專利名稱：雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件制作技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，器件之間的高性能、高密度連接不僅在 單個(gè)互連層中進(jìn)行，而且要在多層之間進(jìn)行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多 個(gè)互連層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導(dǎo)體器件。特別是利用雙鑲嵌 (dual-damascene)工藝形成的多層互連結(jié)構(gòu)，其預(yù)先在層間絕緣膜中形成接觸孔(via)和 溝槽(trench)，然后用導(dǎo)電材料填充所述接觸孔和溝槽。因?yàn)殡p鑲嵌結(jié)構(gòu)能避免重疊誤差 以及解決習(xí)知金屬工藝的限制，雙鑲嵌工藝便被廣泛地應(yīng)用在半導(dǎo)體制作過程中而提升器 件可靠度。因此，雙鑲嵌工藝已成為現(xiàn)今金屬導(dǎo)線連結(jié)技術(shù)的主流?，F(xiàn)有的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟如附圖1所示，提供帶有金屬布線層110的半導(dǎo)體襯底100，所述金屬布線層110 材料為鋁、銀、銅中的一種或者幾種；如圖2所示，在金屬布線層110上依次形成阻擋層120、層間絕緣層130、覆蓋層 140，所述阻擋層120材料選自摻碳的氮化硅(NDC)，厚度為400埃至500埃，用于維護(hù)金屬 布線層210的穩(wěn)定性；所述層間絕緣層130材料選自碳摻雜的氧化硅(Black Diamond,BD), 厚度為3500埃至4500埃，用于層間介質(zhì)隔離；所述覆蓋層140材料為TE0S，其主要成份為 二氧化硅，用于保護(hù)層間絕緣層免受其它制程的影響。如圖3所示，在保護(hù)層表面形成光刻膠圖形150，以所述光刻膠圖形150為掩膜， 依次刻蝕覆蓋層140、層間絕緣層130、阻擋層120直至暴露出金屬布線層110，形成接觸孔 151 ；如圖4所示，去除所述光刻膠圖形150，形成填充所述接觸孔151并位于覆蓋層表 面的底部抗反射層160，并在所述底部抗反射層160表面形成隔離層170 ；所述底部抗反射層160用于填充所述接觸孔151，可以選用型號(hào)為GF315的底部抗 反射層，用于更好的填充所述接觸孔151，并在保護(hù)層140表面形成平面。所述隔離層170材料選自低溫氧化硅材料，厚度為1000埃至1500埃，用于隔離底 部抗反射層160和后續(xù)形成的光刻膠圖形，所述隔離層170的形成溫度為200攝氏度至220 攝氏度，所述形成溫度不會(huì)弓I起底部抗反射層的變性。如圖5所示，在所述隔離層170表面形成光刻膠圖形180，以所述光刻膠圖形180 為掩膜，依次刻蝕隔離層170、底部抗反射層160、覆蓋層140、層間絕緣層130形成溝槽 181 ；如圖6所示，去除所述光刻膠圖形180、隔離層170和底部抗反射層160。所述去 除光刻膠圖形180和底部抗反射層160的工藝可以為灰化工藝；所述去除隔離層170的工 藝可以為等離子體刻蝕工藝。隨后，在所述的溝槽和接觸孔內(nèi)填充互連金屬材料例如金屬銅，或者先沉積擴(kuò)散阻擋層Ta/TaN，再沉積互連金屬材料層例如金屬銅。所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，在刻蝕隔離層170、底部抗反射層160、覆蓋層 140、層間絕緣層130形成溝槽181的工藝中，由于覆蓋層140與層間絕緣層130的刻蝕速率 不同，刻蝕過程中，在覆蓋層140與層間絕緣層130的接觸界面附近就會(huì)形成不同的形狀， 導(dǎo)致層間絕緣層130產(chǎn)生底切(under-cut)現(xiàn)象，產(chǎn)生較差的溝槽側(cè)面，進(jìn)而增加了金屬互 連線之間的層間絕緣層之間發(fā)生擊穿的可能性。如附圖7所示的透射電子顯微鏡圖，即為 產(chǎn)生底切的溝槽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，避免在刻蝕形成溝槽的過 程中層間絕緣層發(fā)生底切現(xiàn)象。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供帶有金屬 布線層的半導(dǎo)體襯底；在金屬布線層上依次形成阻擋層、層間絕緣層；采用能夠與層間絕 緣層材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物處理所述層間絕緣層，在層間絕緣層表面形成保護(hù)層； 依次刻蝕保護(hù)層、層間絕緣層、阻擋層直至暴露出金屬布線層，形成接觸孔；形成填充所述 接觸孔并位于保護(hù)層表面的底部抗反射層；在所述底部抗反射層表面形成隔離層；在所述 隔離層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕隔離層、底部抗反射層、 保護(hù)層以及部分層間絕緣層形成溝槽；去除所述光刻膠圖形、隔離層和底部抗反射層。本發(fā)明還提供了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底上的 金屬布線層；依次位于所述金屬布線層上的阻擋層、層間絕緣層、保護(hù)層；貫穿保護(hù)層、層 間絕緣層、阻擋層并暴露出金屬布線層的接觸孔；貫穿保護(hù)層和部分層間絕緣層并與接觸 孔位置對(duì)應(yīng)的溝槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所提供的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法， 由于在層間絕緣層表面用氨氣處理層間絕緣層形成保護(hù)層，使形成的層間絕緣層和保護(hù)層 之間沒有明顯的層間分界線，采用刻蝕劑進(jìn)行刻蝕的工藝中，刻蝕劑對(duì)保護(hù)層的刻蝕速率 與對(duì)層間絕緣層的刻蝕速率接近，減少了現(xiàn)有技術(shù)中覆蓋層與層間絕緣層的刻蝕速率不同 在蝕刻工藝中引起的底切問題，縮小了金屬溝槽蝕刻后的上口特征尺寸，從而提高了金屬 導(dǎo)線抗漏電的可靠性特性。


