專利名稱：雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件制作技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié) 構(gòu)。由于集成電路中所含器件的數(shù)量不斷增加，器件的尺寸也因集成度的提 升而不斷地縮小，器件之間的高性能、高密度連接不僅在單個互連層中進行， 而且要在多層之間進行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個互連 層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導(dǎo)體器件。特別是利用
雙鑲嵌(dual-damascene)工藝形成的多層互連結(jié)構(gòu)，其預(yù)先在層間絕緣膜中 形成溝槽(trench)和接觸孔(via),然后用導(dǎo)電材料填充所述溝槽和接觸孔。 例如申請?zhí)枮?2106882.8的中國專利申請文件提供的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制作工藝，因 為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)能避免重疊誤差以及解決習知金屬工藝的限制，雙鑲嵌工藝便 被廣泛地應(yīng)用在半導(dǎo)體制作過程中而提升器件可靠度。因此，雙鑲嵌工藝已 成為現(xiàn)今金屬導(dǎo)線連結(jié)技術(shù)的主流。
現(xiàn)有制作雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法參考圖1至圖4。如圖l所示，提供半導(dǎo)體襯底 100,在半導(dǎo)體襯底100上形成有金屬布線層102;在金屬布線層102上形成厚 度為600埃 800埃的覆蓋層104;在覆蓋層104上形成層間絕緣層106( inter-layer dielectrics; ILD),所述層間絕緣層106的材料是未摻雜的硅玻璃(Un-doped Silicate Glass; USG)或低介電常數(shù)材料等。所述覆蓋層104可防止金屬布線 層102擴散到層間絕緣層102中，亦可防止刻蝕過程中金屬布線層102被刻蝕。
之后，在層間絕緣層106上形成阻擋層108，所述阻擋層108的作用在于后 續(xù)光刻膠曝光顯影過程中避免光線透過，隨后，在阻擋層108上形成第一光刻膠層IIO，經(jīng)過曝光顯影工藝，在第一光刻膠層110上形成開口，開口位置對
應(yīng)后續(xù)需要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的接觸孔；隨后以第一光刻膠層iio為掩膜，刻
蝕阻擋層108、層間絕緣層106直至暴露出覆蓋層104，形成接觸孔112。
參考附圖2所示，灰化法去除第一光刻膠層IIO,其中灰化溫度為250。C; 在阻擋層108上以及接觸孔112中形成覆蓋層間絕緣層106的底部抗反射層 (Bottom Anti-Reflective Coating, BARC ) 114。用回蝕法刻蝕底部抗反射層 114,直至完全去除阻擋層108上的底部抗反射層114，并保留接觸孔112內(nèi)的 部分底部抗反射層114，其中留在接觸孔112內(nèi)的底部抗反射層114的厚度應(yīng)該 保證在隨后刻蝕形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的工藝過程中避免覆蓋層104被刻蝕穿。
如圖3所示，在阻擋層108上形成第二光刻膠層116，并通過曝光、顯影在 第二光刻膠層116上形成與后續(xù)溝槽對應(yīng)的開口，開口的寬度大于接觸孔112 的寬度。以第二光刻膠層116為掩膜，刻蝕阻擋層108以及層間絕緣層106，形 成溝槽118。
參考附圖4所示，灰化法去除第二光刻膠層116和接觸孑U 12內(nèi)的底部抗反 射層114,其中灰化溫度為25(TC;然后再用濕法刻蝕法去除殘留的第二光刻 膠層116;沿接觸孔112刻蝕覆蓋層104,直至暴露出金屬布線層102,形成雙 鑲嵌結(jié)構(gòu)，所述刻蝕覆蓋層104采用的方法為先用干法刻蝕去除大部分的覆蓋 層，然后再采用的氟化銨(NH4F)和氟化氫(HF)混合溶液對剩下的覆蓋層 進行濕洗。
現(xiàn)有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制作過程中，在用氟化銨(NH4F)和氟化氫(HF)混合 溶液對殘余覆蓋層進行濕洗時，不能完全去除覆蓋層，會在金屬布線層上產(chǎn) 生殘留覆蓋層130 (如圖5所示)，從而會導(dǎo)致后續(xù)布線工藝接觸性能受到影 響；而如果要完全去除覆蓋層的話，需要進行過刻蝕，過刻蝕很容易對金屬 布線層產(chǎn)生破壞，從而影響金屬布線層的電性能，進而降低半導(dǎo)體器件的性 能。本發(fā)明解決的問題是提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制作方法，防止金屬布線 層產(chǎn)生缺陷，電性能受到影響。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，包括下列步
驟提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底，在金屬布線層上形成介電層；在介 電層上依次形成覆蓋層、層間絕緣層；刻蝕層間絕緣層至露出覆蓋層，形成 接觸孔；在接觸孔內(nèi)形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，使接觸孔內(nèi)的 底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過程中保護金屬布線層；刻蝕層間絕緣層， 形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對應(yīng)并連通；去除接觸孔內(nèi)的底 部抗反射層后，刻蝕覆蓋層和介電層至露出金屬布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
