本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，芯片面積持續(xù)增大，互連結(jié)構(gòu)的延遲時間已經(jīng)可以與器件門延遲時間相比較。人們面臨著如何克服由于連接長度的急速增長而帶來的RC(R指電阻，C指電容)延遲顯著增加的問題。特別是由于金屬布線間電容的影響日益嚴(yán)重，造成器件性能大幅度下降，已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。為了減小互連造成的RC延遲，現(xiàn)已采用了多種措施。

互連結(jié)構(gòu)之間的寄生電容和互連電阻造成了信號的傳輸延遲。由于銅具有較低的電阻率，優(yōu)越的抗電遷移特性和高的可靠性，能夠降低金屬的互連電阻，進(jìn)而減小總的互連延遲效應(yīng)，現(xiàn)已由常規(guī)的鋁互連改變?yōu)榈碗娮璧你~互連。同時降低互連之間的電容同樣可以減小延遲，而寄生電容C正比于電路層絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)k，因此使用低k材料作為不同電路層的絕緣介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO₂介質(zhì)已成為滿足高速芯片的發(fā)展的需要。

然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能仍有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，減小底層金屬層受到的刻蝕損傷，改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底，所述基底內(nèi)形成有底層金屬層，且所述基底暴露出所述底層金屬層頂部表面；形成覆蓋于所述基底表面以及底層金屬層表面的刻蝕阻擋層；形成覆蓋于所述刻蝕阻擋層表面的介質(zhì)層；刻蝕所述介質(zhì)層，形成貫穿所述介質(zhì)層的開口，且所述開口底部暴露出刻蝕阻擋層表面；采用刻蝕氣體包括CF₃I的干法刻蝕工藝刻蝕位于所述開口底部的部分厚度的刻蝕阻擋層，且在刻蝕 去除部分厚度的刻蝕阻擋層的同時，在所述開口側(cè)壁表面形成保護(hù)層；在形成所述保護(hù)層之后，采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層，直至暴露出底層金屬層頂部表面；在所述暴露出的底層金屬層表面形成導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層填充滿所述開口。

可選的，所述刻蝕阻擋層的材料為氮化硅、摻碳氮化硅或摻碳氮氧化硅。

可選的，所述刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層的刻蝕氣體還包括N₂和O₂。

可選的，采用中性粒子束刻蝕工藝刻蝕去除所述部分厚度的刻蝕阻擋層，工藝參數(shù)包括：CF₃I流量為50sccm至500sccm，O₂流量為0sccm至100sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，CF₄流量為0sccm至100sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

可選的，所述保護(hù)層的材料包括碳原子和氟原子。

可選的，在刻蝕去除所述部分厚度的刻蝕阻擋層之后，剩余刻蝕阻擋層表面也形成有保護(hù)層。

可選的，所述各向同性干法刻蝕工藝對所述刻蝕阻擋層的刻蝕速率大于對開口側(cè)壁表面的保護(hù)層的刻蝕速率。

可選的，所述各向同性干法刻蝕工藝的工藝參數(shù)包括：CF₄流量為50sccm至500sccm，CHF₃流量為0sccm至200sccm，O₂流量為0sccm至100sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦。

可選的，所述介質(zhì)層的材料具有多孔結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)層為低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。

可選的，在暴露出所述底層金屬層頂部表面之后、形成所述導(dǎo)電層之前，還包括步驟：對所述開口以及底層金屬層進(jìn)行刻蝕后處理。

可選的，所述刻蝕后處理還刻蝕所述位于開口側(cè)壁表面的保護(hù)層。

可選的，采用N₂和CO進(jìn)行所述刻蝕后處理的工藝參數(shù)包括：N₂流量為50sccm至500sccm，CO流量為0sccm至200sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至 500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

可選的，在形成所述導(dǎo)電層之前，還對開口以及底層金屬層進(jìn)行濕法清洗處理，刻蝕去除位于開口側(cè)壁表面的保護(hù)層。

可選的，所述濕法刻蝕處理的刻蝕液體為氫氟酸溶液或雙氧水溶液。

可選的，所述剩余厚度為所述刻蝕阻擋層厚度的20％至90％。

可選的，所述開口包括相互貫穿的通孔以及溝槽，其中，所述通孔位于溝槽與基底之間，且所述通孔的寬度尺寸小于溝槽的寬度尺寸。

可選的，形成所述開口的工藝步驟包括：在所述介質(zhì)層表面形成第一掩膜層，所述第一掩膜層內(nèi)形成有暴露出部分介質(zhì)層表面的第一凹槽；然后形成覆蓋于第一掩膜層表面以及第一凹槽暴露出的部分介質(zhì)層表面的第二掩膜層，所述第二掩膜層內(nèi)形成有第二凹槽，且所述第二凹槽的寬度尺寸小于第一凹槽的寬度尺寸；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層，形成預(yù)開口；去除所述第二掩膜層；以所述第一掩膜層為掩膜，刻蝕位于預(yù)開口下方的介質(zhì)層，還刻蝕第一掩膜層暴露出的介質(zhì)層，直至暴露出刻蝕阻擋層表面。

