[发明专利]互连结构及其形成方法

说明书

一种用于制造半导体器件的方法，包括在半导体结构上方形成掩模叠层。掩模叠层具有第一掩模层和第二掩模层，其中第二掩模层布置在第一掩模层和半导体结构之间。该方法还包括在掩模叠层中图案化第一图案。第一图案包括：第一开口，其具有形成在第一掩模层中的第一侧壁；第二开口，其具有形成在第二掩模层中的第二侧壁；以及第三开口，其具有形成在半导体结构中的第三侧壁。第一图案的相应开口的第一、第二和第三侧壁围绕中心轴形成，其中第二开口的第二侧壁的位置分别比第一开口和第三开口的第一侧壁和第三侧壁更远离中心轴。

背景技术

半导体器件广泛用于各种电子设备，例如智能电话、笔记本电脑、数码相机和其他设备。通常，典型的半导体器件包括具有有源器件(例如晶体管、电容器、电感器和其他部件)的衬底。这些有源器件最初彼此隔离，随后在有源器件上方形成互连结构以产生功能电路。这种互连结构可以包括横向互连，例如导线或布线；以及垂直互连，例如导电通孔或接触插塞。

对更小和更快的半导体器件的需求不断增长，这些半导体器件同时能够支持更多数量的日益综合和复杂的功能。这种按比例缩小工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本来提供益处。然而，这种按比例缩小也增加了半导体器件的处理和制造的复杂性。随着半导体器件的尺寸在先进技术节点中缩小到更小的亚微米尺寸，在互连结构中的导线(或导电沟槽)的顶部临界尺寸(CD)和导电通孔的底部CD之间制造具有足够的CD差的互连结构变成越来越大的挑战。

发明内容

本发明构思涉及一种新颖的蚀刻工艺，以产生包括导电沟槽和导电通孔的互连结构，例如双镶嵌结构。导电沟槽可以具有顶部临界尺寸(CD)，并且导电通孔可以位于导电沟槽下方并且具有底部CD。在相关的蚀刻工艺中，可能难以在互连结构的顶部CD和底部CD之间制造具有足够的CD差的互连结构以满足设计要求。例如，在相关的蚀刻工艺中，可以在内部形成有开口的半导体结构上方形成掩模层。为了获得所需的顶部CD值，可以应用修整工艺以扩展掩模层中的开口，并且可以通过随后的蚀刻工艺将扩展的开口转移到半导体结构中以形成沟槽开口。然而，修整工艺还可能减小掩模层的厚度，这导致在随后的蚀刻工艺期间的保护不足。

在本公开中，根据电路设计，引入了一种新颖方法以产生双镶嵌结构，该双镶嵌结构在与导电通孔相关联的底部CD和与导电沟槽相关联的顶部CD之间具有足够的CD差。在本公开中，可以在半导体结构上方形成第一掩模层，并且可以在第一掩模层和半导体结构之间设置第二掩模层。可以形成图案，该图案包括形成在第一掩模层中的第一开口、形成在第二掩模层中的第二开口、以及形成在半导体中的第三开口。通过使用第一掩模层作为保护层，可以应用修整工艺来扩展第二掩模层中的第二开口。因此，可以在第二掩模层中获得扩展开口，同时由于第一掩模层的保护而保持第二掩模层的高度。随后通过应用蚀刻工艺将扩展的开口转移到半导体结构中以形成具有所需CD的沟槽开口。另外，在蚀刻工艺期间，第二掩模层的保持高度可以提供足够的高度。

根据本公开的一方面，公开了一种用于制造半导体器件的方法，其中掩模叠层形成在半导体结构上方。掩模叠层包括第一掩模层和布置在第一掩模层和半导体结构之间的第二掩模层。随后在掩模叠层中图案化第一图案，该第一图案包括具有形成在第一掩模层中的第一侧壁的第一开口、具有形成在第二掩模层中的第二侧壁的第二开口、以及具有形成在半导体结构中的第三侧壁的第三开口。在第一图案中，相应开口的第一、第二和第三侧壁围绕中心轴形成。第二开口的第二侧壁的位置分别比第一开口的第一侧壁和第三开口的第三侧壁更远离中心轴。

在一些实施例中，掩模叠层还包括形成在第一掩模层上方的抗蚀剂层。在所公开的方法中，在抗蚀剂层中图案化第二图案。然后执行第一蚀刻工艺以将第二图案转移到第一掩模层、第二掩模层和半导体结构中，以便形成延伸到半导体结构中的第三图案。此外，执行第一修整工艺以去除抗蚀剂层和第二掩模层的一部分，以便形成第一图案的第二开口。

可以去除第一掩模层并且可以执行第二修整工艺以使第二掩模层凹陷以形成第四图案。第四图案包括形成在第二掩模层中的第四开口和形成在半导体结构中的第五开口。然后根据第四图案执行第二蚀刻工艺以形成互连开口，该互连开口包括沟槽开口和通孔开口。