[發(fā)明專利]雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040986.5
• 申請日: 2007-05-21
• 公開（公告）號: CN101312150A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧先捷
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/311
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李文紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)(dual-damascene?structure)的形成方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今半導(dǎo)體器件制造技術(shù)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié)構(gòu)，集成電路中包含巨大數(shù)量的半導(dǎo)體元件。在如此大規(guī)模集成電路中，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個(gè)互連層中互連，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)體元件。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溝槽(trench)和通孔(via)，然后用導(dǎo)電材料例如銅(Cu)填充所述溝槽和連接孔。這種互連結(jié)構(gòu)已經(jīng)在集成電路制造中得到廣泛應(yīng)用。

雙鑲嵌工藝的技術(shù)重點(diǎn)在于蝕刻填充導(dǎo)體金屬用的溝槽刻蝕技術(shù)。在雙鑲嵌工藝的前段蝕刻工藝中，目前存在兩種方法制作雙鑲嵌構(gòu)造的溝槽，第一種方法是先在介電層的上部定義出導(dǎo)線溝槽，之后利用另一光刻膠層定義介層窗開口。另一種方法是首先在介電層中定義出完全穿透介電層的介層窗開口，然后利用另一光刻膠層定義導(dǎo)線溝槽。申請?zhí)枮?00510056297.4的中國專利申請中描述了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法。圖1至圖5為說明該現(xiàn)有制造雙鑲嵌結(jié)構(gòu)方法的剖面示意圖。如圖1所示，在制造互連層的工藝線后段(back?end?of?line，BEOL)開始時(shí)，需要在襯底10上形成的MOS晶體管表面沉積介質(zhì)層11，該介質(zhì)層11稱為金屬前介電層(pre-metal?dielectric，PMD)。然后在PMD層11層中刻蝕通孔并填充有金屬材料形成連接孔12。在具有連接孔12的PMD層11表面再形成第一介質(zhì)層13，在其中形成金屬互連線14，MOS晶體管的柵極通過連接孔12連接至介質(zhì)層13中的金屬連接線14。然后在互連層13表面沉積刻蝕停止層15、層間介質(zhì)層(ILD)16和保護(hù)層17。為了降低射頻信號在電路中的延遲，目前普遍采用低介電常數(shù)(low?k)材料作為ILD層16，以降低電路中的RC延遲和高頻串?dāng)_。然后，在保護(hù)層17表面涂布抗反射層18以使后續(xù)形成的光刻膠圖形更加清晰。在抗反射層18表面涂布光刻膠，并圖案化所述光刻膠以定義通孔的位置，形成光刻膠圖形19。

接下來如圖2所示，以光刻膠圖形19為掩膜刻蝕保護(hù)層17和ILD層16形成通孔(via)。隨后如圖3所示，去除上述光刻膠圖形19和抗反射層18，并在通孔中填充聚合物作為犧牲層20，用于保護(hù)通孔。然后在犧牲層20表面涂布光刻膠并形成定義溝槽位置的光刻膠圖形21。然后，以光刻膠圖形21為掩膜刻蝕犧牲層20、保護(hù)層17和ILD層16從而在ILD層16中形成溝槽，如圖4所示，接下來去除光刻膠圖形21和犧牲層20。

上述刻蝕通孔和溝槽的過程中，需要進(jìn)行兩次移除光刻膠和抗反射層、聚合物的步驟，即先移除刻蝕通孔的光刻膠圖形19和抗反射層18，然后還需移除光刻膠圖形21和聚合物犧牲層20。然而，光刻膠、抗反射層和犧牲層均為聚合物，它們的去除和清洗工藝均較為復(fù)雜，一旦去除不完全或沒有完全清洗干凈，都極有可能再通孔底部產(chǎn)生聚合殘留物(residue)，如圖5中所示的22。該聚合殘留物22會嚴(yán)重影響金屬連接線14表面刻蝕停止層15的刻蝕，導(dǎo)致填充的金屬不能與金屬連接線14形成良好的電接觸，影響器件性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，能夠防止通孔中產(chǎn)生聚合殘留物現(xiàn)象的發(fā)生，并能夠簡化制造工藝。

一方面，提供了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供一表面具有介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底；

在所述介質(zhì)層表面形成第一犧牲層；

在所述第一犧牲層表面形成第一硬掩膜層；

在所述第一硬掩膜層表面形成第一光刻膠圖形；

以所述第一光刻膠圖形為掩膜刻蝕部分所述第一硬掩膜層；

移除所述第一光刻膠圖形；

在所述第一硬掩膜層表面形成第二犧牲層；

在所述第二犧牲層表面形成第二硬掩膜層；

在所述第二硬掩膜層表面形成第二光刻膠圖形；

刻蝕所述第二硬掩膜層、第二犧牲層、第一硬掩膜層、第一犧牲層以及介質(zhì)層。

優(yōu)選地，所述硬掩膜層為低溫氧化物。所述硬掩膜層的厚度為所述介質(zhì)層為應(yīng)用材料(Applied?Materials)公司商標(biāo)為黑鉆石的碳氧化硅(SiCO)、氧化硅或氟化硅玻璃。所述犧牲層為富硅聚合物。所述方法還包括在所述第一和/或第二硬掩膜層表面形成底部抗反射層的步驟。