可選的，所述預(yù)開口的深度大于等于介質(zhì)層厚度的75％、且小于等于介質(zhì)層厚度的90％。

可選的，所述導(dǎo)電層包括：位于開口底部和側(cè)壁表面的擴(kuò)散阻擋層、以及位于擴(kuò)散阻擋層表面且填充滿開口的導(dǎo)電體層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法的技術(shù)方案中，刻蝕介質(zhì)層形成貫穿介質(zhì)層的開口，且所述開口底部暴露出刻蝕阻擋層表面；采用刻蝕氣體包括CF₃I的干法刻蝕工藝刻蝕位于開口底部的部分厚度的刻蝕阻擋層，且在刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層的同時，在所述開口側(cè)壁表面形成保護(hù)層；在形成所述保護(hù)層之后，采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層，直至暴露出底層金屬層頂部表面。由于位于開口側(cè)壁表面的保護(hù)層對開口側(cè)壁處的介質(zhì)層起到保護(hù)作用，因此能夠采用各向同性干法刻蝕工藝 刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層，直至暴露出底層金屬層表面。與各向異性干法刻蝕工藝相比，各向同性干法刻蝕工藝的刻蝕環(huán)境更為溫和，因此當(dāng)?shù)讓咏饘賹禹敳勘砻姹┞对诟飨蛲愿煞涛g工藝刻蝕環(huán)境中時，所述各向同性干法刻蝕工藝不會對底層金屬層造成刻蝕損傷，或者，底層金屬層受到的刻蝕損傷可以忽略不計。因此，本發(fā)明中底層金屬層頂部表面保持有良好的形貌，所述底層金屬層受到的刻蝕損傷很小，使得底層金屬層保持較高的性能，從而改善形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

進(jìn)一步，刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層的刻蝕氣體還包括N₂和O₂。N₂的加入有利于提高干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和介質(zhì)層203的刻蝕選擇比，O₂的加入能夠使開口側(cè)壁表面的介質(zhì)層受到的刻蝕損傷小。

部分厚度更進(jìn)一步，在形成導(dǎo)電層之前，對開口以及底層金屬層進(jìn)行刻蝕后處理，所述刻蝕后處理能夠去除位于開口內(nèi)以及底層金屬層表面的雜質(zhì)，為后續(xù)形成導(dǎo)電層提供良好的界面環(huán)境。并且，在刻蝕后處理之后，還對開口以及底層金屬層進(jìn)行濕法清洗處理，所述濕法清洗處理能夠進(jìn)一步去除位于開口內(nèi)以及底層金屬層表面的雜質(zhì)，且所述濕法清洗處理還能夠使開口側(cè)壁表面的保護(hù)層被去除，避免保護(hù)層對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的RC延遲造成不良影響，并且提高開口側(cè)壁與后續(xù)形成的導(dǎo)電層之間界面性能，使得開口側(cè)壁與導(dǎo)電層緊密接觸。

附圖說明

圖1至圖2為本發(fā)明一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3至圖11為本發(fā)明另一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明又一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能有待提高。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括以下步驟：

參考圖1，提供基底100，所述基底100內(nèi)形成有底層金屬層101，所述基底100表面形成有介質(zhì)層102；刻蝕部分厚度的介質(zhì)層102，在所述介質(zhì)層102中形成預(yù)開口103。

參考圖2，刻蝕位于預(yù)開口103(參考圖1)下方的介質(zhì)層102，形成貫穿介質(zhì)層102的開口104，所述開口104底部暴露出底層金屬層101表面；形成填充滿所述開口104的導(dǎo)電層。

上述方法中底層金屬層101受到嚴(yán)重的刻蝕損傷，使得形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能低下。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)形成的開口104包括相互貫穿的通孔和溝槽時，通孔位于溝槽和基底100之間，能夠通過減小形成的預(yù)開口103的深度，以避免底層金屬層101過早的暴露在刻蝕環(huán)境中，從而避免底層金屬層101受到刻蝕損傷。然而，由于刻蝕介質(zhì)層102的刻蝕工藝對底層金屬層101的刻蝕速率較大，刻蝕介質(zhì)層102的刻蝕工藝對介質(zhì)層102與底層金屬層101之間的刻蝕選擇比較小，因此底層金屬層101仍會受到較嚴(yán)重的刻蝕損傷。

