互連結構及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本申請設及半導體制造工藝，更具體地，設及一種互連結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 互連結構廣泛地應用于半導體器件中。通常，互連可W通過在電介質層中形成溝 槽，并向溝槽中填充金屬膜（在銅互連的情況下，銅膜）來形成。但是，隨著半導體器件的 尺寸進一步縮小，難W向越來越小的溝槽中填充金屬膜。

【發(fā)明內容】

[0003] 鑒于上述問題，本公開提供了一種互連結構及其制造方法。
[0004] 根據本公開的一個方面，提供了一種制造互連結構的方法，包括：在電介質層中形 成溝槽；向溝槽中填充導電材料粉末；W及對填充的導電材料粉末進行激光退火，W形成 導電材料層，所述導電材料層形成所述互連結構。 陽〇化]根據本公開的另一方面，提供了一種互連結構，包括實質上無空桐和毛孔的導電 材料。例如，導電材料可W包括烙融后再結晶的導電材料。
[0006] 根據本公開的實施例，可W通過填充導電材料粉末并進行激光退火來形成導電材 料層。由于粉末的填充要比金屬膜的填充容易，從而可W相對容易地制造互連結構。此外， 可W提供更緊密、沒有空桐和毛孔的填充效果。 陽007] 可W逐層進行填充和退火，W形成多個連續(xù)的導電材料層，運些導電材料層可W 構成互連結構，如過孔（via)、接觸部（contact)和/或互連線（interconnect line)。
【附圖說明】
[0008] 通過W下參照附圖對本公開實施例的描述，本公開的上述W及其他目的、特征和 優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：
[0009] 圖1-8是示出了根據本公開實施例的制造互連結構的流程中一些階段的示意圖。
【具體實施方式】
[0010] W下，將參照附圖來描述本公開的實施例。但是應該理解，運些描述只是示例性 的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在W下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，W 避免不必要地混淆本公開的概念。
[0011] 在附圖中示出了根據本公開實施例的各種結構示意圖。運些圖并非是按比例繪制 的，其中為了清楚表達的目的，放大了某些細節(jié)，并且可能省略了某些細節(jié)。圖中所示出的 各種區(qū)域、層的形狀W及它們之間的相對大小、位置關系僅是示例性的，實際中可能由于制 造公差或技術限制而有所偏差，并且本領域技術人員根據實際所需可W另外設計具有不同 形狀、大小、相對位置的區(qū)域/層。
[0012] 在本公開的上下文中，當將一層/元件稱作位于另一層/元件"上"時，該層/元 件可W直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可W存在居中層/元件。另外，如果在一 種朝向中一層/元件位于另一層/元件"上"，那么當調轉朝向時，該層/元件可W位于該另 一層/元件"下"。
[0013] 根據本公開的實施例，提供了一種制造互連結構的方法。該方法可W包括在電介 質中形成溝槽。例如，可W按照大馬：t革值amascene)工藝如單大馬±革工藝或雙大馬：t 革工藝的方式來形成溝槽。電介質層可W與器件相鄰，從而形成的溝槽可W形成為接觸 孔（contact hole)?；蛘?，電介質層可W是金屬化疊層中的某一層，形成的溝槽可W是貫 穿電介質層的通孔或在電介質層平面內延伸的通道?？蒞在溝槽內形成導電材料層，從而 形成各種互連結構。例如，在接觸孔內可W形成例如到器件源/漏區(qū)和/或柵極的接觸部 (contact);在通孔內可W形成導電過孔（via);在通道內可W形成互連線（interconnect line)。
