形成溝槽的方法與流程
本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法以及形成溝槽的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(ic)工業(yè)經(jīng)歷了高速發(fā)展。ic設(shè)計(jì)和材料中的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了多代ic，其中，每一代ic都具有比上一代更小和更復(fù)雜的電路。在ic發(fā)展過程中，功能密度(即，每芯片面積上互連器件的數(shù)量)通常增大了而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以做出的最小的元件(或線))減小了。
該按比例縮小工藝通常因提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本而提供益處。這樣的成比例縮小也增加了處理和制造ic的復(fù)雜程度。為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要ic處理和制造中的類似的發(fā)展。當(dāng)諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)的半導(dǎo)體器件通過各種技術(shù)節(jié)點(diǎn)按比例縮小時(shí)，有利于晶體管和其他器件之間的接線的導(dǎo)電線和相關(guān)介電材料的互連在ic性能提高方面具有重要的作用。盡管制造ic器件的現(xiàn)有方法通常能滿足其預(yù)期目的，但是這些方法不能在所有的方面完全符合要求。例如，期望在互連結(jié)構(gòu)中的溝槽的形成中有所改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：在襯底上方形成材料層；在所述材料層中形成第一溝槽，其中，所述第一溝槽具有第一寬度；沿著所述第一溝槽的側(cè)壁形成共形覆蓋層，其中，所述覆蓋層具有與所述材料層不同的蝕刻速率；在沿著所述第一溝槽的側(cè)壁設(shè)置所述覆蓋層的同時(shí)，在所述材料層中形成所述二溝槽，其中，所述第二溝槽具有大于所述第一寬度的第二寬度，其中，所述第二溝槽與所述第一溝槽連通；以及在所述第一溝槽和所述第二溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：在襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成第一圖案化的硬掩模，所述第一圖案化的硬掩模具有第一開口，所述第一開口具有第一寬度；在所述第一圖案化的硬掩模上方形成第二圖案化的硬掩模，所述第二圖案化的硬掩模具有第二開口，第二開口具有大于所述第一寬度的第二寬度，其中，所述第二開口與所述第一開口對(duì)齊；穿過所述第一開口蝕刻所述介電層以在所述介電層中形成通孔溝槽；沿著所述通孔溝槽的側(cè)壁形成共形介電覆蓋層，其中，所述介電覆蓋層具有與所述介電層不同的蝕刻速率；在沿著所述通孔溝槽的側(cè)壁沉積所述介電覆蓋層的同時(shí)穿過所述第二開口蝕刻所述介電層以形成溝槽；以及在所述通孔溝槽和所述溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：介電層，位于襯底上方；導(dǎo)電部件，設(shè)置在所述介電層中并且物理接觸所述襯底，所述導(dǎo)電部件包括：具有第一寬度的第一部分；以及具有第二寬度的第二部分，所述第二寬度大于所述第一寬度；以及介電覆蓋層，沿著所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的側(cè)壁的下部設(shè)置，其中，所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的下部通過所述介電覆蓋層與所述介電層隔開，其中，所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的上部物理接觸所述介電層，其中，所述介電覆蓋層具有與所述介電層不同的材料。
