專利名稱：一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，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)體器件的發(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)量的半導(dǎo)體元件。在這種大規(guī)模集成電路中，不僅包括單層互連結(jié)構(gòu)，而且要在多層之間進(jìn)行互連，因此，還包括多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個互連層互相堆疊，并通過位于多個互連層之間的介質(zhì)層進(jìn)行隔離。特別地，利用雙鑲嵌(dual-damascene)工藝形成多層互連結(jié)構(gòu)時，需要預(yù)先在介質(zhì)層中形成用于互連的溝槽和通孔，然后用導(dǎo)電材料如銅填充所述溝槽和通孔。所述雙鑲嵌工藝，按照工藝實(shí)現(xiàn)先后方式的不同可分為兩類先溝槽工藝(Trench First)和先通孔(Via First)工藝。先溝槽工藝包括首先在已沉積的介質(zhì)層上刻蝕出溝槽圖形，然后再刻蝕出通孔圖形；先通孔工藝包括首先在介質(zhì)層中定義出穿過介質(zhì)層的通孔，然后利用另一光刻膠層定義并形成溝槽。在申請?zhí)枮?00610025649.4的中國專利申請中，提供了一種先通孔工藝的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如圖1所示，提供襯底100、依次在所述襯底100上形成刻蝕阻擋層101、介質(zhì)層 102、及位于所述介質(zhì)層102上的光刻膠層103。其中，所述襯底100上還具有導(dǎo)電材料導(dǎo)線層(圖中未標(biāo)示)，所述刻蝕阻擋層101用以避免襯底100中的導(dǎo)電材料導(dǎo)線層暴露于氧氣中或其他腐蝕層性化學(xué)工藝中，所述光刻膠層103中具有通孔圖案；如圖2所示，以光刻膠層103為刻蝕掩膜，將光刻膠層103的通孔圖案轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層102中，形成穿過介質(zhì)層102厚度的通孔201，露出其下方的刻蝕阻擋層101的表面；如圖3所示，在介質(zhì)層102上和通孔201中形成抗反射層104，即通孔填充(gap filling)過程?？狗瓷鋵?04用以降低曝光顯影工藝中反射光的干擾，以提高圖形定義的質(zhì)量，增強(qiáng)后期的溝槽刻蝕效果；如圖4所示，在所述抗反射層104上形成具有溝槽圖案的光刻膠層105 ；如圖5所示，形成溝槽202。具體工藝同時參考圖4，包括以光刻膠層105為刻蝕掩膜，通過等離子刻蝕工藝，將光刻膠層105的溝槽圖案轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層102中，形成溝槽202， 最后去除抗反射層104和光刻膠層105，以形成具有通孔201和溝槽202的雙鑲嵌圖案，本圖示出的溝槽202用于連通相鄰的通孔201，連通的通孔201之間的區(qū)域?yàn)橥组g介質(zhì)層 203。但是，在所述形成溝槽202的等離子刻蝕中，未被光刻膠105遮擋，即待形成溝槽 202的介質(zhì)層102暴露于等離子氛圍中，其表面收集刻蝕離子的密度與表面形狀有關(guān)，在凹的部位離子密度接近零，在平緩的部位小，在尖的部位最大。如圖5所示，待形成溝槽202 的介質(zhì)層102邊角，因其形狀較尖，將會收集到更多的刻蝕離子，使該處被過刻蝕，造成位于溝槽下方的通孔間介質(zhì)層203表面不光滑，如具有突起。
繼續(xù)參考圖6，在所述通孔和溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料，并對導(dǎo)電材料進(jìn)行平坦化處理。但是，上述通孔間介質(zhì)層不光滑的表面會造成導(dǎo)電材料與通孔間介質(zhì)層203之間出現(xiàn)多個孔洞301。對于導(dǎo)電材料來講，這些孔洞301具有良好的絕緣特性，對應(yīng)的孔洞301位置將形成電子遷移率失效的散點(diǎn)，進(jìn)而影響雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，使得通孔間的介質(zhì)層具有光滑的表面，減少后續(xù)填充的導(dǎo)電材料的孔洞，對應(yīng)地，也減少了因孔洞產(chǎn)生的電子遷移失效的散點(diǎn)，提高雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。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，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成露出襯底表面的通孔；對位于通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以形成溝槽，所述溝槽用于連接相鄰的通孔；對所述通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行修復(fù)刻蝕，使其具有光滑的表面，所述刻蝕氣體中包含有碳氟比例大于等于12的氣體。