域被封死，使得凹槽内连线材料填充更加饱满，消除连线材料填充中的空洞缺陷；并且，在后续制作连线材料填充过程中，种子层吸附的等离子体会逐渐消失，并不会对互联结构的制作造成影响

[0081] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。