[0014] 導電材料層可W通過向溝槽中填充導電材料粉末并對填充的導電材料粉末進行 激光退火來形成。激光可W使粉末烙化/融化，并形成致密的導電材料層。由于粉末的尺 寸較小，從而可W相對容易地填充到溝槽中。此外，可W提供更緊密、沒有空桐和毛孔的填 充效果。
[0015] 可W逐層來形成運樣的導電材料層。例如，可W分多次向溝槽中填充導電材料粉 末，且在每次填充后進行激光退火，直至形成的導電材料層填滿溝槽。每次填充的導電材料 粉末可W大致均勻地分布于溝槽中，從而退火后形成厚度大致均勻的導電材料層。各導電 材料層彼此連續(xù)而成一體，從而構成互連結構。
[0016] 在填充導電材料粉末時，可W使導電材料粉末僅處于溝槽中。例如，在填充時，可 W去除位于溝槽外部的導電材料粉末。運種去除可W通過膠帶來實現。
[0017] 在退火時，激光可W掃描通過整個電介質層。由于導電材料粉末可W僅處于溝槽 內，從而只有溝槽內形成導電材料層?；蛘撸す饪蒞局限于溝槽所在的區(qū)域。例如，可W 根據溝槽的形成圖案，來掃描激光。
[0018] 于是，所形成的導電材料層可W局限于溝槽中，從而不需要常規(guī)工藝中那樣例如 通過化學機械拋光（CM巧來去除溝槽外的部分。
[0019] 本公開的技術可W多種方式呈現，W下將描述其中一些示例。
[0020] 圖1-8是示出了根據本公開實施例的制造互連結構的流程中一些階段的示意圖， 各圖中（a)表示雙大馬±革工藝的情況，而化）表示單大馬±革工藝的情況。在此，所謂雙 大馬±革工藝是指在電介質層中可W-次形成兩個特征，如相互連接的過孔和互連線；所 謂單大馬±革工藝是指在電介質層中可W-次形成一個特征，如接觸部、過孔和互連線之 O
[0021] 參照圖1，提供電介質層102/102'。電介質層102/102'可W包括各種合適的低 K或高K電介質材料。在此，W氧化物（例如，氧化娃）為例進行描述，但是本公開不限于 此。電介質層102/102'可W設置為與器件相鄰，或者是金屬化疊層中的某一層。盡管在圖 1中將電介質層102/102'的上下表面示出為大致平坦，但是上表面和/或下表面可W包括 凹凸特征。
[0022] 在電介質層102/102'中，可W通過例如刻蝕，形成溝槽104/104'。例如，在圖 1 (a)所示的雙大馬±革工藝的情況下，溝槽104可W包括孔狀的下部104-1 W及與該孔狀 下部連通且在電介質層102的平面內延伸的通道狀的上部104-2。在圖I (b)所示的單大馬 ±革工藝的情況下，溝槽104'可W形成為孔狀或通道狀。
[0023] 可選地，如圖2所示，可W在溝槽內形成阻擋層106/106'。在形成阻擋層的情況 下，可W如下所述在隨后進行平坦化處理如CMP，W去除溝槽外的阻擋層。因此，在此為方便 起見，將阻擋層106/106'示出為僅位于溝槽內。由于電介質層102/102'下方存在其他部 件，因此阻擋層也形成在溝槽104/104'的底部。阻擋層可W包括緊致電介質層，例如Si化 和/或SisNA,厚度可W極薄，例如為約30A或更大。在此需要指出的是，可W不形成運種阻 擋層。
[0024] 隨后，如圖3所示，可W通過例如淀積，在溝槽104/104'填充導電材料粉末 108-1/108-1'。導電材料粉末108-1/108-1'可W包括金屬，如化、Ag和Al中至少之一。 在填充過程中，可W使導電材料粉末108-1/108-1'局限于溝槽104/104'內。例如，可W 通過膠帶等方法，去除溝槽104/104'外可能存在的粉末。
[0025] 在此，填充的導電材料粉末108-1/108-1'可W不填滿溝槽104/104'，而是為較 薄的一層，例如厚度為約30-500 ym。運有助于避免由于在溝槽104/104'中一次填充過多 粉末而可能存在孔桐等缺陷。填充的導電材料粉末108-1/108-1'可W大致均勻。
[00%] 接著，如圖4中的箭頭所示，可W對填充的導電材料粉末108-1/108-1 '進 行激光退火，使其烙化/融化，然后冷卻再結晶從而在溝槽內形成致密的導電材料層 110-1/110-1'，如圖 5 所示。