可選的，所述碳氟比例大于等于1 2的氣體為(/8或(^8?？蛇x的，所述刻蝕氣體為C4F8和O2，其中，所述C4F8流量為10SCCM至505011，02流量為 100SCCM 至 500SCCM?？蛇x的，所述刻蝕時間為10秒至60秒?？蛇x的，所述刻蝕的腔體壓力為20毫托至40毫托，功率為200瓦至800瓦。可選的，所述刻蝕氣體為C5F8和O2，其中，所述C5F8流量為10SCCM至505011，02流量為 100SCCM 至 500SCCM?？蛇x的，所述刻蝕時間為10秒至100秒。可選的，所述刻蝕的腔體壓力為40毫托至100毫托，功率為200瓦至1000瓦?？蛇x的，所述溝槽刻蝕的具體工藝為等離子體刻蝕，所述刻蝕氣體包括有CF4和 Ar?？蛇x的，所述CF4 流量為 100SCCM 至 500SCCM，Ar 流量為 200SCCM 至 500SCCM。可選的，所述刻蝕時間為10秒至60秒?？蛇x的，所述等離子體刻蝕的腔體壓力為50毫托至100毫托，功率為300瓦至 1000 瓦?？蛇x的，還包括對所述通孔及溝槽填充導(dǎo)電材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過對位于溝槽下方的通孔間介質(zhì)層進(jìn)行修復(fù)，使所述通孔間介質(zhì)層具有光滑的表面，以提高填充的導(dǎo)電材料與通孔間介質(zhì)層之間的密致程度，減少導(dǎo)電材料的填充孔洞，對應(yīng)地，也減少了因孔洞產(chǎn)生的電子遷移失效的散點(diǎn)，提高雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。


圖1至圖6是現(xiàn)有工藝雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制造方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7至圖15為本發(fā)明一個實(shí)施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制造方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)際雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制造中，需要刻蝕通孔間的介質(zhì)層，以形成連通相鄰?fù)椎臏喜郏?但通孔間的介質(zhì)層的邊角因其較尖的形狀會被過刻蝕，造成剩下用作隔離部分的通孔間介質(zhì)層具有不光滑的表面，所述不光滑的表面將導(dǎo)致在進(jìn)行導(dǎo)電材料填充時形成孔洞，所述孔洞將成為電子遷移率失效的散點(diǎn)，進(jìn)而影響雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能?；谏鲜鲅芯?，本發(fā)明提供了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成露出襯底表面的通孔；對位于通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以形成溝槽，所述溝槽用于連接相鄰的通孔；對所述通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行修復(fù)刻蝕，使其具有光滑的表面，所述刻蝕氣體中包含有碳氟比例大于等于12的氣體。通過本發(fā)明，可以使所述通孔間的介質(zhì)層具有光滑的表面，以提高填充的導(dǎo)電材料與通孔間介質(zhì)層之間的密致程度，減少導(dǎo)電材料的孔洞，對應(yīng)地，也減少了因孔洞產(chǎn)生的電子遷移失效的散點(diǎn)，提高雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。圖7至圖15為本發(fā)明一個實(shí)施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
首先，如圖7所示提供基底。所述基底包括襯底1100及位于襯底上的介質(zhì)層1102。 因?yàn)殡p鑲嵌結(jié)構(gòu)是用于層間導(dǎo)電材料導(dǎo)線連通的，在所述襯底1100表面上應(yīng)具有至少一處導(dǎo)電區(qū)域，使后面最終形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的底部是與該襯底表面上的導(dǎo)電區(qū)域相電連通，以實(shí)現(xiàn)互連結(jié)構(gòu)間的電連通。繼續(xù)參考圖7，還可在所述介質(zhì)層1102與所述襯底1100之間形成刻蝕阻擋層 1101。所述刻蝕阻擋層1101是用于保護(hù)下面的襯底1100，要求刻蝕阻擋層1101在刻蝕速率方面要低于其上的介質(zhì)層1102，以防止后續(xù)刻蝕介質(zhì)層1102時發(fā)生過刻蝕，損傷到下面的襯底1100。根據(jù)選取的介質(zhì)層1102的不同，對應(yīng)的刻蝕阻擋層1101不同。選取的介質(zhì)層1102若為摻氟的氧化硅、摻碳的氧化硅、或者利用液態(tài)的膠狀氧化硅基材料形成的多孔介質(zhì)層，則刻蝕阻擋層1101可為氮化硅、氮氧化硅，或氮碳化硅。作為一個實(shí)施例，所述介質(zhì)層1102為摻碳的氧化硅，所述刻蝕阻擋層1101為氮化硅。然后，如圖8和圖9所示，對所述介質(zhì)層1102進(jìn)行圖形化處理，以形成通孔1201 的基底結(jié)構(gòu)。具體形成過程為在介質(zhì)層1102上涂布光刻膠1103并進(jìn)行圖形化處理，再以所述光刻膠1103為掩膜對介質(zhì)層1102進(jìn)行刻蝕形成通孔1201，所述刻蝕的工藝為反應(yīng)離
子刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，是直接以光刻膠為掩膜對通孔1201進(jìn)行刻蝕的，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以在介質(zhì)層1102上再形成一層硬掩膜層進(jìn)行圖形化后，再以光刻膠及該硬掩膜層一起作為掩膜進(jìn)行通孔1201的刻蝕，該硬掩膜層的存在，可以令形成的通孔邊緣形狀更好，在此不加詳細(xì)描述。對于所述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，在形成通孔以后，還需要再次進(jìn)行圖形化及干法刻蝕步驟以形成溝槽。形成溝槽以前，需要對所述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層1102上和通孔1201內(nèi)形成抗反射層，所述形成抗反射層的目的在于提高曝光顯影工藝的分辨率。如圖10所示，在所述介質(zhì)層1102上和通孔1201內(nèi)形成抗反射層1104，所述抗反射層1104為膠狀氧化硅基材料，形成方式為自動旋轉(zhuǎn)涂覆。緊接著，如圖11所示，結(jié)合圖12，在抗反射層1104上形成圖形化的光刻膠1103 后，需要對所述介質(zhì)層1102進(jìn)行溝槽1202的圖形化處理，并刻蝕所述抗反射層1104以及部分的介質(zhì)層1102以形成溝槽1202，所述溝槽1202位于通孔上，用于同多個相鄰的通孔進(jìn)行導(dǎo)通連接。位于通孔間的剩余的介質(zhì)層用作通孔間介質(zhì)層1203。本圖示出的溝槽與相鄰的三個通孔進(jìn)行連接，作為其它實(shí)施例，也可以用于連接其它數(shù)目的通孔。所述溝槽的刻蝕工藝為反應(yīng)離子刻蝕工藝，可以使用等離子體型刻蝕設(shè)備，所述刻蝕設(shè)備的腔體壓力為50毫托至100毫托，功率為300瓦至1000瓦，CF4流量為100SCCM 至500SCCM，Ar流量為200SCCM至500SCCM，刻蝕反應(yīng)時間為10秒至60秒。如圖12所示形成有溝槽1202，在形成溝槽1202的等離子刻蝕中，待刻蝕的介質(zhì)層1102表面暴露于等離子氛圍中，其表面刻蝕離子的密度與形狀有關(guān)，在凹的部位離子密度接近零，在平緩的離子密度部位小，在尖的離子密度部位最大。因此，介質(zhì)層1102邊角因其形狀較尖，相對于其他位置將會收集到更多的刻蝕離子，使該處被過刻蝕，造成位于溝槽 1202下方的通孔間介質(zhì)層1203表面不光滑，如具有突起。在后續(xù)填充導(dǎo)電材料時，所述不光滑的通孔間介質(zhì)層1203表面會造成導(dǎo)電材料與通孔間介質(zhì)層1203之間出現(xiàn)多個孔洞。對于導(dǎo)電材料來講，這些孔洞具有良好的絕緣特性，對應(yīng)的孔洞位置將形成電子遷移率失效的散點(diǎn)，進(jìn)而影響雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。緊接著，如圖13所示，對所述不光滑的通孔間介質(zhì)層1203表面進(jìn)行修復(fù)。具體工藝可以為采用等離子體型刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備的腔體壓力為20毫托至40毫托，功率為200 瓦至800瓦，C4F8流量為10SCCM至50SCCM，O2流量為100SCCM至500SCCM，刻蝕反應(yīng)時間為 10秒至60秒。所述刻蝕氣體為C4F8，因?yàn)楹剂枯^高，側(cè)重于對大面積的刻蝕，可以有針對性的對隔離部分進(jìn)行修復(fù)，使其具有光滑的表面，最佳的為如圖13所示的具有半球形表面的通孔間介質(zhì)層1302。作為其它實(shí)施例，還可以使用其它的刻蝕氣體，所述刻蝕氣體需滿足碳氟比例大于或等于1 2jnC5F8。具體工藝可以為采用等離子體型刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備的腔體壓力為40毫托至100毫托，功率為200瓦至1000瓦，C5F8流量為10SCCM至50SCCM，O2流量為 100SCCM至500SCCM，刻蝕反應(yīng)時間為10秒至100秒。如圖14所示，去除圖13中的光刻膠層1105和抗反射層1104，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。再接著，如圖15所示，向通孔1201和溝槽開口 1202中填充導(dǎo)電材料3301，所述導(dǎo)電材料3301為銅、氮化鉭或鉭。