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)當(dāng)注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件并非按比例繪制。事實(shí)上，為了清楚討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意增大或減小。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面提供的制造器件或部分的方法的流程圖；
圖2、圖3、圖4、圖5a、圖5b、圖6、圖7a、圖7b和圖7c是根據(jù)圖1的方法的各方面的器件200的實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施方式
以下列公開提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面將描述元件和布置的特定?shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不旨在限定本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括在第一部件和第二部件之間形成額外的部件使得第一部件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)例中可重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)僅是為了簡(jiǎn)明和清楚，其自身并不表示所論述的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
此外，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。空間相對(duì)術(shù)語旨在包括除了附圖中所示的方位之外，在使用中或操作中的器件的不同方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且通過在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的不同方面的制造一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法100的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在下文中，參考作為實(shí)例的圖2、圖3、圖4、圖5a、圖5b、圖6、圖7a、圖7b和圖7c中所示的半導(dǎo)體器件200對(duì)方法100進(jìn)行詳細(xì)討論。應(yīng)該理解，在該方法之前、期間和之后能夠提供附加步驟，并且對(duì)于該方法的其他實(shí)施例，可以替換或刪除所描述的一些步驟。
參照?qǐng)D1和圖2，方法100開始于步驟102，其中在襯底210上方形成材料層310。襯底210可以包括硅?？蛇x地或附加地，襯底210可包括諸如鍺的其他元素半導(dǎo)體。襯底210還可以包括化合物半導(dǎo)體，諸如，碳化硅、砷化鎵、砷化銦和磷化銦。襯底210可以包括合金半導(dǎo)體，諸如硅鍺、碳化硅鍺、磷砷化鎵和磷銦化鎵。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底210包括外延層。例如，襯底210可以具有位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。此外，襯底210可以包括絕緣體上半導(dǎo)體(soi)結(jié)構(gòu)。例如，襯底210可包括掩埋氧化物(box)層，其中，通過諸如注氧分離(simox)的工藝或其他適合的技術(shù)(諸如晶圓接合與研磨)形成該掩埋氧化物層。
襯底210還可包括通過諸如離子注入和/或擴(kuò)散的工藝實(shí)施的多種p型摻雜區(qū)和/或n型摻雜區(qū)。這些摻雜區(qū)域包括n阱、p阱、輕摻雜區(qū)域(ldd)、重?fù)诫s源極和漏極(s/d)和各種被配置為形成各種ic器件(諸如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體硅(cmosfet)、圖像傳感器和/或發(fā)光二極管(led))的溝道摻雜分布。
