[發明專利]雙鑲嵌結構的制造方法

無效

• 申請號: 201010192417.4
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN102270601A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 韓秋華;周俊卿
• 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
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，特別是涉及一種雙鑲嵌結構的制造方法。

背景技術

雙鑲嵌(dual-damascene)工藝是在半導體器件尺寸日益減小，后段互連工藝使用金屬銅的情況下發展起來的，所述雙鑲嵌工藝預先在介質層中形成溝槽(trench)和通孔(via)，然后用導電材料例如銅填充所述溝槽和通孔。所述雙鑲嵌工藝的技術重點在于形成溝槽和通孔，目前存在兩種方法制作雙鑲嵌結構的溝槽和通孔，第一種方法是先在介質層的上部定義出溝槽，然后利用另一光阻層定義出通孔，該方法由于溝槽的密度相當高，使得用于定義通孔的光阻層的表面不平整，嚴重影響了曝光顯影工藝的分辨率；另一種方法是先在介質層中定義出完全穿透介質層的通孔，然后利用另一光阻層定義出溝槽。

詳細的，請參考圖1A至圖1H，其為現有的雙鑲嵌結構的制造方法的各步驟相應結構的剖面示意圖，該雙鑲嵌結構的制造方法是先形成通孔后形成溝槽。

參考圖1A，首先提供半導體襯底100，所述半導體襯底100中形成有金屬布線。為簡化，此處以空白結構代替。

參考圖1B，在半導體襯底100上依次形成阻擋層110和介質層120。其中，阻擋層110的作用是阻止所述金屬布線中的金屬向介質層120中擴散，且所述阻擋層110還可防止在后續刻蝕過程中，半導體襯底100中的金屬布線被刻蝕。所述介質層120包括金屬間介質層121以及形成于金屬間介質層121上的保護層122，所述金屬間介質層121選用低介電常數材料，以減小其寄生電容與金屬銅電阻的電阻電容(RC)延遲，所述金屬間介質層121優選為應用材料公司的商標為黑鉆石的碳氧化硅。

參考圖1C，刻蝕所述介質層120形成通孔120a，所述通孔120a暴露所述阻擋層110表面。

參考圖1D，在所述通孔120a內以及介質層120上形成填充層130，所述填充層130填滿所述通孔120a。

參考圖1E，刻蝕部分填充層130和部分介質層120形成溝槽120b，所述溝槽120b的位置與通孔120a的位置對應，所述溝槽120b的深度小于通孔120a的深度，所述溝槽120b的截面寬度大于通孔120a的截面寬度。

參考圖1F，刻蝕所述通孔120a內剩余的填充層，同時所述介質層120上的填充層也被完全刻蝕掉。

參考圖1G，刻蝕通孔120a內的阻擋層110，直至暴露半導體襯底100。一般的，利用等離子刻蝕工藝刻蝕通孔120a內的阻擋層110，所述等離子刻蝕工藝所使用的刻蝕氣體通常包括四氟化碳。在實際生產中發現，在刻蝕阻擋層110的過程中，所使用刻蝕氣體極易與低介電常數材料發生反應，從而導致在通孔120a的側壁上生成難溶的高分子聚合物111。

參考圖1H，在通孔120a和溝槽120b內形成金屬層140，以形成雙鑲嵌結構，所述金屬層140的材質優選為銅。

根據上述分析可知，在刻蝕阻擋層110的過程中，在通孔120a的側壁上易生成難溶的高分子聚合物111，即使在刻蝕阻擋層110的步驟后，采用稀釋的氫氟酸溶液清洗半導體襯底100，仍然無法有效去除所述高分子聚合物111，這將阻礙金屬層140的填充，導致形成不規則形狀的金屬層；并且，由于所述高分子聚合物111的存在，還會造成電流在多層互連線之間流動障礙，而易形成電子遷移空洞，進而影響半導體器件的可靠性。

發明內容

本發明提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，以解決現有的制造方法在刻蝕阻擋層的過程中，在通孔側壁上易生成難溶的高分子聚合物，從而影響半導體器件的可靠性的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種雙鑲嵌結構的制造方法，包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上依次形成阻擋層和介質層；刻蝕所述介質層形成通孔，所述通孔暴露所述阻擋層表面；在所述通孔側壁形成通孔側墻；在所述通孔內以及所述介質層上形成填充層，所述填充層填滿所述通孔；刻蝕部分填充層和部分介質層形成溝槽，溝槽的位置與通孔的位置對應；刻蝕剩余的填充層和通孔內的阻擋層，直至暴露所述半導體襯底；去除所述通孔側墻；在所述通孔和所述溝槽內形成金屬層，以形成雙鑲嵌結構。

可選的，在所述雙鑲嵌結構的制造方法中，所述通孔側墻的材質是二氧化硅，所述通孔側墻的厚度為

可選的，在所述雙鑲嵌結構的制造方法中，所述通孔側墻是利用氧氣等離子體刻蝕工藝形成的，所述氧氣等離子體刻蝕工藝所使用的刻蝕氣體包括惰性氣體以及氧氣，所述惰性氣體與氧氣的流量比大于50∶1，所述氧氣的流量為2～10sccm，所述惰性氣體為氦氣或氬氣。