金属互连的形成方法
专利名称：金属互连的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属互连的形成方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，超大规模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，两层以上的多层金属互连技术广泛使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电流密度不断增大，要求的响应时间不断减小，传统铝互连线已经不能满足要求，工艺尺寸小于130nm以后，铜互连线技术已经取代了铝互连线技术。与铝相比，金属铜的电阻率更低，铜互连线可以降低互连线的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。互连金属的形成方法主要包括下列几个步骤提供半导体结构，所述半导体结构内形成有待沉积金属的开口 ；采用电镀法，在半导体结构上沉积一层金属层，比如铜或者铝，所述金属层填充并覆盖所述开口 ；对沉积有金属层的半导体结构进行退火工艺，使沉积的金属材质晶格化，以降低金属电阻；以所述开口的顶部为研磨停止层，对所述金属层进行研磨，形成金属互连。公开号为CN 101740480A的中国专利申请文件中提供了一种金属互连的形成方法。经过上述金属互连工艺后，所述半导体结构的形变较为严重，导致所述半导体结构在后续工艺中无法在腔室内放置平整，较为严重的形变会影响所述半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构的断裂。如图I所不，在半导体结构001上沉积一层金属层002后,可能如a所不，因金属层的压力导致半导体结构001的突起；也可能如b所示，因金属层的拉力导致半导体结构001的凹陷。随着半导体结构内开口深度的加大，例如用于形成传感和线圈的开口一般为2. 5微米 4微米，用于填充所述开口和覆盖所述开口的金属层厚度也随之加大，因金属层导致的半导体结构的形变问题更加明显。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属互连的形成方法，以解决形成金属互连导致的半导体结构形变的问题。为解决上述问题，本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；去除部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；去除所述保留金属层。可选的，所述开口的深度范围为2. 5微米 4. 5微米。可选的，所述金属层的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。
可选的，所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。可选的，所述退火工艺的退火时间为60S 200S。
可选的，所述退火工艺的气体为氮气。可选的，所述开口为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合。可选的，填充有金属的开口为电感结构。可选的，所述金属层的材料为铜或者铝。可选的，所述沉积金属的工艺为电镀法。与现有技术相比，上述方案具有以下优点对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使开口顶部具有光滑的表面。
图I为半导体结构因金属沉积导致形变的结构示意图；图2为半导体结构因形成金属互连导致形变的曲率变化示意图；图3至图7是本发明金属互连的形成方法过程示意图；图8为金属层应力和退火参数的关系不意图；图9为金属层电阻和退火参数的关系示意图。
具体实施例方式现有金属互连会使得半导体结构发生形变，导致所述半导体结构在后续工艺中无法在腔室内放置平整，较为严重的形变影响所述半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构的断裂。发明人对金属互连引起的半导体结构的形变进行一系列的测量，如图2所示，其中，横坐标X代表半导体结构依次经过的金属互连的步骤，纵坐标Y为半导体结构经过与横坐标对应的工艺步骤后，半导体结构对应的曲率半径，依次如下首先，X为I表示提供半导体结构，并在所述半导体结构表面形成第一介质层，X为2表不刻蚀所述第一介质层形成第一开口，接着沉积第一金属层，所述第一金属层填充并覆盖所述第一开口 ；X为3表不对所述第一金属层进行退火工艺,使所述第一金属层晶格化，降低第一金属层的电阻；X为4、5表示以第一开口的顶部为研磨停止层，对第一金属层进行两次研磨，形成第一金属互连；X为6、7表不在所述第一导电结构上形成第二介质层，并在所述第二介质层内形成第二开口，沉积第二金属层，所述第二金属层填充并覆盖所述第二开口，所述第二开口的深度大于第一开口的深度；X为8表示对所述第二金属层进行退火工艺，使所述第二金属层材质晶格化，降低金属层的电阻；X为9、10表示以第二开口的顶部为研磨停止层，对第二金属层进行两次研磨，形成第二金属互连。结合图2所示可以发现，所述半导体结构的曲率变化主要发生在对金属层进行退火的步骤中，即半导体结构的 形变主要因金属层的退火导致。进一步地，继续参考图2，开口深度越深，填充开口后覆盖在开口上方的金属层越厚，则因退火导致的半导体结构的曲率变化就越大。如第二开口的尺寸大于第一开口，对应形成的第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度，即步骤8中第二金属层退火后导致的曲率变化高于步骤3中第一金属层退火后导致的曲率变化。为解决上述问题，本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；化学机械研磨部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；以所述开口顶部为研磨停止层，化学机械研磨保留金属层，形成金属互连。