專利名稱：金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路制作工藝中的金屬互連意指由導(dǎo)電材料，如鋁、多晶硅或銅等制得的連線實(shí)現(xiàn)芯片上各個(gè)器件之間的互相連接，以將電信號(hào)傳輸?shù)叫酒牟煌糠?。通常，金屬互連結(jié)構(gòu)包括接觸結(jié)構(gòu)/通孔結(jié)構(gòu)、金屬互連槽。其中接觸結(jié)構(gòu)指實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)器件與第一金屬層之間在硅片表面的連接的結(jié)構(gòu)，通孔結(jié)構(gòu)指實(shí)現(xiàn)穿過各層介質(zhì)層從某一金屬層到相鄰的另一金屬層形成電通路的結(jié)構(gòu)，金屬互連槽是指位于介質(zhì)層中實(shí)現(xiàn)連接多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)或通孔結(jié)構(gòu)的溝槽的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，在本文后面的篇幅中把接觸結(jié)構(gòu)和通孔結(jié) 構(gòu)統(tǒng)一稱為接觸孔。現(xiàn)在普遍采用Cu-CMP的大馬士革鑲嵌工藝形成IC制造中的金屬互連結(jié)構(gòu)。鑲嵌結(jié)構(gòu)(大馬士革結(jié)構(gòu))一般常見兩種單鑲嵌結(jié)構(gòu)以及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。單鑲嵌結(jié)構(gòu)是把單層金屬導(dǎo)線的制作方式由傳統(tǒng)的金屬刻蝕+介電層填充改為鑲嵌方式的介電層刻蝕+金屬填充；雙鑲嵌結(jié)構(gòu)則是將接觸孔以及金屬互連槽結(jié)合一起形成，然后用一道金屬填充步驟填充。雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法一般有1、全通孔優(yōu)先法(Full VIA First) ;2、半通孔優(yōu)先法(Partial VIA First) ;3、金屬導(dǎo)線優(yōu)先法(Full Trench First) ;4、自對準(zhǔn)法(Self-alignment method)等幾種。但上述幾種方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的尺寸都受限于現(xiàn)有技術(shù)中光刻工藝的局限。而隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向發(fā)展，半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)將會(huì)進(jìn)入22nm工藝節(jié)點(diǎn)。而光刻能力是22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上一項(xiàng)重要的指標(biāo)。目前的光刻技術(shù)致力發(fā)展波長為13. 5nm的極紫外(EUV)光刻技術(shù)。采用EUV光刻技術(shù)可能會(huì)得到特征尺寸小于32nm的芯片。但是到目前為止，EUV光刻技術(shù)也還未處于量產(chǎn)階段。公開發(fā)表的關(guān)于22nm器件的報(bào)道也很少，即使是實(shí)驗(yàn)室器件也是如此。若依賴于現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特征尺寸為22nm以下的半導(dǎo)體器件的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作是非常困難的。因而，如何形成更小尺寸的金屬互連結(jié)構(gòu)以適應(yīng)半導(dǎo)體制造技術(shù)飛速發(fā)展的需求就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種利用現(xiàn)有光刻技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)的小尺寸的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成第一緩沖層；
在所述第一緩沖層上形成第一圖案硬掩模層，所述第一圖案硬掩模層具有多個(gè)線條狀圖形；在所述第一緩沖層和所述第一圖案硬掩模層上形成第二緩沖層；在所述第二緩沖層上形成第二圖案硬掩模層，所述第二圖案硬掩模層具有多個(gè)線條狀圖形，所述第二圖案硬掩模層的線條狀圖形和所述第一圖案硬掩模層的線條狀圖形互相交叉；以所述第二圖案硬掩模層和第一圖案硬掩模層為掩模，刻蝕所述第二緩沖層和第一緩沖層至露出介質(zhì)層，形成緩沖層圖案，所述緩沖層圖案包括形成在第二緩沖層中、與所述第二圖案硬掩模層圖形相對應(yīng)的第二圖案和形成在第一緩沖層中、與第一及第二圖案硬掩模層疊合圖形相對應(yīng)的第三圖案；以所述緩沖層圖案為掩模，刻蝕所述介質(zhì)層，所述刻蝕進(jìn)行至在第二圖案硬掩模 層下方的第二緩沖層消失后繼續(xù)進(jìn)行，在第一圖案硬掩模層下方的第一緩沖層消失前停止，以在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個(gè)通孔及連接至少兩個(gè)通孔的溝槽；去除殘留的第一緩沖層?？蛇x的，所述第一緩沖層的材料與所述第二緩沖層的材料相同?？蛇x的，所述第二緩沖層與所述介質(zhì)層的刻蝕選擇比小于或等于2?？蛇x的，所述介質(zhì)層的材料包括二氧化硅；所述第一緩沖層的材料包括多晶硅或
