形成互连结构和半导体器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种双金属镶嵌互连结构的方法和半导体器件的方法。在形成双金属镶嵌互连结构的方法中，使用了一种含生孔剂（气孔形成剂）的牺牲材料来填充层间介电层中的通孔，从而可以将牺牲材料转变为可以容易地从通孔去除而不损伤或去除层间介电层的多孔牺牲材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种制造双金属镶嵌互连结构的方法，且具体而言涉及这样一种双金属镶嵌方法，其中使用包含生孔剂(porogen)(气孔形成剂)的牺牲材料用于填充层间介电层中的通孔使得可以将牺牲材料转变为多孔材料，其可以容易地从通孔去除而不损伤或去除层间介电层。
技术介绍
由于允许集成电路根据更小设计规则(DR)来被设计的半导体制造领域中继续的技术创新，所以半导体器件变得更加高度集成。通常，使用多层金属互连结构来设计高度集成的电路，在多层金属互连结构中由集成电路的不同的金属层形成布线/互连。一般，多层金属互连线由具有低电阻率和高可靠性的金属材料形成，比如铜(Cu)，来产生改善的性能。但是，使用常规的光刻/蚀刻技术，铜难于构图，特别当根据较小设计规则来形成铜引线时更是如此。因此，开发了双金属镶嵌(dual damascene)方法来使得能够形成高度集成的铜金属互连结构。一般，双金属镶嵌方法被用于形成上金属线，其用导电通孔被电连接到下金属线。例如，常规双金属镶嵌方法一般包括工艺步骤为在半导体衬底上在下金属线上方形成层间介电(ILD)层；在ILD层中蚀刻通孔，所述通孔对准下金属线的预定的区域；用牺牲材料填充通孔且在ILD层中形成沟槽区，其对准被填充的通孔。如本领域所公知的，通孔填充牺牲材料的使用允许在ILD层中形成具有出色蚀刻轮廓(etching profile)的沟槽和通孔接触区域。另外，牺牲通孔填充材料保护下金属线和接触通孔中的ILD层的侧壁表面免受沟槽形成期间由于蚀刻气氛和/或由于用于去除光致抗蚀剂材料的随后的灰化或清洁步骤引起的损伤和污染。在ILD层中形成沟槽区之后，使用选择来提供相对于ILD层的介电材料的牺牲材料的高蚀刻选择性的蚀刻化学物质，蚀刻掉保留在通孔中的牺牲材料。其后，通过用导电材料(比如铜)填充ILD层中的通孔和沟槽区来形成上金属线和通孔接触。虽然双金属镶嵌方法允许形成产生改善的性能的金属互连结构，这样的方法在日益减小的设计规则上变得更加有问题。例如，随着日益减小的设计规则，在横向或纵向上相邻的金属布线层之间存在的寄生电阻和电容可能影响半导体器件的性能。甚至，寄生电容和电阻造成相邻金属线之间的电容耦合和串扰，其降低了性能。另外，寄生电阻和电容组分造成了半导体器件的增加的信号泄漏和增加的功耗。为了减小寄生电容，使用了具有低介电常数k的介电材料来形成ILD层。虽然低k介电材料的使用提供了改善的性能，用低k介电材料形成的ILD层更容易受到蚀刻损伤。例如，在上述的常规工艺中，由低k介电材料形成的ILD层可以在去除通孔填充牺牲材料期间被损伤(被污染和/或不期望地蚀刻)。因此，有利的是提供去除剩余牺牲材料而不造成对ILD层的损伤，特别对用低k介电材料形成的ILD层的损伤的有效的方法。授予Meagley等的美国专利No.6833320公开了一种双金属镶嵌工艺，其使用了可热分解的牺牲通孔填充材料，所述材料可以通过热分解从通孔去除而不损伤或去除ILD层材料。更具体而言，Mealey公开了一种双金属镶嵌方法，其一般包括在半导体衬底上的ILD层中形成接触通孔，在接触通孔中沉积可热分解的牺牲材料，蚀刻ILD层和可热分解的牺牲材料来形成沟槽区，且然后加热半导体衬底来去除接触通孔内任何剩余的可热分解的牺牲材料。Meagly公开了可热分解的牺牲材料是一种可以在可接受的温度下，优选地小于450℃的温度下，在减压气氛中可以被热分解和蒸发的材料，从而可热分解的牺牲材料可以被去除而不损伤具有低介电常数的介电材料。可热分解的材料可以是无机和有机材料的组合，比如含硅和碳材料的组合(例如，烃硅氧烷聚合物混合材料)。Meagley还公开在加热半导体衬底来从接触通孔去除可热分解的牺牲材料之后，可以施加一种化学清洁工艺来从接触通孔去除残余/剩余可热分解的牺牲材料。