本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使金属互连具有光滑的表面。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。如图3所示，首先提供半导体结构100，所述半导体结构100包括器件区，所述器件区包含有晶体管等器件。所述半导体结构100内还形成有若干数目的开口 200，本图示出了其中的4个，作为其他实施例，还可以为其他数目。所述开口 200可以为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合，后续工艺将对所述开口200进行填充形成金属互连。本实施例中，所述金属互连可以用于制作半导体结构的线圈和电感等器件。所述线圈和电感将与位于半导体结构100内的器件区相电连接。用于形成线圈和电感等结构的开口 200深度范围为2. 5微米 4. 5微米，较深的开口 200将导致后续形成的填充并覆盖的金属层较厚，进而导致半导体结构的形变问题较为严重。本实施例中，所述开口 200的深度为3. O微米。如图4所示，沉积金属填充开口 200，并在开口 200表面上形成金属层300。所述金属层300的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。本实施例中，金属层300的最大厚度值为3. 5微米。所述金属层300的沉积方法为电镀法。所述金属层的材料为铜或者铝。本实施例中，所述金属层的材料为铜。其中，因填充开口 200，则与开口 200处对应的金属层300的表面为凹陷状。如图5所示，去除金属层300的一部分，并在开口 200上方形成有保留金属层300'，所述保留金属层300'的厚度范围为I. O微米 2. 5微米。所述去除方式为化学机械研磨。去除的部分金属层厚度范围为2. 45微米 4. 95微米,即去除的一部分金属层为覆盖在开口上方原总金属层的70% 90%。所述化学机械研磨可以采用较快的速率进行研磨，以达到提高工艺速率的效果。本实施例中，所述去除的部分金属层的厚度为2. 5微米。保留的金属层300'的厚度为I. O微米。 为避免后续的退火工艺造成半导体结构的形变，应将覆盖开口 200的金属层300全部进行化学机械研磨。但若没有保留的金属层300'覆盖所述开口 200，则可能导致开口200内的金属在退火工艺中被氧化；而且退火工艺也会造成开口 200内的金属会有部分发生形变，进而开口 200顶部的金属表面不光滑平整，影响半导体结构的电学参数。保留金属层300'覆盖所述开口 200，可以避免开口 200内金属被高温氧化，后续对保留金属层300'进行化学机械研磨，还可以使得填充有金属的开口 200顶部具有较平整表面；同时仅保留I. O微米 2. 5微米的保留金属层300'，其较薄的厚度范围也不会对半导体结构的形变造成影响。如图6所示，对半导体结构进行退火工艺400，主要使位于开口 200内的金属材质晶格化，降低金属电阻。所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。所述退火工艺的退火时间为60S 200S。所述退火工艺的气体为氮气。作为较佳实施例，所述退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S。本实施例中，退火温度为200°C，退火时间为90S。继续参考图6，所述保留金属层300'的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，其较薄的厚度范围在退火工艺中仅会引起较小的形变，不会对半导体结构的形状造成影响，避免了因形变造成半导体结构在后续工艺腔室内无法放置平整的问题，同时避免因形变影响半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构断裂的问题。在退火工艺中，保留金属层300'覆盖所述开口 200，可以避免开口 200内金属被高温氧化，后续对保留金属层300'进行化学机械研磨，还可以使得填充有金属的开口 200顶部具有较平整表面。如图7所示，去除保留金属层300'，填充有金属的开口 200为电感或线圈结构，以形成金属互连，所述金属互连与半导体结构内部的器件区相电连接。本实施例中，所述金属互连用于制作电感。所述去除方法可以为化学机械研磨方法。与前一步的化学机械研磨相比较，保留金属层300'的研磨速率可以较小，避免过快的研磨损坏填充金属的开口 200。上述发明中，退火工艺的较佳退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S。下面发明人将分别从金属层应力和退火参数的关系及金属层电阻和退火参数的关系进行实验，验证较佳的退火温度范围和较佳的退火时间范围。图8为金属层应力和退火参数的关系示意图，横坐标为退火时间，纵坐标为金属层的应力大小，并分别采用退火温度160°C、200°C和250°C进行实验。图9为金属层电阻和退火参数的关系示意图。横坐标为退火时间，纵坐标为金属层的电阻大小，并分别采用退火温度160°C、200°C和250°C进行实验。结合图8和图9可以发现，本发明退火工艺中，较佳退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S，在上述范围内，所述金属层应力和金属电阻基本保持不变的数值范围。
本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使金属互连具有光滑的表面。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种金属互连的形成方法，包括 提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；去除部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；去除所述保留金属层。
