半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括：提供基底；在所述基底表面形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層表面形成具有開口的掩膜層，沿所述開口刻蝕所述介質(zhì)層至基底表面，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成通孔；在所述通孔的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，所述側(cè)墻材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性；在所述側(cè)墻以及通孔底部表面形成填充滿所述通孔的金屬層。現(xiàn)有上述方法形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可以提高所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬層的質(zhì)量和電連接性能。
【專利說明】
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路的集成度不斷提高，器件的密集程度和工藝的復(fù)雜程度不斷增加， 對(duì)工藝過程的嚴(yán)格控制變的更為重要。其中，金屬接觸作為多層金屬層間互連一級(jí)器件有 源區(qū)與外界電路之間的連接通道，由于其在器件結(jié)構(gòu)組成中具有重要作用，使得金屬接觸 的形成工藝顯得尤為重要。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，形成金屬接觸的步驟包括：在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，圖形化介 質(zhì)層，在介質(zhì)層內(nèi)形成底部位于半導(dǎo)體襯底表面的通孔，在通孔內(nèi)填充金屬層，形成金屬接 觸。
[0004] 所述金屬層的填充質(zhì)量，決定了所述金屬接觸的性能。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程中，為 了降低寄生電容，所述介質(zhì)層通常會(huì)采用低K介質(zhì)材料，所述低K介質(zhì)材料通常密度較低， 材質(zhì)稀疏，容易吸附空氣中的濕氣和雜質(zhì)氣體；而在一些特殊的器件的形成過程中，例如在 形成MEMS壓力傳感器的過程中，通常在形成有傳感電路的基底上形成犧牲介質(zhì)層，然后在 犧牲介質(zhì)層內(nèi)形成金屬接觸，再去除所述犧牲介質(zhì)層，形成空腔，以形成壓力傳感單元。為 了便于去除所述犧牲介質(zhì)層，所述犧牲介質(zhì)層的材料一般為稀疏的多孔材料，例如非晶碳、 多孔氧化硅等，通常具有較強(qiáng)的吸附能力。上述低K介質(zhì)層或者犧牲介質(zhì)層的材料與金屬 層之間的粘附性較差，導(dǎo)致后續(xù)在通孔內(nèi)填充金屬層時(shí)，影響形成的金屬層的質(zhì)量，從而影 響形成的金屬層的連接性能。
[0005] 現(xiàn)有形成的金屬層的電連接性能有待進(jìn)一步的提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 內(nèi)的金屬層的電連接性能。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底；在所 述基底表面形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層表面形成具有開口的掩膜層，沿所述開口刻蝕所述 介質(zhì)層至基底表面，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成通孔；在所述通孔的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，所述側(cè)墻 材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性；在所述側(cè)墻以及通孔底部表面形成填充滿所述通 孔的金屬層。
[0008] 可選的，所述側(cè)墻的形成方法包括：在所述通孔的內(nèi)壁表面以及掩膜層表面形成 側(cè)墻材料層；采用無掩膜刻蝕工藝刻蝕所述側(cè)墻材料層，去除位于掩膜層表面以及通孔底 部表面的側(cè)墻材料層，形成覆蓋通孔側(cè)壁表面的側(cè)墻。
[0009] 可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述側(cè)墻材料層。
[0010] 可選的，所述通孔的寬度為1. 5μπι~2. 5μπι ;所述側(cè)墻的厚度為800A~丨200A。
[0011] 可選的，所述側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0012] 可選的，所述介質(zhì)層的材料為多孔氧化硅或非晶碳。
[0013] 可選的，所述掩膜層包括：位于介質(zhì)層表面的第一掩膜層和位于所述第一掩膜層 表面的第二掩膜層。
[0014] 可選的，所述第一掩膜層的材料為氧化硅、第二掩膜層的材料為氮化硅。
[0015] 可選的，所述掩膜層的厚度小于500 A。
[0016] 可選的，所述基底包括：襯底，所述襯底內(nèi)形成有壓力傳感器的讀出電路；位于襯 底表面的器件層，所述器件層內(nèi)形成有壓力傳感器的傳感電路。
