本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

在集成電路設(shè)計(jì)中，用于形成金屬線和通孔的常用的方法稱為“鑲嵌”。通常，該方法涉及在介電層中形成開口，該開口將豎直間隔的金屬化層分離。通常使用常見的光刻和蝕刻技術(shù)形成開口。在該形成之后，用銅或銅合金填充開口。然后通過化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)去除位于介電層的表面上的過量的銅。剩余的銅或銅合金形成通孔和/或金屬線。

與各個(gè)器件互連的金屬化層通常包括金屬間介電(imd)層，互連結(jié)構(gòu)(諸如通孔和導(dǎo)線)通過硅晶圓的表面上的薄膜的沉積、圖案化和蝕刻的許多重復(fù)步驟形成在金屬間介電層中。盡管過去最常使用鋁和鋁合金用于金屬化層，但是目前趨勢是使用銅(cu)用于金屬化層，因?yàn)殂~具有比鋁更好的電特性，諸如減小的電阻、更高的導(dǎo)電性、以及更高的熔點(diǎn)。

如今，由于銅的低電阻率，通常在鑲嵌結(jié)構(gòu)中使用銅。通常，銅電鍍到鑲嵌開口中。如本領(lǐng)域中已知，為了鍍銅，需要晶種層以提供低電阻率路徑，并且因此使晶圓表面上方的電鍍均勻，從而使鍍液中的銅離子能夠沉積。

大部分情況下，用于各向異性溝槽蝕刻和雙鑲嵌形成的現(xiàn)有技術(shù)方法已經(jīng)試圖實(shí)現(xiàn)基本上豎直的側(cè)壁輪廓。在溝槽的側(cè)壁和底部上方形成銅晶種層之后，由于在溝槽的側(cè)壁上晶種層的頂部部分比底部部分厚，會(huì)發(fā)生頸縮效應(yīng)，從而導(dǎo)致懸置部分。這種懸置部分形成進(jìn)一步限制溝槽在其安裝部分處的開口尺寸，并且因此增加了“夾斷”或“頸縮效應(yīng)”以及伴隨的空隙形成的可能性。不可避免地，隨著最小部件尺寸的不斷減小，晶種層的輪廓中的頸縮效應(yīng)將不利地影響隨后實(shí)施的電鍍的質(zhì)量。

因此，在半導(dǎo)體制造相關(guān)的領(lǐng)域中用于在鑲嵌操作期間緩解上述問題的新機(jī)制已成為迫切需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：蝕刻停止層，位于層間介電(ild)層上方；低k介電層，位于蝕刻停止層上方；以及至少進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅(cu)填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及實(shí)施蝕刻操作，以形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳地理解本發(fā)明的方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，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，為了清楚地討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增加或減少。

圖1例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中的feol階段的截面圖；

圖2至圖9例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中包括在圖1之后的beol階段的截面圖；

圖10例示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的beol階段的截面圖；

圖11例示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的beol階段的截面圖；

圖12例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖9之后的beol階段的截面圖；

圖13例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖12之后的beol階段的截面圖；

圖14例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖13之后的beol階段的截面圖；以及

圖15例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖14之后的beol階段的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下發(fā)明內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下描述組件和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一部件和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括其中可以在第一部件和第二部件之間形成額外的部件，使得第一和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。而且，本發(fā)明在各個(gè)實(shí)例中可以重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是出于簡明和清楚的目的，而其本身并未指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在...之下”、“在...下方”、“下部”、“在...之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)位置術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。