2.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述开口的深度范围为2.5微米 4. 5微米。
3.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述金属层的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。
4.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。
5.根据权利要求4所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的退火时间为 60S 200S。
6.根据权利要求5所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的气体为氮气。
7.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述开口为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合。
8.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，填充有金属的开口为电感结构。
9.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为铜或者招。
10.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述沉积金属的工艺为电镀法。
全文摘要
本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，半导体结构内形成有若干数目的开口；沉积金属填充所述开口，覆盖所述开口形成金属层；化学机械研磨部分金属层，覆盖开口顶部形成保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为1.0微米～2.5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；化学机械研磨保留金属层，形成金属互连。本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为1.0微米～2.5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连，避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变。
文档编号H01L21/768GK102623388SQ201110032380
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者刘达, 沈旭昭, 潘见, 王辛, 郑利平 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属互连的形成方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，超大规模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，两层以上的多层金属互连技术广泛使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电流密度不断增大，要求的响应时间不断减小，传统铝互连线已经不能满足要求，工艺尺寸小于130nm以后，铜互连线技术已经取代了铝互连线技术。与铝相比，金属铜的电阻率更低，铜互连线可以降低互连线的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。互连金属的形成方法主要包括下列几个步骤提供半导体结构，所述半导体结构内形成有待沉积金属的开口 ；采用电镀法，在半导体结构上沉积一层金属层，比如铜或者铝，所述金属层填充并覆盖所述开口 ；对沉积有金属层的半导体结构进行退火工艺，使沉积的金属材质晶格化，以降低金属电阻；以所述开口的顶部为研磨停止层，对所述金属层进行研磨，形成金属互连。公开号为CN 101740480A的中国专利申请文件中提供了一种金属互连的形成方法。经过上述金属互连工艺后，所述半导体结构的形变较为严重，导致所述半导体结构在后续工艺中无法在腔室内放置平整，较为严重的形变会影响所述半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构的断裂。如图I所不，在半导体结构001上沉积一层金属层002后,可能如a所不，因金属层的压力导致半导体结构001的突起；也可能如b所示，因金属层的拉力导致半导体结构001的凹陷。随着半导体结构内开口深度的加大，例如用于形成传感和线圈的开口一般为2. 5微米 4微米，用于填充所述开口和覆盖所述开口的金属层厚度也随之加大，因金属层导致的半导体结构的形变问题更加明显。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属互连的形成方法，以解决形成金属互连导致的半导体结构形变的问题。为解决上述问题，本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；去除部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；去除所述保留金属层。可选的，所述开口的深度范围为2. 5微米 4. 5微米。可选的，所述金属层的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。
可选的，所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。可选的，所述退火工艺的退火时间为60S 200S。
