專利名稱：雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展，內(nèi)部的電路密度越來(lái)越 大，所含元件數(shù)量不斷增加，使得晶片的表面無(wú)法提供足夠的面積來(lái)制作所需的互連線 (Interco皿ect)。因此，為了配合元件縮小后所增加的互連線需求，兩層以上的多層金屬互 連線的設(shè)計(jì)，成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所必須采用的方法。其中，進(jìn)入O. 18微米工藝技 術(shù)后，常采用銅和低介電常數(shù)(低k值，low dielectric constant)介質(zhì)層的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)， 其可以減小金屬電阻及芯片的互連延遲，已成為高集成度、高速邏輯集成電路芯片制造的 最佳方案。 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)通過(guò)在層間介質(zhì)層內(nèi)刻蝕形成通孔和溝槽，填充入導(dǎo)電材料，并利用 化學(xué)機(jī)械研磨方法去除額外的導(dǎo)電材料，實(shí)現(xiàn)既能為每一金屬層產(chǎn)生通孔又能產(chǎn)生引線。
下面簡(jiǎn)單介紹一種常用的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，圖1至6為說(shuō)明現(xiàn)有的雙鑲嵌 結(jié)構(gòu)形成方法的器件剖面示意圖。圖l為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成通孔圖形后的 器件剖面示意圖，如圖1所示，先在要形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的襯底101上沉積一層刻蝕停止層 102，再在該刻蝕停止層102上沉積第一介質(zhì)層103。接著，在第一介質(zhì)層103上涂布光刻膠 進(jìn)行圖形化處理，形成通孔圖形105。 圖2為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成通孔開口后的器件剖面示意圖，如圖2 所示，以光刻膠為掩膜對(duì)介質(zhì)層103進(jìn)行刻蝕形，在第一介質(zhì)層103內(nèi)形成了通孔開口105。
圖3為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成溝槽圖形后的器件剖面示意圖，如圖3 所示，形成通孔開口后，在第一介質(zhì)層103上及通孔開口 105內(nèi)覆蓋了第二介質(zhì)層106。接 著，再利用光刻技術(shù)在第二介質(zhì)層106上定義出溝槽圖形107。 由于襯底上圖形的密集度不同，該第二介質(zhì)層106的形成會(huì)存在負(fù)載效應(yīng)，難以 得到高平整度的表面。如圖3中所示，在圖形密集區(qū)的第二介質(zhì)層106厚度較薄，圖形疏松 區(qū)的第二介質(zhì)層106厚度較厚。 圖4為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成溝槽后的器件剖面示意圖，如圖4所示， 刻蝕未被光刻膠保護(hù)的第二介質(zhì)層106及部分第一介質(zhì)層103，形成與至少一個(gè)通孔開口 相連的溝槽108。 由于第二介質(zhì)層106的厚度不均勻，在刻蝕形成溝槽時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些形變問(wèn)題。在 圖形密集區(qū)域，因第二介質(zhì)層106較薄，會(huì)出現(xiàn)如圖5中所示的斜坡111 ;在圖形疏松區(qū)域， 因第二介質(zhì)層106較厚，可能會(huì)出現(xiàn)圖5中所示的凸起112。 圖5為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成雙鑲嵌開口后的器件剖面示意圖，如圖 5所示，去除通孔開口 105內(nèi)及第一介質(zhì)層103表面的第二介質(zhì)層106，形成由通孔開口 105 及溝槽108組成的雙鑲嵌開口。 圖6為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后的器件剖面示意圖，如圖6所示，將通孔開口 105底部的刻蝕停止層102去除，在通孔和溝槽內(nèi)填充銅金屬109，形成 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。 因圖中所示的斜坡lll和凸起112等異常情況的存在，使得填充金屬前在雙鑲嵌 開口內(nèi)形成的阻擋層TaN的形成質(zhì)量較差，如，其在形成斜坡lll的側(cè)壁處會(huì)較薄，導(dǎo)致其 在所填充的金屬與側(cè)壁之間的隔離效果變差，最終使得形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的接觸電阻值變 大。 2004年11月10日公開的公開號(hào)為CN1545726的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種銅通孔 的形成方法，該方法通過(guò)改變位于通孔的粘附層的結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)通孔和銅層之間的粘附力， 解決其在熱處理后出現(xiàn)的開路問(wèn)題。但該方法并不能有效解決上述因雙鑲嵌開口出現(xiàn)形變 而導(dǎo)致的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)質(zhì)量變差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，以改善利用現(xiàn)有形成方法形成的雙鑲嵌 結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差的現(xiàn)象。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟
