專利名稱：一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法
拔術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸(CD)的不斷減小(從最初的1毫米發(fā)展到現(xiàn)在的90納米或60納米，并且在未來的幾年內(nèi)將會(huì)進(jìn)入45納米和22納米的時(shí)代)，金屬導(dǎo)線中的電流密度不斷增大，響應(yīng)時(shí)間不斷縮短，傳統(tǒng)鋁導(dǎo)線已越來越滿足不了 CD不斷縮小的需要。銅導(dǎo)線以其比鋁導(dǎo)線低的電阻率和高的抗電子遷移能力，因此銅制程已逐漸成為半導(dǎo)體行業(yè)的主流工藝。但因銅導(dǎo)線的干法刻蝕比較困難，故銅制程中會(huì)先在介質(zhì)層上刻蝕出金屬導(dǎo)線對應(yīng)的圖形，然后在該圖形中填充金屬，該種工藝即為鑲嵌工藝(damascene Process)。鑲嵌工藝中的雙鑲嵌工藝(dual-damascene Process)可同時(shí)制成金屬插塞和金屬導(dǎo)線，可大大筒化工藝，故其已成為使用范圍最廣的鑲嵌工藝。
現(xiàn)有技術(shù)中的雙鑲嵌工藝中分別用于容納金屬插塞和金屬導(dǎo)線的通孔和溝槽在制作時(shí)是通過不同的刻蝕步驟分開制作的，其依照兩者制作的先后順序可分為通孔優(yōu)先(Via first)法和溝槽優(yōu)先法(trench first)法兩種方法。無論是通孔優(yōu)先法還是溝槽優(yōu)先法都先在金屬導(dǎo)線層上依次沉積第一刻蝕終止層、第一層間介質(zhì)層、第二刻蝕終止層和第二層間介質(zhì)層(通孔優(yōu)先法中也可不沉積第二刻蝕終止層，^5l通過一沉積步驟同時(shí)生成第一層間介質(zhì)層和第二層間介質(zhì)層)；之后兩種方法均涂布光刻膠并進(jìn)行光刻工藝，通孔優(yōu)先法和溝槽優(yōu)先法通過該光刻工藝分別在光刻膠上光刻出通孔圖形和溝槽圖形；然后兩種方法均進(jìn)行刻蝕工藝，通孔優(yōu)先法通過該刻蝕工藝在第一和第二層間介質(zhì)層上形成通孔，'而溝槽優(yōu)先法通過該刻蝕工藝在第二層間介質(zhì)層上形成溝槽。后續(xù)的工藝步驟兩種方法開始出現(xiàn)分歧，溝槽優(yōu)先法直接涂布光刻膠并進(jìn)行光刻工藝光刻出通孔圖形，然后通過刻蝕工藝在第一層間介質(zhì)層上形成通孔，最后去
3除光刻膠并進(jìn)行刻蝕工藝以使通孔通至金屬導(dǎo)線層；而通孔優(yōu)先法并不能直接 涂布光刻膠且光刻出溝槽圖形，其需先將第 一層間介質(zhì)層中形成的通孔保護(hù)起 來，通過先在貫穿第一和第二層間介質(zhì)層的通孔中沉積底部抗反射涂層(BARC), 然后通過回刻蝕去除第二層間介質(zhì)層中的BARC，之后才涂布光刻膠并進(jìn)行光刻 工藝光刻出溝槽圖形，然后通過刻蝕工藝在第二層間介質(zhì)層上形成溝槽，此時(shí) 由于BARC的保護(hù)，刻蝕形成溝槽時(shí)并沒有損傷第一層間介質(zhì)層，接著去除光刻 膠和BARC,最后再通過刻蝕工藝以使通孔通至金屬導(dǎo)線層。通過上述通孔優(yōu)先 法或溝槽優(yōu)先法形成與金屬導(dǎo)線層連通的通孔和溝槽后，接著沉積擴(kuò)散阻擋層 (通常使用氮化鉭)，并通過電鍍工藝沉積金屬銅，最后通過化學(xué)機(jī)械拋光工 藝形成金屬插塞和金屬導(dǎo)線。
但是上述通孔優(yōu)先法和溝槽優(yōu)先法均無法在一個(gè)刻蝕步驟中形成分別用于 容納金屬插塞和金屬導(dǎo)線的通孔和溝槽，至少需經(jīng)兩個(gè)刻蝕步驟才能形成通孔 和溝槽，其首先存在著工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，另外所述的刻蝕步驟均為等離子刻蝕， 等離子易在半導(dǎo)體器件上形成等離子損傷，刻蝕步驟越多，在半導(dǎo)體器件中形 成的等離子損傷越多，半導(dǎo)體器件的性能將會(huì)劣化。