為此，在介質(zhì)層102與基底100表面之間形成刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層的材料與介質(zhì)層102的材料不同，通過提高刻蝕所述刻蝕阻擋層的刻蝕工藝對刻蝕阻擋層與底層金屬層101之間的刻蝕選擇比，來減少底層金屬層101的刻蝕損傷。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，為了避免刻蝕所述刻蝕阻擋層的刻蝕工藝對開口側(cè)壁表面造成刻蝕損傷，刻蝕所述刻蝕阻擋層的工藝通常為各向異性干法刻蝕工藝，而由于各向異性干法刻蝕工藝相較于各向同性干法刻蝕工藝而言反應(yīng)更激烈，因此刻蝕去除刻蝕阻擋層的各向異性干法刻蝕工藝仍會對底層金屬層造成刻蝕損傷。

為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，刻蝕介質(zhì)層形成貫穿介質(zhì)層的開口，且所述開口底部暴露出刻蝕阻擋層表面；采用刻蝕氣體包括CF₃I的干法刻蝕工藝刻蝕位于開口底部的部分厚度的刻蝕阻擋層，且在刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層的同時，在所述開口側(cè)壁表面形成保護(hù)層；在形成所 述保護(hù)層之后，采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層，直至暴露出底層金屬層頂部表面。由于位于開口側(cè)壁表面的保護(hù)層對開口側(cè)壁處的介質(zhì)層起到保護(hù)作用，因此能夠采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層，直至暴露出底層金屬層表面。與各向異性干法刻蝕工藝相比，各向同性干法刻蝕工藝的刻蝕環(huán)境更為溫和，因此當(dāng)?shù)讓咏饘賹禹敳勘砻姹┞对诟飨蛲愿煞涛g工藝刻蝕環(huán)境中時，所述各向同性干法刻蝕工藝不會對底層金屬層造成刻蝕損傷，或者，底層金屬層受到的刻蝕損傷可以忽略不計。因此，本發(fā)明中底層金屬層頂部表面保持有良好的形貌，所述底層金屬層受到的刻蝕損傷很小，使得底層金屬層保持較高的性能，從而改善形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

圖3至圖11為本發(fā)明另一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖3，提供基底200，所述基底200內(nèi)形成有底層金屬層201，且所述基底200暴露出所述底層金屬層201頂部表面；形成覆蓋所述基底200表面以及底層金屬層201表面的刻蝕阻擋層202；形成覆蓋于所述刻蝕阻擋層202表面的介質(zhì)層203。

所述基底200的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅或砷化鎵；所述基底200的材料還可以為單晶硅、多晶硅、非晶硅或絕緣體上的硅。

所述基底200表面還可以形成有若干界面層或外延層以提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。所述基底200內(nèi)還可以形成有半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件為PMOS晶體管、NMOS晶體管、CMOS晶體管、電容器、電阻器或電感器。

本實施例中，所述基底200為硅基底。

所述底層金屬層201用于與待形成的導(dǎo)電層相連接，也可用于后續(xù)形成的導(dǎo)電層與外部或其他金屬層的電連接。所述底層金屬層201的材料為Cu、Al或W等導(dǎo)電材料。本實施例中，所述底層金屬層201頂部與基底200頂部齊平。在其他實施例中，所述底層金屬層頂部表面還能夠高于基底頂部表面。

在一個實施例中，所述基底200內(nèi)形成有一個底層金屬層201。在另一實施例中，所述基底200內(nèi)形成有若干個底層金屬層201，且所述底層金屬層201在平行于基底200表面方向上的尺寸相同。在其他實施例中，基底200內(nèi)形成有若干個底層金屬層201，且至少2個底層金屬層201在平行于基底200表面方向上的尺寸不同。

本實施例中，所述基底200與介質(zhì)層203之間還形成有刻蝕阻擋層202，后續(xù)形成的開口還貫穿所述刻蝕阻擋層202。所述刻蝕阻擋層202在后續(xù)起到刻蝕阻擋作用，后續(xù)刻蝕介質(zhì)層203的刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202的刻蝕速率較小，從而起到刻蝕停止作用，防止對基底200或底層金屬層201造成過刻蝕。并且，后續(xù)刻蝕所述刻蝕阻擋層202的刻蝕工藝對底層金屬層201的刻蝕速率小，從而進(jìn)一步避免對底層金屬層201造成刻蝕損傷。