提供表面具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；
在所述襯底上形成第一介質(zhì)層；
在所述第一介質(zhì)層上形成通孔圖形； 以所述通孔圖形為掩膜進(jìn)行第一刻蝕，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔開口 ；
在已形成通孔開口的所述襯底上覆蓋第二介質(zhì)層，且其厚度至少填滿所述通孔開 □; 對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二刻蝕，至襯底上所述通孔開口以外的區(qū)域曝露出所述 第一介質(zhì)層； 在進(jìn)行第二刻蝕后的所述襯底上形成第三介質(zhì)層；
在所述第三介質(zhì)層上形成溝槽圖形； 以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行第三刻蝕，形成溝槽，且所述溝槽下方至少有一個(gè)所 述通孔開口； 去除形成溝槽后的所述襯底上殘留的所述第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層；
在所述通孔開口和溝槽內(nèi)填充金屬，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。 其中，所述第二刻蝕的腔室壓力可以設(shè)置在150至250mTorr之間，所述第二刻蝕
的功率可以設(shè)置在20至IOOW之間。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，采用了形成第二介質(zhì)層后，將其回刻至第一介
質(zhì)層，再重新形成第三介質(zhì)層的方法，提高了襯底表面的平整度，避免了采用現(xiàn)有方法形成
的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的斜坡及凸起問(wèn)題，提高了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量。 本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，在回刻第二介質(zhì)層時(shí)采用了較高的腔室壓力，
較低的功率，確?；乜毯髨D形密集區(qū)域與疏松區(qū)域表面均基本平齊，進(jìn)一步提高了雙鑲嵌
結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖； 圖2為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成通孔開口后的器件剖面示意圖； 圖3為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成溝槽圖形后的器件剖面示意圖； 圖4為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成溝槽后的器件剖面示意圖； 圖5為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成雙鑲嵌開口后的器件剖面示意圖； 圖6為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法中形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后的器件剖面示意圖； 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖； 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖； 圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成通孔開口后的器件剖面示意圖； 圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成第二介質(zhì)層后的器件剖面示意圖； 圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例中進(jìn)行第二刻蝕后的器件剖面示意圖； 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成第三介質(zhì)層后的器件剖面示意圖； 圖13為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽圖形后的器件剖面圖； 圖14為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽后的器件剖面示意圖； 圖15為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成雙鑲嵌開口后的器件剖面示意圖； 圖16為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后的器件剖面示意圖； 圖17為采用傳統(tǒng)方法和本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。 本發(fā)明的處理方法可以被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，并且可利用許多適當(dāng)?shù)牟牧?br> 制作，下面是通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域
內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說(shuō)
明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定，此
