[发明专利]双大马士革结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种双大马士革结构的形成方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的金属互连线，然而这些金属互连线带来的大电阻和寄生电容已经成为限制半导体电路速度的主要因素。

在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体器件之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经部分被金属铜互连线所替代，这是因为金属铜与金属铝相比具有较小的电阻值，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度；另一方面，低介电常数(low K)绝缘材料甚至超低介电常数(ultra low K)绝缘材料被用作金属层间的介质层的主要成分，减少了金属层之间的寄生电容，在实际应用中，我们一般将低介电常数绝缘材料称为低K值电介质材料，将超低介电常数绝缘材料称为超低K值电介质材料，K为介电常数。基于上述金属铜互连线和低介电常数(或超低介电常数)绝缘材料的半导体制造工艺被称为双大马士革(dual damascene)工艺，它的特点就是采用这两种材料制造多层高密度的金属互连结构，在一定程度上克服了大电阻和寄生电容的问题，从而使半导体电路更高效，同时，将基于这两种材料的多层高密度的金属互连结构称为双大马士革结构。

图1～图11为现有技术中双大马士革结构形成方法实施例一的过程剖面示意图，图12～图24为现有技术中双大马士革结构形成方法实施例二的过程剖面示意图，其中，实施例一为形成双大马士革结构的基本方法，在实际应用中，随着半导体技术的发展，在实施一的基础上，双大马士革结构的形成方法不断改进和演变以适应产品结构的需要或优化半导体器件的性能，实施例二(参见《High Performance Ultra Low-k(k＝2.0/keff＝2.4)/CuDual-Damascene Interconnect Technology with Self-Formed MnSixOy BarrierLayer for 32nm-node.IEEE，2006》)是现有技术中基于实施例一的双大马士革结构的形成方法。下面分别对现有技术的实施例一和实施例二进行介绍。

现有技术的实施例一主要包括：

步骤1001，参见图1，提供一基底101，在基底101上依次形成第一介质层102、第二介质层103和保护层104。

基底101包括若干金属互连层以及位于金属互连层下方的有源区，图1所示第一介质层102形成于基底101最上方的金属层的表面。

第一介质层102、第二介质层103的成分均为低K值电介质材料或超低K值电介质材料。其中，形成第一介质层102、第二介质层103的方法为：依次采用化学气相沉积(CVD)工艺沉积低K值电介质材料或超低K值电介质材料。

形成保护层104的方法为：采用CVD工艺在第二介质层103的表面沉积氧化物，例如二氧化硅(SiO₂)，二氧化硅可作为第二介质层103的保护薄膜，避免后续形成的光阻胶(PR)直接接触第二介质层103的表面而对其造成污染。

步骤1002，参见图2，在保护层104之上涂覆光阻胶(PR)，并对PR进行曝光、显影，从而形成第一光刻图案105，第一光刻图案105的开口定义了后续步骤中的第一沟槽106的开口宽度。

步骤1003，参见图3，按照第一光刻图案105对第二介质层103和保护层104进行刻蚀，从而形成第一沟槽106。

步骤1004，参见图4，将第一光刻图案105剥离后，涂覆PR，并对PR进行曝光、显影，从而形成第二光刻图案107，第二光刻图案107的开口定义了后续步骤中的第一通孔108的开口宽度。

具体来说，主要采用两种方法剥离光刻图案，第一，采用氧气(O₂)对PR灰化；第二，还可采用湿法去胶法，例如，采用硫酸和双氧水的混合溶液可将PR去除。

步骤1005，参见图5，按照第二光刻图案107对第一介质层102进行刻蚀，从而形成第一通孔108。

步骤1006，参见图6，将第二光刻图案107剥离。

步骤1007，参见图7，沉积第一扩散阻挡层109。

第一扩散阻挡层109为钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钽(TaN)和氮化钛(TiN)。

为了防止在后续步骤中第一沟槽106和第一通孔108中金属铜扩散至第一介质层102和第二介质层103中，采用PVD工艺沉积扩散阻挡层。