[發明專利]雙鑲嵌結構的形成方法、半導體結構

有效

• 申請號: 200910198594.0
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN102054761A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 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;H01L23/522
• 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，特別涉及雙鑲嵌結構的形成方法以及半導體結構。

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公知金屬工藝的限制，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上形成層間介質層106(inter-layer?dielectrics；ILD)，所述層間介質層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擴散到層間介質層102中，亦可防止刻蝕過程中金屬布線層102被刻蝕。

之后，在層間介質層106上形成保護層108，所述保護層108的作用在于保護層間介質層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、層間介質層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中形成覆蓋層間介質層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以及層間介質層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。

現有技術中存在如下問題：現有的雙鑲嵌結構是先刻蝕形成接觸孔，再制作溝槽，通常第一步形成接觸孔時，金屬布線層102表面的覆蓋層104作為刻蝕停止層，會被刻蝕掉一部分厚度，而覆蓋層104本身較薄，因此在后續制作溝槽等刻蝕工藝時，極容易產生過刻蝕導致接觸孔擊穿(punch?through)，而提前打開并損傷金屬布線層102，此外在接觸孔刻蝕時，覆蓋層104一般采用含氮的碳化硅材料，其中氮元素極易通過底部抗反射層114擴散至頂部的第二光刻膠層116，污染光刻膠而影響光刻精度以及效果。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種雙鑲嵌結構的形成方法，解決現有形成方法中存在的接觸孔擊穿以及氮擴散污染光刻膠的問題。