圖1至圖6是現(xiàn)有的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法的過程示意圖；圖7是現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的投射電鏡圖；圖8是本發(fā)明提供的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖；圖9至圖16是本發(fā)明提供的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法的過程示意圖；圖17是本發(fā)明提供的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的透射電鏡 圖。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以4很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖8是本實(shí)施例提供的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖，具體包括如下 步驟步驟S100，提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底；步驟S110，在金屬布線層上依次形成 阻擋層、層間絕緣層；步驟S120，采用能夠與層間絕緣層材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物處 理所述層間絕緣層，在層間絕緣層表面形成保護(hù)層；步驟S130，依次刻蝕保護(hù)層、層間絕緣 層、阻擋層直至暴露出金屬布線層，形成接觸孔；步驟S140，形成填充所述接觸孔并位于保 護(hù)層表面的底部抗反射層；步驟S150，在所述底部抗反射層表面形成隔離層；步驟S160，在 所述隔離層表面形成光刻膠圖形；步驟S170，以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕隔離層、 底部抗反射層、保護(hù)層以及部分層間絕緣層形成溝槽；步驟S180，去除所述光刻膠圖形、隔 離層和底部抗反射層。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法進(jìn)行詳細(xì)說明。參考圖9，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200可以為多層基片(例如，具有 覆蓋電介質(zhì)和金屬膜的硅襯底)、分級(jí)基片、絕緣體上硅基片(SOI)、外延硅基片、部分處理 的基片(包括集成電路及其他元件的一部分)。在所述半導(dǎo)體襯底200上形成金屬布線層210，所述金屬布線層210材料為鋁、 銀、鉻、鉬、鎳、鈀、鉬、鈦、鉭、銅中的一種或者幾種，較優(yōu)選用銅，所述金屬布線層210厚度 為2000埃至3000埃。參考圖10，在金屬布線層210上依次形成阻擋層220、層間絕緣層230。所述阻擋層220材料選自摻碳的氮化硅(NDC)，厚度為400埃至500埃，用于維護(hù) 金屬布線層210的穩(wěn)定性，并且所述摻碳的氮化硅具有吸水性比較低，介電常數(shù)低與后續(xù) 形成的層間絕緣層匹配的優(yōu)點(diǎn)。所述阻擋層220的形成工藝可以選用化學(xué)氣相沉積工藝，采用四乙氧基硅烷和氨 氣作為反應(yīng)材料，具體工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏度，腔室壓力為3. 7 托至4. 2托，反應(yīng)間距為5毫米至8毫米，功率為200瓦至240瓦，四乙氧基硅烷流量為每 分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，氨氣流量為每分鐘650標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 至每分鐘750標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至形成400埃至500埃厚度的阻擋層220。所述層間絕緣層230材料選自碳摻雜的氧化硅(Black Diamond,BD)，厚度為3500 埃至4500埃，用于層間介質(zhì)隔離。所述碳摻雜的氧化硅除了具有介電常數(shù)低，傳輸延遲小 的優(yōu)點(diǎn)，還具備與阻擋層220選擇刻蝕比高的優(yōu)點(diǎn)。