[发明专利]双镶嵌结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及双镶嵌结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体器件制作技术的进一步发展，器件之间的高性能、高密度连接不仅在单个互连层中进行，而且要在多层之间进行互连。因此，通常提供多层互连结构，其中多个互连层互相堆叠，并且层间绝缘膜置于其间，用于连接半导体器件。特别是利用双镶嵌(dual-damascene)工艺形成的多层互连结构，其预先在层间绝缘膜中形成接触孔(via)和沟槽(trench)，然后用导电材料填充所述接触孔和沟槽。因为双镶嵌结构能避免重叠误差以及解决习知金属工艺的限制，双镶嵌工艺便被广泛地应用在半导体制作过程中而提升器件可靠度。因此，双镶嵌工艺已成为现今金属导线连结技术的主流。

现有的一种双镶嵌结构的形成方法，包括如下步骤：

如附图1所示，提供带有金属布线层110的半导体衬底100，所述金属布线层110材料为铝、银、铜中的一种或者几种；

如图2所示，在金属布线层110上依次形成阻挡层120、层间绝缘层130、覆盖层140，所述阻挡层120材料选自掺碳的氮化硅(NDC)，厚度为400埃至500埃，用于维护金属布线层210的稳定性；所述层间绝缘层130材料选自碳掺杂的氧化硅(Black Diamond，BD)，厚度为3500埃至4500埃，用于层间介质隔离；所述覆盖层140材料为TEOS，其主要成份为二氧化硅，用于保护层间绝缘层免受其它制程的影响。

如图3所示，在保护层表面形成光刻胶图形150，以所述光刻胶图形150为掩膜，依次刻蚀覆盖层140、层间绝缘层130、阻挡层120直至暴露出金属布线层110，形成接触孔151；

如图4所示，去除所述光刻胶图形150，形成填充所述接触孔151并位于覆盖层表面的底部抗反射层160，并在所述底部抗反射层160表面形成隔离层170；

所述底部抗反射层160用于填充所述接触孔151，可以选用型号为GF315的底部抗反射层，用于更好的填充所述接触孔151，并在保护层140表面形成平面。

所述隔离层170材料选自低温氧化硅材料，厚度为1000埃至1500埃，用于隔离底部抗反射层160和后续形成的光刻胶图形，所述隔离层170的形成温度为200摄氏度至220摄氏度，所述形成温度不会引起底部抗反射层的变性。

如图5所示，在所述隔离层170表面形成光刻胶图形180，以所述光刻胶图形180为掩膜，依次刻蚀隔离层170、底部抗反射层160、覆盖层140、层间绝缘层130形成沟槽181；

如图6所示，去除所述光刻胶图形180、隔离层170和底部抗反射层160。所述去除光刻胶图形180和底部抗反射层160的工艺可以为灰化工艺；所述去除隔离层170的工艺可以为等离子体刻蚀工艺。

随后，在所述的沟槽和接触孔内填充互连金属材料例如金属铜，或者先沉积扩散阻挡层Ta/TaN，再沉积互连金属材料层例如金属铜。

所述的双镶嵌结构的制作方法，在刻蚀隔离层170、底部抗反射层160、覆盖层140、层间绝缘层130形成沟槽181的工艺中，由于覆盖层140与层间绝缘层130的刻蚀速率不同，刻蚀过程中，在覆盖层140与层间绝缘层130的接触界面附近就会形成不同的形状，导致层间绝缘层130产生底切(under-cut)现象，产生较差的沟槽侧面，进而增加了金属互连线之间的层间绝缘层之间发生击穿的可能性。如附图7所示的透射电子显微镜图，即为产生底切的沟槽。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种双镶嵌结构的制作方法，避免在刻蚀形成沟槽的过程中层间绝缘层发生底切现象。

为解决上述问题，本发明提供了一种双镶嵌结构的形成方法，包括：提供带有金属布线层的半导体衬底；在金属布线层上依次形成阻挡层、层间绝缘层；采用能够与层间绝缘层材料反应生成氮化物的反应物处理所述层间绝缘层，在层间绝缘层表面形成保护层；依次刻蚀保护层、层间绝缘层、阻挡层直至暴露出金属布线层，形成接触孔；形成填充所述接触孔并位于保护层表面的底部抗反射层；在所述底部抗反射层表面形成隔离层；在所述隔离层表面形成光刻胶图形；以所述光刻胶图形为掩膜，依次刻蚀隔离层、底部抗反射层、保护层以及部分层间绝缘层形成沟槽；去除所述光刻胶图形、隔离层和底部抗反射层。