盡管闡述本發(fā)明的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似的，但是盡可能精確得報(bào)告在具體實(shí)例中闡述的數(shù)值。任何數(shù)值，然而，固有地包含某些必然誤差，該誤差由各自的測試測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差產(chǎn)生。同樣，正如此處使用的術(shù)語“約”一般指在給定值或范圍的10％、5％、1％或0.5％內(nèi)?？蛇x地，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員看來，術(shù)語“大約”表示在可以接受的均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差內(nèi)。除了在操作/工作實(shí)例中，或者除非明確指出，否則應(yīng)該理解，通過術(shù)語“大約”修改所有示例中的所有的數(shù)值范圍、數(shù)量、值和百分比(諸如用于本文所公開的材料的數(shù)量、持續(xù)時(shí)間、溫度、操作條件、比率大小等)。因此，除非有相反規(guī)定，本發(fā)明和所附權(quán)利要求所記載的數(shù)值參數(shù)設(shè)定是可以根據(jù)要求改變的近似值。至少，每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)該至少被解釋為根據(jù)被報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)目，并應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)。此處范圍可以表示為從一個(gè)端點(diǎn)到另一個(gè)端點(diǎn)或在兩個(gè)端點(diǎn)之間。此處公開的所有范圍包括端點(diǎn)，除非另有說明。

通常，集成電路(ic)包括各個(gè)器件，諸如形成在襯底上的晶體管、電容器等。然后一個(gè)或多個(gè)金屬化層形成在各個(gè)器件上方，以在各個(gè)器件之間提供連接件，以及向外部器件提供連接件。前段制程(feol)是ic制造的第一部分，在此各個(gè)器件(晶體管、電容器、電阻器等)在晶圓中被圖案化。feol通常覆蓋直到(但是不包括)金屬化層的沉積的全部過程。后段制程(beol)，即，鑲嵌操作，是ic制造的第二部分，在此各個(gè)器件與布線或晶圓上的金屬化層互連。

本發(fā)明提供具有錐形截面輪廓的鑲嵌孔口以及相關(guān)方法。鑲嵌孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于特定尺寸，例如，50nm。鑲嵌孔口包括通孔或溝槽。通過有意地控制所述開口的形狀，頸縮效應(yīng)將顯著減輕，尤其是對(duì)于開口在最小部件尺寸方面。因此，能夠提高隨后實(shí)施的電鍍的質(zhì)量。例如，電鍍的方案可具有增大的轟擊能力。如下將描述有關(guān)本發(fā)明的更多的細(xì)節(jié)。

圖1例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中的feol階段的截面圖。圖1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括各個(gè)器件，諸如形成在底層202上的晶體管。底層202為襯底層，在此可形成晶體管的多個(gè)漏極和源極區(qū)域。例如，襯底層202可包括摻雜或未摻雜的塊狀硅、或絕緣體上半導(dǎo)體(soi)襯底的有源層。通常，soi襯底包括形成在絕緣體層上的半導(dǎo)體材料(諸如硅)的層。例如，絕緣體層可以是埋氧(box)層或氧化硅層。在通常為硅或玻璃襯底的襯底上提供絕緣層。也可以使用諸如多層的或梯度襯底的其他襯底。

晶體管可包括柵極結(jié)構(gòu)205，并且柵極結(jié)構(gòu)205可為平面或三維(諸如finfet)柵極?？蛇x擇各種材料用于柵極結(jié)構(gòu)205，諸如金屬、聚合物或金屬合金。

在一些實(shí)施例中，底層202可包括電學(xué)器件的p型和/或n型摻雜區(qū)域，諸如n型金屬氧化物半導(dǎo)體(nmos)器件和/或p型金屬氧化物半導(dǎo)體(pmos)器件。n/p型器件可包括晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等，將其互連以執(zhí)行一種或多種功能。功能可以包括存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、處理結(jié)構(gòu)、傳感器、放大器、功率分配、輸入/輸出電路等。

淺溝槽隔離(sti)210或其他隔離結(jié)構(gòu)可形成在底層202中以隔離器件區(qū)域?？赏ㄟ^使用光刻技術(shù)蝕刻底層202以形成凹槽來形成sti210。通常，光刻包含沉積光刻膠材料，然后使該光刻膠材料掩蔽、暴露和顯影。在圖案化光刻膠掩模之后，可實(shí)施蝕刻工藝以去除底層202的不期望部分。在襯底包括塊狀硅的實(shí)施例中，蝕刻工藝可為濕或干、各向異性或各向同性的蝕刻工藝。然后使用諸如氧化物層的介電材料填充凹槽，其中氧化物層可通過任意的氧化工藝，諸如在包括氧化物、h2o,no或其組合的周圍環(huán)境中的濕或干熱氧化，或通過將正硅酸乙酯(teos)和氧氣用作前體通過化學(xué)汽相沉積(cvd)技術(shù)來形成?？蓪?shí)施平坦化步驟以使隔離材料的表面與底層202的頂部表面平坦化。例如，可使用本領(lǐng)域已知和使用的化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝實(shí)現(xiàn)平坦化步驟。