氮化硅。可選的，所述第一圖案硬掩模層的材料與所述第二圖案硬掩模層的材料相同?？蛇x的，所述第一緩沖層與所述第一圖案硬掩模層的刻蝕選擇比大于或等于10?？蛇x的，所述第一緩沖層的材料包括多晶硅或氮化硅；所述第一圖案硬掩模層的材料包括二氧化硅?？蛇x的，所述介質(zhì)層的厚度范圍是450人至1500A,可選的，所述第一圖案硬掩模層的厚度范圍沿00人 500人?？蛇x的，所述第一圖案硬掩模層采用自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻工藝形成?？蛇x的，所述第二圖案硬掩模層采用自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻工藝形成?？蛇x的，所述去除殘留的第一緩沖層的步驟，包括在所述通孔及溝槽中填充保護(hù)層；刻蝕去除第一緩沖層；去除所述保護(hù)層?？蛇x的，所述第一圖案硬掩模層為縱向排布的多個(gè)線條狀圖形。可選的，所述第二圖案硬掩模層為橫向排布的多個(gè)線條狀圖形?？蛇x的，所述第一圖案硬掩模層和第一緩沖層或者第二圖案硬掩模層和第二緩沖層的刻蝕選擇比為10:1，所述第一緩沖層和所述介質(zhì)層或的刻蝕選擇比為1:1，所述第二緩沖層和所述介質(zhì)層的刻蝕選擇比為1:1，所述第一緩沖層和第二緩沖層的厚度比為1:2，所述第二圖案硬掩模層和第二緩沖層的厚度比為I :10，所述第一圖案硬掩模層和第二圖案硬掩模層的厚度比為1:1。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用具有線條圖案的第一圖案硬掩膜層和具有與之互相交叉排列的線條圖案的第二圖案硬掩膜層為掩膜，刻蝕第一緩沖層和第二緩沖層，同時(shí)在第一緩沖層中形成由第一圖案硬掩膜層和第二圖案硬掩膜層重疊組合成的第三圖案和在第二緩沖層中形成和第二圖案硬掩膜層相同的線條圖案，其中所述第一緩沖層中的第三圖案為規(guī)律排列的孔，所述第二緩沖層中的線條圖形組成了一列列連通第一緩沖層中的孔的溝槽；然后再以第一緩沖層和第二緩沖層為掩?？涛g所述介質(zhì)層，當(dāng)刻蝕進(jìn)行至處于表面的第二緩沖層被刻蝕完后，第一緩沖層中的孔也形成為了溝槽，再在第一緩沖層消失前停止，這樣就可以巧妙的僅用一步刻蝕，就以緩沖層為掩模在介質(zhì)層中同時(shí)形成金屬互連結(jié)構(gòu)中的溝槽和通孔。由于線條刻蝕的精度比孔刻蝕的精度要簡單易控制，所以本發(fā)明以分別在上下兩層硬掩模層(第一圖案硬掩膜層和第二圖案硬掩膜層)中形成兩層線條(line)互相交叉作為掩模圖形，來刻蝕形成的孔具有更好的精度。并且本發(fā)明結(jié)合自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻(SADP, Spacer or self-aligneddouble-patterning)工藝形成線條(line),從而可以突破現(xiàn)有光刻機(jī)能夠達(dá)到的曝光尺寸的極限，使得形成的孔的尺寸成倍縮小。本發(fā)明通過對掩模層和緩沖層材質(zhì)以及刻蝕選擇比的選擇，兩次利用較薄的掩模層接受兩個(gè)維度的線條(line)圖形，再足夠厚的緩沖層接受兩層線條(line)互相交叉形·成的圖形，然后再以緩沖層作為掩模來刻蝕需要形成孔(hole)的介質(zhì)層。解決了前述的問題，最終能夠在介質(zhì)層中形成形成精細(xì)的孔或線條。本發(fā)明的方法也更容易形成的間距規(guī)律的通孔，以及直接連接一整排通孔的溝槽的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)可以直接應(yīng)用于制造Flash (可揮發(fā)性儲(chǔ)存器)或PCM(Phase ChangedMemory,相變儲(chǔ)存器)等存儲(chǔ)器器件結(jié)構(gòu)中。


圖I至圖7是實(shí)施例一實(shí)施過程中的示意圖；圖8至圖15是實(shí)施例二實(shí)施過程中的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用具有線條圖案的第一圖案硬掩膜層和具有與之互相交叉排列的線條圖案的第二圖案硬掩膜層為掩膜，刻蝕第一緩沖層和第二緩沖層，同時(shí)在第一緩沖層中形成由第一圖案硬掩膜層和第二圖案硬掩膜層重疊組合成的第三圖案和在第二緩沖層中形成和第二圖案硬掩膜層相同的線條圖案，其中所述第一緩沖層中的第三圖案為規(guī)律排列的孔，所述第二緩沖層中的線條圖形組成了一列列連通第一緩沖層中的孔的溝槽；然后再以第一緩沖層和第二緩沖層為掩?？涛g所述介質(zhì)層，當(dāng)刻蝕進(jìn)行至處于表面的第二緩沖層被刻蝕完后，第一緩沖層中的孔也形成為了溝槽，再在第一緩沖層消失前停止，這樣就可以巧妙的僅用一步刻蝕，就以緩沖層為掩模在介質(zhì)層中同時(shí)形成金屬互連結(jié)構(gòu)中的溝槽和通孔。由于線條刻蝕的精度比孔刻蝕的精度要簡單易控制，所以本發(fā)明以分別在上下兩層硬掩模層(第一圖案硬掩膜層和第二圖案硬掩膜層)中形成兩層線條(line)互相交叉作為掩模圖形，來刻蝕形成的孔具有更好的精度。并且本發(fā)明結(jié)合自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻(SADP, Spacer or self-aligneddouble-patterning)工藝形成線條(line),從而可以突破現(xiàn)有光刻機(jī)能夠達(dá)到的曝光尺寸的極限，使得形成的孔的尺寸成倍縮小。