虽然由Meagley公开的方法可以帮助最小化对由低k介电材料形成的ILD层的损伤，由Meagley公开的可热分解的牺牲材料的类型实际上在去除牺牲材料期间可以造成对ILD层的一些损伤。更具体而言，在其中加热衬底来热分解和蒸发可热分解的牺牲材料的热工艺期间，由Meagley公开的可热分解的材料的类型趋于失去结构的完整性且在热分解时收缩。因为牺牲材料在热分解期间失去了结构完整性且收缩，所以由于施加到ILD材料的接触力，热分解期间牺牲材料的收缩造成了在ILD材料上的显著的应力和应变。而且，由Meagley公开的可热分解材料的类型由于牺牲材料的热工艺和热分解趋于形成硬的残余材料。如上所述，Meagley公开了一种方法，其中可以施加一种化学清洁工艺来去除在接触通孔中的残余/剩余热分解牺牲材料。但是，硬的残余热分解材料可能难于在随后的化学清洁工艺期间去除，而且从通孔去除如此的残余热分解牺牲材料所需的蚀刻化学物和/或蚀刻时间可能在实际上造成对形成ILD层的低k介电材料的损伤。
技术实现思路
一般地，本专利技术的示范性实施例包括用于制造双金属镶嵌互连结构的方法，且具体而言，涉及这样一种双金属镶嵌方法，其中使用了一种含生孔剂(气孔形成剂)的牺牲材料用于填充ILD(层间介电)层中的通孔，从而可以将牺牲材料转变为可以容易地从通孔去除而不损伤或去除层间介电层的多孔牺牲材料。更具体而言，牺牲材料用生孔剂/基体材料组分形成，其能够使含生孔剂的牺牲材料在被转变为多孔牺牲材料时保持其结构。以该方式，当去除生孔剂时没有由于牺牲材料的收缩而引起的应力施加到周围结构，由此防止了ILD层的损伤、裂纹或断裂。而且，牺牲材料的基(基体)材料中的气孔的形成造成了可以被蚀刻溶液/气体接触的牺牲材料的表面面积的有效增加，由此使得多孔牺牲材料更容易和迅速地被去除，且由此显著最小化了对ILD层的蚀刻损伤。在一示范性实施例中，形成互连结构的方法包括在半导体衬底上形成蚀刻停止层，半导体衬底具有形成于其上的下导电层；在蚀刻停止层上形成ILD(层间介电)层；形成通过ILD层的通孔来暴露部分的蚀刻停止层，其中通孔与部分的下导电层对准；用牺牲材料填充通孔，所述牺牲材料包括基(基体)材料和生孔剂材料的组合；在与通孔对准的ILD层中形成沟槽；从牺牲材料去除生孔剂材料来将牺牲材料转变为多孔牺牲材料，所述多孔牺牲材料包括其中形成有气孔的基(基体)材料；去除通孔中的多孔牺牲材料来暴露部分的蚀刻停止层；去除所暴露部分的蚀刻停止层；以及通过用导电材料填充沟槽和通孔来形成互连。一般地，牺牲材料可以由有机或无机基(基体)材料和生孔剂材料的组合形成，其中可以将生孔剂从基体材料去除来在基体材料中产生气孔或空穴，同时保持基体材料的结构完整性。在一示范性实施例中，基(基体)材料可以为有机SOP(旋涂聚合物，spin-on-polymer)材料，比如聚芳撑醚(polyarylene ether)基材料、聚间甲基丙烯酸酯(polymetamethylacrylate)基材料或乙烯醚间丙烯酸酯(vinylether metacrylate)基材料。在另一示范性实施例中，基(基体)材料可以为无机SOG(旋涂玻璃，spin-on-glass)材料，比如HSQ(HydrogenSilesQuioxane，氢倍半硅氧烷)基材料或MSQ(MethylSilsesQuixane，甲基倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成互连结构的方法，包括：在半导体衬底上形成蚀刻停止层，所述半导体衬底具有形成于其上的下导电层；在所述蚀刻停止层上形成层间介电层；形成通过所述层间介电层的通孔来暴露部分的所述蚀刻停止层，所述通孔与部分的所述下导电 层对准；用牺牲材料填充所述通孔，所述牺牲材料包括基材料和生孔剂材料的组合；在与所述通孔对准的层间介电层中形成沟槽；从所述牺牲材料去除所述生孔剂材料来将所述牺牲材料转变为多孔牺牲材料，所述多孔牺牲材料包括其中形成有气孔 的所述基材料；去除所述通孔中的所述多孔牺牲材料来暴露部分的所述蚀刻停止层；去除所述蚀刻停止层的暴露部分；以及通过用导电材料填充所述沟槽和通孔来形成互连。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬雨，慎烘，金在鹤，
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]