可選的，所述介電層材料為氧化硅或氟化硅玻璃。所述介電層的厚度為 200埃 350埃。所述介電層的厚度優(yōu)選為250埃。
可選的，所述覆蓋層的厚度為350埃 500埃。所述覆蓋層的厚度優(yōu)選為 450埃。所述覆蓋層的材料為氮化硅或氮氧化硅或氮碳氧化硅。
可選的，刻蝕覆蓋層和介電層的步驟，包括用干法刻蝕法去除覆蓋層； 用濕法刻蝕法去除殘留覆蓋層和介電層。
可選的，所述干法刻蝕所釆用的氣體為含氟氣體。所述含氟氣體為四氟 化碳或三氟甲烷。
可選的，所述濕法刻蝕所采用的溶液為氟化銨和氟化氫混合溶液。
本發(fā)明提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的 金屬層；位于金屬層上的覆蓋層；位于覆蓋層上的層間絕緣層；接觸孔，貫 穿層間絕緣層及覆蓋層至露出金屬層；溝槽，位于層間絕緣層中，與接觸孔 連通；介電層，位于金屬層和覆蓋層之間。
可選的，所述介電層材料為氧化硅或氟化硅玻璃。所述介電層的厚度為 200埃 350埃。所述介電層的厚度優(yōu)選為250埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1 )在金屬布線層和覆蓋層之間 形成介電層，由于刻蝕覆蓋層和介電層至露出金屬布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu) 過程中，刻蝕溶液能將介電層完全去除，因此在金屬布線層上不會產(chǎn)生殘留， 能使后續(xù)金屬連線間充分接觸，不影響其性能。
2 )由于刻蝕溶液能將介電層完全去除，而不需要再進行過刻蝕工藝去除， 對金屬布線層不會造成影響，使其產(chǎn)生缺陷，提高了金屬布線的電性能，從 而達到提高半導(dǎo)體器件性能。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5是現(xiàn)有技術(shù)形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷的效果圖； 圖6是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實施方式
流程圖； 圖7至圖ll是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的實施例示意圖； 圖12是用本發(fā)明實施例工藝形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)效果圖。
具體實施例方式
本發(fā)明在金屬布線層和覆蓋層之間形成介電層，由于刻蝕覆蓋層和介電 層至露出金屬布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)過程中，刻蝕溶液能將介電層完全去 除，因此在金屬布線層上不會產(chǎn)生殘留，能使后續(xù)金屬連線間充分接觸，不 影響其性能。另外，本發(fā)明由于刻蝕溶液能將介電層完全去除，而不需要再 進行過刻燭工藝去除，對金屬布線層不會造成影響，使其產(chǎn)生缺陷，提高了 金屬布線的電性能，從而達到提高半導(dǎo)體器件性能。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
圖6是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實施方式
流程圖。如圖6所示，執(zhí)行步驟S201,提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底，在金屬布線層上形成介電 層；執(zhí)行步驟S202,在介電層上依次形成覆蓋層、層間絕緣層；執(zhí)行步驟S203, 刻蝕層間絕緣層至露出覆蓋層，形成接觸孔；執(zhí)行步驟S204，在接觸孔內(nèi)形 成底部抗反射層；執(zhí)行步驟S205,刻蝕底部抗反射層，使接觸孔內(nèi)的底部抗 反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過程中保護金屬布線層；執(zhí)行步驟S206，刻蝕層 間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對應(yīng)并連通；執(zhí)行步 驟S207,去除接觸孔內(nèi)的底部抗反射層后，刻蝕覆蓋層和介電層至露出金屬 布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
基于上述實施工藝形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體 襯底上的金屬層；位于金屬層上的覆蓋層；位于覆蓋層上的層間絕緣層；接 觸孔，貫穿層間絕緣層及覆蓋層至露出金屬層；溝槽，位于層間絕緣層中， 與接觸孔連通；介電層，位于金屬層和覆蓋層之間。
圖7至圖ll是本發(fā)明形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的實施例示意圖。如圖7所示，提 供半導(dǎo)體襯底200,所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)含有半導(dǎo)體器件；在半導(dǎo)體襯底200上 形成金屬布線層201，所述金屬布線層201的材料可以是銅等；在金屬布線層 201上用化學(xué)氣相沉積法形成介電層202,所述介電層202的材料為氧化硅或 氟化硅玻璃等；用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在介電層202上形成覆 蓋層203,其中，覆蓋層203的材料例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON) 或氮碳氧化硅(SiCNO)等，所述覆蓋層203同樣可防止金屬布線層203擴 散到后續(xù)形成的層間絕緣層中，亦可防止刻蝕過程中金屬布線層201被刻蝕。