隔離層，即，層間介電(ild)層206形成在底層202上方。ild層206可包括低介電常數(shù)(k值小于約3.0)材料或超低介電常數(shù)(k值小于約2.5)材料。例如，ild層206可包括氧化物、sio2、硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、teos、旋涂玻璃(sog)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(usg)、氟化硅酸鹽玻璃(fsg)、高密等離子體(hdp)氧化物或等離子體增強(qiáng)teos(peteos)?？梢詫?shí)施諸如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)的平坦化工藝以平坦化ild層206。

在底層202和ild層206內(nèi)形成各個(gè)器件(諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲、sti等)的工藝可被共同稱作feol工藝，其為ic制造的第一部分，在此各個(gè)器件(晶體管、電容器、電阻器等)在晶圓中被圖案化。feol通常覆蓋直到(但是不包括)金屬化層的沉積的全部過程。

跟隨feol工藝的是后段制程(beol)，其為ic制造的第二部分，在此各個(gè)器件與布線或ic上的金屬化層互連。

圖2例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖1之后的beol階段的截面圖。在圖2中示出的示例性imd層402可包括低介電常數(shù)(k值)材料或超低介電常數(shù)(elk)材料。通常，低k介電材料具有小于3.5的介電常數(shù)，并且elk介電材料具有小于2.8的介電常數(shù)。elk材料包括例如摻雜碳的二氧化硅和多孔二氧化硅。可以實(shí)施諸如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)的平坦化工藝以平坦化imd層402。

imd層402可為如在圖2中例示的復(fù)合膜，若干層，諸如相似或不同材料的層4022、4024、4026和4028堆疊在ild層206上。這些層4022、4024、4026和4028可為imd層402的部分，并且它們通過包括化學(xué)汽相沉積(cvd)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(pecvd)、高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(hdp-cvd)以及大氣壓化學(xué)汽相沉積(apcvd)的方法沉積。

如在圖2中例示，蝕刻停止層4022可形成在ild層206上。除了標(biāo)記蝕刻工藝的終止點(diǎn)，蝕刻停止層4022還在蝕刻工藝期間保護(hù)任意的下面的層。蝕刻停止層4022可包括多個(gè)層。用于蝕刻停止層4022的材料可包括sic、sin、teos、硬質(zhì)黑鉆石(hbd)等。替代地，蝕刻停止層4022可通過沉積和退火金屬氧化物材料形成，其中金屬氧化物可包括鉿、二氧化鉿(hfo2)、或鋁。

低k或超低k(elk)介電層4024可形成在蝕刻停止層4022上。低k或elk介電層4024可包括普遍使用的材料，諸如氟化硅酸鹽玻璃(fsg)、含碳介電材料，并且可進(jìn)一步包含氮、氫、氧和它們的組合。在低k或elk介電層4024中可存在多孔結(jié)構(gòu)以降低其k值。低k介電材料可包括sioc基旋涂材料，其可通過旋涂方法，諸如旋轉(zhuǎn)涂覆施加或沉積。替代地，低k或elk介電材料可通過化學(xué)汽相沉積(cvd)沉積。