所述層間絕緣層230可以選用化學(xué)氣相沉積工藝形成，具體工藝參數(shù)為反應(yīng)溫 度為300攝氏度至400攝氏度，腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)間距為5毫米至9毫米，功率 為400瓦至600瓦，氧氣流量為每分鐘100cm7min 300cm7min，氦氣流量為800cm7min 至1200cm7min，八甲基環(huán)化四硅氧烷流量為2000cm7min至4000cm7min，直至形成3500埃 至4500埃的層間絕緣層230。參考圖11，采用能夠與層間絕緣層材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物處理所述層間5絕緣層230，在層間絕緣層230表面形成保護(hù)層MO ；所述能夠與層間絕緣層材料反應(yīng)生成 氮化物的反應(yīng)物例如為NH3,與層間絕緣層230反應(yīng)之后，可以在所述的層間絕緣層230表 面形成材料為氮化硅的保護(hù)層對(duì)0，具體的，形成所述保護(hù)層MO的工藝為反應(yīng)腔壓力為 2 7托(Torr)，反應(yīng)腔射頻功率為300 800瓦，NH3的流量為500 1200cm3/min，處理 時(shí)間為5 40S。形成的保護(hù)層MO的厚度為200-300埃。由于在層間絕緣層表面用氨氣處理層間絕緣層形成保護(hù)層，使形成的層間絕緣層 和保護(hù)層之間沒有明顯的層間分界線，采用刻蝕劑進(jìn)行刻蝕的工藝中，刻蝕劑對(duì)保護(hù)層的 刻蝕速率與對(duì)層間絕緣層的刻蝕速率接近，因此，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于層間絕緣層和阻 擋層的刻蝕速率不同導(dǎo)致的底切現(xiàn)象。參考圖12，在保護(hù)層240表面形成光刻膠圖形250，所述光刻膠圖形250用于定義 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的接觸孔圖形。以所述第三光刻膠圖形250為掩膜，依次刻蝕保護(hù)層M0、層 間絕緣層230、阻擋層220直至暴露出金屬布線層210，形成接觸孔251。所述刻蝕保護(hù)層M0、層間絕緣層230、阻擋層220的工藝可以為等離子體刻蝕 工藝，刻蝕工藝的具體參數(shù)可以為選用等離子體刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備腔體壓力為10毫托 至50毫托，頂部射頻功率為200瓦至500瓦，底部射頻功率為150瓦至300瓦，C4F8流量 為 10cm3/min 至 50cm3/min，CO 流量為 100cm3/min 至 200cm3/min，Ar 流量為 300cm3/min 至 600cm3/min, O2 ^ 10cm3/min M 50cm3/min。參考圖13，去除所述光刻膠圖形250。去除所述光刻膠圖形250的工藝可以為公 知的化學(xué)試劑去除工藝或者灰化工藝去除。參考圖14，形成填充所述接觸孔251并位于保護(hù)層240表面的底部抗反射層沈0， 隨后，在所述底部抗反射層260表面形成隔離層270。所述底部抗反射層260形成工藝為旋涂工藝。所述底部抗反射層260用于填充所 述接觸孔251，其型號(hào)例如為GF315，采用所述的底部抗反射層沈0，可以更好的填充所述接 觸孔251，并在保護(hù)層240表面形成平面。所述隔離層270材料選自低溫氧化硅材料，厚度為1000埃至1500埃，所述隔離層 270用于隔離底部抗反射層260和后續(xù)形成的光刻膠圖形，此外，選用低溫氧化硅材料作為 隔離層270材料，具有薄膜致密，隔離性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。需要進(jìn)一步指出的是，所述隔離層 270的形成溫度為200攝氏度至220攝氏度，所述形成溫度不會(huì)引起底部抗反射層的變性。所述隔離層270的形成工藝可以為等離子體輔助增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝，具體的 工藝參數(shù)為沉積設(shè)備腔體壓力為0. 5托至3托，沉積溫度為200攝氏度至220攝氏度，射 頻功率為 500 瓦至 1000 瓦，SiH4 流量為 IOOcmVmin 至 200cm3/min, N2O 流量為 IOOOOcm3/ min 至 20000cm3/min，N2 流量為 1000cm3/min 至 2000cm3/min。繼續(xù)參考圖14，在所述隔離層270表面形成光刻膠圖形四0。所述光刻膠圖形四0 用于定義雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的溝槽位置，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對(duì)應(yīng)，并且溝槽寬度 大于接觸孔寬度。參考圖15，以所述光刻膠圖形四0為掩膜，依次刻蝕隔離層270、底部抗反射層 沈0、保護(hù)層240和部分層間絕緣層230形成溝槽四1。所述刻蝕隔離層270、底部抗反射層沈0、保護(hù)層240和部分層間絕緣層230的工 藝可以為等離子體刻蝕工藝。