所述刻蝕阻擋層202的材料與介質(zhì)層203的材料不同。所述刻蝕阻擋層202的材料為氮化硅、氮氧化硅或碳氮化硅。本實施例中，所述刻蝕阻擋層202的材料為碳氮化硅。

所述介質(zhì)層203的材料具有多孔結(jié)構(gòu)，所述具有多孔結(jié)構(gòu)的材料為低k介質(zhì)材料(低k介質(zhì)材料指相對介電常數(shù)大于等于2.6、小于等于3.9的介質(zhì)材料)或超低k介質(zhì)材料(超低k介質(zhì)材料指相對介電常數(shù)小于2.6的介質(zhì)材料)，從而可以有效的降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的RC延遲。

所述介質(zhì)層203的材料為SiOH、SiCOH、FSG(摻氟的二氧化硅)、BSG(摻硼的二氧化硅)、PSG(摻磷的二氧化硅)、BPSG(摻硼磷的二氧化硅)、氫化硅倍半氧烷(HSQ，(HSiO_1.5)_n)或甲基硅倍半氧烷(MSQ，(CH₃SiO_1.5)_n)。

本實施例中，所述介質(zhì)層203的材料為超低k介質(zhì)材料，所述超低k介質(zhì)材料為SiCOH。

本實施例中，還包括步驟：在介質(zhì)層203表面形成鈍化層(未圖示)，所述鈍化層起到保護(hù)介質(zhì)層203的作用，介質(zhì)層203的晶格常數(shù)與后續(xù)形成的掩膜層的晶格常數(shù)相差較大，而鈍化層的晶格常數(shù)位于二者之間，因此鈍化層也起到過渡作用，避免由于晶格常數(shù)突變而對介質(zhì)層203施加應(yīng)力造成介 質(zhì)層203變形。鈍化層的材料為氧化硅或含碳氧化硅。

后續(xù)刻蝕介質(zhì)層203形成貫穿介質(zhì)層203的開口，所述開口為單大馬士革開口或雙大馬士革開口。本實施例中，后續(xù)形成的開口包括相互貫穿的通孔以及溝槽，其中，所述通孔位于溝槽與基底200之間，且所述通孔的寬度尺寸小于溝槽的寬度尺寸。能夠采用先形成通孔后形成溝槽(via first trench last)、先形成溝槽后形成通孔(trench first via last)或同時形成通孔和溝槽(via and trench all-in one etch)的方法形成雙大馬士革開口。

本實施例以后續(xù)形成的開口為雙大馬士革開口，且采用同時形成通孔和溝槽的方法作為示例。

參考圖4，在所述介質(zhì)層203表面形成第一掩膜層205，所述第一掩膜層205內(nèi)形成有暴露出部分介質(zhì)層203頂部表面的第一凹槽206。

所述第一凹槽206定義出后續(xù)形成的溝槽的位置和尺寸。

所述第一掩膜層205為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。在一實施例中，所述第一掩膜層205為介質(zhì)掩膜層的單層結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，所述第一掩膜層205為金屬掩膜層的單層結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，所述第一掩膜層205為介質(zhì)掩膜層以及位于介質(zhì)掩膜層表面的金屬掩膜層的疊層結(jié)構(gòu)。其中，介質(zhì)掩膜層的材料為SiN、SiC、SiCN，金屬掩膜層的材料為Ta、Ti、Tu、TaN、TiN、TuN或WN。

本實施例中，所述第一掩膜層205為單層結(jié)構(gòu)，所述第一掩膜層205的材料為TiN。

參考圖5，形成覆蓋于所述第一掩膜層205表面以及第一凹槽206(參考圖4)暴露出的部分介質(zhì)層203表面的第二掩膜層208，所述第二掩膜層208內(nèi)形成有第二凹槽207。

所述第二凹槽207定義出后續(xù)形成的通孔的位置和尺寸。本實施例中，第二凹槽207的寬度尺寸小于第一凹槽206的寬度尺寸，所述第二凹槽207投影于基底200表面的圖形位于第一凹槽206投影于基底200表面的圖形內(nèi)。

本實施例中，所述第二掩膜層208的材料為有機(jī)材料，使得后續(xù)去除第 二掩膜層208的工藝對第一掩膜層205的影響小，防止第一掩膜層205內(nèi)的圖形發(fā)生變化。

在一個實施例中，所述第二掩膜層208為光刻膠層的單層結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，所述第二掩膜層208包括有機(jī)分布層、位于有機(jī)分布層表面的底部抗反射涂層、以及位于底部抗反射涂層表面的光刻膠層。

