本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及用于清洗半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的互連結(jié)構(gòu)的通孔的方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件用于諸如個(gè)人電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和其它電子設(shè)備的各種電子應(yīng)用中。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方依次沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料層以及使用光刻圖案化各個(gè)材料層以在材料層上形成電路組件和元件來制造半導(dǎo)體器件。通常在單個(gè)半導(dǎo)體晶圓上制造許多集成電路，并且通過沿著劃線在集成電路之間鋸切來分割晶圓上的單獨(dú)的管芯。例如，通常以多管芯模塊或其它類型的封裝分別封裝單獨(dú)的管芯。

在半導(dǎo)體器件的制造中，為了增加器件密度，半導(dǎo)體器件的尺寸已經(jīng)不斷減小。相應(yīng)地，提供了多層互連結(jié)構(gòu)?；ミB結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線和通孔層。

雖然現(xiàn)有的互連結(jié)構(gòu)和制造互連結(jié)構(gòu)的方法對(duì)于它們的預(yù)期目的通常已經(jīng)足夠，但是它們不是在所有方面都已完全令人滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方的介電層中形成金屬層；在所述金屬層上方形成蝕刻停止層，其中，所述蝕刻停止層由含金屬材料制成；在所述蝕刻停止層上方形成第二介電層；通過蝕刻工藝去除部分所述第二介電層以暴露所述蝕刻停止層并且形成通孔；以及對(duì)所述通孔和所述第二介電層實(shí)施等離子體清洗工藝，其中，通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施所述等離子體清洗工藝。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方形成蝕刻停止層，其中，所述蝕刻停止層由含鋁材料制成；在所述蝕刻停止層上方形成介電層；在所述介電層上方形成抗反射層；在所述抗反射層上方形成硬掩模層；在所述硬掩模層上方形成圖案化的光刻膠層；通過使用所述圖案化的光刻膠層作為掩模并且通過實(shí)施第一蝕刻工藝蝕刻部分所述抗反射層；通過實(shí)施第二蝕刻工藝蝕刻穿過所述抗反射層和蝕刻部分所述介電層以在所述介電層中形成開口；以及通過實(shí)施第三蝕刻工藝蝕刻穿過所述介電層和所述蝕刻停止層以形成通孔部分；以及對(duì)所述通孔和第二介電層實(shí)施等離子體清洗工藝，其中，通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施所述等離子體清洗工藝。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方形成金屬層；在所述金屬層上方形成蝕刻停止層，其中，所述蝕刻停止層由含鋁材料制成；在所述蝕刻停止層上方形成介電層；去除部分所述介電層以暴露所述蝕刻停止層并且形成通孔，其中，在所述蝕刻停止層上和所述通孔的側(cè)壁上形成金屬氧化物層；以及實(shí)施等離子體清洗工藝以去除所述金屬氧化物層，其中，通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施所述等離子體清洗工藝。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該指出，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1A至圖1N示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

圖2A至圖2G示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

圖3A至圖3F示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

描述了實(shí)施例的一些變化。貫穿各個(gè)視圖和示例性實(shí)施例，相同的參考標(biāo)號(hào)用于指代相同的元件。應(yīng)該理解，可以在方法之前、期間和之后提供額外的操作，并且對(duì)于方法的其他實(shí)施例，可以代替或消除所描述的一些操作。

提供了用于形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。互連結(jié)構(gòu)包括形成在介電層(諸如金屬間電介質(zhì)，IMD)中的多個(gè)金屬化層。用于形成互連結(jié)構(gòu)的一種工藝是雙鑲嵌工藝。

圖1A至圖1N示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100a的各個(gè)階段的截面表示。圖1A至圖1N示出了用于形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的先溝槽工藝。

如圖1A所示，半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100a包括襯底102。襯底102可以由硅或其它半導(dǎo)體材料制成?？蛇x地或額外地，襯底102可以包括諸如鍺的其它元素半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，襯底102由諸如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦的化合物半導(dǎo)體制成。在一些實(shí)施例中，襯底102由諸如硅鍺、碳化硅鍺、磷砷化鎵或磷化鎵銦的合金半導(dǎo)體制成。在一些實(shí)施例中，襯底102包括外延層。例如，襯底102具有位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。

