[發(fā)明專利]雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310380203.3
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN104425357B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海洋;張城龍
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體集成電路IC中包含巨大數(shù)量的此類半導(dǎo)體器件。在這種大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中，半導(dǎo)體器件之間的電連接不僅在單個(gè)互連層中互連，而且還要在多層互連層之間進(jìn)行互連。隨著集成電路的集成度增大，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，多層互連結(jié)構(gòu)相互堆疊，并通過多層互連結(jié)構(gòu)之間的介質(zhì)層進(jìn)行隔離。特別地，現(xiàn)有技術(shù)通常使用雙鑲嵌（Dual-Damascene）工藝形成多層互連結(jié)構(gòu)，需要預(yù)先在介質(zhì)層中形成互連溝槽（trench）和通孔（via），之后用導(dǎo)電材料如銅（Cu）填充所述互連溝槽和通孔。雙鑲嵌工藝已在集成電路制造中得到廣泛應(yīng)用。

雙鑲嵌工藝是一種能同時(shí)在溝槽中形成互連線和在通孔中形成插塞（plug）的上下堆疊結(jié)構(gòu)的方法，所謂上下堆疊結(jié)構(gòu)是指在一條互連線與其下的一個(gè)或多個(gè)插塞電連接形成的堆疊結(jié)構(gòu)，互連線和插塞用來電連接半導(dǎo)體器件中各層間的不同元件和導(dǎo)線，并通過周圍的介質(zhì)層與其他器件相互隔離。

在現(xiàn)有技術(shù)中，按照工藝實(shí)現(xiàn)的先后順序，所述雙鑲嵌工藝可分為兩類：先溝槽（trench first）工藝和先通孔（via first）工藝。先溝槽工藝包括：首先在介質(zhì)層上使用第一次光刻、刻蝕工藝，刻蝕介質(zhì)層形成溝槽，之后再利用第二次光刻、刻蝕工藝，刻蝕對應(yīng)溝槽位置的介質(zhì)層形成通孔。先通孔工藝包括：首先使用第一次光刻、刻蝕工藝，在介質(zhì)層中形成穿過介質(zhì)層的通孔，之后，利用第二次光刻、刻蝕工藝，在介質(zhì)層上形成連接通孔的溝槽。在先溝槽工藝或先通孔工藝形成溝槽和通孔后，在溝槽和通孔中形成金屬。

但是，具有現(xiàn)有雙鑲嵌工藝形成的互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是，具有現(xiàn)有雙鑲嵌工藝形成的互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件性能不佳。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，所述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法包括：

提供基底，在所述基底上形成有介質(zhì)層；

刻蝕所述介質(zhì)層形成通孔和溝槽，所述溝槽位于所述通孔上，所述通孔與所述溝槽連通，所述通孔在垂直于介質(zhì)層上表面的投影位于所述溝槽內(nèi)；

去除所述通孔和溝槽側(cè)壁的凸部，所述凸部是在刻蝕介質(zhì)層形成通孔和溝槽的過程中產(chǎn)生；

在所述溝槽和通孔內(nèi)填充導(dǎo)電層，所述通孔內(nèi)的導(dǎo)電層作為插塞，所述溝槽內(nèi)的導(dǎo)電層作為互連線。

可選地，在所述介質(zhì)層中形成通孔和溝槽的方法包括：

在所述介質(zhì)層上形成具有第一開口的硬掩模層，所述第一開口定義溝槽的位置；

在所述第一開口之間的介質(zhì)層中形成第二開口，所述第二開口的深度小于介質(zhì)層的厚度，所述第二開口位于所述第一開口范圍內(nèi)，所述第二開口定義通孔的位置；

以所述硬掩模層為掩模，刻蝕所述介質(zhì)層形成通孔和溝槽，所述通孔對應(yīng)第二開口的位置，所述溝槽對應(yīng)第一開口的位置。

可選地，去除所述通孔和溝槽側(cè)壁的凸部的方法為：使用含氟等離子體刻蝕通孔和溝槽側(cè)壁。

可選地，對含氟氣體進(jìn)行等離子體化形成含氟等離子體，所述含氟氣體為NF₃、CF₄中的一種或多種。

可選地，對所述含氟氣體進(jìn)行等離子體化的射頻功率范圍為50W-500W；在使用含氟等離子體刻蝕通孔和溝槽側(cè)壁過程中，偏置功率范圍為0-100W；含氟氣體的流量范圍為10sccm-200sccm；刻蝕時(shí)間范圍為10s-600s。

可選地，在使用含氟等離子體刻蝕通孔和溝槽側(cè)壁過程，還向反應(yīng)腔內(nèi)通入O₂等離子體、N₂等離子體、CO等離子體、CO₂等離子體中的一種或多種。

可選地，形成具有第一開口的硬掩模層的方法包括：

在所述介質(zhì)層上沉積碳硅層，在所述碳硅層上形成硬掩模層，在所述硬掩模層上形成第一抗反射層；

在所述第一抗反射層上形成圖形化的光刻膠層，所述圖形化的光刻膠層定義第一開口的位置；

以所述圖形化的光刻膠層為掩模，刻蝕第一抗反射層、硬掩模層，至暴露碳硅層，在所述硬掩模層中形成第一開口；

去除圖形化的光刻膠層和剩余第一抗反射層。

可選地，在所述第一開口之間的介質(zhì)層中形成第二開口的方法包括：

形成填充材料層，所述填充材料層覆蓋硬掩模層和碳硅層、填充滿第一開口；