外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。 由于襯底表面圖形的密集度不同，在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)時(shí)，易在雙鑲嵌開口邊緣處 形成圖5中所示的斜坡111或凸起112，導(dǎo)致雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量下降。為此，本發(fā)明提 供了一種新的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法，包括步驟
提供表面具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；
在所述襯底上形成第一介質(zhì)層；
在所述第一介質(zhì)層上形成通孔圖形； 以所述通孔圖形為掩膜進(jìn)行第一刻蝕，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔開口 ；
在已形成通孔開口的所述襯底上覆蓋第二介質(zhì)層，且其厚度至少填滿所述通孔開 □; 對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二刻蝕，至襯底上所述通孔開口以外的區(qū)域曝露出所述 第一介質(zhì)層；
在進(jìn)行第二刻蝕后的所述襯底上形成第三介質(zhì)層；
在所述第三介質(zhì)層上形成溝槽圖形； 以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行第三刻蝕，形成溝槽，且所述溝槽下方至少有一個(gè)所 述通孔開口； 去除形成溝槽后的所述襯底上殘留的所述第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層；
在所述通孔開口和溝槽內(nèi)填充金屬，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。 其中，所述第二刻蝕的腔室壓力可以設(shè)置在150至250mTorr之間，所述第二刻蝕 的功率可以設(shè)置在20至IOOW之間。 其中，所述第二介質(zhì)層利用旋涂方法形成，如所述第二介質(zhì)層可以為采用旋涂方 法形成的DUO材料。其厚度可以在3000至5000A之間。 其中，所述第三介質(zhì)層與第二介質(zhì)層所用材料相同。且所述第三介質(zhì)層的厚度可
以在3000至5000A之間。 其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由金屬銅形成。
其中，所述第一介質(zhì)層由黑鉆石材料形成。 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖，圖8至圖16為說(shuō)明本
發(fā)明具體實(shí)施例中雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖，下面結(jié)合圖7至圖16對(duì)本
發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。 步驟701 :提供表面具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底。 本實(shí)施例中的襯底可以為已形成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的襯底，也可以為已形 成底層的金屬連線結(jié)構(gòu)的襯底，對(duì)于后者，通常其金屬連線結(jié)構(gòu)(即導(dǎo)電結(jié)構(gòu))由銅金屬形 成。 步驟702 :在所述襯底上形成第一介質(zhì)層。 為提高刻蝕圖形在刻蝕深度方面的均勻性、一致性，通常形成第一介質(zhì)層803之 前，會(huì)先在襯底上生長(zhǎng)一層刻蝕停止層802。在0. 13ii m以上的工藝中，該層一般采用氮化 硅材料，在0. 13 ii m以下的工藝中，為與低k值的介質(zhì)材料更好匹配，該刻蝕停止層通常為 含氮或含氧的碳化硅層。 本實(shí)施例中，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的第一介質(zhì)層803選用了低k值的介質(zhì)材料，如利用化 學(xué)氣相沉積方法形成的摻氟的氧化硅(FSG)，摻碳的氧化硅(CD0)，未摻雜的氧化硅(USG) 層，或者采用旋涂的方式(S0D)利用液態(tài)的膠狀氧化硅基材料形成的多孔介質(zhì)層等。本實(shí) 施例中選用的是具有低k值的化學(xué)氣相沉積方法制成的黑鉆石(BD，Black Diamond)材料。 其的厚度通?？梢栽O(shè)置在3500至8000 A之間，如為3500、4000、6500或8000 A。
步驟703 :在所述第一介質(zhì)層上形成通孔圖形 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖，如圖8所示，在第 一介質(zhì)層803上利用光刻膠定義了通孔圖形804。 本實(shí)施例中，是直接以光刻膠為掩膜對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕的，在本發(fā)明的其他實(shí)施例 中，還可以在第一介質(zhì)層803上再形成一層硬掩膜層，如可以生長(zhǎng)一層氮化硅層作為硬掩 膜(圖中未示出)。先對(duì)該硬掩膜進(jìn)行圖形化處理，再以其為掩膜對(duì)其下的第一介質(zhì)層803 進(jìn)行刻蝕形成通孔開口 ；或者在對(duì)該硬掩膜層進(jìn)行圖形化后，再以光刻膠及該硬掩膜層一 起作為掩膜進(jìn)行通孔開口的刻蝕，該硬掩膜層的存在，可以令形成的通孔開口邊緣形狀更