襯底210還可包括多種隔離部件。該隔離部件分隔襯底210中的多個(gè)器件區(qū)域。隔離部件包括通過使用不同處理技術(shù)所形成的不同結(jié)構(gòu)。例如，隔離部件可包括淺溝槽隔離(sti)部件。sti的形成可包括：在襯底210中蝕刻溝槽，并且用諸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的絕緣材料填充溝槽。填充后的溝槽可以具有多層結(jié)構(gòu)，諸如熱氧化物襯墊層以及填充溝槽的氮化硅?？蓤?zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)，以來回拋光多余的絕緣材料以及平坦化隔離部件的頂面。
襯底210還可包括形成于襯底210上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部件(例如，線或通孔)。導(dǎo)電部件可形成互連結(jié)構(gòu)的一部分，互連結(jié)構(gòu)稱為多層互連件(mli)，多層互連件(mli)通常包括多個(gè)導(dǎo)電層(稱為金屬層)、接觸件和/或提供導(dǎo)電層和/或其他導(dǎo)電部件的互連的通孔。如本文使用的術(shù)語“通孔”可包括接觸部件。根據(jù)層等級(jí)，通孔可提供至導(dǎo)電線的連接(接線)、導(dǎo)電線之間的連接(金屬接線)、至摻雜區(qū)的連接、至晶體管柵極的連接、至電容器的極板的連接和/或至半導(dǎo)體器件或集成電路的其他部件的連接。mli的導(dǎo)電部件可包括勢(shì)壘層或襯墊層。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電部件包括鋁(al)、銅(cu)、鎢(w)、相應(yīng)的合金、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電部件還可包括例如設(shè)置在半導(dǎo)體器件的源極、漏極或柵極結(jié)構(gòu)上的硅化物部件。
襯底210還可包括多個(gè)層間介電(ild)層和被集成為形成互連結(jié)構(gòu)以得到功能集成電路的導(dǎo)電部件。在一個(gè)實(shí)例中，襯底210可包括互連結(jié)構(gòu)的一部分，并且該互連結(jié)構(gòu)包括mli結(jié)構(gòu)和與mli結(jié)構(gòu)集成的ild層，從而提供電布線以將襯底210中的多種器件與輸入/輸出功率和信號(hào)接觸。互連結(jié)構(gòu)包括多種金屬線、接觸件和通孔部件(或通孔塞)。金屬線提供水平的電布線。接觸件將硅襯底和金屬線之間的垂直接觸，而通孔部件提供不同金屬層中的金屬線的垂直接觸。
方法100可用于形成上述討論的mli結(jié)構(gòu)的一部分。換言之，使用方法100的一個(gè)或多個(gè)步驟可形成mli的導(dǎo)電線和通孔(其包括接觸件)。
材料層310可以包括氧化硅，諸如硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)和磷硅酸鹽玻璃(pgs)的未摻雜或摻雜的硅酸鹽玻璃，未摻雜或摻雜的熱生長(zhǎng)氧化硅，未摻雜或摻雜的teos沉積氧化硅，有機(jī)硅酸鹽玻璃，多孔低k材料和/或其他合適的介電材料。在一些實(shí)施例中，材料層310包括極低k(elk)電介質(zhì)。作為實(shí)例，合適的極低k材料可以包括氟化硅玻璃(fsg)、碳摻雜的氧化硅、black
在一些實(shí)施例中，在形成材料層310之前，在襯底210上方形成蝕刻停止層(esl)305，然后，在蝕刻停止層305上方形成材料層310。在隨后的圖案化材料層310的操作期間，esl305對(duì)材料層310具有蝕刻選擇性并用作停止蝕刻。esl305可包括氮化硅、氮氧化物、碳化硅、氧化鈦、氮化鈦、氧化鉭、氮化鉭、它們的組合和/或任何合適的材料?？稍诟鱾€(gè)實(shí)例中，以通過化學(xué)汽相沉積(cvd)、物理汽相沉積(pvd)、原子層沉積(ald)、熱氧化、旋涂、它們的組合或其他適用的工藝來沉積esl305和材料層310。
