采用牺牲金属氧化物层形成双镶嵌金属互连的方法技术

本发明专利技术披露一种采用牺牲金属氧化物层形成双镶嵌金属互连的方法。该方法包括制备半导体衬底。层间绝缘层形成在半导体衬底上，预通孔是通过对层间绝缘层形成图案而形成的。牺牲通孔保护层形成在具有预通孔的半导体衬底上，以填充预通孔并覆盖层间绝缘层的上表面。牺牲金属氧化物层形成在牺牲通孔保护层上，对牺牲金属氧化物层形成图案，以形成具有开口的牺牲金属氧化物图案，该开口横过预通孔并暴露牺牲通孔保护层。使用牺牲金属氧化物图案作为蚀刻掩模，蚀刻牺牲通孔保护层和层间绝缘层，以形成位于层间绝缘层内的槽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成半导体器件的方法，以及更具体地，涉及采用牺牲金属氧化物层形成双镶嵌金属互连(dual damascene metal interconnection)的方法
技术介绍
随着半导体器件集成度的增加，金属互连制造工艺对半导体器件可靠性的影响变得越来越重要。金属互连与RC延迟、EM(电迁移)等问题有关。解决这些问题的方法之一就是在半导体器件上使用铜互连和低κ介电层，以及使用镶嵌工艺形成铜互连。双镶嵌工艺包括形成使下层互连(lower interconnection)暴露的通孔(via hole)和截断通孔上部的槽(trench)，用铜等金属材料填充通孔和槽，以及通过化学机械抛光(CMP)工艺同时形成金属互连和通孔塞(via plug)。双镶嵌金属互连是指通过该双镶嵌工艺形成金属互连。此外，首先形成通孔，接着形成槽的双镶嵌工艺可称为先通孔的双镶嵌(via first dual damascene，VFDD)工艺。然而，与仅形成通孔或槽的普通光刻法(photolithography process)相比，VFDD工艺可能导致缺少光刻法的工艺容限(process margin)。特别地，形成通孔之后，形成槽的光刻法的工艺容限被认为有问题。而且，在槽形成过程中，通过通孔暴露的下层互连中可能产生蚀刻损伤。防止下层互连的蚀刻损伤以及增加光刻法工艺容限的方法描述于Hussein等人的美国专利6329118中，其名称为“Method for patterning dualdamascene interconnects using a sacrificial light absorbing material”。在美国专利6329118公开的方法中，形成在绝缘层内的通孔填充有牺牲光吸收材料，并且光致抗蚀剂图案形成在牺牲光吸收材料上，以形成槽。然后，使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，蚀刻牺牲光吸收材料和绝缘层，以形成槽。在光刻法的曝光步骤中，牺牲光吸收材料减少了衬底的反射率，并改进了控制临界尺寸(CD)和CD均匀性的能力。而且，可以在与干法蚀刻绝缘层基本上相同的速率下干法蚀刻牺牲光吸收材料，以及在显著大于湿法蚀刻绝缘层的速率下湿法蚀刻牺牲光吸收材料。因此，可在形成槽的过程中，保护通过通孔暴露的下层互连。然而，随着半导体器件的集成度进一步增加，槽的间距进一步减小。在设计规则为90纳米或更小的情况下，难以仅在使用KrF激光的曝光步骤中形成具有合适间距的光致抗蚀剂图案。而且，为了使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻绝缘层，要求光致抗蚀剂层具有高于预定水平的厚度。因此，导致上述使用KrF激光的光刻法缺少工艺容限，例如分辨率和聚焦深度(DOF)。为遵守这点，已经采用使用ArF激光的光刻法。