[0017] 可選的，基底內(nèi)具有與基底表面齊平的金屬互連層，所述通孔底部位于所述金屬 互連層表面。
[0018] 可選的，所述金屬層的材料為TiN、Ti、Al、Au、WSCu。
[0019] 可選的，所述金屬層包括：位于側(cè)壁和通孔底部表面以及掩膜層表面的第一金屬 層、位于所述通孔內(nèi)的第一金屬層表面且填充滿所述通孔的第二金屬層，所述第二金屬層 表面與第一金屬層表面齊平。
[0020] 可選的，形成所述金屬層的方法包括：在所述側(cè)墻表面、通孔底部表面以及掩膜層 表面形成第一金屬材料層；在所述第一金屬材料層表面形成第二金屬材料層，所述第二金 屬材料層填充滿所述通孔；對(duì)所述第二金屬材料層進(jìn)行平坦化，去除位于掩膜層上的第二 金屬材料層，形成第二金屬層，使所述第二金屬層的表面與第一金屬材料層表面齊平。
[0021] 可選的，還包括：對(duì)位于掩膜層表面的第一金屬材料層進(jìn)行圖形化，形成第一金屬 層，使所述第一金屬層覆蓋部分掩膜層表面。
[0022] 可選的，采用物理氣相沉積工藝形成所述第一金屬材料層和第二金屬材料層。
[0023] 可選的，所述物理氣相沉積工藝的反應(yīng)腔內(nèi)壓強(qiáng)為5E-7Torr~5E-6Torr。
[0024] 可選的，第一金屬層的材料為TiN，第二金屬層材料為Ti。
[0025] 可選的，第一金屬層的厚度為300A~500A。
[0026] 為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)，包括：基底；位于所述基底表面的介質(zhì)層；位于所述介質(zhì)層表面的具有開口的掩膜層； 位于所述開口下方的所述介質(zhì)層內(nèi)的通孔，所述通孔底部位于基底表面；位于所述通孔側(cè) 壁表面的側(cè)墻，所述側(cè)墻材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性；位于所述側(cè)墻以及通孔 底部表面且填充滿所述通孔的金屬層。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的過程中，在基底表面形成介質(zhì)層，然后 在所述介質(zhì)層內(nèi)形成通孔，并且在所述通孔的側(cè)壁表面形成側(cè)墻之后，再形成填充滿所述 通孔的金屬層。所述側(cè)墻材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性，可以保護(hù)所述通孔側(cè)壁 的介質(zhì)層，并且在形成金屬層的過程中，阻止介質(zhì)層內(nèi)吸附的雜質(zhì)氣體釋放而影響金屬層 的沉積質(zhì)量。并且，所述側(cè)墻與介質(zhì)層、以及金屬層之間均具有較好的粘附性，從而可以提 高后續(xù)形成的金屬層與通孔的側(cè)壁之間的粘附性，提高形成的金屬層的質(zhì)量。
[0029] 進(jìn)一步的，所述側(cè)墻的厚度為800 A~1200 A,所述側(cè)墻厚度較小，避免對(duì)通孔 的深寬比造成較大的影響而影響后續(xù)在通孔內(nèi)形成的金屬層的沉積質(zhì)量；且所述側(cè)墻的厚 度大于8001，使得所述側(cè)墻的厚度均勻，表面平整，對(duì)通孔的側(cè)壁覆蓋性較好，對(duì)通孔側(cè) 壁的介質(zhì)層具有較好的保護(hù)作用。
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)方案還提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底和位于基底表面的介質(zhì)層，所述 介質(zhì)層內(nèi)具有通孔，通孔側(cè)壁表面具有側(cè)墻，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括填充滿所述通孔的金 屬層，所述通孔側(cè)壁的介質(zhì)層與金屬層之間具有側(cè)墻，所述側(cè)墻可以對(duì)介質(zhì)層起到保護(hù)作 用，并且避免介質(zhì)層內(nèi)吸附的雜質(zhì)氣體釋放，同時(shí)，所述側(cè)墻可以提高金屬層與介質(zhì)層之間 的粘附性，提高形成的金屬層的質(zhì)量和電連接性能。
【附圖說明】
[0031] 圖1至圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5至圖13是本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的金屬接觸的性能有待進(jìn)一步提尚。
[0034] 請(qǐng)參考圖1至圖4,為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0035] 請(qǐng)參考圖1，提供基底10,在所述基底上形成介質(zhì)層20,在所述介質(zhì)層20表面形成 具有開口的掩膜層30,沿開口刻蝕介質(zhì)層20,形成位于介質(zhì)層20內(nèi)的通孔21。
[0036] 所述基底10包括襯底11和器件層12,所述襯底11內(nèi)形成有讀取電路（圖中未示 出），所述器件層12內(nèi)形成有傳感電路。所述基底10用于形成壓力傳感器。所述通孔21 的底部位于基底10的金屬互連層表面，后續(xù)在通孔21內(nèi)形成連接所述金屬互連層的金屬 層。