無氮抗反射層(nfarl)4026，其可被稱為抗反射的涂層(arc)，可形成在低k或elk介電層4024上。形成鑲嵌結(jié)構(gòu)需要使用光刻工藝。許多下面的材料層可包括可反射在光刻工藝中使用的紫外光的能量敏感抗蝕劑材料。這些反射能夠扭矩部件的尺寸，諸如在能量敏感材料中形成的線和通孔的尺寸。arc或抗反射層(arl)可用于使來自下面的材料層的反射最小化。在抗蝕劑成像期間，arc抑制下面的材料層的反射，從而在能量敏感抗蝕劑的層中提供準(zhǔn)確的圖案復(fù)制。常見的arc材料可包含氮，包括氮化硅和氮化鈦。arc層中的氮可化學(xué)地改變光刻膠材料的組分。氮和光刻膠材料之間的化學(xué)反應(yīng)被稱為光刻膠中毒。經(jīng)改變的光刻膠材料可能不按照預(yù)期地被光刻圖案化，從而導(dǎo)致在光刻膠材料中的不嚴(yán)密地形成的部件，這會(huì)不利地影響隨后的工藝，諸如蝕刻工藝。因此nfarl4026用作低k介電或elk層4024上方的優(yōu)選層。

金屬硬掩模(mhm)層4028可選擇性地形成在nfarl層4026上。mhm層4028可包括tin材料。mhm層4028可包括另一種材料，諸如ti、ta、w、tan或wn。

圖3例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖2之后的beol階段的截面圖?？稍趍hm層4028上限定光刻膠層4030。需要基于通孔和溝槽的期望布局構(gòu)造(如在圖3中所示)圖案化光刻膠層4030。以這種方式，當(dāng)鑲嵌操作進(jìn)行到隨后的步驟時(shí)能夠根據(jù)光刻膠層4030的圖案蝕刻通孔和溝槽。光刻膠層4030可以包括粘合劑、感光劑和溶劑。其可為正或負(fù)蝕刻劑。光刻膠層4030可通過旋涂方法形成在旋轉(zhuǎn)卡盤上。

光刻膠層4030通過蝕刻工藝轉(zhuǎn)移到mhm層4028中。所述蝕刻工藝為優(yōu)選的，以確保nfarl4026將在mhm層4028的任意過蝕刻期間保持完整。此后，通過諸如濕化學(xué)蝕刻的工藝去除光刻膠層4030以形成圖4的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，在圖5中光刻膠的復(fù)合層被沉積。光刻膠的復(fù)合層包括第一層4032、第二層4034和第三層4036，如在圖5中所示。在圖6中，在圖6中示出的兩個(gè)溝槽開口602和604形成在光刻膠的復(fù)合層中。溝槽開口向下穿過第一層4036以暴露第二層4034。

然后在約1-150毫托的壓力范圍、約10-70攝氏度的溫度范圍、具有約100w-1500w的范圍的蝕刻偏置功率的條件下處理溝槽開口602和604。蝕刻方案還可包括具有cf4、h2、n2、c4f8(八氟環(huán)丁烯)、o2和ch2f2的等離子體蝕刻氣體。如在圖7中可以看見，溝槽開口602和604被轉(zhuǎn)變?yōu)闇喜?02和704，并且第二層4034和第三層4036可在同一操作期間被同時(shí)去除。形成溝槽702和704以暴露介電層4024。請注意，溝槽702和704的每一者均具有比在圖4的mhm層4028中形成的開口的直徑窄的直徑。

然后使剩余的第一層4032暴露至約1毫托至150毫托的壓力范圍、約10-70攝氏度的溫度范圍、具有約100w-1000w的范圍的蝕刻偏置功率的環(huán)境。蝕刻方案還可包括具有co2、c4h8、cf4、o2、n2和ar的等離子體蝕刻氣體。在去除第一層4032之后，如在圖8中所示，可調(diào)整蝕刻方案以包括具有c4h8、cf4、o2、n2和ar的等離子體蝕刻氣體，以獲得圖9的期望結(jié)構(gòu)。

圖9例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖8之后的beol階段的截面圖。imd層402的部分被蝕刻掉以形成凹陷部件，諸如溝槽和通孔，其能夠連接ic的不同區(qū)域并且容納導(dǎo)線。僅產(chǎn)生溝槽或通孔中的一者的鑲嵌工藝被稱為單鑲嵌工藝。同時(shí)產(chǎn)生溝槽和通孔的鑲嵌工藝可被稱為雙鑲嵌工藝。替代經(jīng)常使用的鋁，鑲嵌和雙鑲嵌工藝使用諸如銅的較低電阻金屬以形成許多金屬元件(例如，線、互連件等)。