可选的，所述退火工艺的气体为氮气。可选的，所述开口为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合。可选的，填充有金属的开口为电感结构。可选的，所述金属层的材料为铜或者铝。可选的，所述沉积金属的工艺为电镀法。与现有技术相比，上述方案具有以下优点对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使开口顶部具有光滑的表面。
图I为半导体结构因金属沉积导致形变的结构示意图；图2为半导体结构因形成金属互连导致形变的曲率变化示意图；图3至图7是本发明金属互连的形成方法过程示意图；图8为金属层应力和退火参数的关系不意图；图9为金属层电阻和退火参数的关系示意图。
具体实施例方式现有金属互连会使得半导体结构发生形变，导致所述半导体结构在后续工艺中无法在腔室内放置平整，较为严重的形变影响所述半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构的断裂。发明人对金属互连引起的半导体结构的形变进行一系列的测量，如图2所示，其中，横坐标X代表半导体结构依次经过的金属互连的步骤，纵坐标Y为半导体结构经过与横坐标对应的工艺步骤后，半导体结构对应的曲率半径，依次如下首先，X为I表示提供半导体结构，并在所述半导体结构表面形成第一介质层，X为2表不刻蚀所述第一介质层形成第一开口，接着沉积第一金属层，所述第一金属层填充并覆盖所述第一开口 ；X为3表不对所述第一金属层进行退火工艺,使所述第一金属层晶格化，降低第一金属层的电阻；X为4、5表示以第一开口的顶部为研磨停止层，对第一金属层进行两次研磨，形成第一金属互连；X为6、7表不在所述第一导电结构上形成第二介质层，并在所述第二介质层内形成第二开口，沉积第二金属层，所述第二金属层填充并覆盖所述第二开口，所述第二开口的深度大于第一开口的深度；X为8表示对所述第二金属层进行退火工艺，使所述第二金属层材质晶格化，降低金属层的电阻；X为9、10表示以第二开口的顶部为研磨停止层，对第二金属层进行两次研磨，形成第二金属互连。结合图2所示可以发现，所述半导体结构的曲率变化主要发生在对金属层进行退火的步骤中，即半导体结构的 形变主要因金属层的退火导致。进一步地，继续参考图2，开口深度越深，填充开口后覆盖在开口上方的金属层越厚，则因退火导致的半导体结构的曲率变化就越大。如第二开口的尺寸大于第一开口，对应形成的第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度，即步骤8中第二金属层退火后导致的曲率变化高于步骤3中第一金属层退火后导致的曲率变化。为解决上述问题，本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；化学机械研磨部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；以所述开口顶部为研磨停止层，化学机械研磨保留金属层，形成金属互连。本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使金属互连具有光滑的表面。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。如图3所示，首先提供半导体结构100，所述半导体结构100包括器件区，所述器件区包含有晶体管等器件。所述半导体结构100内还形成有若干数目的开口 200，本图示出了其中的4个，作为其他实施例，还可以为其他数目。所述开口 200可以为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合，后续工艺将对所述开口200进行填充形成金属互连。本实施例中，所述金属互连可以用于制作半导体结构的线圈和电感等器件。所述线圈和电感将与位于半导体结构100内的器件区相电连接。用于形成线圈和电感等结构的开口 200深度范围为2. 5微米 4. 5微米，较深的开口 200将导致后续形成的填充并覆盖的金属层较厚，进而导致半导体结构的形变问题较为严重。本实施例中，所述开口 200的深度为3. O微米。如图4所示，沉积金属填充开口 200，并在开口 200表面上形成金属层300。所述金属层300的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。本实施例中，金属层300的最大厚度值为3. 5微米。所述金属层300的沉积方法为电镀法。所述金属层的材料为铜或者铝。本实施例中，所述金属层的材料为铜。其中，因填充开口 200，则与开口 200处对应的金属层300的表面为凹陷状。如图5所示，去除金属层300的一部分，并在开口 200上方形成有保留金属层300'，所述保留金属层300'的厚度范围为I. O微米 2. 5微米。所述去除方式为化学机械研磨。去除的部分金属层厚度范围为2. 45微米 4. 95微米,即去除的一部分金属层为覆盖在开口上方原总金属层的70% 90%。所述化学机械研磨可以采用较快的速率进行研磨，以达到提高工艺速率的效果。本实施例中，所述去除的部分金属层的厚度为2. 5微米。保留的金属层300'的厚度为I. O微米。 为避免后续的退火工艺造成半导体结构的形变，应将覆盖开口 200的金属层300全部进行化学机械研磨。但若没有保留的金属层300'覆盖所述开口 200，则可能导致开口200内的金属在退火工艺中被氧化；而且退火工艺也会造成开口 200内的金属会有部分发生形变，进而开口 200顶部的金属表面不光滑平整，影响半导体结构的电学参数。保留金属层300'覆盖所述开口 200，可以避免开口 200内金属被高温氧化，后续对保留金属层300'进行化学机械研磨，还可以使得填充有金属的开口 200顶部具有较平整表面；同时仅保留I. O微米 2. 5微米的保留金属层300'，其较薄的厚度范围也不会对半导体结构的形变造成影响。如图6所示，对半导体结构进行退火工艺400，主要使位于开口 200内的金属材质晶格化，降低金属电阻。