因此，如何提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法以在雙鑲嵌工藝中同時(shí)刻蝕形 成通孔和溝槽，并減小等離子損傷且提高器件的性能，已成為業(yè)界亟待解決的 技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，通過所述方法可簡化 工藝，同時(shí)刻蝕形成通孔和溝槽，且可減少半導(dǎo)體器件上的等離子損傷，并大 大提高半導(dǎo)體器件的性能。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其制造在半導(dǎo) 體器件的金屬導(dǎo)線層上，其包括以下步驟a、在該金屬導(dǎo)線層上制作介質(zhì)層并 在該介質(zhì)層中制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)對應(yīng)的容置空間，該容置空間包括上下設(shè)置且連 通的溝槽和通孔；b、在該容置空間壁上制作擴(kuò)散阻擋層；c、在該容置空間中 沉積金屬；d、通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除容置空間外的金屬；其中，該步驟a 包括以下步驟al、在該金屬導(dǎo)線層上依次沉積第一刻蝕終止層、第一層間介質(zhì)層和第二刻蝕終止層；a2、在該第二刻蝕終止層上涂布光刻膠并光刻出通孔 圖形；a3、進(jìn)行刻蝕工藝以在第二刻蝕終止層上形成通孔圖形凹槽；a4、去除 光刻膠且沉積第二層間介質(zhì)層；a5、涂布光刻膠并光刻出溝槽圖形；a6、進(jìn)行 刻蝕工藝以分別在第一和第二層間介質(zhì)層上形成通孔和溝槽；a7、去除光刻膠 并進(jìn)行刻蝕工藝以使該通孔通至該金屬導(dǎo)線層。
在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，在步驟a4中，去除光刻膠后還在第二 刻蝕終止層的通孔圖形凹槽側(cè)壁上制作刻蝕終止層側(cè)墻。
在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，通過沉積第三刻蝕阻止層并通過刻蝕 工藝形成該刻蝕終止層側(cè)墻。
在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，該第三刻蝕終止層為氮化硅。 在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，該第一和第二層間介質(zhì)層均為二氧化 硅或摻雜有硼、磷或氟元素的二氧化硅。
在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，該第一和第二刻蝕終止層均為氮化硅。 在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，在步驟b中，該擴(kuò)散阻擋層為氮化鉭。 在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，在步驟c中，該金屬為銅。 在上述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中，在步驟c中，金屬通過電鍍工藝沉積 在該容置空間中。
與現(xiàn)有技術(shù)中無法通過一個(gè)刻蝕步驟形成通孔和溝槽，需在通孔和溝槽兩 者中擇一優(yōu)先制作從而導(dǎo)致工藝復(fù)雜，半導(dǎo)體器件上由此產(chǎn)生的等離子損傷增 多和性能因此而被劣化相比，本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法在第二刻蝕停止 層上光刻并刻蝕出通孔圖形，之后沉積第二層間介質(zhì)層并涂布光刻膠且光刻出 溝槽的圖形，接著通過刻蝕工藝分別在第一和第二層間介質(zhì)層上形成通孔和溝 槽，如此可簡化工藝，且可減小半導(dǎo)體器件因刻蝕所產(chǎn)生的等離子損傷，并大 大提高了半導(dǎo)體器件的性能。


本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法由以下的實(shí)施例及附圖給出。