在襯底102中形成一些器件元件(未示出)。器件元件包括晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、高壓晶體管、高頻晶體管、 P-溝道和/或n-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET/NFET)等)、二極管和/或其它適用的元件。實(shí)施諸如沉積、蝕刻、注入、光刻、退火和/或其它適用的工藝的各種工藝以形成器件元件。在一些實(shí)施例中，在前段制程(FEOL)工藝中在襯底102中形成器件元件。

襯底102可以包括諸如p-型阱或n-型阱的各個(gè)摻雜區(qū)域。摻雜區(qū)域可以摻雜有諸如硼或BF₂的p-型摻雜劑和/或諸如磷(P)或砷(As)的n-型摻雜劑。摻雜區(qū)域可以在襯底102上、p-阱結(jié)構(gòu)中、n-阱結(jié)構(gòu)中或雙-阱結(jié)構(gòu)中直接形成。

襯底102還可以包括諸如淺溝槽隔離(STI)部件或硅的局部氧化(LOCOS)部件的隔離部件(未示出)。隔離部件可以限定和隔離各個(gè)器件元件。

如圖1A所示，在襯底102上形成第一介電層106(例如，金屬間電介質(zhì)，IMD)，以及第一金屬層104嵌入在第一介電層106中。在后段制程(BEOL)工藝中形成第一介電層106和第一金屬層104。

第一介電層106可以是單層或多層。第一介電層106由氧化硅(SiO_x)、氮化硅(Si_xN_y)、氮氧化硅(SiON)、具有低介電常數(shù)(低-k)的介電材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，第一介電層106由具有小于約2.5的介電常數(shù)(k)的極低-k(ELK)介電材料制成。在一些實(shí)施例中，ELK介電材料包括碳摻雜的氧化硅、非晶氟化碳、聚對(duì)二甲苯、雙-苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚四氟乙烯(PTFE)(Teflon)或碳氧化硅聚合物(SiOC)。在一些實(shí)施例中，ELK介電材料包括諸如氫倍半硅氧烷(HSQ)、多孔甲基倍半硅氧烷(MSQ)、多孔聚芳醚(PAE)、多孔SiLK或多孔氧化硅(SiO₂)的現(xiàn)有介電材料的多孔版。在一些實(shí)施例中，介電層106通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)工藝或旋涂工藝沉積。

在一些實(shí)施例中，第一金屬層104由銅(Cu)、銅合金、鋁(Al)、鋁合金、鎢(W)、鎢合金、鈦(Ti)、鈦合金、鉭(Ta)或鉭合金制成。在一些實(shí)施例中，第一金屬層104通過鍍方法形成。

在第一介電層106上方形成蝕刻停止層110。蝕刻停止層110可以是單層或多層。蝕刻停止層110保護(hù)諸如第一介電層106的下面的層并且也 為隨后形成的層提供改進(jìn)的粘合。

蝕刻停止層110由諸如含鋁材料的含金屬材料制成。在一些實(shí)施例中，含鋁材料是氮化鋁、氧化鋁或氮氧化鋁。含鋁材料可以增加半導(dǎo)體器件100a的速度。

之后，在蝕刻停止層110上方形成粘合層111。粘合層111配置為將蝕刻停止層110附著至蝕刻停止層110上的另一介電層。粘合層111由諸如通過正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化硅或氧摻雜的碳化硅(SiC:O，ODC)的介電層制成。

在蝕刻停止層110上方形成第二介電層112。第二介電層112可以是單層或多層。第二介電層112由氧化硅(SiO_x)、氮化硅(Si_xN_y)、氮氧化硅(SiON)、具有低介電常數(shù)(低-k)的介電材料或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，第二介電層112由具有小于約2.5的介電常數(shù)(k)的極低-k(ELK)介電材料制成。