6好。 另外，為了提高光刻質(zhì)量，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可以在第一介質(zhì)層803上 生長(zhǎng)一層抗反射層(圖中未示出，在后續(xù)工藝處理中，可將其視為第一介質(zhì)層803的一部分 與第一介質(zhì)層803作相同處理)。 步驟704:以所述通孔圖形為掩膜進(jìn)行第一刻蝕，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔 開口。 圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成通孔開口后的器件剖面示意圖，如圖9所示，本步 刻蝕后在第一介質(zhì)層803內(nèi)形成了通孔開口 805。由于下層的刻蝕停止層802的刻蝕速率 要遠(yuǎn)小于第一介質(zhì)層803的刻蝕速率，本步刻蝕會(huì)停止于刻蝕停止層802內(nèi)。
本實(shí)施例中，還對(duì)該第一刻蝕工藝所用的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到較好的刻 蝕效果。優(yōu)化后的工藝條件包括使用包含C4F8和02的刻蝕氣體，且二者的流量比可以在
4 : i至i : i之間，如為2 : i。例如，可以將c4f8的流量設(shè)置在15sccm， o2的流量設(shè)置
在石sccm。 除C4F8和02刻蝕氣體外，優(yōu)化后的第一刻蝕工藝中還可以通入CH2F2及Ar氣體， 具體地，可將CH2F2的流量設(shè)置在5至15sccm之間，如為5、 10或15sccm ;將Ar的流量設(shè)置 在300至600sccm之間，如為300、450或600sccm。 本實(shí)施例中，該第一刻蝕過(guò)程中的腔室壓力設(shè)置在20至80mTorr之間，如為20、60
或80mTorr ;RF電源功率設(shè)置在2000至2500W之間，如為2000、2200或2500W。 步驟705 :在已形成通孔開口的所述襯底上覆蓋第二介質(zhì)層，且其厚度至少填滿
所述通孔開口。 圖IO為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成第二介質(zhì)層后的器件剖面示意圖，如圖IO所示， 第一刻蝕完成后，去除了殘留的光刻膠，接著，在第一介質(zhì)層803上及通孔開口 805內(nèi)覆蓋 了第二介質(zhì)層806，該第二介質(zhì)層806的厚度至少要填滿所述通孔開口，通常其厚度可以在
3000至5000A之間，如為3000A、 3500A 、 4000A或5000A等。 本實(shí)施例中，為了較好地填充通孔開口 805，該第二介質(zhì)層806采用了利用旋涂方 法形成的DUO材料層，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用其它材料或其它方法形成該 第二介質(zhì)層806，如可以在低溫下利用化學(xué)沉積的方法生長(zhǎng)氧化硅層或氮氧化硅層作為第 二介質(zhì)層806。 由圖10中可以看到，在第二介質(zhì)層806形成后，對(duì)于襯底上圖形密集度不同的區(qū) 域，該第二介質(zhì)層806的厚度是不同的，這樣，在形成第二介質(zhì)層后襯底表面仍會(huì)存在凹凸 不平，后面刻蝕時(shí)易在開口邊緣形成斜坡或凸起，導(dǎo)致形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差，尤其不 能滿足小尺寸器件的制作要求。為此，本實(shí)施例增加了對(duì)第二介質(zhì)層進(jìn)行回刻的步驟。
步驟706 :對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二刻蝕，至襯底上所述通孔開口以外的區(qū)域 曝露出所述第一介質(zhì)層。 圖ll為本發(fā)明具體實(shí)施例中進(jìn)行第二刻蝕后的器件剖面示意圖，如圖ll所示，第 二刻蝕完成后，襯底上除通孔開口 805以外的區(qū)域曝露出第一介質(zhì)層803，通孔開口內(nèi)則仍 填充滿第二介質(zhì)層806?？梢钥吹?，本步第二刻蝕完成后，圖形密集區(qū)域與疏松區(qū)域的表面 均基本平齊，襯底表面達(dá)到了較高的平整度。 為確保本步刻蝕后，圖形密集區(qū)域與疏松區(qū)域的表面均基本平齊，且通孔開口內(nèi)的第二介質(zhì)層806仍基本保持完好，本實(shí)施例對(duì)本步第二刻蝕的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化處 理，采用了高腔室壓力、低功率的工藝條件，在實(shí)現(xiàn)圖形密集區(qū)域與疏松區(qū)域表面基本平齊 的前提下，較好地保持了通孔開口內(nèi)第二介質(zhì)層806的完整性。 本步第二刻蝕優(yōu)化后的工藝條件包括將腔室壓力設(shè)置在150至250mTorr之間， 如為150mTorr、180mTorr、200mTorr、220mTorr或250mTorr等。將功率設(shè)置在20至100W 之間，如為20W、40W、60W、80W或IOOW等。 另外，本步刻蝕不需要事先形成光刻膠掩膜，對(duì)其在刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生聚合物的多 少也沒(méi)有嚴(yán)格的要求，因而對(duì)其刻蝕氣體的選擇也相對(duì)靈活，可以選擇各種刻蝕氣體，如 CF4、 CHF3、 CH2F2等中的任一種或幾種的組合。還可以加入氧氣、氮?dú)?、氦氣等任一種或多種 輔助氣體。如，本實(shí)施例中，可以在刻蝕過(guò)程中通入CF4作為刻蝕氣體，同時(shí)通入氧氣、氮?dú)狻?br> 氦氣作為輔助氣體。 步驟707 :形成第三介質(zhì)層。 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成第三介質(zhì)層后的器件剖面示意圖，如圖12所示， 經(jīng)過(guò)回刻處理，襯底表面的平整度已大為改善，可以進(jìn)行后續(xù)的工藝。本實(shí)施例中，還在襯 底上形成了第三介質(zhì)層810，其可以作為底部抗反射層(BARC， Bottom Anti-reflective Coating)使用，有利于提高光刻質(zhì)量，形成較好的線寬。 本實(shí)施例中，該第三介質(zhì)層810采用了與第二介質(zhì)層806相同的材料，均為利用旋 涂方法形成的DU0材料層，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，該第三介質(zhì)層810還可以采用其它材 料形成，如利用低溫化學(xué)氣相沉積方法形成的氮氧化硅材料等。 本實(shí)施例中，該第三介質(zhì)層810的厚度可以設(shè)置在3000至5000A之間，如為