參考圖6，以所述第二掩膜層208(參考圖5)為掩膜，沿第二凹槽207(參考圖5)刻蝕去除部分的介質(zhì)層203，在所述介質(zhì)層203中形成預(yù)開口211。

采用干法刻蝕工藝刻蝕所述介質(zhì)層203。在一個具體實施例中，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體包括CH₂F₂、C₄F₆、CF₄或CHF₃，為了減小干法刻蝕工藝對介質(zhì)層203造成的刻蝕損傷，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體還可以包括O₂。

本實施例中，采用同步脈沖刻蝕工藝刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層203的工藝參數(shù)為：N₂流量為50sccm至200sccm，C₄F₆流量為50sccm至200sccm，Ar流量為0sccm至200sccm，CF₄流量為0sccm至100sccm，CH₂F₂流量為0sccm至100sccm，刻蝕腔室壓強為10毫托至200毫托，提供等離子體射頻功率為100瓦至500瓦，提供偏置射頻功率為0瓦至200瓦，等離子體射頻功率的占空比為10％至80％，偏置射頻功率的占空比為10％至80％。

所述預(yù)開口211的深度不宜過淺，否則后續(xù)形成的通孔的深度尺寸過??；若所述預(yù)開口211的深度過深，則后續(xù)刻蝕工藝過程中通孔會比溝槽先形成，使得底層金屬層201過早的暴露在刻蝕環(huán)境中，對底層金屬層201造成刻蝕損傷。

為此，本實施例中，所述預(yù)開口211的深度大于等于介質(zhì)層203厚度的75％、且小于等于介質(zhì)層厚度的90％。

本實施例中，所述預(yù)開口211的剖面形貌為倒梯形，即所述預(yù)開口211頂部尺寸大于底部尺寸。在其他實施例中，所述預(yù)開口211的側(cè)壁表面也可以垂直于基底200表面。

在形成所述預(yù)開口211之后，采用灰化工藝或濕法去膠工藝去除所述第二掩膜層208。

參考圖7，以所述第一掩膜層205為掩膜，繼續(xù)刻蝕所述介質(zhì)層203，形成貫穿所述介質(zhì)層203的開口212，所述開口212底部暴露出刻蝕阻擋層202表面。

本實施例中，以所述第一掩膜層205為掩膜，刻蝕第一掩膜層205暴露出的介質(zhì)層203，且刻蝕位于預(yù)開口211(參考圖6)下方的介質(zhì)層203，所述開口212包括相互貫穿的通孔和溝槽，其中，所述通孔位于溝槽和基底200之間，且所述通孔的寬度尺寸小于溝槽的寬度尺寸。

采用干法刻蝕工藝刻蝕所述介質(zhì)層203，直至暴露出刻蝕阻擋層202表面，所述刻蝕阻擋層202起到刻蝕停止的作用。

參考圖8，采用刻蝕氣體包括CF₃I的干法刻蝕工藝刻蝕去除位于所述開口212底部的部分厚度的刻蝕阻擋層202，使得在刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層202的同時，在所述開口212側(cè)壁表面形成保護(hù)層213。

在采用干法刻蝕工藝刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層202的過程中，所述刻蝕氣體會與刻蝕阻擋層202的材料發(fā)生反應(yīng)形成反應(yīng)副產(chǎn)物，一部分反應(yīng)副產(chǎn)物隨著刻蝕氣體的流動而被帶出刻蝕腔室外，另一部分反應(yīng)副產(chǎn)物受到本身重力作用的影響而附著在開口212側(cè)壁表面以及刻蝕阻擋層202表面。

為了避免所述干法刻蝕工藝對開口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203造成刻蝕損傷，所述干法刻蝕工藝為各向異性刻蝕工藝，所述干法刻蝕工藝位于刻蝕阻擋層202表面的反應(yīng)副產(chǎn)物的刻蝕速率大于位于開口212側(cè)壁表面的反應(yīng)副產(chǎn)物的刻蝕速率。

因此，當(dāng)所述部分厚度的刻蝕阻擋層202被刻蝕去除的過程中，反應(yīng)副產(chǎn)物在開口212側(cè)壁表面堆積，從而在開口212側(cè)壁表面形成保護(hù)層213。并且，當(dāng)部分厚度的刻蝕阻擋層202被刻蝕去除時，剩余的刻蝕阻擋層202表面以及第一掩膜層205表面也形成有保護(hù)層213，且位于剩余刻蝕阻擋層202表面以及第一掩膜層205表面的保護(hù)層213的厚度小于位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213的厚度。