在第二介電層112上方依次形成抗反射層114和硬掩模層116。在一些實(shí)施例中，抗反射層114由諸如碳氧化硅(SiOC)的無氮材料制成。在一些實(shí)施例中，硬掩模層116由諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)或氮化鎢(WN)的金屬材料制成。在等離子體工藝期間，由金屬材料制成的硬掩模層116配置為提供相對(duì)于第二介電層112的高蝕刻選擇性。

在硬掩模層116上形成三層光刻膠結(jié)構(gòu)120。三層光刻膠結(jié)構(gòu)120包括底層124、中間層126和頂層128。在一些實(shí)施例中，底層124是用于在光刻工藝期間減少反射的底部抗反射涂(BARC)層。在一些實(shí)施例中，底層124由諸如富硅氧化物或碳氧化硅(SiOC)的無氮材料制成。在一些實(shí)施例中，中間層126由諸如氮化硅、氮氧化硅或氧化硅的硅基材料制成。

頂層128可以是正性光刻膠層或負(fù)性光刻膠層。在一些實(shí)施例中，頂層128由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基戊二酰亞胺)(PMGI)、酚醛樹脂(DNQ/Novolac)或SU-8制成。在一些實(shí)施例中，底層124的厚度和中間層126的厚度的比率在從約4至約8的范圍內(nèi)。

之后，如圖1B所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，圖案化頂層128以形成圖案化的頂層128。圖案化的頂層128包括第一部分128a、第二部分128b 和第三部分128c。

如圖1C所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在圖案化頂層128之后，通過使用圖案化的頂層128作為掩模來圖案化中間層126。因此，頂層128的圖案轉(zhuǎn)移至中間層126以形成圖案化的中間層126。

如圖1D所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在圖案化中間層126之后，通過使用圖案化的中間層126作為掩模來圖案化底層124。

之后，如圖1E所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過使用圖案化的底層124作為掩模來圖案化硬掩模層116。之后，通過蝕刻工藝去除三層光刻膠結(jié)構(gòu)120。因而，獲得了圖案化的硬掩模層116，并且圖案化的硬掩模層116包括第一部分116a、第二部分116b和第三部分116c。在第一部分116a和第二部分116b之間形成第一寬度W₁。在第二部分116b和第三部分116c之間形成第二寬度W₂。在一些實(shí)施例中，第一寬度W₁基本等于第二寬度W₂。

如圖1F所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在圖案化硬掩模層116之后，在圖案化的硬掩模層116上方形成第二光刻膠結(jié)構(gòu)220。第二光刻膠結(jié)構(gòu)220包括底層224、中間層226和頂層228。

如圖1G所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，首先圖案化第二光刻膠結(jié)構(gòu)220的頂層228以形成圖案化的頂層228。圖案化的頂層228包括第一部分228a、第二部分228b和第三部分228c。在第一部分228a和第二部分228b之間形成第三寬度W₃。在第二部分228b和第三部分228c之間形成第四寬度W₄。第三寬度W₃基本等于第四寬度W₄。在第一部分228a和第二部分228b之間的第三寬度W₃小于圖案化的硬掩模層116的第一部分116a和第二部分116b之間的第一寬度W₁(如圖1E所示)。

之后，如圖1H所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過使用圖案化的頂層228作為掩模來圖案化中間層226。

如圖1I所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在圖案化中間層226之后，去除底層224和部分抗反射層114。通過第一蝕刻工藝310去除部分抗反射層114以形成凹槽302。凹槽302的側(cè)壁垂直于抗反射層114。凹槽302的寬度基本相等。

第一蝕刻工藝310包括使用第一蝕刻氣體，第一蝕刻氣體包括氧氣(O₂)、二氧化碳(CO₂)或其它適用的氣體。除了氣體，可以用各個(gè)參數(shù)(諸如壓力、功率、溫度和/或其它合適的參數(shù))微調(diào)第一蝕刻工藝310。

如圖1J所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在形成凹槽302之后，通過第二蝕刻工藝330蝕刻穿過抗反射層114和去除部分第二介電層112。

