[发明专利]使用双镶嵌工艺生产半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件的生产方法。更具体的涉及一种生产具有多层互连结构的半导体器件的方法，其可提高电迁徙强度，并可控制通路电阻的增大，从而防止互连发生断裂。

随着半导体器件的集成度、微型结构和性能的提高，除了使用传统的铝(AL)和钨(W)的通孔插塞以外，最好使用具有较小电阻的材料。其中所使用的一种典型的材料是铜(Cu)，其可被关注的一点是可增强互连的电迁徙强度。

然而，由于无法对铜进行蚀刻，从而无法通过蚀刻工艺形成铜的互连。为了解决这个问题，提出了一种镶嵌工艺，该工艺是用诸如铜等互连材料填充事先形成的孔或槽，并通过化学机械抛光(CMP)去除互连材料的多余部分，从而形成通孔插塞和互连。

通过使用镶嵌工艺，可不用直接蚀刻诸如铜等的难-蚀刻材料而形成互连。

单镶嵌工艺是一种基本的镶嵌工艺。下面将参考图1对生产半导体器件的单镶嵌工艺进行描述。

首先，在导体1上形成最初的内层膜7(参见图1a)。此后，用原始光敏有机膜4覆盖最初内层膜7的表面，然后对其进行曝光和清洗过程；由此在光敏膜4上形成孔108。

接着，如图1b中所示，使用最初光敏有机膜4作为掩膜，通过蚀刻工艺在最初内层膜7上形成到达导体1的通孔105。然后去除光敏有机膜4。

随后，用互连材料填充形成在内层膜7之上的通孔105。然后使用CMP过程去除互连材料的多余部分；由此形成图1c中所示的通孔插塞106。接着，如图1d中所示，在通孔插塞106和最初内层膜7的顶部形成第二内层膜8。用第二光敏有机膜6覆盖第二内层膜8的表面；然后对其进行曝光和清洗过程，从而在第二光敏有机膜6上形成槽103。

此后，如图1e所示，使用第二光敏有机膜6作为掩膜，通过蚀刻工艺形成到达通孔插塞106表面的互连槽104，然后去除掩膜。

最后，用互连材料填充互连槽104，然后使用CMP形成互连107，如图1f所示。在此情况下，对通孔插塞和互连可使用难-蚀刻的材料。然而，由于单独形成通孔插塞106和互连107，在其间可形成界面201。这样会产生一个问题，即其可导致通孔插塞和互连之间的电阻的增大，并降低电迁徙强度。

为了解决此问题，已经提出一种同时形成通孔插塞和互连的双镶嵌工艺。下面将参考图2a到2f描述用于生产半导体器件的传统的双镶嵌工艺。首先，如图2a中所示，在导体1的顶部形成最初的内层膜7(即SiO₂膜)。然后在所形成的表面上形成槽-蚀刻-阻挡膜9(即Si₃N₄膜)。然后用原始光敏有机膜4覆盖上述形成的槽-蚀刻-阻挡膜9，然后对其进行曝光和清洗过程；由此在原始光敏有机膜4上形成孔108。

接着如图2b中所示，通过使用光敏有机膜4作为掩膜，对阻挡膜9和最初内层膜7选择蚀刻到某一深度，形成孔109。然后去除光敏有机膜4。此后，如图2c中所示，在阻挡膜9和孔109中形成第二内层膜8(即SiO₂膜)。

此后，如图2d中所示，用第二光敏有机膜6覆盖第二内层膜8，然后对其进行曝光和清洗过程；由此在第二光敏有机膜6上形成槽103。接着，如图2e中所示，使用第二光敏有机膜6作为掩膜，通过蚀刻工艺形成互连槽104。然后使用槽-蚀刻-阻挡膜9作为掩膜，通过蚀刻工艺形成通孔105。

最后，如图2f所示，用互连材料填充通孔105和互连槽104；然后对其进行CMP过程，从而形成通孔插塞106和互连107。

此方法的特征在于一种高蚀刻选择性(SiO₂/Si₃N₄)，通过该方法可通过使用由氮化硅(Si₃N₄)构成的槽-蚀刻-阻挡膜9的蚀刻工艺在形成互连槽104和通孔105的同时精确的形成通孔105。

然而，由于在肩部区域很难保证蚀刻的选择性，形成通孔的孔径区202，从而形成一种锥形的肩-状。同时，在通孔105的纵横尺寸比较大的情况下，通过具有高蚀刻选择性(SiO₂/Si₃N₄)的蚀刻过程很难形成精确洁净的通孔(105)。这会对通孔105的纵横尺寸比造成限制。