在不同金屬化層之間的互連件由通孔制成。通孔貫穿將不同的金屬層分隔的隔離imd層402，并且實(shí)現(xiàn)其他金屬化層的互連件之間的連通或直接與底層202中的半導(dǎo)體器件的連通。

如圖9中所示，可使用單或雙鑲嵌工藝來產(chǎn)生更高金屬化層的通孔和導(dǎo)線。雙鑲嵌工藝可為先通孔后溝槽(vftl)方法或先溝槽后通孔(tfvl)方法。層，包括層4028、4026、4024和4022被蝕刻以產(chǎn)生通孔開口、或通孔孔以及用于傳導(dǎo)路徑的溝槽。高縱橫比溝槽502和高縱橫比通孔開口504和506在圖9中示出。如此處所使用，術(shù)語“高縱橫比”凹陷部指代具有至少為2:1、以及達(dá)到并且包括約5:1的深度與寬度比率的開口。

本發(fā)明的概念是為了解決當(dāng)要在金屬化層中形成的通孔或溝槽的臨界尺寸(cd)更小時(shí)出現(xiàn)的問題。在物理汽相沉積(pvd)、cvd工藝、或原子層沉積(ald)中，阻擋或銅晶種層可優(yōu)先靠近通孔或溝槽的頂部，尤其是具有高深度與寬度縱橫比的通孔或溝槽沉積，從而導(dǎo)致“瓶頸”形狀，即，頸縮效應(yīng)。此外，在瓶頸上鍍金屬可導(dǎo)致在通過金屬完全填充通孔或溝槽之前密封通孔或溝槽的頂部。由于缺乏預(yù)計(jì)中的導(dǎo)體，空腔使得導(dǎo)體的電阻大于導(dǎo)體的設(shè)計(jì)值。而且，密閉的空腔中收集(trap)的電解質(zhì)可侵蝕金屬。這會(huì)導(dǎo)致下降的器件性能或者在極端情況下會(huì)導(dǎo)致器件失效。為了緩解以上提及的問題，在圖9中示出的溝槽502和通孔開口504、506被有意地構(gòu)造成具有帶圓形頂角邊緣的錐形輪廓。在此實(shí)施例中，圓形頂角和錐形溝槽或通孔在imd層402中原位形成。

在圖9中，出于以下討論的目的，在ild層206頂上形成在層4028、4026、4024和4022中的溝槽506和通孔開口502、504包括安裝表面部分、內(nèi)部壁表面部分、以及底部表面部分。例如，通孔孔504具有圍繞頂角在上端處的安裝表面部分504-2、在下端處的底部表面部分504-6、以及在安裝表面部分504-2和底部表面部分504-6的中間的內(nèi)部壁表面部分504-4。如所示，安裝表面部分504-2的寬度從在非凹陷表面s處的第一較寬寬度w1以第一斜率向內(nèi)錐化至在表面s下面的第一深度h1處的第二較窄寬度w2，以便形成圓形頂角。內(nèi)部壁表面部分504-4的寬度從在表面s下面的第一深度h1處的第二寬度w2以第二斜率向內(nèi)錐化至在底部表面504-6處的第三較窄寬度w3，其中底部表面504-6位于第一深度h1下面的第二深度h2處，使得總深度h3＝h1+h2。以例示但非限制的方式，對(duì)于典型的凹陷部或開口，諸如用于在如設(shè)想在本文使用的高密度半導(dǎo)體器件中的互連布線的通孔孔或溝槽，在底端部分504-6處的寬度w3小于約50nm，其小于安裝表面部分504-2的寬度w1和內(nèi)部壁表面部分504-4的寬度w2?？偵疃萮3為表面s下大約然而，這不是對(duì)本發(fā)明的限制。