因此，凹槽302伸長以形成開口304。應(yīng)該指出，開口304的側(cè)壁垂直于第二介電層112。換句話說，開口304具有基本垂直的輪廓。

通過使用包括含氟氣體、氮?dú)?N₂)、氧氣(O₂)或它們的組合的第二蝕刻氣體實(shí)施第二蝕刻工藝330。含氟氣體包括六氟乙烷(C₂F₆)、四氟甲烷(CF₄)、三氟甲烷(CHF₃)、二氟甲烷(CH₂F₂)、八氟丙烷(C₃F₈)，八氟環(huán)丁烷(C₄F₈)或它們的組合。

之后，如圖1K所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，去除第二光刻膠結(jié)構(gòu)220。因而，暴露了圖案化的硬掩模層116。

如圖1L所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在去除第二光刻膠結(jié)構(gòu)220之后，通過第三蝕刻工藝350蝕刻穿過第二介電層112和蝕刻停止層110以暴露第一金屬層104。

因而，形成了通孔部分306和溝槽部分308并且它們共同構(gòu)成用作雙鑲嵌腔的第一溝槽-通孔結(jié)構(gòu)。通孔部分306具有第一寬度D₁。在一些實(shí)施例中，第一寬度D₁在從約30nm至約60nm的范圍內(nèi)。溝槽部分308具有第二寬度D₂。在一些實(shí)施例中，第二寬度D₂大于第一寬度D₁。

如果第一寬度D₁小于30nm，則尺寸太小而不能填充導(dǎo)電材料。如果第一寬度D₁大于60nm，則兩個(gè)鄰近的通孔部分之間的間距可能小于預(yù)定值。

如圖1L所示，通孔部分306垂直于第一金屬層104的頂面。在一些實(shí)施例中，通孔部分306的側(cè)壁和第一金屬層104的頂面之間的角在從約85度至約95度的范圍內(nèi)。

通過使用包括含氟氣體、氮?dú)?N₂)、氧氣(O₂)或它們的組合的第三蝕刻氣體實(shí)施第三蝕刻工藝350。含氟氣體包括六氟乙烷(C₂F₆)、四氟甲烷(CF₄)、三氟甲烷(CHF₃)、二氟甲烷(CH₂F₂)、八氟丙烷(C₃F₈)、 八氟環(huán)丁烷(C₄F₈)或它們的組合。

在第三蝕刻工藝350中使用的第三蝕刻氣體還包括諸如惰性氣體(例如，氬(Ar)或氦(He))的稀釋氣體。稀釋氣體用于減小負(fù)載效應(yīng)。在一些實(shí)施例中，稀釋氣體的流量和第三蝕刻氣體的流量的比率在從約20/1至約40/1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，稀釋氣體的流量在從約800sccm至約1000sccm的范圍內(nèi)。如果稀釋氣體的比率或流量太小，則負(fù)載效應(yīng)可能是嚴(yán)重的。如果稀釋氣體的比率或流量太高，則蝕刻速率可能太慢，以及制造成本可能增加。

應(yīng)該指出，在第三蝕刻工藝350期間，來自含氟氣體的氟元素可以與蝕刻停止層110的材料反應(yīng)。因此，諸如氧化鋁(Al_xO_y)或氟化鋁氧化物(Al_xF_yO_z)的金屬氧化物層150可以自發(fā)形成在蝕刻停止層110上方。此外，一些殘留物R或副產(chǎn)物可以形成在蝕刻停止層110以及通孔部分306和溝槽部分308的側(cè)壁上方。

然而，如果金屬氧化物層150和殘留物R堆積在蝕刻停止層110上，則可能阻塞導(dǎo)電通路。這意味著導(dǎo)電材料(之后形成的)不能電連接至第一金屬層104。因此，互連結(jié)構(gòu)的電阻可能會(huì)不期望地增加。

為了解決上述問題，如圖1M所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)通孔部分306、溝槽部分308、蝕刻停止層110、粘合層111、第二介電層112、抗反射層114和硬掩模層116實(shí)施等離子體清洗工藝370。在等離子體清洗工藝370之后，去除金屬氧化物層150以及去除大部分殘留物R。

通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施等離子體清洗工藝。氮?dú)庥糜诖蚱苹蜣Z擊金屬氧化物層150和殘留物R中的一些鍵。氫氣用于還原金屬氧化物層150和殘留物R。更具體地，通過使用氫氣作為還原劑來還原金屬氧化物層150和殘留物R。