[0037] 所述掩膜層30包括第一掩膜層31和位于第一掩膜層31表面的第二掩膜層32。 后續(xù)去除所述介質(zhì)層20在基底10和掩膜層30之間形成空腔，用于檢測壓力。所以，所述 介質(zhì)層20的材料一般為容易去除的多孔絕緣材料，例如多空氧化硅、非晶碳等。
[0038] 請(qǐng)參考圖2,在所述通孔21內(nèi)壁表面和掩膜層30內(nèi)壁表面形成第一金屬層41。所 述第一金屬層41的材料可以為TiN，一般采用物理氣相沉積工藝形成所述第一金屬層41。 由于所述介質(zhì)層20為多孔絕緣材料，容易吸附空氣中的濕氣以及雜質(zhì)氣體，而在采用物理 氣相沉積工藝形成所述第一金屬層41的過程中，需要保持較高的真空度，而所述介質(zhì)層20 內(nèi)吸附的水汽和氣體在沉積過程中釋放出來，影響沉積過程的真空度，導(dǎo)致沉積腔內(nèi)具有 雜質(zhì)氣體，影響形成的第一金屬層41的質(zhì)量。并且，所述介質(zhì)層20的材料與第一金屬層41 之間的粘附性較差，所述第一金屬層41容易從介質(zhì)層20表面脫落，導(dǎo)致在通孔21側(cè)壁表 面形成的第一金屬層41的質(zhì)量較差，從而影響最終形成的金屬層的質(zhì)量。
[0039] 請(qǐng)參考圖3,形成填充滿通孔21 (請(qǐng)參考圖2)的第二金屬層42,所述第二金屬層 42的材料可以是Ti。所述第一金屬層41和第二金屬層42構(gòu)成填充通孔21的金屬層。由 于第一金屬層41的沉積質(zhì)量較差，從而導(dǎo)致第一金屬層41的表面較為粗糙，影響所述第二 金屬層42的沉積質(zhì)量，從而使得所述通孔21內(nèi)形成的金屬層的連接性能較差。
[0040] 請(qǐng)參考圖4,根據(jù)待形成的壓力傳感器的電路設(shè)計(jì)，對(duì)位于掩膜層30表面的第一 金屬層41進(jìn)行圖形化。
[0041] 上述實(shí)施例中，由于直接在介質(zhì)層20內(nèi)的通孔21內(nèi)形成金屬層，由于介質(zhì)層20 在形成金屬層的過程中容易釋放出雜質(zhì)氣體，影響沉積腔的真空度，而且，所述介質(zhì)層20 與金屬層之間的粘附性較差，導(dǎo)致形成的金屬層的質(zhì)量較差，連接性能較差。
[0042] 為解決上述問題，本發(fā)明的另一實(shí)施例提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在介質(zhì) 層內(nèi)形成通孔之后，首先在通孔的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，然后在形成填充通孔的金屬層。所述 側(cè)墻可以保護(hù)通孔兩側(cè)的介質(zhì)層，避免介質(zhì)層內(nèi)吸附的氣體釋放，并且所述側(cè)墻與后續(xù)形 成的金屬層之間的粘附性提高，從而可以提高在通孔內(nèi)形成的金屬層的沉積質(zhì)量，從而提 高所述金屬層的連接性能。
[0043] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0044] 請(qǐng)參考圖5,提供基底100。
[0045] 所述基底100可以是半導(dǎo)體襯底，所述基底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵 等半導(dǎo)體材料，可以是體材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根 據(jù)基底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述基底100的類型，因此所述基底100的類型不應(yīng) 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0046] 本實(shí)施例中，所述基底100用于形成壓力傳感器，所述基底100包括：襯底101，所 述襯底101內(nèi)形成有壓力傳感器的讀出電路（圖中未示出）；位于襯底101表面的器件層 102, 所述器件層102內(nèi)形成有壓力傳感器的傳感電路，所述傳感電路用于傳輸檢測到的傳 感信號(hào)，所述傳感電路形成在絕緣介質(zhì)材料層內(nèi)，包括金屬互連層l〇2a和連接上下層的金 屬互連層102a的垂直互連結(jié)構(gòu)102b。位于頂層的金屬互連層102a表面與基底100表面齊 平。后續(xù)在所述基底100上形成介質(zhì)層，并且在所述介質(zhì)層內(nèi)形成位于頂層的金屬互連層 102a表面的通孔以及位于通孔內(nèi)連接所述頂層的金屬互連層102a的金屬層。所述金屬互 連層102a和垂直互連結(jié)構(gòu)102b的材料可以是Al、Cu、W、Au或Ag等金屬。
[0047] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述基底100內(nèi)還可以形成有其他半導(dǎo)體器件，例如 晶體管、MEMS傳感器等。
[0048] 請(qǐng)參考圖6,在所述基底100表面形成介質(zhì)層200。
[0049] 所述介質(zhì)層200的材料可以是多孔絕緣材料，例如可以是多孔氧化硅或非晶碳， 與所述器件層102內(nèi)的絕緣介質(zhì)材料不同，所述介質(zhì)層200的材料容易被去除，并且形成工 藝與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容。本實(shí)施例中，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述介質(zhì)層200。 本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層200的材料為非晶碳。