所述保護(hù)層213的材料中包含有碳原子和氟原子。

由于介質(zhì)層203的材料為具有多孔疏松結(jié)構(gòu)的低k介質(zhì)材料或超低k介 質(zhì)材料，因此所述開口212側(cè)壁也相應(yīng)為多孔疏松結(jié)構(gòu)，使得在形成保護(hù)層213過程中碳原子、氟原子容易填入疏松的多孔內(nèi)，使得位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213與開口212側(cè)壁緊密接觸，所述保護(hù)層213對開口212側(cè)壁具有較強的保護(hù)能力。而由于剩余刻蝕阻擋層202表面材料致密度高，因此位于剩余刻蝕阻擋層202表面的保護(hù)層213與剩余刻蝕阻擋層202之間的附著性相對較差。因此，后續(xù)在對剩余刻蝕阻擋層202進(jìn)行各向同性干法刻蝕時，所述各向同性干法刻蝕工藝容易刻蝕去除位于剩余刻蝕阻擋層202表面的保護(hù)層213，而難以刻蝕去除與開口212側(cè)壁緊密接觸的保護(hù)層213，使得開口212側(cè)壁處的介質(zhì)層203受到保護(hù)層213的保護(hù)，避免開口212側(cè)壁處的介質(zhì)層203被各向同性干法刻蝕工藝刻蝕。

本實施例中，刻蝕去除所述部分厚度的刻蝕阻擋層202的刻蝕氣體還包括N₂。通過改變N₂的流量，使得所述干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和介質(zhì)層203具有較大的刻蝕選擇比。具體的，在所述干法刻蝕工藝過程中，N₂提供的氮離子與刻蝕氣體中的氟離子結(jié)合形成氟化氮，使得轟擊開口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203的氟離子的含量減少，從而使得干法刻蝕工藝對開口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203的刻蝕速率減??；并且，N₂的加入對刻蝕阻擋層202的刻蝕速率的影響較小，從而使干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和介質(zhì)層203的刻蝕選擇比增加。

并且，本實施例中，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體還包括O₂，在加入O₂之后，不僅能夠使開口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203的刻蝕損傷更小，所述O₂的加入還有利于提高干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202的刻蝕速率，從而進(jìn)一步提高干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和開口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203的刻蝕選擇比。

若刻蝕去除所述刻蝕阻擋層202時N₂流量過大或過小，則干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和介質(zhì)層203的刻蝕選擇性較差。為此，本實施例中，N₂流量為0sccm至200sccm。

采用中性粒子束(neutral beam)刻蝕工藝刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層202，有利于進(jìn)一步提高刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202和介質(zhì)層203的刻蝕選擇比。中性粒子束刻蝕工藝提供的偏置功率不宜過低，否則中性粒子束具有 的能量將低于Si-N鍵能，造成刻蝕工藝對所述刻蝕阻擋層202的刻蝕速率低；并且，所述中性粒子束提供的偏置功率也不宜過高，否則中性粒子束具有的能量將高于介質(zhì)層203內(nèi)化學(xué)鍵的鍵能，導(dǎo)致刻蝕工藝對介質(zhì)層203進(jìn)行刻蝕。為此，本實施例中，所述中性粒子束刻蝕工藝的偏置功率為0瓦至500瓦。

在一個具體實施例中，所述中性離子束刻蝕工藝的工藝參數(shù)包括：CF₃I流量為50sccm至500sccm，O₂流量為0sccm至100sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，CF₄流量為0sccm至100sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

所述部分厚度為刻蝕阻擋層202厚度的10％至80％。本實施例中，所述部分厚度為刻蝕阻擋層202厚度的70％至80％，使得剩余采用各向同性干法刻蝕工藝需要刻蝕的刻蝕阻擋層202的厚度較薄，因此后續(xù)采用各向同性干法刻蝕工藝的刻蝕時間較短，避免時間較長的各向同性干法刻蝕工藝將位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213刻蝕去除，保證在各向同性干法刻蝕工藝過程中開口212側(cè)壁表面始終被保護(hù)層213覆蓋，從而防止開口212側(cè)壁表面暴露在各向同性干法刻蝕工藝環(huán)境中。

參考圖9，在形成所述保護(hù)層213之后，采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層202，直至暴露出底層金屬層201頂部表面。

所述剩余厚度為刻蝕阻擋層202厚度的10％至80％。本實施例中，所述剩余厚度為刻蝕阻擋層202厚度的20％至30％。

所述各向同性干法刻蝕工藝對刻蝕阻擋層202的刻蝕速率大于對位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213的刻蝕速率。