在一些實(shí)施例中，氮?dú)?N₂)的流量和氫氣(H₂)的流量的比率在從約2/1至約4/1的范圍內(nèi)。如果比率小于2/1，則打破能力可能會(huì)弱。如果比率大于4/1，則還原能力可能會(huì)弱。

在一些實(shí)施例中，等離子體清洗工藝370的壓力在從約1毫托至約200毫托的范圍內(nèi)。如果等離子體清洗工藝370的壓力小于1毫托，則金屬氧 化物層150和殘留物R的去除效率可能會(huì)差。如果等離子體清洗工藝370的壓力大于100毫托，則蝕刻均勻性可能會(huì)差，并且蝕刻臨界尺寸(CD)難以控制。

在一些實(shí)施例中，等離子體清洗工藝370的功率在從約0W至約400W的范圍內(nèi)。如果功率大于400W，則蝕刻速率太快，并且臨界尺寸(CD)難以很好地控制。因此，也可能蝕刻或損壞下面的第一金屬層104。

在一些實(shí)施例中，等離子體清洗工藝370的溫度在從約10度至約100度的范圍內(nèi)。如果溫度小于10度，則金屬氧化物層150和殘留物R的去除效率可能會(huì)差。如果溫度大于100度，則蝕刻速率太快，并且臨界尺寸(CD)難以控制。

在等離子體清洗工藝370之后，對(duì)通孔部分306、溝槽部分308、蝕刻停止層110、粘合層111、第二介電層112、抗反射層114和硬掩模層116實(shí)施濕清洗工藝。通過使用清洗溶液實(shí)施濕清洗工藝。在一些實(shí)施例中，清洗溶液包括臭氧去離子水(O₃/DI)清洗溶液或SPM清洗溶液，根據(jù)一些實(shí)施例。SPM清洗溶液包括硫酸、過氧化氫溶液和純水的混合物。在一些實(shí)施例中，通過濕清洗工藝去除剩余的金屬氧化物層150和剩余的殘留物R。

之后，去除抗反射層114和硬掩模層116。在一些實(shí)施例中，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝去除抗反射層114和硬掩模層116。

之后，如圖1N所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在第一溝槽-通孔結(jié)構(gòu)和第二溝槽-通孔結(jié)構(gòu)中形成擴(kuò)散阻擋層140，以及在擴(kuò)散阻擋層140上形成導(dǎo)電部件142。

導(dǎo)電部件142形成在第二介電層112中并且由擴(kuò)散阻擋層140圍繞。通過在溝槽-通孔結(jié)構(gòu)中填充擴(kuò)散阻擋層140和導(dǎo)電部件142形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)145。導(dǎo)電部件142電連接至第一金屬層104。嵌入在第一介電層106中的第一金屬層104以及嵌入在第二介電層112中的導(dǎo)電部件142構(gòu)建部分互連結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層140可以由鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)或氮化鋁(AlN)制成。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電 部件142由銅制成，以及擴(kuò)散阻擋層140包括TaN/Ta雙層。

應(yīng)該指出，導(dǎo)電部件142具有連接至底面142B的一對(duì)側(cè)壁142S。側(cè)壁142S垂直于底面142B。

在一些實(shí)施例中，通孔部分306的底部輪廓的寬度在從約30nm至約100nm的范圍內(nèi)。如果寬度小于30nm，則很難將導(dǎo)電材料填入通孔部分306。如果寬度大于100nm，則臨界尺寸(CD)可能不滿足要求。

應(yīng)該指出，如果金屬氧化物層150和殘留物R保留在第一金屬層104上方，因?yàn)榈谝唤饘賹?04和溝槽-通孔結(jié)構(gòu)之間的接觸面積減小，所以溝槽-通孔結(jié)構(gòu)的電阻可能會(huì)增加。增加的電阻可能導(dǎo)致器件故障。