与常规使用KrF激光的光刻法相比，使用ArF激光的光刻法在改进分辨率和允许更精细光致抗蚀剂图案的形成是有利的。然而，ArF生成的光致抗蚀剂层比KrF生成的光致抗蚀剂层的耐蚀刻性低。因此，使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模形成槽的蚀刻工艺不能提供所需的工艺容限。因此，从最近高集成半导体器件的发展趋势可知，通过美国专利6329118中公开的方法，使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模形成槽的双镶嵌工艺不能同时保证光刻法和蚀刻工艺的工艺容限。
技术实现思路
因此，本专利技术提供形成双镶嵌金属互连的方法，该方法同时改进了用于形成槽的光刻法和蚀刻工艺的工艺容限，而无需调整通孔和槽的其它工艺。本专利技术示例性的实施方案提供。本专利技术涉及形成双镶嵌金属互连的方法。该方法包括制备半导体衬底(semiconductor substrate)。层间绝缘层(interlayer insulating layer)形成在半导体衬底上，并且对层间绝缘层形成图案，以形成预通孔(preliminary via)。在具有预通孔的半导体衬底上形成牺牲通孔保护层(sacrificial via protectinglayer)，以填充预通孔和覆盖层间绝缘层的上表面。牺牲金属氧化物层形成在牺牲通孔保护层上，并且对牺牲金属氧化物层形成图案，以形成具有开口的牺牲金属氧化物图案，该开口横过(corss over)预通孔并暴露牺牲通孔保护层。使用牺牲金属氧化物图案作为蚀刻掩模蚀刻牺牲通孔保护层和层间绝缘层，以形成位于层间绝缘层的槽。根据本专利技术，因为在形成牺牲金属氧化物图案的光刻法中可使用ArF激光，所以可保证光刻法的工艺容限；以及因为在使用牺牲金属氧化物图案作为蚀刻掩模可形成槽，所以可保证蚀刻工艺的工艺容限。根据示例性的实施方案，除去牺牲金属氧化物图案和牺牲通孔保护层以暴露层间绝缘层的上表面和预通孔的底表面。然后，蚀刻预通孔的暴露底表面，以形成暴露半导体衬底的最终通孔。扩散阻挡层和晶种层(seed layer)依序形成在具有最终通孔的半导体衬底上，以及铜层形成在具有晶种层的半导体衬底上，以填充最终通孔和槽的空白空间(empty space)。然后，依序平整(planarize)铜层、晶种层和扩散阻挡层以形成双镶嵌金属互连，直到暴露出层间绝缘层的上表面。在一个实施方案中，可进一步在牺牲金属氧化物层上形成封盖层(capping layer)。封盖层起到减少牺牲金属氧化物层的反射率，以及改进控制CD和CD均匀性的能力的作用。形成的封盖层优选具有100-500的厚度。此外，当对牺牲金属氧化物层形成图案时，也可一起对封盖层形成图案，以形成封盖层图案。优选在形成槽的过程中除去封盖层图案。优选地，在形成层间绝缘层之前，可形成蚀刻阻挡层。蚀刻阻挡层可包括氮化硅(SiN)层、碳化硅(SiC)层或硅碳氮化物(SiCN)层。蚀刻阻挡层起到在预通孔形成的过程中防止半导体衬底上蚀刻损伤的作用。此外，层间绝缘层优选由低κ介电层制成，所述低κ介电层对蚀刻阻挡层具有蚀刻选择性。层间绝缘层可由碳氧化硅层(SiOC)或二氧化硅层(SiO2)制成，例如由FSG(氟掺杂的硅酸盐玻璃)层、PSG(磷硅酸盐玻璃)层、USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)层、BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)层、PE-TEOS(等离子体增强的四乙基原硅酸盐)层制成，或可通过层叠上述层而制成。