參照?qǐng)D1和圖2，方法100進(jìn)行至步驟104，其中，在材料層310上方形成第一圖案化的硬掩模(hm)410以及在第一圖案化的hm410上方形成第二圖案化的hm420。第一圖案化的hm410具有帶有第一寬度w1的第一開口415以及第二圖案化的hm420具有帶有第二寬度w2的第二開口425(原文中為515，圖中是425)。在本發(fā)明中，第二寬度w2大于第一寬度w1。在一個(gè)實(shí)施例中，第二寬度w2大于第一寬度w1的兩倍。在一些實(shí)施例中，第一開口415限定通孔部件以及第二開口425限定與通孔部件連接的金屬線。第二開口425連接至第一開口415并與第一開口415對(duì)齊。
第一和第二圖案化的hm410和420可以包括氮化硅、氮化硅、氮氧化物、碳化硅、氧化鈦、氮化鈦、氧化鉭、氮化鉭、它們的組合和/或任何合適的材料。在本發(fā)明中，第一圖案化的hm410可以包括不同于材料層310的材料，以在后續(xù)的蝕刻工藝期間實(shí)現(xiàn)蝕刻選擇性。第二圖案化的hm420可以包括不同于材料層310和第一圖案化的hm410的材料，以在后續(xù)的蝕刻工藝期間實(shí)現(xiàn)蝕刻選擇性。在實(shí)施例中，材料層310包括極低k電介質(zhì)，第一圖案化的hm410包括氮化硅以及第二圖案化的hm420包括氮化鈦。
可通過沉積、光刻以及蝕刻的工藝來形成第一和第二圖案化的hm410和420。沉積工藝可以包括cvd、ald、pvd、熱氧化、旋涂、它們組合和/或其他合適的技術(shù)。示例性的光刻工藝可以包括形成光刻膠層、通過光刻曝光工藝曝光光刻膠層、實(shí)施曝光后烘焙工藝以及對(duì)光刻膠層進(jìn)行顯影以形成圖案化的光刻膠層。蝕刻工藝可以包括濕蝕刻、干蝕刻和/或它們的組合。
參照?qǐng)D1和圖3，方法100進(jìn)行至步驟106，其中，穿過開口415蝕刻材料層310以形成通孔溝槽510。在一些實(shí)施例中，通孔溝槽510穿過材料層310向下延伸至esl305。蝕刻工藝可以包括濕蝕刻、干蝕刻和/或它們的組合。例如，干蝕刻工藝可以使用含氯氣體、含氟氣體、其他蝕刻氣體和/或它們的組合。濕蝕刻溶液可以包括nh4oh(氫氧化氨)、hf(氫氟酸)或稀釋的hf、去離子水、tmah(氫氧化四甲銨)、其他合適的濕蝕刻溶液或其組合?？梢岳弥T如所使用的蝕刻劑、蝕刻溫度、蝕刻溶液濃度、蝕刻壓力、蝕刻劑流量和/或其他合適的參數(shù)的各種蝕刻參數(shù)調(diào)節(jié)通孔蝕刻工藝。在一些實(shí)施例中，蝕刻工藝選擇為選擇性蝕刻材料層310而基本不蝕刻第一和第二圖案化的hm410和420。如之前所提到的，esl305作為蝕刻停止層，改善了蝕刻工藝窗和輪廓控制。在一些實(shí)施例中，蝕刻工藝包括各向異性干蝕刻從而形成具有垂直輪廓的通孔溝槽510，并且通孔溝槽510具有與第一開口相同的寬度，即，第一寬度w1。作為實(shí)例，通孔蝕刻可以包括使用諸如cf4、sf6、ch2f2、chf3和/或c2f6的氟基化學(xué)物質(zhì)的等離子體干蝕刻工藝。
參照?qǐng)D1和圖4,方法100進(jìn)行至步驟108，其中,沿著通孔溝槽510的側(cè)壁形成共形介電覆蓋層610。通常，在穿過極低k介電材料(例如，材料層310)形成溝槽(例如，通孔溝槽510)之后，附加地在極低k介電材料上實(shí)施蝕刻工藝以降低/改變溝槽輪廓。這種溝槽輪廓改變導(dǎo)致對(duì)器件性能的負(fù)面影響，諸如增加節(jié)距尺寸設(shè)計(jì)規(guī)則、增加光刻覆蓋的限制、增加蝕刻工藝變化、差的金屬間隙填充窗口和高通孔電阻。
