双镶嵌结构的形成方法技术

公开了一种双镶嵌结构的形成方法，包括：提供一表面至少具有一导电区域的衬底；在所述衬底上形成一刻蚀停止层；在所述衬底上形成一层间介电层；利用光刻胶对所述层间介电层进行通孔的图形化处理及刻蚀处理，形成通孔；在所述通孔内填充光刻胶牺牲层；进行加热处理；去除所述光刻胶牺牲层；利用光刻胶对所述层间介电层进行沟槽的图形化处理，并刻蚀形成沟槽，且所述沟槽下方至少有一个所述通孔；在所述沟槽和所述通孔中填充导电材料；对所述导电材料进行研磨处理，形成双镶嵌结构。本方法可以防止光刻时衬底材料对光刻胶的毒化现象，改善了双镶嵌工艺中易出现的金属连线中断的问题，提高了双镶嵌结构的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。技术背景随着芯片加工向更高的芯片密度发展，芯片上器件集成密度的不断增加， 半导体制作过程中所用的材料和工艺有了很大的变化。为了配合元件缩小后所增加的互连线需求，两层以上的多层金属互连线的设计，成为超大规模集成电路技术所必须采用的方法。其中，进入0.18微米工艺技术后，考虑到芯片 的不断缩小导致的互连线宽度减小，引起的导线电阻增大的问题；以及导线 间距缩小产生了更多的寄生电容，导致的RC信号延迟，芯片速度降低的问题， 普遍采用了由电阻率更低的铜金属和低介电常数(低k值，low dielectric constant)介电层共同组成的双镶嵌结构，其可有效减小金属电阻及芯片的互连 延迟。所谓双镶嵌结构是通过在层间介电层内刻蚀形成通孔和沟槽，填充入导 电材料，并利用化学机械研磨方法去除额外的导电材料，实现既能为每一金 属层产生通孔又能产生引线的结构。下面简单介绍一种常用的双镶嵌结构的 形成方法，图1A至1E为说明传统的双镶嵌结构形成方法的器件剖面示意图， 如图1A所示，首先在要形成双镶嵌结构的衬底101上沉积一层刻蚀停止层102， 该层通常采用氮化硅材料或含氮的碳硅化合物材料。然后，在该停止层102上 沉积一层间介电层103，该层要求为低k值的介电材料层，可以是利用化学气 相沉积方法形成的氧化硅材料，也可以是利用旋涂方法将胶状的氧化硅基材 料涂布在衬底上，并烘烤成形的具有较低k值的多孔材料。接着，在该介电层103上涂布光刻胶并进行图形化处理，再以该光刻胶为 掩膜对介电层103进行刻蚀形成通孔，图1B为形成通孔后的器件剖面图，如图 1B所示，在本步刻蚀工艺中，在通孔104的侧壁处产生一些刻蚀后聚合物105， 其会对后面的工艺产生不良影响，为此，美国专利6713402中，公开了一种在 刻蚀后对衬底送入等离子体清洗室进行清洗以去除该刻蚀后残留物的方法， 但是该方法会对衬底本身有一定的损伤，并不可取。另外，在该步刻蚀工艺 中，刻蚀停止层中的含氮化合物会在等离子体作用下与刻蚀气体发生反应， 在侧壁层中形成氨类的化合物，其同样会对后面的工艺产生不良影响，而该 专利技术中的等离子清洗的方法并不能将侧壁层中包含的氨类化合物去除千净。再接着，对衬底进行涂布光刻胶及图形化出沟槽的处理。在沟槽形成工 艺中，因受到前面刻蚀时残留的聚合物及产生的氨类的化合物的影响，会产 生一些不正常的现象。图1C为本步光刻图形化后的器件剖面示意图，如图1C所示，因光刻胶107在曝光后呈酸性，其在遇到聚合物和侧壁层中的氨类的化 合物时，会发生反应，结果导致显影不完全，在边角处留下了一些光刻胶的 残渣IIO。在显微镜下观察，表现为光刻图形的边缘有弯曲和虚边现象。即使 在本步光刻前对衬底进行了上述的等离子清洗去除残留聚合物的处理，但因 通孔底部侧壁层中氨类的化合物的存在，仍会出现这一问题，可称之为光刻 胶被毒化。然后，以光刻图形为掩膜进行沟槽的刻蚀，并在沟槽形成后，利用湿法 腐蚀的方法将通孔底部的刻蚀停止层腐蚀去除并进行金属化。图1 D为刻蚀形 成沟槽后的器件剖面示意图，如图1D所示，由于图形边缘处光刻胶残渣的存 在，以光刻图形为掩膜形成的沟槽108同样也会在边角处出现未刻蚀千净的边 角物120,导致刻蚀不完全而引起沟槽图形的变形。图1E为形成双镶嵌结构后的器件剖面示意图，如图1E所示，形成沟槽后， 利用电化学镀(ECP， Electro Chemical Plating)的方法在通孔和沟槽内填充铜金 属109,再利用化学机械研磨(CMP ， Chemical Mechanical Polishing)的方法 去除多余的金属，并将其磨平，形成双镶嵌结构。但是，由于沟槽108出现了 形变，其实际尺寸偏离了设计值，会导致铜的填充质量下降，在随后进行的 CMP工艺中，尤其对于尺寸较小的沟槽，易出现铜线断裂的现象，如图中130 所示。在显微镜下观察，表现为衬底表面金属连线变细，甚至中断，结果导 致电^各无法正常工作。为解决这 一 因光刻胶被毒化而导致的电路失效的问题，申请号为 02128694.9的中国专利公开了一种形成双镶嵌结构的方法，该方法通过在层间 介电层的上方增加一层上盖层氧化硅，并在第一次刻蚀时仅停留在该上盖层 上，来防止光刻胶与含有氨的介电层相接触，保护光刻胶不被毒化，但是该 方法中上盖层和层间介电层均为氧化硅材料，不能保证该第 一次刻蚀时能停 留在上盖层处，即使该上盖层的材料选择了刻蚀速率较慢的氧化硅材料，因其厚度和刻蚀速率差有限，仍可能会发生过刻蚀的现象，此时，光刻胶仍会 与介电层相接触，被其内的氨化合物毒化，即该方法的实现不易控制。