金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法，其中，金属互连结构包括基体、蚀刻停止层、介质层以及上层金属结构，基体内部形成有底层金属结构；蚀刻停止层形成于基体的上方；介质层形成于蚀刻停止层的上方；上层金属结构至少部分贯穿介质层和蚀刻停止层，并抵接在底层金属结构上；其中，蚀刻停止层的材质包括金属含氧化合物，金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种。在本发明专利技术的技术方案中，蚀刻停止层包括由稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种形成的金属含氧化合物，不仅能提高蚀刻停止能力，而且能改善金属互连结构的阻容延迟效应。构的阻容延迟效应。构的阻容延迟效应。

【技术实现步骤摘要】
金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其是一种金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体器件的尺寸缩小，现有半导体器件中的金属互连结构的空间将不断被压缩。特别地，在10nm以下的器件的制程中，金属互连结构中的通孔(Via)和沟槽(Trench)因尺寸缩小和图案密度增加，进一步加重通孔刻蚀的微观负载效应(Micro Loading)，以及稀疏区(Iso)和密集区(Dense)的负载效应。
[0003]为缓解刻蚀的负载效应，现行的技术方案是在金属互连结构的通孔和沟槽下方设置一蚀刻停止层，通常地，蚀刻停止层采用高介电常数的含铝氧化物，比如K值为9～11的氧化铝。但是，含铝氧化物的设置方案，其厚度通常要达到40～50埃，容易出现RC延迟(RC Delay)问题，严重影响互连结构的速度和效能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法，旨在解决现有金属互连结构中的蚀刻停止层容易出现阻容延迟，进而严重影响金属互连结构的蚀刻速度和效能的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种金属互连结构，包括：
[0006]基体，内部形成有底层金属结构；
[0007]蚀刻停止层，形成于所述基体的上方；
[0008]介质层，形成于所述蚀刻停止层的上方；以及，
[0009]上层金属结构，至少部分贯穿所述介质层和所述蚀刻停止层，并抵接在所述底层金属结构上；
[0010]其中，所述蚀刻停止层的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种。
[0011]可选地，所述金属含氧化合物包括钇的含氧化合物。
[0012]可选地，所述钇的含氧化合物包括钇铝氧化物、锆酸钇、氧化钇以及钇硅氧化物中的至少一种。
[0013]可选地，所述蚀刻停止层包括多个相互层叠的结构层；和/或，
[0014]所述蚀刻停止层的厚度为T，其中
[0015]可选地，所述蚀刻停止层包括相互层叠的多个第一结构层和多个第二结构层，且每一相邻的两个所述第一结构层之间均夹设有一个所述第二结构层；
[0016]其中，所述第一结构层的材质为氧化钇和/或所述第二结构层的材质为氧化硅。
[0017]可选地，多个所述第一结构层的总厚度设置为T1；
[0018]多个所述第二结构层的总厚度设置为T2；
[0019]其中，T2≦T1≦3T2。
[0020]本专利技术还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括金属互连结构，所述金属互连结构包括：
[0021]基体，内部形成有底层金属结构；
[0022]蚀刻停止层，形成于所述基体的上方；
[0023]介质层，形成于所述蚀刻停止层的上方；以及，
[0024]上层金属结构，至少部分贯穿所述介质层和所述蚀刻停止层，并抵接在所述底层金属结构上；
[0025]其中，所述蚀刻停止层的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种。
[0026]本专利技术还提供一种金属互连结构的制备方法，所述金属互连结构的制备方法的步骤包括：
[0027]提供一基体，其中，所述基体包括底层金属结构以及填充于相邻的两个所述底层金属结构之间的介质；
[0028]在所述基体上从下向上依次形成有有介质阻挡层、蚀刻停止层以及介质层；
[0029]蚀刻贯穿所述介质层、所述蚀刻停止层以及所述介质阻挡层以形成通孔和沟槽，并使所述底层金属结构自所述通孔以及所述沟槽内显露；
[0030]在所述通孔和所述沟槽内设置有上层金属结构。
[0031]可选地，所述“蚀刻出贯穿所述介质层、所述蚀刻停止层以及所述介质阻挡层以形成通孔和沟槽，并使所述底层金属结构自所述通孔和所述沟槽内显露”的步骤包括：