另外，由于介質(zhì)層一般為氧化硅，在刻蝕氧化硅的時(shí)候，需要足夠厚的掩模層才能夠?qū)崿F(xiàn)在其上形成圖形。本發(fā)明是結(jié)合自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻(SADP, Spacer orself-aligned double-patterning)工藝形成孔或線條(line),需要利用到多次刻蝕,才能形成精細(xì)的圖形。在實(shí)際操作中，如直接對介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，需要多次形成非常厚的掩模，這樣影響最終孔形成的精度，甚至無法在實(shí)際工藝中實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明通過對掩模層和緩沖層材質(zhì)以及刻蝕選擇比的選擇，兩次利用較薄的掩模層接受兩個(gè)維度的線條(line)圖形，再足夠厚的緩沖層接受兩層線條(line)互相交叉形成的圖形，然后再以緩沖層作為掩模來刻蝕需要形成孔(hole)的介質(zhì)層。解決了前述的問題，最終能夠在介質(zhì)層中形成形成精細(xì)的孔或線條。并且本發(fā)明通過控制掩模層、緩沖層、介質(zhì)層三者的刻蝕選擇比以及緩沖層的厚度，巧妙的僅用一步刻蝕，就以緩沖層為掩模在介質(zhì)層中實(shí)現(xiàn)了同時(shí)形成金屬互連結(jié)構(gòu)中的溝槽和通孔。本發(fā)明的方法也更容易形成的間距規(guī)律的通孔，以及直接連接一整排通孔的溝槽的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)可以直接應(yīng)用于制造Flash (可揮發(fā)性儲(chǔ)存器)或PCM(Phase Changed Memory,相變儲(chǔ)存器)等存儲(chǔ)器器件結(jié)構(gòu)中，其最小可以形成具有半間距為22nm的自對準(zhǔn)密集接觸孔和寬度為22nm的互連槽的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得金屬互連結(jié)構(gòu)能夠滿足關(guān)鍵尺寸為22nm的Flash (可揮發(fā)性儲(chǔ)存器)或PCM (Phase Changed Memory，相變儲(chǔ)存器)等存儲(chǔ)器器件的需求，這是現(xiàn)有技術(shù)的金屬互連結(jié)構(gòu)的形成方式所不能實(shí)現(xiàn)的。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。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。實(shí)施例一本實(shí)施例采用兩維的、互相交叉的線條作為掩模來刻蝕形成本發(fā)明要形成的包括通孔和溝槽的金屬互連結(jié)構(gòu)。提供如圖I所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體襯底100，以及形成在半導(dǎo)體襯底100上的介質(zhì)層110。其中，后續(xù)是要在介質(zhì)層110中形成本發(fā)明的金屬互連結(jié)構(gòu)。作為一個(gè)實(shí)施方式，在介質(zhì)層Iio上具有第一緩沖層202，第一緩沖層202之上還形成有第一圖案硬掩模層321，第一圖案硬掩模層321具有的第一圖案為間距為k的多個(gè)平行的線條(line)狀圖形，由于示意圖的局限，只顯示第一圖案面朝紙面的剖面。第一圖案硬掩模層321的線條狀圖形之間以及其上覆蓋有第二緩沖層204，第二緩沖層204上形成有第二圖案硬掩模層341。所述第二圖案硬掩模層341具有的第二圖案為間距為d的多個(gè)平行線條(line)狀圖形，第二圖案的線條(line)與第一圖案的線條(line)交叉。優(yōu)選的，第一圖案和第二圖案的線條為異面垂直關(guān)系。其中，半導(dǎo)體襯底100可以為體硅基底，也可以為鍺硅襯底、III- V族元素化合物襯底(如砷化鎵、磷化銦、氮化鎵等)、碳化硅襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，或金剛石襯底，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底。在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為體硅基底。
