專利名稱：銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法以及半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法、以及一種采用了該銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
鋁互連線廣泛應(yīng)用于集成電路的后段互連中，主要的原因是它具有良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)鋁又具有和介電質(zhì)材料、半導(dǎo)體材料有著很好的粘附性能。然而隨著集成度的進(jìn)一步提高，導(dǎo)線的尺寸也越來(lái)越小，鋁導(dǎo)線的電阻也顯得較高，同時(shí)也已經(jīng)難以滿足高電流密度的要求，因此逐漸過(guò)渡到了銅導(dǎo)線。與此同時(shí)，介電質(zhì)材料也由于電容電阻延遲效應(yīng)的逐漸增加而從最初的氧化硅 (介電常數(shù)為4左右)過(guò)渡到了氟硅玻璃(介電常數(shù)為3. 7左右)再到摻碳的氧化硅(介電常數(shù)為3左右)，而到了 45nm技術(shù)結(jié)點(diǎn)以下，甚至到了具有一定孔洞的超低介電常數(shù)材料(介電常數(shù)小于2. 5)。超低介電常數(shù)材料的合理應(yīng)用能夠降低電容電阻延遲效應(yīng)，然而，由于其孔洞的存在，也給具有該材料的半導(dǎo)體制備帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)例如超低介電常數(shù)材料的力學(xué)性能較差，楊氏模量和硬度與較傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比都比較低，同時(shí)容易在后續(xù)的半導(dǎo)體加工工藝中，產(chǎn)生介電常數(shù)升高的現(xiàn)象，尤其是如果經(jīng)過(guò)一個(gè)不合適的干法蝕刻加工工藝以后，該薄膜的介電常數(shù)會(huì)升高的更多而達(dá)不到超低介電常數(shù)的要求。因此在半導(dǎo)體加工過(guò)程中，對(duì)于超低介電常數(shù)薄膜需要盡可能的避免干法蝕刻對(duì)其的影響，然而傳統(tǒng)的銅大馬士革制備工藝卻不能夠避免這一影響。具體地說(shuō)，圖I至圖10示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的各個(gè)步驟。如圖I至圖10所示，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的中，首先在襯底S上依次形成第一介質(zhì)層I、第二介質(zhì)層2 (超低介電常數(shù)介電質(zhì)層)、第三介質(zhì)層3、第四介質(zhì)層4、以及第五介質(zhì)層5 (圖I)。隨后，在第五介質(zhì)層5上形成第一抗反射層6 (圖2)。此后,在第一抗反射層6上布置第一層光刻膠7,并形成第一層光刻膠7的圖案(圖3)。利用形成圖案的第一層光刻膠7對(duì)第三介質(zhì)層3、第四介質(zhì)層4、以及第五介質(zhì)層5進(jìn)行刻蝕，隨后去除第一抗反射層6以及第一層層光刻膠7 (圖4)。此后在刻蝕出的凹槽中以及第五介質(zhì)層5表面形成第二抗反射層8 (圖5)。此后,在第二抗反射層8上布置第二光刻膠9，并形成第二層光刻膠9的圖案(圖6)。利用形成圖案的第二層光刻膠9對(duì)第二介質(zhì)層
2、第三介質(zhì)層3以及第二抗反射層8進(jìn)行第一次干法刻蝕(圖7)。隨后去第二抗反射層8以及第二層光刻膠9，并且進(jìn)行第二次干法刻蝕以刻蝕到第二介質(zhì)層2的底部(圖8)。在凹槽中填充金屬銅10 (圖9)。去除第三介質(zhì)層3、第四介質(zhì)層4以及第三介質(zhì)層3和第四介質(zhì)層4中填充的金屬銅(圖10)。然而，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的中，由于超低介電常數(shù)介電質(zhì)層(第二介質(zhì)層2)具有較多的孔洞，其在銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩次干法蝕刻，薄膜的質(zhì)量會(huì)受到一定程度的損傷(圖10中虛線部分所示)，介電常數(shù)會(huì)有所升高，甚至是由光刻所定義的尺寸也會(huì)有所變形，并且由于其力學(xué)性能相對(duì)較低，對(duì)其后續(xù)的加工也帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠獲取良好的層間介電質(zhì)層的力學(xué)性能的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法、以及采用了該銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的半導(dǎo)體器件制造方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其包括在襯底上依次形成第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層以及刻蝕阻擋層；在刻蝕阻擋層上布置第一光刻膠層，并且形成第一光刻膠層的圖案；利用形成圖案的第一光刻膠層來(lái)對(duì)刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕， 以在刻蝕阻擋層中形成第一窗口 ；去除第一光刻膠層；在形成了形成第一窗口的刻蝕阻擋層上依次形成疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層；在刻蝕保護(hù)層上第二光刻膠層，并且形成第二光刻膠層的圖案；利用形成圖案的第二光刻膠層來(lái)刻蝕疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層，從而在疊加介質(zhì)層和刻蝕保護(hù)層中形成第一凹槽；在刻蝕到達(dá)刻蝕阻擋層時(shí)，利用刻蝕阻擋層的第一窗口繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，從而在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層形成與所述第一窗口相對(duì)應(yīng)的第二凹槽；去除第二光刻膠層；以及利用銅填充刻蝕出來(lái)的第一凹槽和第二凹槽。優(yōu)選地，上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法進(jìn)一步包括在疊加介質(zhì)層表面布置第三光刻膠層，并且形成第三光刻膠層的圖案；利用形成圖案的第三光刻膠層刻蝕疊加介質(zhì)層、刻蝕保護(hù)層、第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，從而在第一凹槽和第二凹槽兩側(cè)形成外周凹槽；以及利用介電材料填充外周凹槽。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，所述介電材料的電常數(shù)小于2. 5。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，所述介電材料是通過(guò)在介電質(zhì)材料中加入有機(jī)成孔劑制備而成的，并通過(guò)紫外光照射使得有機(jī)成孔劑揮發(fā)而形成可控氣泡。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，所述可控氣泡直徑在O. 5-2nm之間。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，疊加介質(zhì)層與第二介質(zhì)層具有介電常數(shù)介于4-2. 5之間的相同的材料。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，第一介質(zhì)層是含有氮元素的蝕刻阻擋層。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，刻蝕阻擋層是含有氮元素的蝕刻阻擋層。優(yōu)選地，在上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法中，第二光刻膠層PR2的圖案的開(kāi)口部分覆蓋了第一光刻膠層PRl的圖案的開(kāi)口部分。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種采用了根據(jù)本發(fā)明的第一方面銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的半導(dǎo)體器件制造方法。通過(guò)采用本發(fā)明的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，一方面，在制備銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)過(guò)程中采用傳統(tǒng)的工藝，具有一定的兼容性；另外一方面，工藝過(guò)程中所刻蝕的是不含有孔洞結(jié)構(gòu)的低介電常數(shù)層，而不是刻蝕超低介電常數(shù)薄膜，從而可以避免干法蝕刻對(duì)超低介電常數(shù)薄膜的損傷，能夠最終準(zhǔn)確得到設(shè)計(jì)所需的關(guān)鍵尺寸，并且相對(duì)原有技術(shù)其層間介電質(zhì)層的力學(xué)性能要好，有利于后續(xù)的加工。


結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖I至圖10示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的各個(gè)步驟。圖11至圖25示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的各個(gè)步驟。需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可 能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。圖11至圖25示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的各個(gè)步驟。如圖11至圖25所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法包括首先，在襯底S上依次形成第一介質(zhì)層I、第二介質(zhì)層2以及刻蝕阻擋層12，如圖11所示。其中，第二介質(zhì)層2是低介電常數(shù)的介質(zhì)層，例如，第二介質(zhì)層2的介電常數(shù)小于
