[发明专利]一种双镶嵌结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种双镶嵌结构的制造方法。

背景技术

随着半导体器件的最小特征尺寸(CD)的不断减小(从最初的1毫米发展到现在的90纳米或60纳米，并且在未来的几年内将会进入45纳米和22纳米的时代)，金属导线中的电流密度不断增大，响应时间不断缩短，传统铝导线已越来越满足不了CD不断缩小的需要。铜导线以其比铝导线低的电阻率和高的抗电子迁移能力，因此铜制程已逐渐成为半导体行业的主流工艺。但因铜导线的干法刻蚀比较困难，故铜制程中会先在介质层上刻蚀出金属导线对应的图形，然后在该图形中填充金属，该种工艺即为镶嵌工艺(damascene Process)。镶嵌工艺中的双镶嵌工艺(dual-damascene Process)可同时制成金属插塞和金属导线，可大大简化工艺，故其已成为使用范围最广的镶嵌工艺。

现有技术中的双镶嵌工艺中分别用于容纳金属插塞和金属导线的通孔和沟槽在制作时是通过不同的刻蚀步骤分开制作的，其依照两者制作的先后顺序可分为通孔优先(Via first)法和沟槽优先法(trench first)法两种方法。无论是通孔优先法还是沟槽优先法都先在金属导线层上依次沉积第一刻蚀终止层、第一层间介质层、第二刻蚀终止层和第二层间介质层(通孔优先法中也可不沉积第二刻蚀终止层，仅通过一沉积步骤同时生成第一层间介质层和第二层间介质层)；之后两种方法均涂布光刻胶并进行光刻工艺，通孔优先法和沟槽优先法通过该光刻工艺分别在光刻胶上光刻出通孔图形和沟槽图形；然后两种方法均进行刻蚀工艺，通孔优先法通过该刻蚀工艺在第一和第二层间介质层上形成通孔，而沟槽优先法通过该刻蚀工艺在第二层间介质层上形成沟槽。后续的工艺步骤两种方法开始出现分歧，沟槽优先法直接涂布光刻胶并进行光刻工艺光刻出通孔图形，然后通过刻蚀工艺在第一层间介质层上形成通孔，最后去除光刻胶并进行刻蚀工艺以使通孔通至金属导线层；而通孔优先法并不能直接涂布光刻胶且光刻出沟槽图形，其需先将第一层间介质层中形成的通孔保护起来，通过先在贯穿第一和第二层间介质层的通孔中沉积底部抗反射涂层(BARC)，然后通过回刻蚀去除第二层间介质层中的BARC，之后才涂布光刻胶并进行光刻工艺光刻出沟槽图形，然后通过刻蚀工艺在第二层间介质层上形成沟槽，此时由于BARC的保护，刻蚀形成沟槽时并没有损伤第一层间介质层，接着去除光刻胶和BARC，最后再通过刻蚀工艺以使通孔通至金属导线层。通过上述通孔优先法或沟槽优先法形成与金属导线层连通的通孔和沟槽后，接着沉积扩散阻挡层(通常使用氮化钽)，并通过电镀工艺沉积金属铜，最后通过化学机械抛光工艺形成金属插塞和金属导线。

但是上述通孔优先法和沟槽优先法均无法在一个刻蚀步骤中形成分别用于容纳金属插塞和金属导线的通孔和沟槽，至少需经两个刻蚀步骤才能形成通孔和沟槽，其首先存在着工艺复杂的缺点，另外所述的刻蚀步骤均为等离子刻蚀，等离子易在半导体器件上形成等离子损伤，刻蚀步骤越多，在半导体器件中形成的等离子损伤越多，半导体器件的性能将会劣化。

因此，如何提供一种双镶嵌结构的制造方法以在双镶嵌工艺中同时刻蚀形成通孔和沟槽，并减小等离子损伤且提高器件的性能，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双镶嵌结构的制造方法，通过所述方法可简化工艺，同时刻蚀形成通孔和沟槽，且可减少半导体器件上的等离子损伤，并大大提高半导体器件的性能。

本发明的目的是这样实现的：一种双镶嵌结构的制造方法，其制造在半导体器件的金属导线层上，其包括以下步骤：a、在该金属导线层上制作介质层并在该介质层中制作双镶嵌结构对应的容置空间，该容置空间包括上下设置且连通的沟槽和通孔；b、在该容置空间壁上制作扩散阻挡层；c、在该容置空间中沉积金属；d、通过化学机械抛光工艺去除容置空间外的金属；其中，该步骤a包括以下步骤：a1、在该金属导线层上依次沉积第一刻蚀终止层、第一层间介质层和第二刻蚀终止层；a2、在该第二刻蚀终止层上涂布光刻胶并光刻出通孔图形；a3、进行刻蚀工艺以在第二刻蚀终止层上形成通孔图形凹槽；a4、去除光刻胶且沉积第二层间介质层；a5、涂布光刻胶并光刻出沟槽图形；a6、进行刻蚀工艺以分别在第一和第二层间介质层上形成通孔和沟槽；a7、去除光刻胶并进行刻蚀工艺以使该通孔通至该金属导线层。

在上述的双镶嵌结构的制造方法中，在步骤a4中，去除光刻胶后还在第二刻蚀终止层的通孔图形凹槽侧壁上制作刻蚀终止层侧墙。

在上述的双镶嵌结构的制造方法中，通过沉积第三刻蚀阻止层并通过刻蚀工艺形成该刻蚀终止层侧墙。