所述介質(zhì)層110可為氧化硅、低k材料或超低k材料等。厚度范圍可以是450人至1500人，如450A、900人、1200A或1500A。在本實(shí)施例中所述介質(zhì)層IlO為氧化硅。第一緩沖層202和第二緩沖層204相同，可以為多晶硅或氮化硅?？梢赃x擇第二緩沖層204與介質(zhì)層110的材質(zhì)，使得它們的刻蝕選擇速率成一定的比例關(guān)系，這樣可以控制介質(zhì)層110和第二緩沖層204的厚度關(guān)系為介質(zhì)層110和第二緩沖層204的厚度比與兩者的刻蝕選擇比大致相同。由于所述介質(zhì)層110為氧化硅，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解的是，其在通常的刻蝕劑中，刻蝕速率很慢，在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域中，很難有比氧化硅更難刻蝕的材質(zhì)，即所述第二緩沖層204的刻蝕速率不能比所述介質(zhì)層110慢，即所述第二緩沖層204與介質(zhì)層110的刻蝕選擇速率的比例關(guān)系得大于等于I。為了避免第二緩沖層204的厚度太大，在刻蝕工藝中引起較大的誤差，兩者的刻蝕選擇比還需小于等于2。當(dāng)兩者刻蝕選擇比為2時(shí)，再控制第二緩沖層204的厚度等于或略大于所述介質(zhì)層110厚度的兩倍。本實(shí)施例中，第二緩沖層204與介質(zhì)層110的刻蝕選擇速率可大致相等，這樣，可以控制工藝使得介質(zhì)層的厚度和第二緩沖層204的厚度大致相同。本實(shí)施例中，第二緩沖層204為多晶硅，且其與介質(zhì)層110的刻蝕選擇比為1:1，所述介質(zhì)層110的厚度范圍也大致為450人至1500A,如450A、900A、1200人或1500A,相對應(yīng)的，第二緩沖層204可以選擇的厚度 如=450人、900人、1200人或1500人。在本實(shí)施例中，第一緩沖層202和第二緩沖層204材質(zhì)相同，第一緩沖層202的厚度為第二緩沖層204厚度的一半。第一圖案硬掩模層321可以為氧化硅或其它刻蝕速率明顯小于第一緩沖層202或第二緩沖層204的材質(zhì)。所述第一圖案硬掩模層321的材料具體可以為質(zhì)地致密的二氧化硅(Si02)，厚度范圍可以是100人 500人，如100 A、250A或500人。作為所述第一圖案硬掩模層321的二氧化硅與第二緩沖層204或與第一緩沖層202的刻蝕選擇比為I: l(Tl:5。在本實(shí)施例中，所述第一圖案硬掩模層321與第二緩沖層204或第一緩沖層202的刻蝕選擇比為1:10。所述第二圖案硬掩模層341可以與第一圖案硬掩模層321的材質(zhì)相同，同樣與第二緩沖層204或第一緩沖層202的刻蝕選擇比也為1:10。并且較優(yōu)的，第二圖案硬掩模層341與第二緩沖層204的厚度比可與它們的刻蝕選擇比成正比例關(guān)系。在本實(shí)施例中，第二圖案硬掩模層341的厚度為第二緩沖層204的十分之一。另外，在本實(shí)施例中，第一圖案硬掩模層321與第二圖案硬掩模層341厚度相同。需要說明的是，雖然第一圖案硬掩模層321、第二圖案硬掩模層341和介質(zhì)層100的材料都可以是二氧化硅為主的材質(zhì)，但當(dāng)選用不同的刻蝕氣體進(jìn)行刻蝕時(shí)，第一圖案硬掩模層321和第二圖案硬掩模層341該兩種硬掩模層與第一緩沖層202的刻蝕選擇比，及介質(zhì)層200與第一緩沖層202的刻蝕選擇比之間的差別很大。這可以由形成二氧化硅的方式不同而導(dǎo)致其致密程度或其它物質(zhì)的含量不同而實(shí)現(xiàn)，此實(shí)現(xiàn)方式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的，在此不再贅述。以圖I所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，即以所述第二圖案硬掩模層341和第一圖案硬掩模層321為掩模，刻蝕所述第二緩沖層204和第一緩沖層202至露出介質(zhì)層，在緩沖層中形成圖案。其大致可以包括兩個(gè)過程首先，以第二圖案硬掩模層341為掩模刻蝕所述第二緩沖層204至露出第一緩沖層202，以在第二緩沖層204中形成具有與第二圖案硬掩模層341相同的線條的第二圖案，如圖2所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想象到的是，在沒有第二圖案硬掩模層341覆蓋的部分，會(huì)暴露出部分的第一圖案硬掩模層321，以及第二圖案硬掩模層341和第一圖案硬掩模層321都沒有覆蓋到的第一緩沖層202。由于第二圖案硬掩模層341和第二緩沖層204的刻蝕選擇比為1:10，第二緩沖層204的厚度為第二圖案硬掩膜層341的十倍，即第二緩沖層204被刻蝕掉的過程中，第二圖案硬掩模層341也剛好被消耗完。然后接著刻蝕，會(huì)刻蝕掉刻蝕之前被第二圖案硬掩膜層341覆蓋的第二緩沖層204，以及刻蝕前第二圖案硬掩模341和第一圖案硬掩模321都沒有覆蓋到的第一緩沖層202的部分，直至露出介質(zhì)層110。由于第一緩沖層204為第二緩沖層341的一半，即第一緩沖層204被刻蝕至所述介質(zhì)層110時(shí)，所述第二緩沖層341也只被刻蝕掉一半的厚度。從而在第一緩沖層202中會(huì)形成第三圖案，所述第三圖案與第一及第二圖案硬掩模層疊合圖形相對應(yīng)，可參考圖3與圖4所示，圖4為圖3中所示的結(jié)構(gòu)的俯視圖。