為了減少污染問題，在第三蝕刻工藝350之后實(shí)施等離子體清洗工藝370。第三蝕刻工藝350和等離子體清洗工藝370在相同的室中實(shí)施，并且制造時(shí)間減少。換句話說，第一蝕刻工藝310、第二蝕刻工藝330和第三蝕刻工藝350以及等離子體清洗工藝370在原位實(shí)施而不用轉(zhuǎn)移至不同的室。

通孔部分306的底部輪廓不會(huì)受到等離子體清洗工藝370的破壞。換句話說，通孔部分306的底部輪廓沒有接觸或底切輪廓。通孔部分306的底部輪廓不會(huì)被等離子體清洗工藝370改變，并且可以保持用于填充導(dǎo)電材料的工藝窗口。

此外，由于通過實(shí)施等離子體清洗工藝370減少了污染，可以延長等離子體清洗工藝370和濕清洗工藝之間的靜態(tài)時(shí)間(q-時(shí)間)。

圖2A至圖2G示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100b的各個(gè)階段的截面表示。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100b與圖1N中所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100a類似或相同，除了第一金屬層104包括擴(kuò)散阻擋層202和導(dǎo)電部件204以及覆蓋層206。此外，粘合層111未用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100b中。用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100b的工藝和材料可以與用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100a的工藝和材料類似或相同并且在此處未重復(fù)。

如圖2A所示，導(dǎo)電部件204形成在第一介電層106中并且由擴(kuò)散阻擋層202圍繞。覆蓋層206位于擴(kuò)散阻擋層202和導(dǎo)電部件204上方。

導(dǎo)電部件204由諸如銅(Cu)、銅合金、鋁(Al)、鋁合金或它們的 組合的導(dǎo)電材料制成。擴(kuò)散阻擋層202用于防止導(dǎo)電部件204的金屬材料擴(kuò)散至第一介電層106。擴(kuò)散阻擋層202可以由鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)或氮化鋁(AlN)制成。例如，導(dǎo)電部件204由銅制成，并且擴(kuò)散阻擋層202包括TaN/Ta雙層。

覆蓋層206配置為改進(jìn)半導(dǎo)體器件100b的應(yīng)力持久性和電子遷移率。在一些實(shí)施例中，覆蓋層206由Ni、NiB、NiWB、Co、CoWB、CoWP或NiReP制成。

依次圖案化第二光刻膠結(jié)構(gòu)220的頂層228和中間層226以形成圖案化的頂層228和圖案化的中間層226。

之后，如圖2B所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，去除部分底層224和部分抗反射層114。通過第一蝕刻工藝310去除部分抗反射層114以形成凹槽302。

如圖2C所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在第一蝕刻工藝310之后，通過第二蝕刻工藝330蝕刻穿過抗反射層114以及去除部分第二介電層112。因此，凹槽302伸長以形成開口304。

之后，如圖2D所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，去除第二光刻膠結(jié)構(gòu)220。因而，暴露了圖案化的硬掩模層116。

如圖2E所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在去除第二光刻膠結(jié)構(gòu)220之后，通過第三蝕刻工藝350蝕刻穿過第二介電層112和蝕刻停止層110以暴露覆蓋層206。

然而，在蝕刻停止層110上方可能形成諸如氧化鋁(Al_xO_y)或氟化鋁氧化物(Al_xF_yO_z)的金屬氧化物層150。此外，一些殘留物R或副產(chǎn)物可能形成在蝕刻停止層110、覆蓋層206以及通孔部分306和溝槽部分308的側(cè)壁上方。

然而，如果金屬氧化物層150和殘留物R堆積在蝕刻停止層110上，則可能阻塞導(dǎo)電通路。這意味著導(dǎo)電材料(之后形成的)不能電連接至第一金屬層104。因此，互連結(jié)構(gòu)的電阻可能會(huì)增加。

為了解決上述問題，如圖2F所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)通孔部分306、溝槽部分308、蝕刻停止層110、粘合層111、第二介電層112、 抗反射層114和硬掩模層116實(shí)施等離子體清洗工藝370。在等離子體清洗工藝370之后，去除金屬氧化物層150以及去除大部分殘留物R。

