[发明专利]多层互连结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及多层互连结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体器件制作技术的飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构。由于集成电路中所含器件的数量不断增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小，器件之间的高性能、高密度连接不仅在单个互连层中进行，而且要在多层之间进行互连。因此，通常提供多层互连结构，其中多个互连层互相堆叠，并且层间绝缘膜置于其间，用于连接半导体器件。特别是利用双镶嵌(dual-damascene)工艺形成的多层互连结构，其预先在层间绝缘膜中形成沟槽(trench)和接触孔(via)，然后用导电材料填充所述沟槽和接触孔。例如申请号为02106882.8的中国专利申请文件提供的多层互连结构制作工艺，因为双镶嵌结构能避免重叠误差以及解决习知金属工艺的限制，多层互连结构便被广泛地应用在半导体制作过程中而提升器件可靠度。因此，多层互连结构已成为现今金属导线连接技术的主流。

现有制作多层互连结构的方法参考图1至图6。

如图1所示，提供半导体衬底100，在半导体衬底100上形成有金属布线层102；在金属布线层102上形成厚度为600埃至800埃的覆盖层104；在覆盖层104上形成层间绝缘层106(inter-layer dielectrics；ILD)，所述层间绝缘层106的材料是未掺杂的硅玻璃(Un-doped Silicate Glass；USG)或低介电常数材料等。所述覆盖层104可防止金属布线层102扩散到层间绝缘层102中，亦可防止刻蚀过程中金属布线层102被刻蚀。

之后，在层间绝缘层106上形成保护层108，所述保护层108的作用在于保护层间绝缘层106，所述保护层108材料选自SiO₂，随后，在保护层108上形成第一光刻胶层110，经过曝光显影工艺，在第一光刻胶层110上形成开口，开口位置对应后续需要形成双镶嵌结构中的接触孔；随后以第一光刻胶层110为掩膜，刻蚀保护层108、层间绝缘层106直至暴露出覆盖层104，形成接触孔112。

参考附图2所示，灰化法去除第一光刻胶层110，其中灰化温度为250℃；在保护层108上以及接触孔112中形成覆盖层间绝缘层106的底部抗反射层(Bottom Anti-Reflective Coating，BARC)114。用回蚀法刻蚀底部抗反射层114，直至完全去除保护层108上的底部抗反射层114，并保留接触孔112内的部分底部抗反射层114，其中留在接触孔112内的底部抗反射层114的厚度应该保证在随后刻蚀形成双镶嵌结构的工艺过程中避免覆盖层104被刻蚀穿。

如图3所示，在保护层108上形成第二光刻胶层116，并通过曝光、显影在第二光刻胶层116上形成与后续沟槽对应的开口，开口的宽度大于接触孔112的宽度。以第二光刻胶层116为掩膜，刻蚀保护层108以及层间绝缘层106，形成沟槽118。

如图4所示，灰化法去除第二光刻胶层116和接触孔112内的底部抗反射层114，其中灰化温度为250℃；然后再用湿法刻蚀法去除残留的第二光刻胶层116；沿接触孔112刻蚀覆盖层104，直至暴露出金属布线层102，形成双镶嵌结构。

参考图5，在保护层108表面形成填充接触孔112的金属层120。

参考图6，用化学机械抛光去除一部分金属层120和保护层108，直至形成金属插塞121。

随着集成电路集成度的进一步发展，所述层间绝缘层106的材料是通常采用低介电常数材料，现有形成多层互连结构的工艺中层间绝缘层会暴露出来，而所述选用低介电常数材料的层间绝缘层106会比较疏松，容易吸收外界的水，并且暴露的层间绝缘层106在后续的工艺中也容易被污染，在层间绝缘层106内形成缺陷，使得器件漏电失效。

发明内容

本发明解决的问题是避免层间绝缘层在后续的工艺中被污染。

为解决上述问题，本发明提供了一种多层互连结构的形成方法，包括：提供带有金属布线层的半导体衬底；在金属布线层上形成阻挡层、层间绝缘层、第一保护层和第二保护层；在阻挡层、层间绝缘层、第一保护层和第二保护层内形成暴露金属布线层的双镶嵌空间；形成填充所述双镶嵌空间且位于第二保护层表面的金属层；去除部分金属层和1/4至1/2厚度的第二保护层，形成金属插塞。