其中，在第二緩沖 層204中，最開始第二圖案硬掩模層341沒有覆蓋的區(qū)域形成為溝槽圖形，溝槽圖形的寬度由第二圖案的線條的間距d來決定。在第一緩沖層202中，第一圖案硬掩模層321和第二圖案硬掩模層341都沒有覆蓋的區(qū)域，形成為通孔圖形36，通孔圖形36的尺寸由第一圖案的間距k和第二圖案的間距d共同來決定。通孔圖形36的底部暴露出介質(zhì)層110。需要說明的是，本實(shí)施例中的第一圖案硬掩模層321和第二圖案硬掩模層341的排列方向可以互換，也可以為沿其它方向排列且互相相交的線條，其都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，雖然第二圖案硬掩模層341或第一圖案硬掩模層321與第一緩沖層202的刻蝕選擇比很小，僅為1:10，但在第一緩沖層204被刻蝕的過程中，暴露的第一圖案硬掩模層321也會(huì)被消耗掉部分，。第二緩沖層204的厚度為第一緩沖層202的一半，故暴露出來的第一圖案硬掩模層321大致還剩原本一半的厚度。接下來，對介質(zhì)層110進(jìn)行刻蝕。由于緩沖層(包含第一緩沖層202與第二緩沖層204)和介質(zhì)層10的刻蝕選擇比為I :1，因而介質(zhì)層10往下刻蝕多少深度，暴露在刻蝕劑中的緩沖層就被往下刻蝕掉多少深度?？涛g過程可以分為兩個(gè)過程第一個(gè)過程在第一圖案硬掩模層321被完全損耗掉的之前，還可以在刻蝕的過程中對具有第三圖案的第一緩沖層202進(jìn)行保護(hù)，在介質(zhì)層110中形成原本第一圖案硬掩膜層321和第二圖案硬掩膜層341交叉之間的通孔圖形，為第三圖案，如圖5所示。同時(shí)，未被第一圖案硬掩模層321保護(hù)的第一緩沖層202和位于第一圖案硬掩模層321表面的第二緩沖層204被消耗掉。第二個(gè)過程在整個(gè)刻蝕過程中，第二緩沖層204 —直以和介質(zhì)層110相同的速度被損耗，當(dāng)未被第一圖案硬掩模層321保護(hù)和第二緩沖層204覆蓋到的第一緩沖層202被刻蝕完的時(shí)候，所述第二緩沖層204也被刻蝕完了。當(dāng)未被第一圖案硬掩模層321保護(hù)和第二緩沖層204覆蓋到的第一緩沖層202和第二緩沖層204被刻蝕完以后，第一緩沖層202中的陣列狀的通孔的第三圖案將被轉(zhuǎn)化為與第一圖案硬掩模層321中的第一圖形相同的圖形，為平行排列的一列列的溝槽。同時(shí)，刻蝕繼續(xù)進(jìn)行，在介質(zhì)層110中形成更深的通孔，而當(dāng)沒有第一圖案硬掩模層321保護(hù)的第一緩沖層202區(qū)域被完全刻蝕后，介質(zhì)層110最表面的通孔的上部也開始漸漸互相連通，而形成溝槽?？涛g繼續(xù)進(jìn)行至第一緩沖層202中的完全損耗之前結(jié)束。去除剩下的第一緩沖層202 (參圖5)，如圖6所示，在介質(zhì)層110中一體形成了下面是規(guī)律的通孔16，上面是整齊的連接一排的通孔的溝槽14的結(jié)構(gòu)。由整個(gè)形成過程可知，第一緩沖層202的厚度大致與通孔16的深度相等，第二緩沖層204的厚度大體與溝槽14深度相等。圖7為圖6的俯視圖，其中，為了圖示更明顯，接觸孔部分用陰影表示，溝槽用虛線框標(biāo)示，其實(shí)，俯視能見到的材質(zhì)均為介質(zhì)層。這樣的結(jié)構(gòu)正好適用于做一些具有規(guī)律性的半導(dǎo)體器件的金屬互 連結(jié)構(gòu)，如可以應(yīng)用在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中。在上述說明書的描述過程中，雖然是將刻蝕過程分幾個(gè)過程來描述的，但在實(shí)際工藝中，它們可以是在同一刻蝕室的一個(gè)連續(xù)過程，即僅有一個(gè)刻蝕步驟。實(shí)施例二在本實(shí)施例中，以形成本發(fā)明的金屬互連結(jié)構(gòu)為例，來詳細(xì)說明本發(fā)明的工藝過程。其實(shí)施方式主要包括以下步驟步驟Sll :提供半導(dǎo)體襯底100，如圖8。其中，半導(dǎo)體襯底100可以為體硅基底，也可以為鍺硅襯底、III- V族元素化合物襯底(如砷化鎵、磷化銦、氮化鎵等)、碳化硅襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，或金剛石襯底，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體襯底100中可以包括MOS管等器件，還可以包括用于實(shí)現(xiàn)電連接的金屬導(dǎo)線，本發(fā)明對此不作限制。在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為體硅基底。步驟S12 :在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成介質(zhì)層110和第一緩沖層202。所述第一緩沖層202和介質(zhì)層110的材質(zhì)以及性質(zhì)和實(shí)施例一相同，具體如下所述介質(zhì)層110可為氧化硅、低k材料或超低k材料等。厚度范圍可以是450人至1500A。形成方法可以為沉積、氧化或者旋涂等。第一緩沖層202和第二緩沖層204相同，可以為多晶硅或氮化硅?？梢赃x擇第二緩沖層204與介質(zhì)層110的材質(zhì)，使得它們的刻蝕選擇速率成一定的比例關(guān)系，這樣可以控制介質(zhì)層110和第二緩沖層204的厚度關(guān)系為在以第二緩沖層204為掩?？涛g的時(shí)候，所述第二緩沖層204厚度可以承受刻完介質(zhì)層110的厚度。由于所述介質(zhì)層110為氧化硅，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解的是，其在通常的刻蝕劑中，刻蝕速率很慢，在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域中，很難有比氧化硅更難刻蝕的材質(zhì)，即所述第二緩沖層204的刻蝕速率不能比所述介質(zhì)層110慢，即所述第二緩沖層204與介質(zhì)層110的刻蝕選擇速率的比例關(guān)系得大于等于