因?yàn)樗鲂迯?fù)后的通孔間介質(zhì)層1302具有光滑的表面，使得填充的導(dǎo)電材料1301與通孔間介質(zhì)層1302具有良好的接觸表面，減少導(dǎo)電材料的填充孔洞，對應(yīng)地，也減少了因孔洞產(chǎn)生的電子遷移失效的散點(diǎn)，提高雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。最后，對導(dǎo)電材料進(jìn)行平坦化處理，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。即對導(dǎo)電材料3301進(jìn)行平坦化處理，形成與具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底1101相連的導(dǎo)電材料互連雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成露出襯底表面的通孔；對位于通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以形成溝槽，所述溝槽用于連接相鄰的通孔； 對所述通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行修復(fù)刻蝕，使其具有光滑的表面，所述刻蝕氣體中包含有碳氟比例大于等于1 2的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述碳氟比例大于等于1 2的氣體為 C4F8 或 C5F8。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為C4F8和O2，其中，所述 C4F8 流量為 10SCCM 至 50SCCM，O2 流量為 100SCCM 至 500SCCM。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕時間為10秒至60秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕的腔體壓力為20毫托至40 毫托，功率為200瓦至800瓦。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為C5F8和O2，其中，所述 C5F8 流量為 10SCCM 至 50SCCM，O2 流量為 100SCCM 至 500SCCM。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕時間為10秒至100秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕的腔體壓力為40毫托至 100毫托，功率為200瓦至1000瓦。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述溝槽刻蝕的具體工藝為等離子體刻蝕，所述刻蝕氣體包括有CF4和Ar。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于，所述CF4流量為100SCCM至 500SCCM, Ar 流量為 200SCCM 至 500SCCM。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕時間為10秒至60秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的形成方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕的腔體壓力為 50毫托至100毫托，功率為300瓦至1000瓦。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，還包括對所述通孔及溝槽填充導(dǎo)電材料。
全文摘要
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，提供襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，形成露出襯底表面的通孔；對位于通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以形成溝槽，所述溝槽用于連接相鄰的通孔；對所述通孔間的介質(zhì)層進(jìn)行修復(fù)刻蝕，使其具有光滑的表面，所述刻蝕氣體中包含有碳氟比例大于等于1∶2的氣體。本發(fā)明可以提高填充的導(dǎo)電材料與通孔間介質(zhì)層之間的密致程度，減少導(dǎo)電材料的填充孔洞，對應(yīng)地，也減少了因孔洞產(chǎn)生的電子遷移失效的散點(diǎn)，提高雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。
文檔編號H01L21/768GK102222639SQ20101015472
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者孫武, 張海洋, 韓寶東 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司