[0032]确定预设通孔位置和预设沟槽位置；
[0033]根据所述预设通孔位置和所述预设沟槽位置，在所述介质层上先后依次蚀刻出初始沟槽和初始通孔；
[0034]根据所述初始沟槽和所述初始通孔，去除对应位置的所述蚀刻停止层和所述介质阻挡层，形成通孔和沟槽，以使所述底层金属结构自所述通孔和所述沟槽显露。
[0035]可选地，所述“在所述通孔和所述沟槽内设置有上层金属结构”的步骤包括：
[0036]分别在所述通孔和所述沟槽内填充导电材料，以形成所述上层金属结构。
[0037]本专利技术的技术方案中，在所述基体的上方形成所述蚀刻停止层，所述蚀刻停止层的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种，在介质层蚀刻环境下，由于现有的蚀刻停止层的材质为含铝氧化物，含铝氧化物在蚀刻过程中一般会转化为气态卤化铝(比如AlF3)，产生的气态卤化铝会随着蚀刻气体一起被带离反应腔室内，而在本专利技术中，所述蚀刻停止层包括由稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种形成的所述金属含氧化合物，蚀刻过程中，所述金属含氧化合物可以转化为高密度的固体卤化物的副产物，产生的固体卤化物会重新附着在所述蚀刻停止层的表面，不仅可以提高所述蚀刻停止层的蚀刻停止能力，而且能同时改善所述金属互连结构的阻容延迟效应。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
Delay)问题，严重影响互连结构的速度和效能。
[0050]鉴于此，本专利技术提供一种金属互连结构、半导体器件、及金属互连结构的制备方法。图1至图2为本专利技术提供的金属互连结构的一实施例；图3为本专利技术提供的金属互连结构的制备方法的流程图。
[0051]请参阅图1，所述金属互连结构100包括基体1、蚀刻停止层2、介质层4以及上层金属结构5，所述基体1内部形成有底层金属结构11；所述蚀刻停止层2形成于所述基体1的上方；所述介质层4形成于所述蚀刻停止层2的上方；所述上层金属结构5至少部分贯穿所述介质层4和所述蚀刻停止层2，并抵接在所述底层金属结构11上；其中，所述蚀刻停止层2的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种。
[0052]本专利技术的技术方案中，在所述基体1的上方形成所述蚀刻停止层2，所述蚀刻停止层2的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种，在介质层4蚀刻环境下，由于现有的蚀刻停止层2的材质为含铝氧化物，含铝氧化物在蚀刻过程中一般会转化为气态卤化铝(比如AlF3)，产生的气态卤化铝会随着蚀刻气体一起被带离反应腔室内，而在本专利技术中，所述蚀刻停止层2包括由稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种形成的所述金属含氧化合物，蚀刻过程中，所述金属含氧化合物可以转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属互连结构，其特征在于，包括：基体，内部形成有底层金属结构；蚀刻停止层，形成于所述基体的上方；介质层，形成于所述蚀刻停止层的上方；以及，上层金属结构，至少部分贯穿所述介质层和所述蚀刻停止层，并抵接在所述底层金属结构上；其中，所述蚀刻停止层的材质包括金属含氧化合物，所述金属含氧化合物中的金属元素包括稀土金属元素、钡、锶、钙以及钠中的至少一种。2.根据权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述金属含氧化合物包括钇的含氧化合物。3.根据权利要求2所述的金属互连结构，其特征在于，所述钇的含氧化合物包括钇铝氧化物、锆酸钇、氧化钇以及钇硅氧化物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述蚀刻停止层包括多个相互层叠的结构层；和/或，所述蚀刻停止层的厚度为T，其中5.根据权利要求1所述的金属互连结构，其特征在于，所述蚀刻停止层包括相互层叠多个第一结构层和多个第二结构层，且每一相邻的两个所述第一结构层之间均夹设有一个所述第二结构层；其中，所述第一结构层的材质为氧化钇；和/或，所述第二结构层的材质为氧化硅。6.根据权利要求5所述的金属互连结构，其特征在于，多个所述第一结构层的总厚度设置为T1；多个所述第二结构层的总厚度设置为T2；其中，T2≦T1≦3T2。7.一种半导体器件，其特征在于，包括如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈美玲，
申请(专利权)人：广州集成电路技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：