[發明專利]互連結構及其形成方法

有效

• 申請號: 200910196934.6
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號: CN102044471A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 王琪
• 申請（專利權）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;H01L23/528;H01L23/532
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種互連結構及其形成方法。

背景技術

隨著半導體器件制作技術的飛速發展，半導體器件已經具有深亞微米結構。由于集成電路中所含器件的數量不斷增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不斷地縮小，器件之間的高性能、高密度連接不僅在單個互連層中進行，而且要在多層之間進行互連。因此，通常提供多層互連結構，其中多個互連層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導體器件。特別是利用雙鑲嵌(dual-damascene)工藝形成的多層互連結構，其預先在層間絕緣膜中形成溝槽(trench)和接觸孔(via)，然后用導電材料填充所述溝槽和接觸孔。例如申請號為02106882.8的中國專利申請文件提供的多層互連結構制作工藝，因為雙鑲嵌結構能避免重疊誤差以及解決習知金屬工藝的限制，多層互連結構便被廣泛地應用在半導體制作過程中而提升器件可靠度。因此，多層互連結構已成為現今金屬導線連接技術的主流。

現有制作多層互連結構的方法參考圖1至圖6。

如圖1所示，提供半導體襯底100，在半導體襯底100上形成有金屬布線層102；在金屬布線層102上形成厚度為600埃至800埃的覆蓋層104；在覆蓋層104上形成層間絕緣層106(inter-layer?dielectrics；ILD)，所述層間絕緣層106的材料是未摻雜的硅玻璃(Un-doped?Silicate?Glass；USG)或低介電常數材料等。所述覆蓋層104可防止金屬布線層102擴散到層間絕緣層102中，亦可防止刻蝕過程中金屬布線層102被刻蝕。

之后，在層間絕緣層106上形成保護層108，所述保護層108的作用在于保護層間絕緣層106，所述保護層108材料選自SiO2，隨后，在保護層108上形成第一光刻膠層110，經過曝光顯影工藝，在第一光刻膠層110上形成開口，開口位置對應后續需要形成雙鑲嵌結構中的接觸孔；隨后以第一光刻膠層110為掩膜，刻蝕保護層108、層間絕緣層106直至暴露出覆蓋層104，形成接觸孔112。

參考附圖2所示，灰化法去除第一光刻膠層110，其中灰化溫度為250℃；在保護層108上以及接觸孔112中形成覆蓋層間絕緣層106的底部抗反射層(Bottom?Anti-Reflective?Coating，BARC)114。用回蝕法刻蝕底部抗反射層114，直至完全去除保護層108上的底部抗反射層114，并保留接觸孔112內的部分底部抗反射層114，其中留在接觸孔112內的底部抗反射層114的厚度應該保證在隨后刻蝕形成雙鑲嵌結構的工藝過程中避免覆蓋層104被刻蝕穿。

如圖3所示，在保護層108上形成第二光刻膠層116，并通過曝光、顯影在第二光刻膠層116上形成與后續溝槽對應的開口，開口的寬度大于接觸孔112的寬度。以第二光刻膠層116為掩膜，刻蝕保護層108以及層間絕緣層106，形成溝槽118。

如圖4所示，灰化法去除第二光刻膠層116和接觸孔112內的底部抗反射層114，其中灰化溫度為250℃；然后再用濕法刻蝕法去除殘留的第二光刻膠層116；沿接觸孔112刻蝕覆蓋層104，直至暴露出金屬布線層102，形成雙鑲嵌結構。

參考圖5，在保護層108表面形成填充接觸孔112的金屬層120。

參考圖6，用化學機械拋光去除一部分金屬層120和保護層108，直至形成金屬插塞121。

現有互連結構工藝中刻蝕溝槽通常是通過測試結束點(End-Point)取得的數據，控制刻蝕時間形成的，因此，在實際生產中，由于設備的差異、不同批次薄膜生產質量差異等原因，刻蝕形成的溝槽高度與實際需要的溝槽高度有一定的差異，所述差異會導致互連結構的電學性能漂移。

發明內容

本發明解決的技術問題是精確定義雙鑲嵌結構的開口高度。

為解決上述問題，本發明提供了一種互連結構形成方法，包括：提供帶有金屬布線層的半導體襯底；在金屬布線層上形成第一阻擋層、第一層間絕緣層、第二阻擋層、第二層間絕緣層和保護層；在保護層表面形成第三光刻膠圖形；以所述第三光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕保護層、第二層間絕緣層、第二阻擋層、第一層間絕緣層和第一阻擋層直至暴露出金屬布線層，形成接觸孔；去除第三光刻膠圖形；形成填充所述接觸孔并位于保護層表面的底部抗反射層；在所述底部抗反射層表面形成第四光刻膠圖形；以所述第四光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕底部抗反射層、保護層、第二層間絕緣層和第二阻擋層形成溝槽；去除第四光刻膠圖形和底部抗反射層。

可選的，所述第一阻擋層厚度為400埃至500埃。