為了防止通孔溝槽510的輪廓的至少一部分在隨后的工藝期間改變，本發(fā)明沿著通孔溝槽510的側(cè)壁和底部形成保護(hù)層(或覆蓋層)。具體地，如圖4所示，沿著通孔溝槽510的側(cè)壁和底部形成介電覆蓋層610以在隨后的蝕刻工藝期間輔助保護(hù)/保持通孔510的輪廓的至少一部分(例如,寬度w3)。介電覆蓋層610包括不同于材料層310的材料以在隨后的蝕刻工藝中實(shí)現(xiàn)蝕刻選擇性以及在后續(xù)蝕刻工藝中具有比材料層310更低的聚合物形成趨勢(shì)。在一些實(shí)施例中，介電覆蓋層610可以包括不含碳材料以用于減小聚合物堆積。在實(shí)施例中，沿著極低k介電層310中的通孔溝槽510的側(cè)壁形成氮化硅覆蓋層610。可選地，在實(shí)施例中，沿著形成于elk層310中的通孔溝槽510的側(cè)壁和底部形成氮氧化硅覆蓋層610?？梢酝ㄟ^cvd、pvd、ald和/或其他合適的技術(shù)來形成介電覆蓋層610。在實(shí)施例中，通過ald工藝形成介電覆蓋層610以實(shí)現(xiàn)沿著通孔溝槽510的側(cè)壁的共形側(cè)壁覆蓋。介電覆蓋層610也沉積在第一和第二圖案化的hm410和420的部分的上方，在隨后的蝕刻工藝中將去除第一和第二圖案化的hm410和420的部分。
在本實(shí)施例中隨著介電覆蓋層610沿著側(cè)壁設(shè)置，通孔溝槽510的寬度從第一寬度w1降低到第三寬度w3。從而,通過沿著通孔溝槽510的側(cè)壁形成介電覆蓋層610(而不是使用光刻工藝和蝕刻工藝)進(jìn)一步降低通孔溝槽510的尺寸。如以下所討論的，在隨后的蝕刻中，介電覆蓋層610允許通孔溝槽510的剩余的部分保持寬度w3。
參照?qǐng)D1和圖5a,方法100進(jìn)行至步驟110，其中，穿過第二開口425蝕刻第一圖案化的hm410和材料層310以形成溝槽710。在通孔溝槽510的上部蝕刻掉的同時(shí)通孔溝槽下部510’(或剩余的通孔溝槽510’)仍然被介電覆蓋層610覆蓋。在一些實(shí)施例中，控制蝕刻深度從而在材料層310的上部形成溝槽710，并且溝槽710對(duì)準(zhǔn)并連接到剩余的通孔溝槽510’。溝槽蝕刻工藝可以包括濕蝕刻、干蝕刻和/或它們的組合。例如，干蝕刻工藝可以使用含氯氣體、含氟氣體、其他蝕刻氣體或它們的組合。濕蝕刻溶液可以包括nh4oh、hf(氫氟酸)或稀釋的hf、去離子水、tmah(氫氧化四甲銨)、其他合適的濕蝕刻溶液或其組合。可以利用諸如所使用的蝕刻劑、蝕刻溫度、蝕刻溶液濃度、蝕刻壓力、蝕刻劑流量和/或其他合適的參數(shù)的各種蝕刻參數(shù)調(diào)節(jié)溝槽蝕刻工藝。在一些實(shí)施例中，溝槽蝕刻工藝可以包括選擇性各向異性干蝕刻工藝，該選擇性各向異性干蝕刻工藝穿過第二開口425蝕刻暴露的第一hm410和材料層310,但基本沒有蝕刻沿著剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁的介電覆蓋層610。在實(shí)施例中，干蝕刻工藝可以使用諸如cf4、sf6、ch2f2、chf3和/或c2f6的氟基化學(xué)物質(zhì)。
如之前所提到的，在發(fā)生在步驟110中的蝕刻工藝中，介電覆蓋層610保護(hù)/保持剩余的通孔溝槽510’的輪廓。就此而言，介電覆蓋層610保護(hù)形成/限定剩余的通孔溝槽510’的材料層310免于暴露于蝕刻液/蝕刻氣。這避免/防止形成/限定剩余的通孔溝槽510’的材料層310與蝕刻液/氣反應(yīng)，否則將在材料310上形成聚合物堆積以及從而降低/改變剩余通孔溝槽510’的輪廓。也就是,通過其低的聚合物形成趨勢(shì)，介電覆蓋層610降低或防止沿著剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁的聚合物堆積。結(jié)果，保持了剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁輪廓和寬度，即，保持了寬度w3。在特定的實(shí)施例中，在使用諸如cf4、sf6、ch2f2、chf3和/或c2f6的氟基化學(xué)物質(zhì)的干蝕刻工藝中，氮化硅覆蓋層610保持了形成在極低k介電層310中的剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁輪廓和寬度w3以及防止了沿著剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁的聚合物堆積。