本實施例中，所述介電層202的厚度為200埃 350埃，具體厚度例如200 埃、220埃、240埃、260埃、280埃、300埃、320?；?50埃等。
本實施例中，所述覆蓋層203的厚度為350埃~500埃，具體例如350埃、 380埃、400埃、420埃、440埃、460埃、480埃或500埃等。其中，覆蓋層 203的厚度如果小于350埃，則在后續(xù)刻蝕過程中對金屬布線層201不能產(chǎn)生保護；如果大于500埃，則在后續(xù)刻蝕過程中仍可能產(chǎn)生殘留。
在本實施例中，所述介電層202與覆蓋層203的厚度之和在600埃 800 埃之間，優(yōu)選為700埃；作為一個最佳實施例，介電層202的厚度選250埃， 覆蓋層203的厚度選450埃。
如圖8所示，用化學(xué)氣相沉積法在覆蓋層203上形成層間絕緣層204，層 間絕緣層204的厚度為15000埃~18000埃，所述層間絕緣層204的材料可以 是未摻雜的硅玻璃或其它低介電常數(shù)材料，所述低介電常數(shù)材料例如碳氧化 硅(SiCO)或氟化硅玻璃(FSG)等。
本實施例中，層間絕緣層204的具體厚度例如15000埃、15500埃、16000 埃、16500埃、17000埃、17500?；?8000埃等，優(yōu)選16800埃。
之后，在層間絕緣層204上形成厚度為1000埃 1500埃的阻擋層205,所述 阻擋層205的材料例如氮化硅、氮氧化硅等，主要作用在于光刻膠曝光顯影過 程中避免光線透過；隨后，在阻擋層205上形成第一光刻膠層206,經(jīng)過曝光 顯影工藝在第 一光刻膠層206上形成第 一開口 ，第 一開口位置即為后續(xù)需要形 成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中接觸孔的位置；接著，以第一光刻膠層206為掩膜，沿第一開 口用干法刻蝕法刻蝕阻擋層205、層間絕緣層204直至暴露出覆蓋層203，形成 4妄觸孔207。
所述阻擋層205的具體厚度例如1000埃、IIOO埃、1200埃、1300埃、1400
?；?500埃等，優(yōu)選1200埃。
所述第一光刻膠層206的厚度為14000埃 15000埃，優(yōu)選14700埃。 參考附圖9所示，灰化法去除第一光刻膠層206，其中灰化溫度為250。C;
用化學(xué)氣相沉積法或旋涂法在阻擋層205上形成底部抗反射層208,且將底部
抗反射層208填充滿接觸孔207。所述底部抗反射層208在阻擋層205表面上的
厚度為1000埃 8000埃，本實施例優(yōu)選為2000埃 5500埃?？涛g阻擋層205上的底部抗反射層208，至阻擋層205上的底部抗反射層 208被完全去除，并保留接觸孔207內(nèi)的部分底部抗反射層208，其中留在接觸 孔207內(nèi)的底部抗反射層208的厚度應(yīng)該保證在隨后刻蝕形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的工 藝過程中避免金屬布線層201被刻蝕穿。所述的刻蝕工藝可以是干法或者濕法 刻蝕工藝。其中，現(xiàn)有刻蝕工藝可以通過控制刻蝕氣體的流量或刻蝕溶液的 濃度，以及刻蝕時間等參數(shù)來使接觸孔207內(nèi)的底部抗反射層208的厚度達到 工藝要求。
如圖IO所示，在用旋涂法在阻擋層205和底部抗反射層208上形成第二光 刻膠層209,所述第二光刻膠層209的厚度為14000埃 15000埃，具體可以是 14000埃、14200埃、14400埃、14600埃、14800?；?5000埃等,優(yōu)選14700埃。
接著，對第二光刻膠層209進行曝光顯影工藝，形成第二開口，所述第二 開口位置即為后續(xù)需要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中溝槽的位置，第二開口的寬度大于 接觸孔207的寬度。
繼續(xù)以第二光刻膠層209為掩膜，沿第二開口用干法刻蝕法刻蝕阻擋層 205以及層間絕緣層204,形成溝槽210,所述溝槽210的位置與接觸孔207的位 置對應(yīng)并連通。在刻蝕形成溝槽210后，由于刻蝕工藝的限制，接觸孔207內(nèi) 還會殘留部分底部抗反射層208。
參考附圖ll所示，灰化法去除第二光刻膠層209和接觸孔207內(nèi)的底部抗 反射層208，其中灰化溫度為250。C;然后再用濕法刻蝕法去除殘留的第二光 刻膠層209;沿接觸孔207刻蝕覆蓋層203和介電層202,直至暴露出金屬布線 層201,形成由接觸孔207和溝槽210構(gòu)成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211，所述刻蝕覆蓋層 203和介電層202采用的方法為先用干法刻蝕去除覆蓋層203，然后再采用的氟 化銨(NH4F)和氟化氫(HF)混合溶液對殘留的覆蓋層203和介電層202進行
濕洗o
在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211之后，在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211內(nèi)沉積金屬材料，形成金屬連線。所述的金屬材料例如金屬鋁、銅等。
本實施例中，在金屬布線層201和覆蓋層203之間形成介電層202,由于 濕法刻蝕溶液能將介電層202完全去除，因此在金屬布線層201上不會產(chǎn)生 殘留，能使后續(xù)金屬連線間充分接觸，不影響其性能。而且，由于濕法刻蝕 溶液能將介電層202完全去除，因此不需要再進行過刻蝕工藝，對金屬布線 層201不會造成影響，使其產(chǎn)生缺陷，提高了金屬布線層的電性能，從而達 到提高半導(dǎo)體器件性能。