由于介質(zhì)層203的材料具有多孔疏松結(jié)構(gòu)，因此所述開口212側(cè)壁表面也為多孔疏松結(jié)構(gòu)，因此形成保護(hù)層213過程中碳原子和氟原子容易填入所述疏松的多孔內(nèi)，使得位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213與開口212側(cè)壁緊密接觸，所述開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213與開口212側(cè)壁之間具有較強的附著能力。而由于剩余刻蝕阻擋層202表面材料致密度高，因此位于剩余刻蝕阻擋層202表面的保護(hù)層213與剩余刻蝕阻擋層202之間的附著力較 差。同樣的，位于第一掩膜層205表面的保護(hù)層213與第一掩膜層205之間也具有較差的附著力。

因此，所述各向同性干法刻蝕工藝對剩余阻擋層202表面的保護(hù)層213的刻蝕速率大于對開口212側(cè)壁的保護(hù)層213的刻蝕速率。由于第一掩膜層205表面的保護(hù)層213與第一掩膜層205之間的附著性差，剩余刻蝕阻擋層202表面的保護(hù)層213與剩余刻蝕阻擋層202之間的附著性差，因此，所述各向同性干法刻蝕工藝易將第一掩膜層205表面以及剩余刻蝕阻擋層202表面的保護(hù)層213刻蝕去除。由于開口212側(cè)壁的介質(zhì)層203表面的保護(hù)層213與介質(zhì)層203緊密接觸，使得在采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層202的過程中，即使位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213厚度減小，開口212側(cè)壁表面始終被保護(hù)層213覆蓋，避免開口212側(cè)壁表面暴露在各向同性干法刻蝕工藝環(huán)境中。

同時，當(dāng)剩余厚度的刻蝕阻擋層202被刻蝕去除后，所述底層金屬層201頂部表面會暴露在各向同性干法刻蝕環(huán)境中。由于與各向異性干法刻蝕工藝相比，各向同性干法刻蝕工藝的刻蝕環(huán)境更溫和，因此暴露在各向同性干法刻蝕工藝刻蝕環(huán)境中的底層金屬層201幾乎未受到刻蝕損傷，從而使得底層金屬層201頂部表面保持較高的平坦度，所述底層金屬層201保持良好的性能。

本實施例中，所述各向同性干法刻蝕工藝的工藝參數(shù)包括：CF₄流量為50sccm至500sccm，CHF₃流量為0sccm至200sccm，O₂流量為0sccm至100sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦。

采用上述各向同性干法刻蝕工藝對剩余厚度的刻蝕阻擋層202進(jìn)行刻蝕時，刻蝕工藝對剩余厚度的刻蝕阻擋層202的刻蝕速率大，而對底層金屬層201的刻蝕速率很小，且刻蝕工藝對開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213的刻蝕速率也很小。

參考圖10，對所述開口212進(jìn)行刻蝕后處理220。

前述刻蝕所述介質(zhì)層203以及刻蝕阻擋層202的刻蝕工藝過程中會產(chǎn)生 雜質(zhì)，所述雜質(zhì)掉落在開口內(nèi)，還會附著堆積在底層金屬層201表面。若在形成導(dǎo)電層之前不將所述堆積的雜質(zhì)去除，那么將影響形成的導(dǎo)電層的質(zhì)量，甚至可能造成導(dǎo)電層與底層金屬層201之間斷路。

本實施例中，所述刻蝕后處理220除去除位于底層金屬層201表面的雜質(zhì)之外，還能夠在一定程度上刻蝕去除位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213(參考圖9)，避免保護(hù)層213對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的RC延遲引入不良影響，且在去除位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213之后，后續(xù)形成的導(dǎo)電層與開口212側(cè)壁表面接觸緊密，避免導(dǎo)電層與開口212側(cè)壁之間具有界面缺陷，從而防止導(dǎo)電層的金屬離子嚴(yán)重具有缺陷的界面發(fā)生電遷移。

所述開口內(nèi)的雜質(zhì)中含有碳離子和氟離子。為此，本實施例中采用含有CO和N₂的氣體對開口進(jìn)行刻蝕后處理220，使得刻蝕后處理220過程中形成碳等離子體和氮等離子體，其中，碳等離子體能夠使雜質(zhì)中的氟離子掙脫化學(xué)鍵的束縛，重新進(jìn)行化學(xué)鍵的結(jié)合形成C-F鍵而從雜質(zhì)中脫離；氮等離子體能夠去除雜質(zhì)中的碳離子，降低后續(xù)進(jìn)行濕法清洗處理的難度。