I。為了避免第二緩沖層204的厚度太大，在刻蝕工藝中引起較大的誤差，兩者的刻蝕選擇比還需小于等于2。當(dāng)兩者刻蝕選擇比為2時(shí)，再控制第二緩沖層204的厚度等于或略大于所述介質(zhì)層110厚度的兩倍。第二緩沖層204與介質(zhì)層110的刻蝕選擇速率可大致相等，這樣，可以控制工藝使得介質(zhì)層的厚度和第二緩沖層204的厚度相同。本實(shí)施例中，第二緩沖層204為多晶硅，且其與介質(zhì)層110的刻蝕選擇比為1:1，所述介質(zhì)層110的厚度范圍也大致為450A至1500A,可如450A、900A、1200A或1500A湘對應(yīng)的，第二緩沖層204可以選擇的厚度如450人、900人、1200A或〗500人。在本實(shí)施例中，第一緩沖層202和第二緩沖層204材質(zhì)相同，第一緩沖層202的厚度為第二緩沖層204厚度的一半。第一緩沖層202和第二緩沖層204的形成方法可以為化學(xué)氣相沉積。
在本實(shí)施例中，介質(zhì)層110的材質(zhì)為氧化硅，第一緩沖層202的材質(zhì)為多晶硅，兩者的刻蝕選擇比為1:1，兩者的厚度均為1000A。步驟S13 :在所述第一緩沖層202上形成第一圖案硬掩模層，所述第一圖案硬掩模層具有多個(gè)線條狀圖形。在本實(shí)施例中，需要形成特征尺寸為22nm以下的半導(dǎo)體器件的金屬互連結(jié)構(gòu)，在本步驟中形成的第一圖案硬掩模層321上的線條狀圖形的尺寸決定著后續(xù)工藝中形成的金屬互連結(jié)構(gòu)的尺寸。優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，采用自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻(SADP，Spaceror self-aligned double-patterning)工藝來形成第一圖案中的線條,使得線條的尺寸和間距可以在現(xiàn)有的曝光精度下實(shí)現(xiàn)22nm的精密尺寸。具體的，其包括以下步驟S131 :在第一緩沖層202上形成第一圖案硬掩模層321、第一上精密掩模層421、第一后硬掩模層323、第一后精密掩模層422、第一阻擋層521以及第一光阻層620，繼續(xù)參照圖8所示。
所述第一圖案硬掩模層321優(yōu)選為氧化硅，也可以為其它和第一緩沖層202材料刻蝕選擇比為1:10的材料。在本實(shí)施例中為氧化硅，其厚度為100人。所述第一上精密掩模層421的材質(zhì)為APF (advanced patten film先進(jìn)掩模層)材料，其“先進(jìn)”是相對于傳統(tǒng)的ArF，SiON, TEOS Poly所形成的掩模層而言的，所述APF材料為無定形碳(armarphous carbon),容易被刻蝕且所刻蝕形成的開口的側(cè)壁非常光滑，垂直性很好，并且其形成方法簡單，去除也很方便。故在本實(shí)施例中，用來作為形成精密線條的中間過程的掩模，能夠保證精密線條在刻蝕過程中的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移。其形成方式為旋涂，本實(shí)施例中，第一上精密掩模層421的厚度為500 Ae第一后硬掩模層323在本實(shí)施例中為氧化娃,其厚度為100人。形成方式為化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。第一后精密掩模層422為APF材料，厚度為500人。第一阻擋層521為氮化硅，厚度為110 A。第一光阻層620為光刻膠層，其可以為正膠也可以為負(fù)膠。為了便于說明，本實(shí)施例中為采用正膠，即曝光后的部分能夠溶解于顯影液，使得形成圖形和曝光所用的掩模版圖形是一樣的。光刻膠掩模圖形形成在第一阻擋層521上，避免光刻膠在刻蝕過程中因?yàn)榭涛g過程太差而坍陷，從而引起刻蝕圖形的變形。S132 :光刻形成線寬或間距為44nm的光刻膠圖形。經(jīng)過曝光、顯影等工藝，在第一光阻層620中形成光刻膠圖形，如圖9、圖10所示，其中，圖10為圖9沿與紙面平行方向的剖面圖。所述光刻膠圖形為線寬或間距為44nm的線條。本實(shí)施例中，僅以形成四條線條的圖形為例來詮釋本發(fā)明，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還可以在第一光阻層620中形成其它數(shù)量的線條的實(shí)施方式。S133 :以光刻膠圖形為掩模,刻蝕第一阻擋層521、第一后精密掩模層422,而后去除光刻膠620和第一阻擋層521，保留形成有線寬和間距為44nm的線條圖形第一后精密掩模層422，沿與紙面平行方向的剖面圖如圖11所示。