基于上述實施例形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底200;金屬布線層 201,位于半導(dǎo)體襯底200上；介電層202,位于金屬布線層201上；覆蓋層 203,位于介電層202上；層間絕緣層204，位于覆蓋層203上；阻擋層205， 位于層間絕緣層204上；接觸孔207,貫穿阻擋層205、層間絕緣層204、覆 蓋層203以及介電層202至露出金屬布線層201;溝槽210,位于阻擋層205 和層間絕緣層204中，與接觸孔207連通共同構(gòu)成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)211，其中，溝 槽210寬度比"t妄觸孔207大。
圖12是用本發(fā)明實施例工藝形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)效果圖。在制作雙鑲嵌結(jié) 構(gòu)的過程中，在金屬布線層和覆蓋層之間形成介電層，由于濕法刻蝕溶液能 將介電層完全去除，因此在金屬布線層上不會產(chǎn)生殘留，如圖12所示，金屬 布線層230表面平整，無缺陷，進而能使后續(xù)金屬連線間充分接觸，不影響其 性能。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，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)，都可以做出可能的變動修 改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括下列步驟提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底，在金屬布線層上形成介電層；在介電層上依次形成覆蓋層、層間絕緣層；刻蝕層間絕緣層至露出覆蓋層，形成接觸孔；在接觸孔內(nèi)形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，使接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過程中保護金屬布線層；刻蝕層間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對應(yīng)并連通；去除接觸孔內(nèi)的底部抗反射層后，刻蝕覆蓋層和介電層至露出金屬布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 材料為氧化硅或氟化硅玻璃。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 的厚度為200埃 350埃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 的厚度優(yōu)選為250埃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 的材料為氮化硅或氮氧化硅或氮碳氧化硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 的厚度為350埃~500埃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法 的厚度優(yōu)選為450埃。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于， 刻蝕覆蓋層和介電層的步驟，包括,其特征在于，所述介電層 ,其特征在于，所述介電層 ，其特征在于，所述介電層 ,其特征在于，所述覆蓋層 ,其特征在于，所述覆蓋層 ,其特征在于，所述覆蓋層用干法刻蝕法去除覆蓋層；用濕法刻蝕法去除殘留覆蓋層和介電層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述干法刻 蝕所采用的氣體為含氟氣體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述含氟氣 體為四氟化碳或三氟曱烷。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述濕法刻 蝕所采用的溶液為氟化銨和氟化氫混合溶液。
12. —種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的金屬層；位于 金屬層上的覆蓋層；位于覆蓋層上的層間絕緣層；接觸孔，貫穿層間絕緣 層及覆蓋層至露出金屬層；溝槽，位于層間絕緣層中，與接觸孔連通，其 特征在于，還包括，介電層，位于金屬層和覆蓋層之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電層材料為氧化 硅或氟化硅玻璃。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電層的厚度為 200埃 350埃。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電層的厚度優(yōu)選 為250埃。
全文摘要
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供帶有金屬布線層的半導(dǎo)體襯底，在金屬布線層上形成介電層；在介電層上依次形成覆蓋層、層間絕緣層；刻蝕層間絕緣層至露出覆蓋層，形成接觸孔；在接觸孔內(nèi)形成底部抗反射層；刻蝕底部抗反射層，使接觸孔內(nèi)的底部抗反射層的厚度能在后續(xù)刻蝕過程中保護金屬布線層；刻蝕層間絕緣層，形成溝槽，所述溝槽的位置與接觸孔的位置對應(yīng)并連通；去除接觸孔內(nèi)的底部抗反射層后，刻蝕覆蓋層和介電層至露出金屬布線層，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提高了金屬布線層的電性能及半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號H01L21/768GK101625993SQ20081004037
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者鳴 周, 尹曉明 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司