[0050] 由于所述介質(zhì)層200的材料為多孔絕緣材料，容易吸附水汽以及其他雜質(zhì)氣體。
[0051] 本實(shí)施例中，在形成所述介質(zhì)層200之前，在所述基底100表面形成壓阻材料層 103, 用于接收壓力信號(hào)。
[0052] 請(qǐng)參考圖7,在所述介質(zhì)層200表面形成具有開口的掩膜層300。
[0053] 本實(shí)施例中，所述掩膜層300包括：位于介質(zhì)層200表面的第一掩膜層301和位于 所述第一掩膜層301表面的第二掩膜層302。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一掩膜層 301的材料為氧化硅、第二掩膜層302的材料為氮化硅。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第 一掩膜層301和第二掩膜層302還可以采用其他掩膜材料。
[0054] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述掩膜層300還可以是單層結(jié)構(gòu)的氧化硅或氮化 娃。
[0055] 形成所述掩膜層300的方法包括：在所述介質(zhì)層200表面依次形成完成的第一掩 膜材料層、位于第一掩膜材料層表面的第二掩膜材料層之后，在所述第二掩膜材料層表面 形成光刻膠層，對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影，形成圖形化光刻膠層，然后以所述圖形化光 刻膠層為掩膜，刻蝕所述第二掩膜材料層和第一掩膜材料層，形成具有開口的掩膜層。所述 開口的位置和尺寸對(duì)應(yīng)于后續(xù)在介質(zhì)層200內(nèi)形成的通孔的位置和尺寸。
[0056] 本實(shí)施例中，在所述介質(zhì)層200內(nèi)形成通孔以及位于通孔內(nèi)的金屬層之后，需要 去除所述介質(zhì)層，以在所述掩膜層300與基底100之間形成壓力傳感器的空腔，如果所述掩 膜層300的厚度過大，受到重力過大，會(huì)發(fā)生塌陷。所以本實(shí)施例中，所述掩膜層300的厚度 小于500 A。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以根據(jù)具體形成的器件結(jié)構(gòu)，對(duì)所述掩膜層300 的厚度進(jìn)行調(diào)整。
[0057] 請(qǐng)參考圖8,沿所述開口刻蝕所述介質(zhì)層200至基底100表面，在所述介質(zhì)層200 內(nèi)形成通孔201。
[0058] 本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝，沿所述掩膜層300內(nèi)的開口刻蝕所述介質(zhì)層200 至基底100表面，形成通孔201。所述干法刻蝕工藝對(duì)非晶碳具有較高的刻蝕選擇性。
[0059] 本實(shí)施例中，所述基底100內(nèi)具有與基底100表面齊平的金屬互連層102a，所述通 孔201底部位于所述金屬互連層102a表面，以便后續(xù)在所述通孔201內(nèi)形成連接所述金屬 互連層l〇2a的金屬層。
[0060] 所述通孔201的底部完全位于所述金屬互連層102a表面，可以提高后續(xù)在通孔 201內(nèi)形成的金屬層與所述金屬互連層102a之間的電連接性能。
[0061] 本實(shí)施例中，所述通孔201的寬度為2 μπι左右，具體的所述通孔201的寬度范圍 可以是1. 5 μ m~2. 5 μ m，使形成的通孔201的深寬比在合理范圍內(nèi)，避免深寬比過大，影響 后續(xù)在通孔內(nèi)形成的側(cè)墻、金屬層的沉積質(zhì)量。
[0062] 請(qǐng)參考圖9,在所述通孔201的內(nèi)壁表面以及掩膜層300表面形成側(cè)墻材料層 400 〇
[0063] 所述側(cè)墻材料層400的材料為絕緣介質(zhì)材料，并且所述側(cè)墻材料層400的材料致 密性大于介質(zhì)層200材料的致密性，可以是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，可以采用化學(xué)氣 相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述側(cè)墻材料層400。所述側(cè)墻材料層400覆蓋通孔 201的內(nèi)壁表面以及掩膜層300的表面。本實(shí)施例中，所述側(cè)墻材料層400的材料為氮化 硅，采用原子層沉積工藝形成所述側(cè)墻材料層400。采用原子層沉積工藝形成所述側(cè)墻材料 層400,可以有效控制所述側(cè)墻材料層400的厚度，且形成的側(cè)墻材料層400的質(zhì)地較為致 密。本實(shí)施例中，所述原子層沉積工藝采用的反應(yīng)氣體包括硅源氣體和氮源氣體，所述硅源 氣體可以是SiH 4S SiH 2C12等含硅氣體中的一種或幾種，氮源氣體為含氮類氣體，例如NH 3， 所述娃源氣體的流量為50sccm~200sccm，所述氮源氣體的流量為50sccm~200sccm，所 述原子層沉積的反應(yīng)溫度為200°C到500°C。上述原子層沉積工藝能夠準(zhǔn)確控制形成的側(cè) 墻材料層400的厚度，且形成的側(cè)墻材料層400的材料致密性較高，使得側(cè)墻材料層400的 材料致密性大于介質(zhì)層200的材料致密性，從而對(duì)通孔201側(cè)壁的介質(zhì)層200起到較好的 保護(hù)和隔離作用。