所述刻蝕方式優(yōu)選為等離子體干法刻蝕。實(shí)際實(shí)施過程中，具體操作為把第一光阻層620中的圖形轉(zhuǎn)移到第一阻擋層521中后，再利用第一光阻層620和第一阻擋層521作為掩模,刻蝕第一后精密掩模層422。然后把第一后精密掩模層422進(jìn)行回蝕，或者進(jìn)行原子層刻蝕，把線條的寬度減小為22nm，線條之間的間距增大為66nm，形成結(jié)構(gòu)如圖11所示。由于原子層刻蝕是以一層原子一層原子剝離的方式，更能精確控制刻蝕去掉的厚度，所以，優(yōu)選的，本實(shí)施例中采用原子層刻蝕的方式來實(shí)現(xiàn)縮小線條的寬度，增大線條之間的間距。S134 :利用側(cè)墻工藝，在第一后精密掩模層422的線條的兩側(cè)形成側(cè)墻528，如圖12所示。側(cè)墻528的材質(zhì)為氮化硅，寬度為22nm，兩相鄰線條之間的兩相鄰的側(cè)墻的間距為22nm。所述側(cè)墻層的材料可以通過化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或者原子層沉積的方式形成。為了便于控制側(cè)墻層的厚度，優(yōu)選采用原子層沉積的方式。然后，采用側(cè)墻工藝形成所述側(cè)墻528，所述側(cè)墻工藝為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，在此不詳細(xì)闡述。S135:去除第一后精密掩模層422，則去除APF層形成的線條，保留側(cè)墻528，如圖13所示。其中，去除APF層的方法為灰化法，可以非常容易的去除得徹底和干凈。S136 :以側(cè)墻為掩模,刻蝕第一后硬掩模層323、第一前精密掩模層421,去除第一后硬掩模層323，保留具有線寬或間距為22nm的前精密掩模層421，如圖14所示。由于APF層形成的第一后精密掩模層422的線條的側(cè)壁非常光滑，垂直性很好，并且去除得很徹底，即側(cè)墻528之間的開口的側(cè)壁也非常的光滑和具有良好的垂直型，這樣有利于圖形的精確 轉(zhuǎn)移到第一后硬掩模層323。接下來被刻蝕的第一前精密掩模層421的材料也是APF，則第一后硬掩模層323也能夠精確的轉(zhuǎn)移到第一前精密掩模層421。S137 :利用前精密掩模層421為掩模，刻蝕第一圖案硬掩模層321，在第一圖案硬掩模層321上形成第一圖案，如圖15所示。第一圖案中的線條的間距為k。即在本實(shí)施例中k為22nm。和前面類似的，圖形最終可以精確的轉(zhuǎn)移到第一圖案硬掩模層321上。后續(xù)的制作過程與前面相似，因而這里只作簡單描述，也不再輔以附圖。詳細(xì)的制作過程及結(jié)構(gòu)可結(jié)合前面的附圖及說明理解。步驟S14 :在所述第一圖案硬掩模層321和所述第一緩沖層202上形成第二緩沖層。所述形成第二緩沖層的方法在本實(shí)施例中為化學(xué)氣相沉積多晶硅，其厚度為第一緩沖層202的一半，則為500人。在別的實(shí)施方式中，第二緩沖層也可以是別的材質(zhì)和別的形成方法。優(yōu)選的，其材質(zhì)與第一緩沖層202的材質(zhì)相同，其與介質(zhì)層110的刻蝕選擇比和第一緩沖層202與介質(zhì)層110的刻蝕選擇比相同。步驟S15 :在所述第二緩沖層上形成第二圖案硬掩模層，所述第二圖案硬掩模層形成有多個(gè)線條狀圖形，所述第二圖案硬掩模層的圖形和所述第一圖案硬掩模層321的圖形互相交叉。本步驟中形成第二圖案硬掩模層的方法與步驟S13中形成第一圖案硬掩模層321的方法類似，只是最終形成的線條和第一圖案硬掩模層321中的線條相交，即第二圖案和第一圖案中的線條互相相交，優(yōu)選的，兩者互相垂直。第二圖案中形成的線條之間的間距為CL步驟S16 :以所述第二圖案硬掩模層和第一圖案硬掩模層321為掩模，刻蝕所述第二緩沖層和第一緩沖層202至露出介質(zhì)層，形成緩沖層圖案，所述緩沖層圖案包括形成在第二緩沖層中的第二圖案和形成在第一緩沖層中的第三圖案，所述第三圖案由第一圖形和第二圖形重疊構(gòu)成。步驟S17 :以所述緩沖層圖案為掩模，刻蝕所述介質(zhì)層至第一緩沖層中的第三圖案消失后繼續(xù)進(jìn)行，而停止在第二緩沖層中的第二圖案保留前，形成介質(zhì)層圖案；步驟S16、步驟S17的刻蝕過程和實(shí)施例一中所述的刻蝕過程相似，在此不累述。
步驟S18 :去除所述第一緩沖層202和第二緩沖層，去除方法可以為回蝕、化學(xué)機(jī)械研磨等，在此并不做限制。留下介質(zhì)層中具有規(guī)律的通孔和溝槽的金屬互連結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于應(yīng)用于制造Flash (可揮發(fā)性儲(chǔ)存器)或PCM (PhaseChanged Memory,相變儲(chǔ)存器)等存儲(chǔ)器器件結(jié)構(gòu)中，其最小可以形成具有半間距為22nm的自對準(zhǔn)密集接觸孔和寬度為22nm的互連槽的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得金屬互連結(jié)構(gòu)能夠滿足關(guān)鍵尺寸為22nm的Flash (可揮發(fā)性儲(chǔ)存器)或PCM (Phase Changed Memory，相變儲(chǔ)存器)等存儲(chǔ)器器件的需求。