在可選的實(shí)施例中，參照?qǐng)D5b，有時(shí)，角720(溝槽710與剩余的通孔溝槽510’接觸的位置)經(jīng)歷高蝕刻速率(例如，由于用于離子轟擊的大的表面)并導(dǎo)致圓角和/或靠近角720的介電覆蓋610的非均勻損失。結(jié)果，剩余的通孔溝槽510’的上部510u具有錐形輪廓而剩余的通孔溝槽510’的下部510l具有垂直輪廓。在實(shí)施例中，介電覆蓋層610的厚度沿著上部510u的向上朝向溝槽710的側(cè)壁變得越來越薄。在實(shí)施例中，介電覆蓋層610不完全覆蓋上部510u的側(cè)壁以及材料層310暴露在角720中。
參照?qǐng)D1和圖6，方法100進(jìn)行至步驟112，其中，蝕刻esl305以延伸剩余的通孔溝槽510’穿過esl305以及在剩余的通孔溝槽510’內(nèi)暴露襯底210。可以使用濕蝕刻、干蝕刻和/或它們的組合蝕刻esl305。在本實(shí)施例中，類似地，在蝕刻esl305期間，用介電覆蓋層610覆蓋剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁以再次防止沿著剩余的通孔溝槽510’的側(cè)壁的聚合物堆積以及從而保持通孔溝槽的輪廓和通孔溝槽寬度，即，第三寬度w3。在一些實(shí)施例中，使用選擇性蝕刻來蝕刻esl305，蝕刻esl305而基本不蝕刻材料層310和介電覆蓋層610。
參照?qǐng)D1和圖7a，方法100進(jìn)行至步驟114，其中，使用導(dǎo)電材料810填充溝槽710和剩余的通孔溝槽510’。導(dǎo)電材料810可包括晶種層、襯墊層和/或其他多層結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，在形成導(dǎo)電材料810之前，首先形成阻擋層(未示出)。阻擋層可以包括金屬并且導(dǎo)電但是不允許材料層310(包括介電覆蓋層610)和將填充在剩余的通孔溝槽510’和溝槽710的導(dǎo)電材料810之間的內(nèi)部擴(kuò)散和反應(yīng)。阻擋層可以包括難熔金屬和它們的氮化物。在各個(gè)實(shí)例中，第一阻擋層包括tin、tan、co、wn、tisin、tasin和/或它們的組合。第一阻擋層可以包括多層薄膜。
然后，在阻擋層上方，將導(dǎo)電材料810填充至剩余的通孔溝槽510’和溝槽710中。導(dǎo)電材料810可以包括金屬氮化物、元素金屬和/或它們的組合。實(shí)例組成包括銅(cu)、鎢(w),鈦(ti)、鋁(al)、鉿(hf)、鉬(mo)、鈧(sc)、釔(y)、鎳(ni)、鉑(pt)和/或其他合適的金屬。實(shí)例金屬氮化物組成包括氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、氮化鎢(wn)和/或它們的組合?？梢允褂弥T如ald、pvd、cvd、鍍(ecp)和/或其他合適的工藝的一個(gè)或多個(gè)沉積步驟形成阻擋層和導(dǎo)電材料810。在實(shí)施例中，剩余的通孔溝槽510’和溝槽710同時(shí)填充有相同的導(dǎo)電材料810。
在實(shí)施例中，沉積導(dǎo)電材料810之后，可以實(shí)施通過諸如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝實(shí)施的的平坦化工藝以平坦化導(dǎo)電材料810的頂面。在一些實(shí)施例中，用于平坦化導(dǎo)電材料810的頂面的cmp工藝也可以用于去除第一和第二hm410和420。如圖7b中所示,保留在以在剩余的通孔溝槽510’和溝槽710內(nèi)的導(dǎo)電材料分別形成通孔部件820和導(dǎo)電線830。
參照?qǐng)D7b,通孔部件820攜有剩余的通孔溝槽510’的垂直輪廓并且具有沿著其側(cè)壁的介電覆蓋層610。也就是說,通孔部件820通過介電覆蓋層610與材料層310分隔開。導(dǎo)電線830的底部的部分物理接觸至通孔部件820(包括沿著通孔部件820的側(cè)壁的介電覆蓋層610)。導(dǎo)電線830具有第二寬度w2。通孔部件820可稱為vx，而導(dǎo)電線830可稱為mx+1，其中，x是后段金屬化工藝的層。