圖l為進(jìn)行本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法前的半導(dǎo)體器件的剖視圖； 圖2為本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的第一實(shí)施例的流程5圖3至圖12為完成圖2中的步驟S20至S29后半導(dǎo)體器件的剖視圖； 圖13為本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的第二實(shí)施例的流程圖； 圖14為完成圖13中的步驟S43后半導(dǎo)體器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法中的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制造在半導(dǎo)體器件的金屬 導(dǎo)線層上，參見圖1,其顯示制造雙鑲嵌結(jié)構(gòu)前所述半導(dǎo)體器件的剖視圖，如圖 所示，半導(dǎo)體器件制作在硅襯底1上且其具有金屬導(dǎo)線層10，在此所述金屬導(dǎo) 線層10為半導(dǎo)體器件的第一層金屬層，其具有金屬導(dǎo)線IOO和金屬間介質(zhì)101。
以下敘述的本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的第 一 實(shí)施例和第二實(shí)施例均
以將雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制作在如圖1所示的半導(dǎo)體器件的金屬導(dǎo)線層IO上為例進(jìn)行說明。參見圖2,本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的第一實(shí)施例首先進(jìn)行步驟S20， 在所述金屬導(dǎo)線層上依次沉積第一刻蝕終止層、第一層間介質(zhì)層和第二刻蝕終 止層，在此第一層間介質(zhì)層為二氧化硅或摻雜有硼、磷或氟元素的二氧化硅， 所述第一和第二刻蝕終止層均為氮化硅。
參見圖3，結(jié)合參見圖1,圖3顯示了完成步驟S20后半導(dǎo)體器件的剖視圖， 如圖所示，第一刻蝕終止層ll、第一層間介質(zhì)層12和第二刻蝕終止層13依次 沉積在金屬導(dǎo)線層10上。
接著繼續(xù)步驟S21，在所述第二刻蝕終止層上涂布光刻膠并光刻出通孔圖形。
參見圖4，結(jié)合參見圖1和圖3，圖4顯示了完成步驟sn后半導(dǎo)體器件的
剖視圖，如圖所示，光刻膠2涂布在第二刻蝕終止層13上，且其上具有通孔圖 形20。
接著繼續(xù)步驟S22,進(jìn)行刻蝕工藝以在第二刻蝕終止層上形成通孔圖形凹槽。
參見圖5，結(jié)合參見圖1、圖3和圖4,圖5顯示了完成步驟S"后半導(dǎo)體 器件的剖視圖，如圖所示，第二刻蝕終止層13上具有通孔圖形凹槽130。接著繼續(xù)步驟S23，去除光刻膠且沉積第二層間介質(zhì)層，在此所述第二層間 介質(zhì)層為二氧化硅或摻雜有硼、磷或氟元素的二氧化硅。
參見圖6，結(jié)合參見圖1、圖3至圖5，圖6顯示了完成步驟S23后半導(dǎo)體 器件的剖4見圖，如圖所示，第二層間介質(zhì)層14沉積在第二刻蝕終止層13上且 填充其上的通孔圖形凹槽130。
接著繼續(xù)步驟S24，涂布光刻膠并光刻出溝槽圖形。
參見圖7，結(jié)合參見圖1、圖3至圖6，圖7顯示了完成步驟S24后半導(dǎo)體 器件的剖視圖，如圖所示，光刻膠2涂布在第二層間介質(zhì)層14上，且光刻膠2 上具有凹槽圖形21。
接著繼續(xù)步驟S25,進(jìn)行刻蝕工藝以分別在第 一和第二層間介質(zhì)層上形成通 孔和溝槽，在此因第二刻蝕終止層的阻擋作用，除通孔圖形凹槽下的第一層間 介質(zhì)層可被刻蝕工藝刻蝕外，其他區(qū)域的第一層間介質(zhì)層無法被刻蝕到，如此 即在第一層間介質(zhì)層上和通孔圖形凹槽下形成通孔，而第二介質(zhì)層因具有溝槽 圖形的光刻膠的遮蔽，故刻蝕工藝在其上形成溝槽。