4。優(yōu)選地，在具體實(shí)施例中，第二介質(zhì)層2是氟硅玻璃或摻碳的氧化硅等材料，其介電常數(shù)介于4-2. 5之間。優(yōu)選地，第一介質(zhì)層I是含有氮元素的蝕刻阻擋層，如氮化硅、摻氮的碳化硅等材料。并且，優(yōu)選地，刻蝕阻擋層12是含有氮元素的蝕刻阻擋層，如氮化硅、摻氮的碳化硅等材料。此后，在刻蝕阻擋層12上布置第一光刻膠層PRl，并且形成第一光刻膠層PRl的圖案，如圖12所示。此后，利用形成圖案的第一光刻膠層PRl來(lái)對(duì)刻蝕阻擋層12進(jìn)行刻蝕，以在刻蝕阻擋層12中形成第一窗口，如圖13所示。此后，去除第一光刻膠層PR1，如圖14所示。此后，在形成了形成第一窗口的刻蝕阻擋層12上依次形成疊加介質(zhì)層22以及刻蝕保護(hù)層11，如圖15所示。例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，疊加介質(zhì)層22與第二介質(zhì)層2具有相同的材料或者相似的材料，如圖15所示。優(yōu)選地，在具體實(shí)施例中，疊加介質(zhì)層22是氟硅玻璃或摻碳的氧化硅等材料，其介電常數(shù)介于4-2. 5之間。優(yōu)選地，在具體實(shí)施例中，刻蝕保護(hù)層11是氧化硅。此后，在刻蝕保護(hù)層11上第二光刻膠層PR2，并且形成第二光刻膠層PR2的圖案，如圖16所示。更具體地說(shuō)，在優(yōu)選實(shí)施例中，第二光刻膠層PR2的圖案的開(kāi)口部分覆蓋了第一光刻膠層PRl的圖案的開(kāi)口部分，如圖16所不。
此后，利用形成圖案的第二光刻膠層PR2來(lái)刻蝕疊加介質(zhì)層22以及刻蝕保護(hù)層11，從而在疊加介質(zhì)層22和刻蝕保護(hù)層11中形成第一凹槽，其中所述刻蝕處理不能刻蝕掉刻蝕阻擋層12，如圖17所示。此后，在刻蝕到達(dá)刻蝕阻擋層12時(shí)，利用刻蝕阻擋層12的第一窗口繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，從而在第一介質(zhì)層I和第二介質(zhì)層2形成與所述第一窗口相對(duì)應(yīng)的第二凹槽，如圖18所示。此后，去除第二光刻膠層PR2，如圖19所示。此后，利用銅Cl填充刻蝕出來(lái)的第一凹槽和第二凹槽，如圖20所示。其中，可能在刻蝕保護(hù)層11的表面也形成了銅層C2。此后，去除在刻蝕保護(hù)層11，如圖21所示。其中，如果在刻蝕保護(hù)層11的表面也 形成了銅層C2，則同時(shí)去除銅層C2。此后，在疊加介質(zhì)層22表面布置第三光刻膠層PR3，并且形成第三光刻膠層PR3的圖案，如圖22所示。此后，利用形成圖案的第三光刻膠層PR3刻蝕疊加介質(zhì)層22、刻蝕保護(hù)層11、第一介質(zhì)層I和第二介質(zhì)層2，從而在第一凹槽和第二凹槽兩側(cè)形成外周凹槽，如圖23所示。在該步驟中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該互連中的銅導(dǎo)線間隔較寬的區(qū)域進(jìn)行有選擇性的干法蝕刻以去除層間介電質(zhì)部分。此后，利用介電材料填充外周凹槽，如圖24所示。在具體的優(yōu)選實(shí)施例中，例如可利用介電常數(shù)小于2. 5的超低介電常數(shù)材料kl填充外周凹槽；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述介電材料的介電常數(shù)介于2. 5-1之間。并且，具有超低介電常數(shù)的介電材料是通過(guò)介電質(zhì)材料(例如，介電常數(shù)小于4的低介電質(zhì)材料)加入有機(jī)成孔劑制備而成，并通過(guò)紫外光照射使得有機(jī)成孔劑揮發(fā)而形成可控氣泡，并且優(yōu)選地可控氣泡直徑在O. 5-2nm之間。在此，介電材料層k2有可能形成在疊加介質(zhì)層22的表面。此后，，在疊加介質(zhì)層22的表面上形成了介電材料層k2的情況下，去除介電材料層k2，由此露出銅Cl，如圖25所示。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，先形成銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)，其中層間介電質(zhì)層采用低介電常數(shù)薄膜，然后再利用干法蝕刻工藝選擇性的將銅線間的介電質(zhì)薄膜去除，隨后用超低介電常數(shù)薄膜對(duì)其進(jìn)行填充，并進(jìn)行紫外光照射去除薄膜中的有機(jī)成孔劑形成孔洞，以達(dá)到降低薄膜介電常數(shù)的目的。采用該種方法所制備的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)，其層間介電質(zhì)不會(huì)受到后續(xù)干法蝕刻工藝的影響而產(chǎn)生介電常數(shù)升高的現(xiàn)象，并且相對(duì)傳統(tǒng)的工藝步驟來(lái)說(shuō)，其層間介電質(zhì)的力學(xué)性能要好，便于工藝整合。而且，采用本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程至少具有如下優(yōu)勢(shì)，一方面是在制備銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)過(guò)程中采用傳統(tǒng)的工藝，具有一定的兼容性；另外一方面由于是工藝過(guò)程中所刻蝕的是不含有孔洞結(jié)構(gòu)的低介電常數(shù)層，而不是刻蝕超低介電常數(shù)薄膜，從而可以避免干法蝕刻對(duì)超低介電常數(shù)薄膜的損傷，能夠最終準(zhǔn)確得到設(shè)計(jì)所需的關(guān)鍵尺寸，并且相對(duì)原有技術(shù)其層間介電質(zhì)層的力學(xué)性能要好，有利于后續(xù)的加工。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種采用了上述銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的半導(dǎo)體器件制造方法?？