通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施等離子體清洗工藝370。氮?dú)庥糜诖蚱苹蜣Z擊金屬氧化物層150和殘留物R中的一些鍵。氫氣用于還原金屬氧化物層150和殘留物R。更具體地，通過使用氫氣作為還原劑來還原金屬氧化物層150和殘留物R。

之后，如圖2G所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，將擴(kuò)散阻擋層140和導(dǎo)電部件142填入通孔部分306、溝槽部分308。

導(dǎo)電部件142形成在第二介電層112中并且由擴(kuò)散阻擋層140圍繞。通過在溝槽-通孔結(jié)構(gòu)中填充擴(kuò)散阻擋層140和導(dǎo)電部件142形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)145。導(dǎo)電部件142電連接至第一金屬層104的覆蓋層206。嵌入在第一介電層106中的第一金屬層以及嵌入在第二介電層112中的導(dǎo)電部件142構(gòu)建部分互連結(jié)構(gòu)。

圖3A至圖3F示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100c的各個(gè)階段的截面表示。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100c與圖1N中所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100a類似或相同，除了第一金屬層104包括導(dǎo)電部件204和覆蓋層206。此外，緩沖層113用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100c中。用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100c的工藝和材料可以與用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100a的工藝和材料類似或相同并且在此處未重復(fù)。

如圖3A所示，在導(dǎo)電部件204上方形成覆蓋層206。緩沖層113形成在第二介電層112和抗反射層114之間。在一些實(shí)施例中，緩沖層113由氮化硅制成。

之后，如圖3B所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過第一蝕刻工藝310去除部分抗反射層114。

之后，如圖3C所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，去除部分緩沖層113和部分抗反射層114。緩沖層113的蝕刻速率介于抗反射層114的蝕刻速率和介電層112的蝕刻速率之間。因而，當(dāng)實(shí)施第二蝕刻工藝330時(shí)，可以良好地控制第二介電層112的蝕刻輪廓。

之后，如圖3D所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，去除第二光刻膠結(jié)構(gòu) 220，以及之后通過第三蝕刻工藝350蝕刻穿過第二介電層112、粘合層111和蝕刻停止層110以暴露覆蓋層206。

之后，如圖3E所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，實(shí)施等離子體清洗工藝370。在等離子體清洗工藝370之后，去除金屬氧化物層150以及去除大部分殘留物R。

之后，如圖3F所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，將擴(kuò)散阻擋層140和導(dǎo)電部件142填入通孔部分306、溝槽部分308。

如上所述，通過等離子蝕刻工藝去除金屬氧化物層150和殘留物。因此，通孔部分306的底部不會(huì)被金屬氧化物層150阻塞。因而，增加了導(dǎo)電部件142和第一金屬層104之間的接觸面積。

提供了用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)以及用于形成相同結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例。半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括在襯底上方形成的互連結(jié)構(gòu)?；ミB結(jié)構(gòu)包括雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。在形成互連結(jié)構(gòu)期間，一些殘留物可能會(huì)形成在通孔或溝槽的底部或側(cè)壁上。實(shí)施包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體清洗工藝以去除殘留物。因而，提高了半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的性能。

在一些實(shí)施例中，提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在襯底上方的第一介電層中形成金屬層以及在金屬層上方形成蝕刻停止層。蝕刻停止層由含金屬材料制成。該方法也包括在蝕刻停止層上方形成第二介電層以及通過蝕刻工藝去除部分第二介電層以暴露蝕刻停止層并且形成通孔。該方法還包括對(duì)通孔和第二介電層實(shí)施等離子體清洗工藝，以及通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施等離子體清洗工藝。

在上述方法中，其中，氮?dú)?N₂)的流量和氫氣(H₂)的流量的比率在從約2/1至約4/1的范圍內(nèi)。

在上述方法中，還包括：在所述等離子體清洗工藝之后，對(duì)所述第二介電層實(shí)施濕清洗工藝。

在上述方法中，其中，通過使用包括含氟氣體的蝕刻氣體實(shí)施所述蝕刻工藝。

在上述方法中，其中，所述蝕刻工藝和所述等離子體清洗工藝在相同 的室中實(shí)施。

在上述方法中，還包括：在所述金屬層下方形成阻擋層，其中，所述金屬層由所述阻擋層圍繞；以及在所述金屬層上方形成覆蓋層。

在上述方法中，還包括：將導(dǎo)電材料填入所述通孔以形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)電連接至所述金屬層。