參見圖8，結(jié)合參見圖1、圖3至圖7，圖8顯示了完成步驟S25后半導(dǎo)體 器件的剖視圖，如圖所示，第一層間介質(zhì)層12上形成了通孔120,第二層間介 質(zhì)層14上形成溝槽140，光刻膠2被刻蝕去除一部分而變薄，另外未被遮蔽的 第二刻蝕終止層13也^皮刻蝕去除一部分而變薄，此時(shí)通孔120和溝槽140構(gòu)成 用于容納雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的容置空間。
接著繼續(xù)步驟S26，去除光刻膠并進(jìn)行刻蝕工藝以使所述通孔通至所述金屬 導(dǎo)線層。
參見圖9，結(jié)合參見圖1、圖3至圖8，圖9顯示了完成步驟S26后半導(dǎo)體 器件的剖視圖，如圖所示，通孔120直接與金屬導(dǎo)線層10的金屬導(dǎo)線100相接 觸。
接著繼續(xù)步驟S27,在所述通孔和溝槽壁上制作擴(kuò)散阻擋層，在此所述擴(kuò)散 阻擋層為氮化鉭。
參見圖10，結(jié)合參見圖1、圖3至圖9，圖10顯示了完成步驟S27后半導(dǎo) 體器件的剖視圖，如圖所示，所述擴(kuò)散阻擋層15沉積在通孔120和溝槽140的 壁上，且用于阻擋后續(xù)沉積在其中的金屬擴(kuò)散至第一和第二層間介質(zhì)層12和14
7中。
接著繼續(xù)步驟S28,在所述通孔和溝槽中沉積金屬，在此所述金屬為銅，其 通過電鍍工藝沉積在所述容置空間中。
參見圖11，結(jié)合參見圖1、圖3至圖10，圖11顯示了完成步驟S28后半導(dǎo) 體器件的剖視圖，如圖所示，金屬16填充了通孔120和溝槽140且覆蓋在第二 層間介質(zhì)層14上。
接著繼續(xù)步驟S29，通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除通孔和溝槽外的金屬。
參見圖12,結(jié)合參見圖1、圖3至圖11，圖12顯示了完成步驟S29后半導(dǎo) 體器件的剖視圖，如圖所示，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)17填充在通孔120和溝槽140中。
參見圖13，其顯示了本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的第二實(shí)施例的流程 圖，如圖所示，其步驟S40至S42與第一實(shí)施例中的步驟S30至S32完全相同， 且完成步驟S40、 S41和S42后半導(dǎo)體器件的剖視圖分別如圖2、圖3和圖4所
示o
在完成步驟S42后接著繼續(xù)步驟S43,在第二刻蝕終止層的通孔圖形凹槽側(cè) 壁上制作刻蝕終止層側(cè)墻，其詳細(xì)過程為首先沉積第三刻蝕阻止層，所述第 三刻蝕終止層為氮化硅，然后通過刻蝕工藝形成所述刻蝕終止層側(cè)墻，在此所 述刻蝕終止層側(cè)墻可大大提高后續(xù)制作的接觸孔的形貌，其可提高通孔上下直 徑的均勻性，相應(yīng)地會(huì)降低雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的電阻。
參見圖14，結(jié)合參見圖1、圖3至圖5，圖14顯示了完成步驟S43后半導(dǎo) 體器件的剖視圖，如圖所示，刻蝕終止層側(cè)墻131沉積在通孔圖形凹槽130的 側(cè)壁上。
接著繼續(xù)步驟S44至S50，步驟S44至S50分別與步驟S23至S29相同，在 此對其就不再步驟S44至S50詳述。
綜上所述，本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法在第二刻蝕停止層上光刻并刻 蝕出通孔圖形，之后沉積第二層間介質(zhì)層并涂布光刻膠且光刻出溝槽的圖形， 接著通過刻蝕工藝分別在第一和第二層間介質(zhì)層上形成通孔和溝槽，如此可簡 化工藝，且可減小半導(dǎo)體器件因刻蝕所產(chǎn)生的等離子損傷，并大大提高了半導(dǎo) 體器件的性能。
8
權(quán)利要求
