[发明专利]一种双大马士革工艺中通孔填充的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制备领域，更确切的说，本发明涉及一种应用在半导体器件中的双大马士革工艺中通孔填充的方法。

背景技术

在现有半导体元器件制造技术中，双大马士革工艺是在介质层上打开通孔及沟槽并进行金属等材料填充的一种常用技术。双大马士革结构若依干蚀刻方式的不同来分类的话，目前大致上可分为先沟槽开挖、先通孔开挖及自我对准式等三种技术。

首先，先沟槽开挖为最先被大部份公司采用以发展双大马士革结构的方法。此法首先在已沉积之介电层上蚀刻出导线用的沟槽图形，然后进行通孔的光刻定义，最后再蚀刻出通孔图形。此法之缺点在于进行通孔的光刻定义时，由于此处的光阻较厚，因此曝光与微影较为困难。同时，可注意到在两介电层中间及最底部加了所谓的“蚀刻终止层”，一般为氮化硅。底部的蚀刻终止层，其作用是避免在通孔蚀刻至底部时，因为过度蚀刻而对下层之材料产生严重的破坏。而中间的蚀刻终止层，其作用则是使沟槽的蚀刻深度得以精确控制及一致化。若未加上此一蚀刻终止层的话，由于干蚀刻之不均匀性、微负载效应及深宽比效应等，会使得沟槽的深度难以控制及不一致。

其次，先通孔开挖与先沟槽开挖法不同的是先进行通孔的蚀刻然后再蚀刻导线用的沟槽图形。相比光刻定义较沟槽较为困难，此法由于通孔的光刻定义是在平坦平面上，因此较为容易，工艺窗口也较大。但此法的缺点是在之后的沟槽光刻定义时，由于光阻及ARC抗反射层会将通孔填满，造成在沟槽蚀刻后，通孔中可能会有有机残余物残存的问题。

再次，自我对准式较为复杂，但具有一些优点。此法首先在已沉积之介电层上再沉积一层氮化硅作为所谓的硬掩模层，然后在硬掩模层上蚀刻出通孔所需之图形，但在此先不往下层之介电层蚀刻下去。接下来沉积第二层之介电层，然后进行沟槽之光刻定义，最后进行干蚀刻，在蚀刻至沟槽底部时，利用氧化硅对氮化硅之高蚀刻选择比。以氮化硅作为沟槽之蚀刻终止层，同时并继续蚀刻下去至通孔图形完成为止。此法之优点在于只需一道干蚀刻步骤，同时沟槽及通孔之光刻定义也由于都是在平坦面上实行而较为容易。不过此法对干蚀刻之困难度较高。

针对上述所提到的，先通孔开挖的双大马士革工艺，为了避免光阻及ARC抗反射层在沟槽刻蚀后的残渣将通孔填满、阻塞，当前普遍采用BARC（Bottom Anti-Reflective coating）底部抗反射层或DUO等有机物质在刻蚀之前先将通孔填充以防止残渣填满通孔的技术。但是该技术的使用会导致晶圆的制作生产成本升高，且一些如DUO等物质的材料来源单一并且价格不菲，一旦供应中断很容易导致生产停滞等情况发生。

正是基于现有生产技术中的不足，本发明提出了一种新的双大马士革工艺中通孔制造和通孔中进行填充的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明公开了一种新的双大马士革工艺中通孔填充的方法，在一包含大量半导体器件的晶圆的第二金属层间介质层薄膜上沉积有第二金属层间介质层，并且在第二金属层间介质层薄膜下方分布有第一金属层间介质层，在第一金属层间介质层中形成有半导体器件的多个金属互连线，具体而言，主要包括以下步骤：

步骤1、在第二金属层间介质层上自下而上依次沉积介质层及介电阻挡层；

步骤2、蚀刻介电阻挡层、介质层及第二金属层间介质层以形成位于部分金属互连线上方的多个通孔，刻蚀停止在第二金属层间介质层薄膜上；

步骤3、在通孔中填充高密度等离子体氧化物；

步骤4、采用化学机械研磨除去介电阻挡层上方多余的高密度等离子体氧化物；

步骤5、对通孔中的高密度等离子体氧化物进行回蚀操作，在通孔的底部保留部分的高密度等离子体氧化物；

步骤6、蚀刻介电阻挡层、介质层及第二金属层间介质层以形成多个深度浅于通孔深度的第一类沟槽；

其中，在介电阻挡层、介质层及第二金属层间介质层中包含有通孔的区域进行刻蚀以形成第一类沟槽，并且刻蚀停止在第二金属层间介质层中，其间环绕在通孔的上部的周围的部分介电阻挡层、介质层及第二金属层间介质层被刻蚀掉，而通孔的下部形成在第一类沟槽的下方；

步骤7、去除在通孔的底部保留的高密度等离子体氧化物并移除剩下介电阻挡层；

步骤8、去除通孔底部的第二金属层间介质层薄膜以在通孔的底部暴露金属互连线。

上述的方法，其中，步骤1中所述的介质层为氧化层或介质抗反射层，或为在一氧化层上生长一介质抗反射层的复合层。

上述的方法，其中，步骤1中所述的介电阻挡层为SiN或SiC或SiCN。