[0064] 本實(shí)施例中，所述側(cè)墻材料層400的厚度為800 A~丨200 Λ。由于所述側(cè)墻材料 層400覆蓋通孔的側(cè)壁，會(huì)導(dǎo)致通孔400剩余的寬度下降，深寬比提高，所以，如果所述側(cè)墻 材料層400的厚度過大，會(huì)導(dǎo)致通孔201的深寬比過大，影響后續(xù)在所述通孔201內(nèi)形成的 金屬層的填充質(zhì)量。而如果所述側(cè)墻材料層400的厚度過小，則不易在所述通孔201側(cè)壁 表面形成厚度均勻，且表面平整的側(cè)墻材料層400,從而影響后續(xù)在通孔201側(cè)壁表面形成 的側(cè)墻的質(zhì)量，進(jìn)而影響所述側(cè)墻對(duì)通孔201側(cè)壁的介質(zhì)層200的保護(hù)作用。
[0065] 請(qǐng)參考圖10,在所述通孔201的側(cè)壁表面形成側(cè)墻401。
[0066] 在所述通孔201的內(nèi)壁表面和掩膜層300的表面形成所述側(cè)墻材料層400 (請(qǐng)參 考圖9)之后，采用無掩膜刻蝕工藝刻蝕所述側(cè)墻材料層400,去除位于所述掩膜層300表 面以及通孔201底部表面的側(cè)墻材料層400,形成覆蓋通孔201側(cè)壁表面的側(cè)墻401。所述 無掩膜刻蝕工藝沿垂直于掩膜層300表面的方向刻蝕所述側(cè)墻401，可以采用含有CF 4、C2F6 或01匕等氣體進(jìn)行上述刻蝕。
[0067] 形成的側(cè)墻401的厚度由最初的側(cè)墻材料層400的厚度決定，所述側(cè)墻401的厚 度不能太大，避免對(duì)通孔201的深寬比造成較大的影響，也不能太小，避免側(cè)墻401的厚度 不均勻、對(duì)通孔201側(cè)壁的介質(zhì)層200起不到足夠的保護(hù)和隔離作用。本實(shí)施例中，所述側(cè) 墻401的厚度為800A~1200A，使得所述側(cè)墻401的厚度均勾，既不會(huì)對(duì)通孔201的深寬 比造成較大的影響，又對(duì)通孔201的側(cè)壁覆蓋性較好，能夠?qū)橘|(zhì)層200起到較好的保護(hù)和 隔離作用。
[0068] 所述側(cè)墻401的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等致密性大于介質(zhì)層200致密 性的絕緣介質(zhì)材料，能夠?qū)λ鐾?01側(cè)壁的介質(zhì)層200起到保護(hù)和隔離作用，避免后續(xù) 在通孔201內(nèi)形成金屬層的過程中，介質(zhì)層200內(nèi)吸附的雜質(zhì)氣體釋放出來影響金屬層的 沉積質(zhì)量。并且，所述側(cè)墻401與介質(zhì)層200、以及待形成的金屬層之間均具有較好的粘附 性，從而可以提高后續(xù)形成的金屬層與通孔201的側(cè)壁之間的粘附性，提高形成的金屬層 的質(zhì)量。
[0069] 請(qǐng)參考圖11，在所述側(cè)墻401表面、通孔201底部表面以及掩膜層300表面形成第 一金屬材料層402。
[0070] 采用物理氣相沉積工藝形成所述第一金屬材料層402,所述物理氣相沉積工 藝可以是濺射工藝或蒸鍍工藝，所述物理氣相沉積工藝的反應(yīng)腔內(nèi)壓強(qiáng)一般較低，為 5E_7Torr~5E_6Torr。所述第一金屬材料層402的材料可以是TiN、Ti、Al、Au、W或Cu等 金屬材料。
[0071] 本實(shí)施例中，所述第一金屬材料層402的材料為TiN，采用濺射工藝形成所述第一 金屬材料層402。具體的所述濺射工藝采用Ti靶，在反應(yīng)腔內(nèi)通入Ar和N 2，其中Ar的流 速為lOOsccm~lOOOsccm，所述隊(duì)的流速為50sccm~500sccm，射頻功率為30W~500W， 工作壓強(qiáng)為5E-7Torr~5E-6Torr，溫度為20°C~300°C。
[0072] 本實(shí)施例中，后續(xù)在掩膜層300表面保留部分第一金屬材料層402,當(dāng)將介質(zhì) 層200去除在掩膜層300下方形成空腔之后，為了避免所述掩膜層300發(fā)生塌陷，所述 第一金屬材料層402的厚度不能過大，本實(shí)施例中，所述第一金屬材料層402的厚度為 300 A~500人。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以更加待形成的具體器件，調(diào)整所述第一金 屬材料層402的厚度。
[0073] 由于所述通孔201側(cè)壁表面形成有側(cè)墻401，且所述側(cè)墻與第一金屬材料層402之 間的粘附性較高，從而使得形成的第一金屬材料層402與側(cè)墻401之間具有較高的界面質(zhì) 量，從而提高了形成的第一金屬材料層402的性能。并且，由于所述側(cè)墻402覆蓋通孔側(cè)壁 的介質(zhì)層200,在形成第一金屬材料層402的過程中，介質(zhì)層200內(nèi)吸附的氣體不會(huì)釋放到 沉積腔內(nèi)，影響第一金屬材料層402的沉積質(zhì)量。所述第一金屬材料層402還可以阻擋后 續(xù)形成的第二金屬層的原子向外擴(kuò)散。