在一些實(shí)施例中，提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在襯底上方形成蝕刻停止層，以及該蝕刻停止層由含鋁材料制成。該方法也包括在蝕刻停止層上方形成介電層以及在介電層上方形成抗反射層。該方法還包括在抗反射層上方形成硬掩模層以及在硬掩模層上方形成圖案化的光刻膠層。該方法包括通過使用圖案化的光刻膠層作為掩模并且通過實(shí)施第一蝕刻工藝蝕刻部分抗反射層，以及通過實(shí)施第二蝕刻工藝蝕刻穿過抗反射層和蝕刻部分介電層以在介電層中形成開口。該方法包括通過實(shí)施第三蝕刻工藝蝕刻穿過介電層和蝕刻停止層以形成通孔部分，以及對(duì)通孔和第二介電層實(shí)施等離子體清洗工藝。通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施等離子體清洗工藝。

在上述方法中，其中，氮?dú)?N₂)的流量和氫氣(H₂)的流量的比率在從約2/1至約4/1的范圍內(nèi)。

在上述方法中，還包括：在所述等離子體清洗工藝之后，對(duì)所述第二介電層實(shí)施濕清洗工藝。

在上述方法中，還包括：在所述等離子體清洗工藝之后，對(duì)所述第二介電層實(shí)施濕清洗工藝，其中，所述第一蝕刻工藝、所述第二蝕刻工藝、所述第三蝕刻工藝和所述等離子體清洗工藝在相同的室中實(shí)施。

在上述方法中，還包括：在所述介電層和所述抗反射層之間形成阻擋層，其中，在所述第二蝕刻工藝期間，所述阻擋層的蝕刻速率介于所述抗反射層的蝕刻速率和所述介電層的蝕刻速率之間。

在上述方法中，還包括：在襯底上方形成金屬層；以及在所述金屬層上形成覆蓋層，其中，在所述覆蓋層上直接形成所述蝕刻停止層。

在上述方法中，還包括：圖案化所述硬掩模層以形成圖案化的硬掩模層；以及通過所述圖案化的硬掩模層圖案化所述介電層，從而使得當(dāng)實(shí)施 所述第三蝕刻工藝時(shí)在所述通孔部分上方形成溝槽部分。

在上述方法中，還包括：圖案化所述硬掩模層以形成圖案化的硬掩模層；以及通過所述圖案化的硬掩模層圖案化所述介電層，從而使得當(dāng)實(shí)施所述第三蝕刻工藝時(shí)在所述通孔部分上方形成溝槽部分，將導(dǎo)電材料填入所述通孔部分和所述溝槽部分以形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。

在上述方法中，還包括：其中，在實(shí)施所述第三蝕刻工藝之后，在所述蝕刻停止層上形成金屬氧化物層，并且所述等離子體清洗工藝配置為去除所述金屬氧化物層。

在一些實(shí)施例中，提供了一種用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在襯底上方形成金屬層以及在金屬層上方形成蝕刻停止層。蝕刻停止層由含鋁材料制成。該方法也包括在蝕刻停止層上方形成介電層以及去除部分介電層以暴露蝕刻停止層并且形成通孔。在蝕刻停止層和通孔的側(cè)壁上形成金屬氧化物層。該方法也包括實(shí)施等離子體清洗工藝以去除金屬氧化物層，以及通過使用包括氮?dú)?N₂)和氫氣(H₂)的等離子體實(shí)施等離子體清洗工藝。

在上述方法中，還包括：在所述蝕刻停止層和第二介電層之間形成粘合層。

在上述方法中，其中，所述等離子體清洗工藝的操作溫度在從約10度至約100度的范圍內(nèi)。

在上述方法中，其中，氮?dú)?N₂)的流量和氫氣(H₂)的流量的比率在從約2/1至約4/1的范圍內(nèi)。

上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與本人所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。