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層上形成第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上形成第一圖案硬掩模層，所述第一圖案硬掩模層具有多個(gè)線條狀圖形； 在所述第一緩沖層和所述第一圖案硬掩模層上形成第二緩沖層； 在所述第二緩沖層上形成第二圖案硬掩模層，所述第二圖案硬掩模層具有多個(gè)線條狀圖形，所述第二圖案硬掩模層的線條狀圖形和所述第一圖案硬掩模層的線條狀圖形互相交叉； 以所述第二圖案硬掩模層和第一圖案硬掩模層為掩模，刻蝕所述第二緩沖層和第一緩沖層至露出介質(zhì)層，形成緩沖層圖案，所述緩沖層圖案包括形成在第二緩沖層中、與所述第二圖案硬掩模層圖形相對應(yīng)的第二圖案和形成在第一緩沖層中、與第一及第二圖案硬掩模層疊合圖形相對應(yīng)的第三圖案； 以所述緩沖層圖案為掩模，刻蝕所述介質(zhì)層，所述刻蝕進(jìn)行至在第二圖案硬掩模層下方的第二緩沖層消失后繼續(xù)進(jìn)行，在第一圖案硬掩模層下方的第一緩沖層消失前停止，以在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個(gè)通孔及連接至少兩個(gè)通孔的溝槽； 去除殘留的第一緩沖層。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一緩沖層的材料與所述第二緩沖層的材料相同。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第二緩沖層與所述介質(zhì)層的刻蝕選擇比小于或等于2。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料包括二氧化硅；所述第一緩沖層的材料包括多晶硅或氮化硅。
5.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一圖案硬掩模層的材料與所述第二圖案硬掩模層的材料相同。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一緩沖層與所述第一圖案硬掩模層的刻蝕選擇比大于或等于10。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一緩沖層的材料包括多晶硅或氮化硅；所述第一圖案硬掩模層的材料包括二氧化硅。
8.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的厚度范圍是450人_500入。
9.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一圖案硬掩模層的厚度范圍是I ooA 500A。
10.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一圖案硬掩模層采用自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻工藝形成。
11.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第二圖案硬掩模層采用自對準(zhǔn)式雙重曝光光刻工藝形成。
12.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述去除殘留的第一緩沖層的步驟，包括 在所述通孔及溝槽中填充保護(hù)層； 刻蝕去除第一緩沖層； 去除所述保護(hù)層。
13.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一圖案硬掩模層為縱向排布的多個(gè)線條狀圖形。
14.如權(quán)利要求I所述的金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第二圖案硬掩模層為橫向排布的多個(gè)線條狀圖形。
全文摘要
一種金屬互連結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在其上依次形成介質(zhì)層、第一緩沖層、第一圖案硬掩模層、第二緩沖層、第二圖案硬掩模層，所述第一圖案硬掩模層和第二圖案硬掩模層為互相交叉的線條狀圖形；以第二圖案硬掩模層和第一圖案硬掩模層為掩模，刻蝕第二緩沖層和第一緩沖層至露出介質(zhì)層，形成緩沖層圖案；以所述緩沖層圖案為掩模，刻蝕介質(zhì)層至在第二圖案硬掩模層下方的第二緩沖層消失后，第一圖案硬掩模層下方的第一緩沖層消失前停止，以在所述介質(zhì)層內(nèi)形成多個(gè)通孔及連接至少兩個(gè)通孔的溝槽；去除殘留的第一緩沖層。本發(fā)明以所述緩沖層圖案為掩?？涛g介質(zhì)層，可以在介質(zhì)層中同時(shí)形成金屬互連結(jié)構(gòu)中的溝槽和通孔。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102881648SQ20121039619
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者夏建慧, 顧以理, 奚裴 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司