[0074] 請(qǐng)參考圖12,形成位于所述通孔201(請(qǐng)參考圖11)內(nèi)的第一金屬材料層402表面 且填充滿所述通孔201的第二金屬層403,所述第二金屬層403表面與第一金屬材料層402 表面齊平。
[0075] 形成所述第二金屬層403的方法包括：在所述第一金屬材料層402表面形成第二 金屬材料層，所述第二金屬材料層填充滿所述通孔201 ;對(duì)所述第二金屬材料層進(jìn)行平坦 化，去除位于掩膜層上方的第二金屬材料層，形成位于通孔201內(nèi)第二金屬層403,使所述 第二金屬層403的表面與第一金屬材料層表面402齊平。可以采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行 上述平坦化，且以所述第一金屬材料層402作為研磨停止層。本實(shí)施例中，保留掩膜層300 表面的第一金屬材料層402,后續(xù)可以對(duì)所述掩膜層300表面的第一金屬材料層402進(jìn)行圖 形化，形成金屬互連結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以通過平坦化處理，同時(shí)去除位 于掩膜層300表面的第一金屬材料層，后續(xù)再在所述掩膜層300表面形成金屬材料層，以形 成金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0076] 可以采用物理氣相沉積工藝形成所述第二金屬材料層，所述物理氣相沉積工 藝可以是濺射工藝或蒸鍍工藝，所述物理氣相沉積工藝的反應(yīng)腔內(nèi)壓強(qiáng)一般較低，為 5E-7T 〇rr~5E-6T〇rr。本實(shí)施例中，所述第二金屬材料層的材料為Ti，在本發(fā)明的其他實(shí) 施例中，所述第二金屬材料層的材料還可以是TiN、Al、Au、W或Cu等金屬材料。
[0077] 所述第一金屬材料層402和第二金屬層403構(gòu)成填充滿通孔201的金屬層，所述 金屬層連接基底100內(nèi)的金屬互連層102a。由于所述通孔201側(cè)壁表面形成有側(cè)墻401， 提高了第一金屬材料層402的沉積質(zhì)量，使得第一金屬材料層402的表面平整，進(jìn)而可以提 高在第一金屬材料層402表面形成的第二金屬層403的質(zhì)量，從而提高通孔201內(nèi)的金屬 層的電連接性能。
[0078] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述通孔201內(nèi)的金屬層也可以是單層結(jié)構(gòu)，所述金 屬層的材料可以是TiN、Ti、Al、Au、W或Cu等金屬材料。具體的形成所述金屬層的方法包 括：在所述通孔201內(nèi)以及掩膜層300表面形成填充滿所述通孔201的金屬材料層，然后對(duì) 所述金屬材料層進(jìn)行平坦化，形成填充滿通孔201的金屬層，所述金屬層的表面與掩膜層 300的表面齊平。
[0079] 請(qǐng)參考圖13,對(duì)位于掩膜層300表面的第一金屬材料層402進(jìn)行圖形化，形成第一 金屬層402a，使所述第一金屬層402a覆蓋部分掩膜層300表面。
[0080] 本實(shí)施例中，保留了位于掩膜層300表面的第一金屬材料層402,對(duì)所述位于掩膜 層300表面的第一金屬材料層402進(jìn)行圖形化，形成第一金屬層402a，位于掩膜層300表面 的第一金屬層402a作為金屬互連結(jié)構(gòu)，所述第一金屬材料層402進(jìn)行圖形化后的圖形，可 以根據(jù)具體的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。
[0081] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以僅形成填充滿通孔201的金屬層，暴露出掩膜層 300的表面，然后再在所述掩膜層300表面形成金屬材料層，并且對(duì)所述金屬材料層進(jìn)行圖 形化，形成金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0082] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，后續(xù)還可以去除所述介質(zhì)層200,在所述掩膜層300與 基底100之間形成空腔，作為壓力傳感器一部分。
[0083] 本實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，在介質(zhì)層內(nèi)形成通孔之后，在所述通孔的 側(cè)壁表面形成側(cè)墻，然后在形成填充滿所述通孔的金屬層。所述側(cè)墻可以保護(hù)所述通孔側(cè) 壁的介質(zhì)層，并且在形成金屬層的過程中，阻止介質(zhì)層內(nèi)吸附的雜質(zhì)氣體釋放而影響金屬 層的沉積質(zhì)量。并且，所述側(cè)墻與介質(zhì)層、以及金屬層之間均具有較好的粘附性，從而可以 提高后續(xù)形成的金屬層與通孔的側(cè)壁之間的粘附性，提高形成的金屬層的質(zhì)量。
[0084] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0085] 請(qǐng)參考圖13,所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：基底100 ;位于所述基底100表面的介質(zhì)層 200 ;位于所述介質(zhì)層200表面的具有開口的掩膜層300 ;位于所述開口下方的所述介質(zhì)層 200內(nèi)的通孔，所述通孔底部位于基底100表面；位于所述通孔側(cè)壁表面的側(cè)墻401 ;位于 所述側(cè)墻401以及通孔底部表面且填充滿所述通孔的金屬層。所述金屬層包括：位于側(cè)墻 和通孔底部表面以及部分掩膜層300表面的第一金屬層402a、位于所述通孔內(nèi)的第一金屬 層402a表面且填充滿所述通孔的第二金屬層403,所述第二金屬層403表面與第一金屬層 402a表面齊平。