在一個具體實施例中，所述刻蝕后處理的工藝參數(shù)包括：N₂流量為50sccm至500sccm，CO流量為0sccm至200sccm，刻蝕腔室壓強為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

在進(jìn)行刻蝕后處理220之后，對所述開口212進(jìn)行濕法清洗處理，所述濕法清洗處理用于進(jìn)一步去除開口212內(nèi)的雜質(zhì)，所述濕法清洗處理還用于完全去除位于開口212側(cè)壁表面的保護(hù)層213。所述濕法清洗處理的刻蝕液體包括氫氟酸溶液或雙氧水溶液。

在進(jìn)行刻蝕后處理220之后，對所述開口進(jìn)行濕法清洗處理，所述濕法清洗處理用于進(jìn)一步去除位于開口內(nèi)的雜質(zhì)。所述濕法清洗處理的刻蝕液體包括氫氟酸溶液、雙氧水溶液或有機(jī)溶液。

前述刻蝕工藝、刻蝕后處理以及濕法清洗處理會對介質(zhì)層203造成一定的損傷，為此，本實施例在濕法清洗處理之后，對所述介質(zhì)層203進(jìn)行紫外修復(fù)處理，修復(fù)介質(zhì)層203內(nèi)的損傷。

參考圖11，在所述暴露出的底層金屬層201表面形成導(dǎo)電層223，且所 述導(dǎo)電層223填充滿所述開口212(參考圖10)。

在一個具體實施例中，形成所述導(dǎo)電層223的工藝步驟包括：在所述暴露出的底層金屬層201表面形成導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜填充滿所述開口212(參考圖10)，所述導(dǎo)電膜還覆蓋第一掩膜層205(參考圖10)表面；去除高于介質(zhì)層203頂部表面的導(dǎo)電膜，形成所述導(dǎo)電層223，且所述導(dǎo)電層223頂部表面與介質(zhì)層203頂部表面齊平。

本實施例中，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝，去除高于介質(zhì)層203頂部表面的導(dǎo)電膜以及第一掩膜層205。

所述導(dǎo)電層223為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層223的材料為TiN、Ti、Ta、TaN、WN、Cu、Al或W。

本實施例以導(dǎo)電層223為單層結(jié)構(gòu)為例，導(dǎo)電層223的材料為W。

在其他實施例中，導(dǎo)電層包括：位于所述底層金屬層表面和開口側(cè)壁表面的擴(kuò)散阻擋層、以及位于擴(kuò)散阻擋層表面且填充滿所述開口的導(dǎo)電體層。其中，所述擴(kuò)散阻擋層的材料為TiN、Ti、Ta、TaN或WN；所述導(dǎo)電體層的材料為Cu、Al或W。

本實施例中，由于底層金屬層201受到的刻蝕損傷小，使得底層金屬層201保持有良好的質(zhì)量，因此導(dǎo)電層223與底層金屬層201之間具有良好的電性連接性能，從而提高了形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和可靠性。

本發(fā)明又一實施例還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，圖12為本發(fā)明又一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

與前一實施例不同的是，本實施例中，在介質(zhì)層內(nèi)形成的開口為單大馬士革開口或者接觸孔(contact hole)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成工藝包括以下步驟：

參考圖12，提供基底300，所述基底300內(nèi)形成有底層金屬層301；在所述基底300表面以及底層金屬層301表面形成刻蝕阻擋層302；在所述刻蝕阻擋層302表面形成介質(zhì)層303；在所述介質(zhì)層303表面形成硬掩膜層305，所述硬掩膜層305內(nèi)形成有暴露出部分介質(zhì)層303表面的凹槽(未標(biāo)示)；以所 述硬掩膜層305為掩膜刻蝕所述介質(zhì)層303，形成貫穿所述介質(zhì)層303的開口312，且所述開口312底部暴露出刻蝕阻擋層302表面；采用刻蝕氣體包括CF₃I的干法刻蝕工藝刻蝕位于所述開口312底部的部分厚度的刻蝕阻擋層302，使得在刻蝕去除部分厚度的刻蝕阻擋層302的同時，在所述開口312側(cè)壁表面形成保護(hù)層313。

繼續(xù)參考圖12，后續(xù)的工藝步驟包括：采用各向同性干法刻蝕工藝刻蝕去除剩余厚度的刻蝕阻擋層302，直至暴露出底層金屬層301頂部表面；在所述暴露出的底層金屬層302表面形成導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層填充滿所述開口312。

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