所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。所述退火工艺的退火时间为60S 200S。所述退火工艺的气体为氮气。作为较佳实施例，所述退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S。本实施例中，退火温度为200°C，退火时间为90S。继续参考图6，所述保留金属层300'的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，其较薄的厚度范围在退火工艺中仅会引起较小的形变，不会对半导体结构的形状造成影响，避免了因形变造成半导体结构在后续工艺腔室内无法放置平整的问题，同时避免因形变影响半导体结构的电学性能，甚至造成半导体结构断裂的问题。在退火工艺中，保留金属层300'覆盖所述开口 200，可以避免开口 200内金属被高温氧化，后续对保留金属层300'进行化学机械研磨，还可以使得填充有金属的开口 200顶部具有较平整表面。如图7所示，去除保留金属层300'，填充有金属的开口 200为电感或线圈结构，以形成金属互连，所述金属互连与半导体结构内部的器件区相电连接。本实施例中，所述金属互连用于制作电感。所述去除方法可以为化学机械研磨方法。与前一步的化学机械研磨相比较，保留金属层300'的研磨速率可以较小，避免过快的研磨损坏填充金属的开口 200。上述发明中，退火工艺的较佳退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S。下面发明人将分别从金属层应力和退火参数的关系及金属层电阻和退火参数的关系进行实验，验证较佳的退火温度范围和较佳的退火时间范围。图8为金属层应力和退火参数的关系示意图，横坐标为退火时间，纵坐标为金属层的应力大小，并分别采用退火温度160°C、200°C和250°C进行实验。图9为金属层电阻和退火参数的关系示意图。横坐标为退火时间，纵坐标为金属层的电阻大小，并分别采用退火温度160°C、200°C和250°C进行实验。结合图8和图9可以发现，本发明退火工艺中，较佳退火温度范围为200°C 250°C，较佳的退火时间范围为90S 180S，在上述范围内，所述金属层应力和金属电阻基本保持不变的数值范围。
本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连。一方面避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变，另一方面保留金属层可以避免退火工艺中，开口内的金属被退火环境损伤，同时退火环境会造成开口内金属的形变，退火后研磨保留金属层可以使金属互连具有光滑的表面。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种金属互连的形成方法，包括 提供半导体结构，所述半导体结构内形成有若干数目的开口 ；沉积金属填充所述开口，并覆盖所述开口形成金属层；去除部分金属层，形成覆盖开口的保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为I. O微米 2. 5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；去除所述保留金属层。
2.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述开口的深度范围为2.5微米 4. 5微米。
3.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述金属层的厚度范围为3. 5微米 5. 5微米。
4.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的退火温度范围为150°C 300°C。
5.根据权利要求4所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的退火时间为 60S 200S。
6.根据权利要求5所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的气体为氮气。
7.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述开口为通孔或沟槽或通孔和沟槽的组合。
8.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，填充有金属的开口为电感结构。
9.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料为铜或者招。
10.根据权利要求I所述金属互连的形成方法，其特征在于，所述沉积金属的工艺为电镀法。
全文摘要
本发明提供一种金属互连的形成方法，包括提供半导体结构，半导体结构内形成有若干数目的开口；沉积金属填充所述开口，覆盖所述开口形成金属层；化学机械研磨部分金属层，覆盖开口顶部形成保留金属层，所述保留金属层的厚度范围为1.0微米～2.5微米；对所述半导体结构进行退火工艺；化学机械研磨保留金属层，形成金属互连。本发明对金属层进行退火前，首先去除部分金属层，仅保留金属层覆盖所述开口，所述保留金属层的厚度范围为1.0微米～2.5微米，然后再进行退火工艺，使填充的金属晶格化，降低电阻，最后以开口顶部为研磨停止层，再次进行研磨以形成金属互连，避免在退火工艺中，覆盖开口的金属层过厚而导致半导体结构发生形变。
文档编号H01L21/768GK102623388SQ201110032380
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者刘达, 沈旭昭, 潘见, 王辛, 郑利平 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
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