[0086] 所述基底100可以是半導(dǎo)體襯底包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，可以 是體材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)基底100上形成 的半導(dǎo)體器件選擇所述基底100的類型，因此所述基底100的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
[0087] 本實(shí)施例中，所述基底100用于形成壓力傳感器，所述基底100包括：襯底101，所 述襯底101內(nèi)形成有壓力傳感器的讀出電路（圖中未示出）；位于襯底101表面的器件層 102,所述器件層102內(nèi)形成有壓力傳感器的傳感電路，所述傳感電路用于傳輸檢測到的傳 感信號(hào)，所述傳感電路形成在絕緣介質(zhì)材料層內(nèi)，包括金屬互連層l〇2a和連接上下層的金 屬互連層102a的垂直互連結(jié)構(gòu)102b。位于頂層的金屬互連層102a表面與基底100表面齊 平。后續(xù)在所述基底100上形成介質(zhì)層，并且在所述介質(zhì)層內(nèi)形成位于頂層的金屬互連層 102a表面的通孔以及位于通孔內(nèi)連接所述頂層的金屬互連層102a的金屬層。所述金屬互 連層102a和垂直互連結(jié)構(gòu)102b的材料可以是Al、Cu、W、Au或Ag等金屬。在本發(fā)明的其 他實(shí)施例中，所述基底100內(nèi)還可以形成有其他半導(dǎo)體器件，例如晶體管、MEMS傳感器等。
[0088] 所述介質(zhì)層200的材料可以是多孔絕緣材料，例如可以是多孔氧化硅或非晶碳， 與所述器件層102內(nèi)的絕緣介質(zhì)材料不同，所述介質(zhì)層200的材料容易被去除，并且形成工 藝與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容。由于所述介質(zhì)層200的材料為多孔絕緣材料，容易吸附水汽以 及其他雜質(zhì)氣體。
[0089] 本實(shí)施例中，所述掩膜層300包括：位于介質(zhì)層200表面的第一掩膜層301和位于 所述第一掩膜層301表面的第二掩膜層302。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一掩膜層 301的材料為氧化硅、第二掩膜層302的材料為氮化硅。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第 一掩膜層301和第二掩膜層302還可以采用其他掩膜材料。
[0090] 所述通孔底部位于所述金屬互連層102a表面，以便使得通孔內(nèi)的金屬層與所述 金屬互連層l〇2a之間形成電連接。
[0091] 所述側(cè)墻401的材料為絕緣介質(zhì)材料，且所述側(cè)墻401的材料致密性大于介質(zhì)層 200材料的致密性可以是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等。本實(shí)施例中，所述側(cè)墻401的厚度 為800 A~1200 I所述側(cè)墻401的材料為致密性大于介質(zhì)層200致密性的絕緣介質(zhì)材 料，能夠?qū)λ鐾?01側(cè)壁的介質(zhì)層200起到保護(hù)和隔離作用，避免介質(zhì)層200內(nèi)吸附的 雜質(zhì)氣體釋放，同時(shí)所述側(cè)墻401與介質(zhì)層200、以及金屬層之間均具有較好的粘附性，從 而可以提高金屬層與通孔201的側(cè)壁之間的粘附性，提高形成的金屬層的質(zhì)量。
[0092] 所述第一金屬層402a和第二金屬層403構(gòu)成填充滿通孔201的金屬層，所述金屬 層連接基底100內(nèi)的金屬互連層l〇2a，位于掩膜層300表面的第一金屬層402a作為金屬互 連結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述通孔201內(nèi)的金屬層也可以是單層結(jié)構(gòu)，所述金屬 層的材料可以是！^1131、411、1或(：11等金屬材料。
[0093] 所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層內(nèi)的通孔側(cè)壁的介質(zhì)層與填充滿通孔的金屬層之間具 有側(cè)墻，所述側(cè)墻可以對(duì)介質(zhì)層起到保護(hù)作用，并且避免介質(zhì)層內(nèi)吸附的雜質(zhì)氣體釋放，同 時(shí)，所述側(cè)墻可以提高金屬層與介質(zhì)層之間的粘附性，提高形成的金屬層的質(zhì)量和電連接 性能。