3000A、 3500A 、 4000A或5000A等。 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可以在第三介質(zhì)層810上再形成一層硬掩膜層，如 可以生長(zhǎng)一層氮化硅層作為硬掩膜(圖中未示出)。其可以在進(jìn)行溝槽的刻蝕時(shí)與光刻膠 一起作為掩膜使用，以加強(qiáng)對(duì)下層材料的保護(hù)，令形成的溝槽邊緣形狀更好。
步驟708 :在所述第三介質(zhì)層上形成溝槽圖形。 圖13為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽圖形后的器件剖面圖，如圖13所示，本 步通常是利用光刻技術(shù)在第三介質(zhì)層810上定義出溝槽的圖形807。 采用本實(shí)施例上述方法進(jìn)行處理后，襯底表面平整度有所提高，本步光刻形成的 溝槽圖形質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)有所提高，這對(duì)提高最終形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量同樣有利。
步驟709 :以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行第三刻蝕，形成溝槽，且所述溝槽下方至少 有一個(gè)所述通孔開口。 圖14為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽后的器件剖面示意圖，如圖14所示，利 用干法刻蝕技術(shù)刻蝕未被光刻膠保護(hù)的第三介質(zhì)層810及部分第二介質(zhì)層806和第一介質(zhì) 層803，形成與至少一個(gè)通孔開口 805相連的溝槽808。 采用本實(shí)施例的上述方法后，襯底表面無(wú)論圖形密集區(qū)域或疏松區(qū)域的第三介質(zhì) 層的厚度都均勻一致。不會(huì)再出現(xiàn)如圖5中所示的斜坡111或凸起112。形成了邊緣質(zhì)量 較為理想的溝槽808。 步驟710 :去除形成溝槽后的所述襯底上殘留的所述第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層。
圖15為說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例中形成雙鑲嵌開口后的器件剖面示意圖，如圖15所示，去除殘留的光刻膠圖形后，再去除第一介質(zhì)層803表面留下的第三介質(zhì)層810及通孔
開口 805內(nèi)余下的第二介質(zhì)層806后，形成了形狀較為規(guī)則的雙鑲嵌開口。 另外，形成雙鑲嵌開口的溝槽808下方的通孔805可以有一個(gè)或多個(gè)，具體地，可
以根據(jù)電路的功能設(shè)計(jì)安排每一個(gè)溝槽下所對(duì)應(yīng)的通孔的情況，通常至少會(huì)有一個(gè)。 步驟711 :在所述通孔開口和溝槽內(nèi)填充金屬，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。 圖16為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)后的器件剖面示意圖，如圖16所示，
去除通孔開口 805底部殘留的刻蝕停止層802，再利用電化學(xué)鍍(ECP， Electro Chemical
Plating)的方法在通孔開口 805和溝槽808內(nèi)填充銅金屬809，利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP，
Chemical MechanicalPolishing)方法去除雙鑲嵌開口外的多余銅金屬，形成了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。 圖17為采用傳統(tǒng)方法和本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)對(duì)比圖，圖中 1701為采用傳統(tǒng)方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，1702為采用本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)。觀察圖17中圓圈所示區(qū)域可以看到，采用傳統(tǒng)方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，在圖形密 集區(qū)，其邊緣明顯為斜坡狀；而采用本發(fā)明具體實(shí)施例方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，在圖形密集 區(qū)，其邊緣仍能保持得較為完好。 本實(shí)施例中，第一介質(zhì)層803由一種介質(zhì)材料形成，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，該 第一介質(zhì)層803還可以由多層介質(zhì)材料組成，如可以包括一層BD材料層，一層USG材料層 等。