如圖7c所示，對(duì)于介電覆蓋層610沿著部分510u的上部的側(cè)壁具有錐形輪廓(如圖5b中所示)的情況,使用導(dǎo)電材料810在剩余的通孔溝槽510’內(nèi)形成通孔部件820以及使用導(dǎo)電材料810在溝槽710內(nèi)形成導(dǎo)電線830。通孔部件820的下部820l通過介電覆蓋層610與材料層310分隔開并且具有第三寬度w3。通孔部件820的上部820u物理接觸至材料層310。導(dǎo)電線830的底部的部分物理接觸至通孔部件820。導(dǎo)電線830具有第二寬度w2。
可以在方法100之前、期間和之后實(shí)施附加的工藝步驟并且根據(jù)方法100的各個(gè)實(shí)施例，可以替換或消除以上描述的一些工藝步驟。
基于上述所述，可以理解本發(fā)明提供了在現(xiàn)有的溝槽上方形成第二溝槽的方法。該方法使用沿著現(xiàn)有的第一溝槽的側(cè)壁形成覆蓋層以在形成第二溝槽期間保護(hù)第一溝槽。本方法具有相當(dāng)簡(jiǎn)單和可行的工藝集成，保留了現(xiàn)有的第一溝槽的側(cè)壁輪廓和寬度。
本發(fā)明提供了用于形成半導(dǎo)體器件的方法的不同的實(shí)施例。該方法包括在襯底上方形成材料層和在材料層上方形成第一溝槽。第一溝槽具有第一寬度。該方法還包括沿著第一溝槽的側(cè)壁形成共形覆蓋層。覆蓋層具有與材料層不同的蝕刻速率。該方法還包括在沿著第一溝槽的側(cè)壁設(shè)置覆蓋層的同時(shí)在材料層中形成第二溝槽。第二溝槽具有大于第一寬度的第二寬度。第二溝槽與第一溝槽連通。該方法也包括在第一溝槽和第二溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
在另一實(shí)施例中，方法包括在襯底上方形成介電層，在介電層上方形成第一圖案化的硬掩模并且第一圖案化的硬掩模具有帶有第一寬度的第一開口。該方法還包括，在第一圖案化的硬掩模上方形成第二圖案化的硬掩模，并且第二圖案化的硬掩模具有帶有大于第一寬度的第二寬度的第二開口。第二開口與第一開口對(duì)齊。方法還包括穿過第一開口蝕刻介電層以在介電層中形成通孔溝槽以及沿著通孔溝槽的側(cè)壁形成共形介電覆蓋層。介電覆蓋層具有與介電層不同的蝕刻速率。方法還包括在沿著通孔溝槽的側(cè)壁設(shè)置介電覆蓋層的同時(shí)穿過第二開口蝕刻介電層以形成溝槽，以及在通孔溝槽和溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
在又一實(shí)施例中，一種器件包括襯底上方的介電層、設(shè)置在介電層中并物理接觸至襯底的導(dǎo)電部件。導(dǎo)電部件包括具有第一寬度的第一部分和具有第二寬度的第二部分，第二寬度大于第一寬度。器件也包括沿著導(dǎo)電部件的第一部分的側(cè)壁的下部設(shè)置的介電覆蓋層。導(dǎo)電部件的第一部分的下部通過介電覆蓋層與介電層分隔開。導(dǎo)電部件的第一部分的上部物理接觸介電層。介電覆蓋層具有與介電層不同的材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：在襯底上方形成材料層；在所述材料層中形成第一溝槽，其中，所述第一溝槽具有第一寬度；沿著所述第一溝槽的側(cè)壁形成共形覆蓋層，其中，所述覆蓋層具有與所述材料層不同的蝕刻速率；在沿著所述第一溝槽的側(cè)壁設(shè)置所述覆蓋層的同時(shí)，在所述材料層中形成所述二溝槽，其中，所述第二溝槽具有大于所述第一寬度的第二寬度，其中，所述第二溝槽與所述第一溝槽連通；以及在所述第一溝槽和所述第二溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
在上述方法中，在形成所述第二溝槽后，延伸所述第一溝槽以將所述襯底的部分暴露于所述第一溝槽內(nèi)。
在上述方法中，所述覆蓋層是介電層并通過原子層沉積形成。
在上述方法中，所述覆蓋層包括不含碳的介電材料。
在上述方法中，所述材料層包括極低k(elk)介電材料。
在上述方法中，在所述材料層中形成所述第一溝槽包括：在所述材料層上方形成第一圖案化的硬掩模，所述第一圖案化的硬掩模具有第一開口，所述第一開口具有所述第一寬度；在所述第一圖案化的硬掩模上方形成第二圖案化的硬掩模，所述第二圖案化的硬掩模具有第二開口，所述第二開口具有所述第二寬度；以及穿過所述第一開口蝕刻所述材料層。