此外，层间绝缘层可由低介电常数的有机聚合物制成。此外，牺牲通孔保护层可优选由旋涂沉积(SOD)层制成，所述旋涂沉积层是在基本上与层间绝缘层的干法蚀刻速率相等的干法蚀刻速率下干法蚀刻而形成的，以及对层间绝缘层具有显著高的湿法蚀刻选择性。即使具有小的沉积厚度，SOD层也可填充预通孔，以及具有良好的平整特性，从而增加了光刻法的工艺容限。优选地，SOD层可由氢硅氧烷层、有机硅氧烷层或SOP(旋涂聚合物)层制成，更优选可由HSQ(氢倍半硅氧烷)或MSQ(甲基倍半硅氧烷)制成。在一个实施方案中，牺牲金属氧化物层在可见光波长区域是透明的。牺牲金属氧化物层可由氧化铝(Al2O3)层、铟锡氧化物(InSnO)层、氧化钽(Ta2O5)层、氧化镧(La2O3)层或氧化铪(HfO2)层制成，或者通过层叠上述至少两层而制成。更优选地，牺牲金属氧化物层由Al2O3层制成。此外，形成的牺牲金属氧化物层可具有200-1000的厚度。随着牺牲金属氧化物层厚度的减小，对牺牲金属氧化物层形成图案的光刻法的工艺容限可能增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成双镶嵌金属互连的方法，其包括：ａ）制备半导体衬底；ｂ）在所述半导体衬底上形成层间绝缘层；ｃ）对层间绝缘层形成图案，以形成预通孔；ｄ）在具有预通孔的半导体衬底上形成牺牲通孔保护层，该牺牲通孔保护层填充预通孔 且覆盖层间绝缘层的上表面；ｅ）在牺牲通孔保护层上形成牺牲金属氧化物层；ｆ）对牺牲金属氧化物层形成图案，以形成具有开口的牺牲金属氧化物图案，该开口横过预通孔并暴露牺牲通孔保护层；以及ｇ）使用牺牲金属氧化物图案作为蚀刻掩 模，蚀刻牺牲通孔保护层和层间绝缘层，以形成位于层间绝缘层内的槽。

【技术特征摘要】
KR 2003-12-3 87351/031.形成双镶嵌金属互连的方法，其包括a)制备半导体衬底；b)在所述半导体衬底上形成层间绝缘层；c)对层间绝缘层形成图案，以形成预通孔；d)在具有预通孔的半导体衬底上形成牺牲通孔保护层，该牺牲通孔保护层填充预通孔且覆盖层间绝缘层的上表面；e)在牺牲通孔保护层上形成牺牲金属氧化物层；f)对牺牲金属氧化物层形成图案，以形成具有开口的牺牲金属氧化物图案，该开口横过预通孔并暴露牺牲通孔保护层；以及g)使用牺牲金属氧化物图案作为蚀刻掩模，蚀刻牺牲通孔保护层和层间绝缘层，以形成位于层间绝缘层内的槽。2.权利要求1所述的方法，其中所述牺牲金属氧化物层在可见光波长区域是透明的。3.权利要求2所述的方法，其中所述牺牲金属氧化物层是由选自Al2O3、InSnO、Ta2O5、La2O3和HfO2中的至少一种金属氧化物层制成的。4.权利要求3所述的方法，其中所述形成的牺牲金属氧化物层具有约200-1000的厚度。5.权利要求4所述的方法，进一步包括在形成层间绝缘层之前，形成蚀刻阻挡层。6.权利要求5所述的方法，进一步包括在形成牺牲金属氧化物层之后，在牺牲金属氧化物层上形成有机BARC。7.权利要求6所述的方法，进一步包括在形成槽之前，除去有机BARC。8.权利要求7所述的方法，其中所述有机BARC是使用灰化工艺除去的。9.权利要求6所述的方法，进一步包括在形成有机BARC之前，在牺牲金属氧化物层上形成封盖层。10.权利要求9所述的方法，其中所述封盖层是由选自多晶硅、FSG、PSG、USG、PE-TEOS、SiOC、SiN、SiON、SiC和SiCN层中的材料层制成的。11.形成双镶嵌金属互连的方法，其包括a)制备半...

【专利技术属性】
技术研发人员：金在鹤，文永俊，李敬雨，黄晸郁，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]