梢岳斫獾氖?，雖然本發(fā)明已將較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于包括 在襯底上依次形成第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層以及刻蝕阻擋層； 在刻蝕阻擋層上布置第一光刻膠層，并且形成第一光刻膠層的圖案； 利用形成圖案的第一光刻膠層來(lái)對(duì)刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，以在刻蝕阻擋層中形成第一窗ロ ； 去除第一光刻膠層； 在形成了形成第一窗ロ的刻蝕阻擋層上依次形成疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層；在刻蝕保護(hù)層上第二光刻膠層，并且形成第二光刻膠層的圖案； 利用形成圖案的第二光刻膠層來(lái)刻蝕疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層，從而在疊加介質(zhì)層和刻蝕保護(hù)層中形成第一凹槽； 在刻蝕到達(dá)刻蝕阻擋層時(shí)，利用刻蝕阻擋層的第一窗ロ繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，從而在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層形成與所述第一窗ロ相對(duì)應(yīng)的第二凹槽； 去除第二光刻膠層；以及利用銅填充刻蝕出來(lái)的第一凹槽和第二凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于進(jìn)一歩包括在疊加介質(zhì)層表面布置第三光刻膠層，并且形成第三光刻膠層的圖案； 利用形成圖案的第三光刻膠層刻蝕疊加介質(zhì)層、刻蝕保護(hù)層、第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，從而在第一凹槽和第二凹槽兩側(cè)形成外周凹槽；以及利用介電材料填充外周凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述介電材料的介電常數(shù)小于2. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述介電材料是通過(guò)在介電質(zhì)材料中加入有機(jī)成孔劑制備而成的，并通過(guò)紫外光照射使得有機(jī)成孔劑揮發(fā)而形成可控氣泡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在干，所述可控氣泡直徑在O. 5-2nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在干，疊加介質(zhì)層與第二介質(zhì)層具有介電常數(shù)介于4-2. 5之間的相同的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，第一介質(zhì)層是含有氮元素的蝕刻阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，刻蝕阻擋層是含有氮元素的蝕刻阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，第二光刻膠層PR2的圖案的開(kāi)ロ部分覆蓋了第一光刻膠層PRl的圖案的開(kāi)ロ部分。
10.一種采用了根據(jù)權(quán)利要求I至9之一所述的銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法的半導(dǎo)體器件制造方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了銅雙大馬士革結(jié)構(gòu)形成方法以及半導(dǎo)體器件制造方法。在襯底上依次形成第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層以及刻蝕阻擋層；在刻蝕阻擋層上布置第一光刻膠層；利用形成圖案的第一光刻膠層來(lái)對(duì)刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，以在刻蝕阻擋層中形成第一窗口；去除第一光刻膠層；在形成了形成第一窗口的刻蝕阻擋層上依次形成疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層；在刻蝕保護(hù)層上第二光刻膠層；利用形成圖案的第二光刻膠層來(lái)刻蝕疊加介質(zhì)層以及刻蝕保護(hù)層，從而形成第一凹槽；在刻蝕到達(dá)刻蝕阻擋層時(shí)，利用刻蝕阻擋層的第一窗口繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，從而在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層形成與所述第一窗口相對(duì)應(yīng)的第二凹槽；去除第二光刻膠層；利用銅填充刻蝕出來(lái)的第一凹槽和第二凹槽。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102709233SQ201210209089
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者徐強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司