[0094] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括： 提供基底； 在所述基底表面形成介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層表面形成具有開口的掩膜層，沿所述開口刻蝕所述介質(zhì)層至基底表面， 在所述介質(zhì)層內(nèi)形成通孔； 在所述通孔的側(cè)壁表面形成側(cè)墻，所述側(cè)墻材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性； 在所述側(cè)墻W及通孔底部表面形成填充滿所述通孔的金屬層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻的形成方法 包括：在所述通孔的內(nèi)壁表面W及掩膜層表面形成側(cè)墻材料層；采用無掩膜刻蝕工藝刻蝕 所述側(cè)墻材料層，去除位于掩膜層表面W及通孔底部表面的側(cè)墻材料層，形成覆蓋通孔側(cè) 壁表面的側(cè)墻。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積工 藝或原子層沉積工藝形成所述側(cè)墻材料層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述通孔的寬度為 1. Sym~2. Sym ;所述偵鵬的厚度為800 A~1200 A。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻的材料為氧 化娃、氮化娃或氮氧化娃。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為 多孔氧化娃或非晶碳。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述掩膜層包括：位于 介質(zhì)層表面的第一掩膜層和位于所述第一掩膜層表面的第二掩膜層。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜層的材 料為氧化娃、第二掩膜層的材料為氮化娃。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述掩膜層的厚度小 于誦兒10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述基底包括：襯底， 所述襯底內(nèi)形成有壓力傳感器的讀出電路；位于襯底表面的器件層，所述器件層內(nèi)形成有 壓力傳感器的傳感電路。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，基底內(nèi)具有與基底 表面齊平的金屬互連層，所述通孔底部位于所述金屬互連層表面。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述金屬層的材料為 TiN、Ti、Al、Au、W或Cu。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述金屬層包括：位 于側(cè)壁和通孔底部表面W及掩膜層表面的第一金屬層、位于所述通孔內(nèi)的第一金屬層表面 且填充滿所述通孔的第二金屬層，所述第二金屬層表面與第一金屬層表面齊平。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述金屬層的 方法包括：在所述側(cè)墻表面、通孔底部表面W及掩膜層表面形成第一金屬材料層；在所述 第一金屬材料層表面形成第二金屬材料層，所述第二金屬材料層填充滿所述通孔；對(duì)所述 第二金屬材料層進(jìn)行平坦化，去除位于掩膜層上的第二金屬材料層，形成第二金屬層，使所 述第二金屬層的表面與第一金屬材料層表面齊平。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括：對(duì)位于掩膜 層表面的第一金屬材料層進(jìn)行圖形化，形成第一金屬層，使所述第一金屬層覆蓋部分掩膜 層表面。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用物理氣相沉積 工藝形成所述第一金屬材料層和第二金屬材料層。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述物理氣相沉積 工藝的反應(yīng)腔內(nèi)壓強(qiáng)為祀-yTorr~祀-GTorr。18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，第一金屬層的材料 為TiN,第二金屬層材料為Ti。19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，第一金屬層的厚度 為 300 A~500 A。20. -種根據(jù)權(quán)利要求1至19任一方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括： 基底； 位于所述基底表面的介質(zhì)層； 位于所述介質(zhì)層表面的具有開口的掩膜層； 位于所述開口下方的所述介質(zhì)層內(nèi)的通孔，所述通孔底部位于基底表面； 位于所述通孔側(cè)壁表面的側(cè)墻，所述側(cè)墻材料的致密性大于介質(zhì)層材料的致密性； 位于所述側(cè)墻W及通孔底部表面且填充滿所述通孔的金屬層。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK105990218SQ201510051579
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日
【發(fā)明人】伏廣才, 李友溪
【申請(qǐng)人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司