所述等離子體刻蝕工藝的具體參數(shù)為選用等離子體刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備腔體壓 力為10毫托至50毫托，頂部射頻功率為200瓦至500瓦，底部射頻功率為150瓦至300瓦， C4F8 流量為 10cm7min 至 50cm7min，CO 流量為 100cm7min 至 200cm7min，Ar 流量為 300cm3/ min 至 600cm3/min, O2 流量為 10cm3/min 至 50cm3/mino參考圖16，去除所述光刻膠圖形四0、隔離層270和底部抗反射層沈0。所述去除所述光刻膠圖形290和底部抗反射層沈0的工藝可以為灰化工藝；所述 去除隔離層270的工藝可以為等離子體刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，先采用灰化工藝去除光刻膠圖形四0，直至暴露出隔離層270，然 后采用等離子體克刻蝕工藝去除隔離層270，直至暴露出底部抗反射層沈0，再采用灰化工 藝去除底部抗反射層沈0?；谏鲜鲭p鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底200 ；位于 所述半導(dǎo)體襯底200上的金屬布線層210 ；位于所述金屬布線層210上的阻擋層220 ；位于 所述阻擋層220上的層間絕緣層230 ；位于所述層間絕緣層230上的保護(hù)層MO ；接觸孔 251，貫穿保護(hù)層M0、層間絕緣層230、阻擋層220至暴露出金屬布線層210 ；貫穿保護(hù)層和 部分層間絕緣層并與接觸孔位置對(duì)應(yīng)的溝槽四1。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，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)。權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括如下步驟 提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底；在金屬布線層上依次形成阻擋層、層間絕緣層；采用能夠與層間絕緣層材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物處理所述層間絕緣層，在層間絕 緣層表面形成保護(hù)層；依次刻蝕保護(hù)層、層間絕緣層、阻擋層直至暴露出金屬布線層，形成接觸孔； 形成填充所述接觸孔并位于保護(hù)層表面的底部抗反射層； 在所述底部抗反射層表面形成隔離層；在所述隔離層表面形成光刻膠圖形，以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕隔離層、底部 抗反射層、保護(hù)層以及部分層間絕緣層形成溝槽； 去除所述光刻膠圖形、隔離層和底部抗反射層。
2.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述能夠與層間絕緣層 材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物為NH3。
3.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護(hù)層材料為氮化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護(hù)層厚度為200 300 埃。
5.如權(quán)利要求2所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述保護(hù)層的工藝 為NH3的流量為500 1200cm7min，處理時(shí)間為5 40秒。
6.如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述隔離層材料為低溫 氧化硅材料。
7.一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底上的金屬布 線層；依次位于所述金屬布線層上的阻擋層、層間絕緣層、保護(hù)層；貫穿保護(hù)層、層間絕緣 層、阻擋層并暴露出金屬布線層的接觸孔；貫穿保護(hù)層和部分層間絕緣層并與接觸孔位置 對(duì)應(yīng)的溝槽。
8.如權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護(hù)層材料為氮化硅層。
9.如權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護(hù)層厚度為200 300埃。
10.如權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔離層材料為低溫氧化硅材料。
全文摘要
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底；在金屬布線層上依次形成阻擋層、層間絕緣層；采用能夠與層間絕緣層材料反應(yīng)生成氮化物的反應(yīng)物處理所述層間絕緣層，在層間絕緣層表面形成保護(hù)層；依次刻蝕保護(hù)層、層間絕緣層、阻擋層直至暴露出金屬布線層，形成接觸孔；形成填充所述接觸孔并位于保護(hù)層表面的底部抗反射層；在所述底部抗反射層表面形成隔離層；在所述隔離層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕隔離層、底部抗反射層、保護(hù)層以及部分層間絕緣層形成溝槽；去除所述光刻膠圖形、隔離層和底部抗反射層。所述方法可避免在刻蝕形成溝槽的過程中產(chǎn)生底切。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102054751SQ200910198349
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者王琪 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司