另外， 该方法的适用范围较窄，对于介电层材料本身不含氨类化合物，而是位于该 层下的刻蚀停止层在刻蚀时产生了氨类化合物，并因此导致的光刻胶被毒化 的现象，该方法并不适用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，防止光刻胶被毒化，改善了 现有双镶嵌结构中易出现金属连线变细或中断的问题。本专利技术提供的一种，包括步骤 提供一表面至少具有一导电区域的衬底； 在所述衬底上形成一刻蚀停止层； 在所述衬底上形成一层间介电层；利用光刻胶对所述层间介电层进行通孔的图形化处理，并刻蚀形成通孔；在所述通孔内填充光刻胶牺牲层；进4亍加热处理；去除所述光刻胶牺牲层；利用光刻胶对所述层间介电层进行沟槽的图形化处理，并刻蚀形成沟槽， 且所述沟槽下方至少有一个所述通孔；在所述沟槽和所述通孔中填充导电材料； 对所述导电材料进行研磨处理，形成双镶嵌结构。 其中，所述刻蚀停止层为含氮的碳硅化合物层。其中，所述加热处理的温度在90至15(TC之间，所述加热处理的时间在 1至10分钟之间。其中，在填充导电材料前，可以利用湿法腐蚀方法将所述刻蚀停止层去除。此外，可以在去除所述光刻胶牺牲层后，在所述介电层上和所述通孔中 覆盖一层防反射层，所述防反射层是利用旋涂方法形成的胶状氧化硅基材料。 此时，在后面进行填充导电材料操作前，要利用湿法腐蚀方法将所述通孔内 的所述防反射层和所述刻蚀停止层去除。本专利技术具有相同或相应技术特征的另一种，包括步骤提供一表面至少具有一导电区域的衬底；在所述衬底上形成一刻蚀停止层；在所述衬底上形成一层间介电层；利用光刻方法对所述层间介电层进行沟槽的图形化处理，并刻蚀形成沟槽；在所述沟槽内填充光刻胶牺牲层；进4亍加热处理；去除所述光刻胶牺牲层；利用光刻方法在所述层间介电层上进行通孔的图形化处理，并刻蚀形成 通孔，且所述通孔位于所述沟槽底部；在所述沟槽和所述通孔中填充导电材料； 对所述衬底进行研磨处理，形成双镶嵌结构。 其中，所述刻蚀停止层为含氮的碳硅化合物层。其中，所述加热处理的温度在90至150T之间，所述加热处理的时间在 1至10分钟之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的，在刻蚀后涂布一层光刻胶牺牲层，对 其进行加热的前烘处理时，刻蚀后残留的聚合物及生成的氨类化合物会被吸 附在该光刻胶层内，然后通过去除该层光刻胶牺牲层，同时将刻蚀后残留的 产物一起去除。防止了下一步进行图形化处理时的光刻胶被毒化，改善了双 镶嵌工艺中易出现的金属连线中断的问题，提高了双镶嵌结构的可靠性。本专利技术的实现方便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双镶嵌结构的形成方法，其特征在于，包括步骤：提供一表面至少具有一导电区域的衬底；在所述衬底上形成一刻蚀停止层；在所述衬底上形成一层间介电层；利用光刻胶对所述层间介电层进行通孔的图形化处理，并刻蚀形成通孔； 在所述通孔内填充光刻胶牺牲层；进行加热处理；去除所述光刻胶牺牲层；利用光刻胶对所述层间介电层进行沟槽的图形化处理，并刻蚀形成沟槽，且所述沟槽下方至少有一个所述通孔；在所述沟槽和所述通孔中填充导电材料； 对所述导电材料进行研磨处理，形成双镶嵌结构。

【技术特征摘要】
1、一种双镶嵌结构的形成方法，其特征在于，包括步骤提供一表面至少具有一导电区域的衬底；在所述衬底上形成一刻蚀停止层；在所述衬底上形成一层间介电层；利用光刻胶对所述层间介电层进行通孔的图形化处理，并刻蚀形成通孔；在所述通孔内填充光刻胶牺牲层；进行加热处理；去除所述光刻胶牺牲层；利用光刻胶对所述层间介电层进行沟槽的图形化处理，并刻蚀形成沟槽，且所述沟槽下方至少有一个所述通孔；在所述沟槽和所述通孔中填充导电材料；对所述导电材料进行研磨处理，形成双镶嵌结构。2、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀停止层为含氮 的碳硅化合物层。3、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述加热处理的温度在 90至150C之间。4、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述加热处理的时间在 1至10分钟之间。5、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于填充导电材料前，利用 湿法腐蚀方法将所述刻蚀停止层去除。6、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于去除所述光刻胶牺牲层 后，在所述介电层上和所述通孔中覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：范瑾巍，赵永红，高俊涛，王向东，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]