在一些實(shí)施例中，安裝表面部分504-2的寬度從在非凹陷表面s處的第一較寬寬度w1以變化的斜率向內(nèi)錐化至在表面s的下的第一深度h1處的第二較窄寬度w2。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，通孔孔的安裝表面部分504-2可具有從如在圖10中示出的截面圖看見的幾何多邊形形狀。對(duì)于另一個(gè)實(shí)例，在又一個(gè)實(shí)施例中，通孔孔的安裝表面部分504-2可具有從如在圖11中示出的截面圖看見的連續(xù)曲線形狀。請注意，本發(fā)明不限于以上提及的幾何形狀。基本上環(huán)繞頂角的相似輪廓也落在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。

圖12例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖9之后的beol階段的截面圖。如圖12所示，可沉積薄阻擋層802以覆蓋溝槽502和通孔開口504和506的側(cè)壁和底部。可使用諸如化學(xué)汽相沉積(cvd)、物理汽相沉積(pvd)、等離子體增強(qiáng)cvd(pecvd)、等離子體增強(qiáng)物理汽相沉積(pepvd)、原子層沉積(ald)、這些的組合等形成阻擋層802。阻擋層802可包括氮化鉭，盡管可替代地使用其他材料，諸如鉭、鈦、氮化鈦、這些的組合等。阻擋膜802用于防止介電層中的銅擴(kuò)散。能夠看出，阻擋層802的部分802-2的厚度通常大于阻擋層802的部分802-4的厚度。懸置越過部分802-4的多余部分802-2通常被稱為懸置部分。在此實(shí)施例中，通過擴(kuò)大頂部開口和形成錐形輪廓，隨后的銅填充操作不會(huì)被由圍繞溝槽502和通孔開口504、506的頂角形成的懸置部分引起的縮頸效應(yīng)極大地影響。因此，能夠減輕不期望的間隔和空隙。

圖13例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖12之后的beol階段的截面圖。晶種層902可形成在阻擋層802上以提高電極表面的質(zhì)量，以便獲得用于在接下來的步驟中將被沉積的銅或銅合金的高質(zhì)量鍍。在示例性的沉積工藝中，首先引入氬氣以產(chǎn)生氬等離子體。帶正電的氬離子被吸引至帶負(fù)電的銅或銅合金材料，從而造成轟擊。因此銅離子從銅或銅合金材料濺射，并且沉積在阻擋層802上，從而形成晶種層902。晶種層902為金屬層將鍍在其上的表面上的薄銅層?；瘜W(xué)汽相沉積(cvd)可用于沉積晶種層902?？蛇x地，在形成晶種層902之前，預(yù)先清潔阻擋層802。該預(yù)清潔極大地提高了阻擋層802的表面結(jié)構(gòu)，使得隨后形成的晶種層902可更加共形。

圖14例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖13之后的beol階段的截面圖。導(dǎo)電材料1002，諸如銅，可設(shè)置在晶種層902上方并且進(jìn)入開口502、504和506中，以形成通孔和導(dǎo)線?？赏ㄟ^化學(xué)電鍍工藝形成導(dǎo)電材料1002。圖15例示了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成中在圖14之后的beol階段的截面圖。平坦化工藝，諸如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝，可朝向底層202實(shí)施，以暴露低k或elk介電層4024。

以上提及的用于形成在圖9-11中示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法優(yōu)選地應(yīng)用至n20技術(shù)節(jié)點(diǎn)(20nm工藝)以及超過n20的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橥组_口的縮頸或變窄在高縱橫比通孔中更嚴(yán)重。這種開口的縮頸或變窄會(huì)不利地影響隨后的工藝，包括粘合/阻擋層沉積和金屬填充沉積，這頻繁地導(dǎo)致降級(jí)的器件功能，諸如電氣路徑開路。