[0027] 激光可W在電介質層102/102 '上無圖案的施加，例如掃描通過電介質層 102/102'的整個表面。由于導電材料粉末108-1/108-1'僅位于溝槽內，所W通過退火形 成的導電材料層110-1/110-1'也位于溝槽內。
[0028] 或者，激光可W根據溝槽的形成圖案來施加，從而退火局限于溝槽所在的區(qū)域。在 運種情況下，甚至可W在激光退火之后再去除溝槽外的導電材料粉末。
[0029] 隨后，可W重復圖3-5中所示的操作。具體地，如圖6所示，可W在形成有導電材 料層110-1/110-1'的溝槽104/104'內，填充導電材料粉末108-2/108-2'。然后，如圖7 所示，可W通過激光退火，將填充的導電材料粉末108-2/108-2'轉化為致密的導電材料層 110-2/110-2'。
[0030] 運樣的操作可W重復直至所形成的導電材料層大致填滿溝槽104/104'，如圖8 所示。在圖8中，W虛線示出了各次形成的導電材料層。運些導電材料層彼此連續(xù)而成一 體，從而形成互連結構110/110'。
[0031] 在未形成阻擋層的情況下，由于互連結構110/110'局限于溝槽104/104'內，從 而無需額外的CMP工藝。
[0032] 在形成阻擋層的情況下，可W進行CMP，W去除溝槽外的阻擋層部分。
[0033] 在W上的描述中，對于各層的構圖、刻蝕等技術細節(jié)并沒有做出詳細的說明。但是 本領域技術人員應當理解，可W通過各種技術手段，來形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為 了形成同一結構，本領域技術人員還可W設計出與W上描述的方法并不完全相同的方法。 另外，盡管在W上分別描述了各實施例，但是運并不意味著各個實施例中的措施不能有利 地結合使用。
[0034] W上對本公開的實施例進行了描述。但是，運些實施例僅僅是為了說明的目的，而 并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權利要求及其等價物限定。不脫離本公 開的范圍，本領域技術人員可W做出多種替代和修改，運些替代和修改都應落在本公開的 范圍之內。
【主權項】
1. 一種制造互連結構的方法，包括： 在電介質層中形成溝槽； 向溝槽中填充導電材料粉末；以及 對填充的導電材料粉末進行激光退火，以形成導電材料層，所述導電材料層形成所述 互連結構。2. 根據權利要求1所述的方法，其中，分多次向溝槽中填充導電材料粉末，且在每次填 充后進行激光退火，直至形成的導電材料層填滿溝槽。3. 根據權利要求1所述的方法，其中，在填充導電材料粉末之前，該方法還包括： 在溝槽中形成阻擋層。4. 根據權利要求3所述的方法，其中，阻擋層包括緊致電介質層。5. 根據權利要求1所述的方法，其中，導電材料粉末包括Cu、Ag和A1中至少之一。6. 根據權利要求1所述的方法，還包括：去除溝槽外存在的導電材料粉末。7. 根據權利要求6所述的方法，其中，利用膠帶進行去除。8. 根據權利要求1所述的方法，其中，激光退火局限于溝槽所在的區(qū)域。9. 根據權利要求2所述的方法，其中，每次填充的導電材料粉末大致均勻地分布于溝 槽中。10. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述互連結構包括過孔、接觸部和互連線中至 少之一。11. 一種互連結構，包括實質上無空洞和毛孔的導電材料。12. 根據權利要求11所述的互連結構，其中，所述導電材料包括熔融后再結晶的導電 材料。
【專利摘要】本公開提供了一種互連結構及其制造方法。一示例方法可以包括：在電介質層中形成溝槽；向溝槽中填充導電材料粉末；以及對填充的導電材料粉末進行激光退火，以形成導電材料層，所述導電材料層形成所述互連結構。
【IPC分類】H01L21/768, H01L23/532
【公開號】CN105633012
【申請?zhí)枴緾N201510146587
【發(fā)明人】鐘匯才, 朱慧瓏, 趙超
【申請人】中國科學院微電子研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年3月31日