1、一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其制造在半導(dǎo)體器件的金屬導(dǎo)線層上，其包括以下步驟a、在該金屬導(dǎo)線層上制作介質(zhì)層并在該介質(zhì)層中制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)對應(yīng)的容置空間，該容置空間包括上下設(shè)置且連通的溝槽和通孔；b、在該容置空間壁上制作擴(kuò)散阻擋層；c、在該容置空間中沉積金屬；d、通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除容置空間外的金屬；其特征在于，該步驟a包括以下步驟a1、在該金屬導(dǎo)線層上依次沉積第一刻蝕終止層、第一層間介質(zhì)層和第二刻蝕終止層；a2、在該第二刻蝕終止層上涂布光刻膠并光刻出通孔圖形；a3、進(jìn)行刻蝕工藝以在第二刻蝕終止層上形成通孔圖形凹槽；a4、去除光刻膠且沉積第二層間介質(zhì)層；a5、涂布光刻膠并光刻出溝槽圖形；a6、進(jìn)行刻蝕工藝以分別在第一和第二層間介質(zhì)層上形成通孔和溝槽；a7、去除光刻膠并進(jìn)行刻蝕工藝以使該通孔通至該金屬導(dǎo)線層。
2、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在步驟a4 中，去除光刻膠后還在第二刻蝕終止層的通孔圖形凹槽側(cè)壁上制作刻蝕終止層 側(cè)墻。
3、 如權(quán)利要求2所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，通過沉積第 三刻蝕阻止層并通過刻蝕工藝形成該刻蝕終止層側(cè)墻。
4、 如權(quán)利要求3所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該第三刻蝕 終止層為氮化硅。
5、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該第一和第 二層間介質(zhì)層均為二氧化硅或摻雜有硼、磷或氟元素的二氧化硅。
6、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該第一和第 二刻蝕終止層均為氮化硅。
7、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在步驟b中， 該擴(kuò)散阻擋層為氮化鉭。
8、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在步驟c中， 該金屬為銅。
9、 如權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在步驟c中， 金屬通過電鍍工藝沉積在該容置空間中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其制造在半導(dǎo)體器件的金屬導(dǎo)線層上。現(xiàn)有技術(shù)中無法通過一刻蝕步驟同時(shí)制成通孔和溝槽，存在著工藝復(fù)雜和器件劣化的現(xiàn)象。本發(fā)明先在該金屬導(dǎo)線層上依次沉積第一刻蝕終止層、第一層間介質(zhì)層和第二刻蝕終止層；再光刻出通孔圖形；接著進(jìn)行刻蝕工藝以在第二刻蝕終止層上形成通孔圖形凹槽；之后去除光刻膠且沉積第二層間介質(zhì)層；然后涂布光刻膠并光刻出溝槽圖形；接著進(jìn)行刻蝕工藝以形成通孔和溝槽；再去除光刻膠并進(jìn)行刻蝕工藝以使該通孔通至該金屬導(dǎo)線層，接著在通孔和溝槽壁上制作擴(kuò)散阻擋層；然后在通孔和溝槽中沉積金屬并通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除通孔和溝槽外的金屬。本發(fā)明可簡化工藝并提高器件的性能。
文檔編號H01L21/70GK101494191SQ20081003304
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者立 徐, 曾德強(qiáng), 李世梁 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司