其形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施步驟與思路均和本發(fā)明具體實(shí)施例中的相似，在本發(fā)明 上述實(shí)施例的啟示下，這一應(yīng)用的延伸對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是易于理解和實(shí)現(xiàn) 的，在此不再贅述。 采用本發(fā)明具體實(shí)施例形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，無(wú)論在圖形密集區(qū)域還是疏松區(qū)域， 均能形成形狀較為完整的雙鑲嵌開口，不會(huì)再出現(xiàn)斜坡及凸起問(wèn)題。采用本發(fā)明具體實(shí) 施例形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，可以提高填充金屬前在雙鑲嵌開口內(nèi)形成的阻擋層TaN的形成質(zhì) 量，改善其在所填充的金屬與側(cè)壁之間的隔離效果，最終提高了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)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(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括步驟提供表面具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；在所述襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上形成通孔圖形；以所述通孔圖形為掩膜進(jìn)行第一刻蝕，在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔開口；在已形成通孔開口的所述襯底上覆蓋第二介質(zhì)層，且其厚度至少填滿所述通孔開口；對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二刻蝕，至襯底上所述通孔開口以外的區(qū)域曝露出所述第一介質(zhì)層；在進(jìn)行第二刻蝕后的所述襯底上形成第三介質(zhì)層；在所述第三介質(zhì)層上形成溝槽圖形；以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行第三刻蝕，形成溝槽，且所述溝槽下方至少有一個(gè)所述通孔開口；去除形成溝槽后的所述襯底上殘留的所述第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層；在所述通孔開口和溝槽內(nèi)填充金屬，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二刻蝕的腔室壓力在150至 250mTorr之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二刻蝕的功率在20至100W之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二介質(zhì)層利用旋涂方法形成。
5. 如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于所述第二介質(zhì)層為DU0材料。
6. 如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于所述第二介質(zhì)層的厚度在3000至 5000A之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第三介質(zhì)層與第二介質(zhì)層所用材料相同。
8. 如權(quán)利要求1或7所述的形成方法，其特征在于所述第三介質(zhì)層的厚度在3000至 5000A之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由金屬銅形成。
10. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第一介質(zhì)層由黑鉆石材料形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟提供表面具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；在所述襯底上形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上形成通孔圖形；以所述通孔圖形為掩膜進(jìn)行第一刻蝕；在已形成通孔開口的所述襯底上覆蓋第二介質(zhì)層；對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二刻蝕；在進(jìn)行第二刻蝕后的所述襯底上覆蓋第三介質(zhì)層；在所述第三介質(zhì)層上形成溝槽圖形；以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行第三刻蝕，形成溝槽；去除形成溝槽后的所述襯底上殘留的所述第二介質(zhì)層和第三介質(zhì)層；在所述通孔開口和溝槽內(nèi)填充金屬，形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，可以避免采用現(xiàn)有方法形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的斜坡及凸起問(wèn)題，提高了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101740476SQ200810225759
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者孫武, 尹曉明, 沈滿華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司