在上述方法中，在所述材料層中形成所述第二溝槽包括穿過所述第二開口蝕刻所述材料層和所述第一圖案化的硬掩模。
在上述方法中，在沿著所述第一溝槽的側(cè)壁設(shè)置所述覆蓋層的同時(shí)在所述材料層中形成所述二溝槽包括通過各向異性干蝕刻工藝來蝕刻所述材料層。
在上述方法中，還包括：在所述襯底上方形成所述材料層之前，在所述襯底上方形成蝕刻停止層(esl)；以及在所述材料層中形成所述第一溝槽和所述第二溝槽之后，在沿著所述第一溝槽的側(cè)壁設(shè)置所述介電覆蓋層的同時(shí)蝕刻所述esl以暴露所述襯底。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括：在襯底上方形成介電層；在所述介電層上方形成第一圖案化的硬掩模，所述第一圖案化的硬掩模具有第一開口，所述第一開口具有第一寬度；在所述第一圖案化的硬掩模上方形成第二圖案化的硬掩模，所述第二圖案化的硬掩模具有第二開口，第二開口具有大于所述第一寬度的第二寬度，其中，所述第二開口與所述第一開口對(duì)齊；穿過所述第一開口蝕刻所述介電層以在所述介電層中形成通孔溝槽；沿著所述通孔溝槽的側(cè)壁形成共形介電覆蓋層，其中，所述介電覆蓋層具有與所述介電層不同的蝕刻速率；在沿著所述通孔溝槽的側(cè)壁沉積所述介電覆蓋層的同時(shí)穿過所述第二開口蝕刻所述介電層以形成溝槽；以及在所述通孔溝槽和所述溝槽內(nèi)形成導(dǎo)電部件。
在上述方法中，穿過所述介電層形成所述通孔溝槽以及所述襯底的部分暴露在所述通孔溝槽內(nèi)。
在上述方法中，通過原子層沉積形成所述介電覆蓋層。
在上述方法中，所述介電覆蓋層包括不含碳的介電材料。
在上述方法中，所述介電層包括極低k(elk)介電材料。
在上述方法中，通過各向異性干蝕刻工藝形成所述溝槽。
在上述方法中，還包括：在所述襯底上方形成所述介電層之前，在所述襯底上方形成蝕刻停止層(esl)；以及在所述介電層中形成所述通孔溝槽和所述溝槽之后，在沿著所述通孔溝槽的側(cè)壁設(shè)置所述介電覆蓋層的同時(shí)蝕刻穿所述蝕刻停止層以暴露所述襯底。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：介電層，位于襯底上方；導(dǎo)電部件，設(shè)置在所述介電層中并且物理接觸所述襯底，所述導(dǎo)電部件包括：具有第一寬度的第一部分；以及具有第二寬度的第二部分，所述第二寬度大于所述第一寬度；以及介電覆蓋層，沿著所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的側(cè)壁的下部設(shè)置，其中，所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的下部通過所述介電覆蓋層與所述介電層隔開，其中，所述導(dǎo)電部件的所述第一部分的上部物理接觸所述介電層，其中，所述介電覆蓋層具有與所述介電層不同的材料。
在上述器件中，所述介電覆蓋層包括不含碳的介電材料。
在上述器件中，所述介電覆蓋層包括氮化硅層而所述介電層包括極低k(elk)介電層。
在上述器件中，所述導(dǎo)電部件的所述第二部分物理接觸所述介電層。
上述內(nèi)容概括了幾個(gè)實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可更好地理解本公開的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他的處理和結(jié)構(gòu)以用于達(dá)到與本發(fā)明所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這些等效結(jié)構(gòu)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，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
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