本發(fā)明的實(shí)施例具有若干有利的特征。通過引起沉積步驟中的再次濺射，產(chǎn)生的晶種層的共形性顯著提高。隨后的蝕刻步驟進(jìn)一步提高了產(chǎn)生的晶種層的共形性。產(chǎn)生的晶種層基本上沒有懸置結(jié)構(gòu)。在晶圓的中央部分中的金屬線與邊緣部分中的金屬線之間的不對(duì)稱性也減小了。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于層間介電(ild)層上方的蝕刻停止層、位于蝕刻停止層上方的低k介電層、以及至少進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅(cu)填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括覆蓋孔口的側(cè)壁和底部表面的阻擋層。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括位于阻擋層上方的晶種層。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，蝕刻停止層包括選自基本上包含sic、sin、正硅酸乙酯(teos)、或硬質(zhì)黑鉆石(hbd)的組的材料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，低k介電層包括具有約為3的介電常數(shù)的低介電常數(shù)材料或具有約為2.5的介電常數(shù)的超低介電常數(shù)材料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，阻擋層包括選自基本上包含氮化鉭、鉭、鈦以及氮化鈦的組的材料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，晶種層包括銅(cu)。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體的方法。該方法包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括沉積覆蓋孔口的側(cè)壁和底部表面的阻擋層。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在阻擋層上方沉積晶種層。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，mhm層包括tin的材料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在圍繞孔口的頂角的上端處的安裝表面部分可具有從截面圖中可見的幾何多邊形形狀。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在圍繞孔口的頂角的上端處的安裝表面部分可具有從截面圖中可見的連續(xù)曲線形狀。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體的方法。該方法包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及實(shí)施蝕刻操作以形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，實(shí)施蝕刻操作包括施加具有約100w-1000w的范圍的蝕刻偏置功率。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，實(shí)施蝕刻操作包括使用包括八氟環(huán)丁烷(c4f8)氣體的等離子體蝕刻氣體。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，實(shí)施蝕刻操作包括使用包括四氟化碳(cf4)氣體的等離子體蝕刻氣體。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：蝕刻停止層，位于層間介電(ild)層上方；低k介電層，位于蝕刻停止層上方；以及至少進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅(cu)填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括覆蓋孔口的側(cè)壁和底部表面的阻擋層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括位于阻擋層上方的晶種層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，蝕刻停止層包括選自基本上包含sic、sin、正硅酸乙酯(teos)或硬質(zhì)黑鉆石(hbd)的組的材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，低k介電層包括具有約為3的介電常數(shù)的低介電常數(shù)材料或具有約為2.5的介電常數(shù)的超低介電常數(shù)材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，阻擋層包括選自基本上包含氮化鉭、鉭、鈦和氮化鈦的組的材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，晶種層包括銅(cu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括沉積覆蓋孔口的側(cè)壁和底部表面的阻擋層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在阻擋層上方沉積晶種層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，mhm層包括tin的材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在孔口的頂角周圍的上端處的安裝表面部分可具有從截面圖中可見的幾何多邊形形狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在孔口的頂角周圍的上端處的安裝表面部分可具有從截面圖中可見的連續(xù)曲線形狀。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：在層間介電(ild)層上方形成蝕刻停止層；在蝕刻停止層上方形成低k介電層；在低k介電層上方形成無氮抗反射層(nfarl)；在nfarl上方形成金屬硬質(zhì)掩模(mhm)層；以及實(shí)施蝕刻操作，以形成至少穿過mhm層、nfarl并且進(jìn)入低k介電層中的錐形孔口；其中，使用銅填充錐形孔口，孔口的安裝表面部分的寬度從第一較寬寬度向內(nèi)錐化至在孔口的底部表面部分處的第二較窄寬度，并且錐形孔口的底部表面部分的寬度小于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，錐形孔口穿過低k介電層并且在蝕刻停止層處停止。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施蝕刻操作包括施加具有約100w-1000w的范圍的蝕刻偏置功率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施蝕刻操作包括使用包括八氟環(huán)丁烷(c4f8)氣體的等離子體蝕刻氣體。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施蝕刻操作包括使用包括四氟化碳(cf4)氣體的等離子體蝕刻氣體。

以上論述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各方面。本領(lǐng)域技術(shù)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)施與本文所介紹的實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)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、替代以及改變。