[发明专利]金属硬掩膜结构、制造方法及铜互连结构制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属硬掩膜结构、制造方法及铜互连结构制造方法。

背景技术

随着半导体器件的关键尺寸的不断缩小，铜互连的无孔洞填充变得愈发困难。单纯依靠阻挡籽晶层(barrier&seed)和电镀铜(ECP)的工艺进步已经很难满足要求，这就需要其它制程为barrier&seed和ECP提供更大的工艺窗口。

为了降低铜互连的RC延时(delay)，多孔低介电材料被引入，但随之而来的就是剥落损伤(strip damage)变得不可忽略。为了克服引入多孔低介电材料所但来的一系列挑战，工艺整合上采用了氮化钛(TiN)金属硬掩膜(metal hard mask，MHM)工艺，即利用TiN与低介电常数材料层(LK)和光刻胶层(PR)之间的高刻蚀选择性，通过部分刻蚀通孔(partial via etch)的方法来形成双大马士革结构，请参考图1和图2，具体包括：

S11，在一半导体衬底上形成阻挡层和低K介质层；

S12，在所述介质层上形成TiN硬掩膜层以及图案化的光刻胶层；

S13，光刻并刻蚀所述TiN硬掩膜层以将所述光刻胶层的图案转移到TiN硬掩膜层，移除所述光刻胶层；

S14，以所述TiN硬掩膜层为掩膜，部分刻蚀所述低K介质层形成通孔；

S15，继续以所述TiN硬掩膜层为掩膜，继续刻蚀所述低K介质层以及阻挡层至所述衬底表面形成沟槽；

S16，湿法清洗器件后，在所述通孔和沟槽中形成阻挡籽晶层；

S17，采用电镀铜工艺继续在所述通孔和沟槽中填充铜。

上述过程的步骤S13中TiN硬掩膜层的使用可以明显减小在步骤S15形成的沟槽的开口顶角的平面，使沟槽的上半部分的侧壁比较直(图2虚线框100所示)。然而，这种比较直的沟槽形貌对沟槽后续的互连铜的直接填充是一个很大的挑战，容易产生空洞(gap)等填充缺陷，进而造成填充的铜从沟槽中剥落(strip damage)，使得铜互连结构失效或者性能降低。

因此，需要一种新的金属硬掩膜结构、制造方法及铜互连结构制造方法，以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属硬掩膜结构、制造方法及铜互连结构制造方法，能够利于互连铜在沟槽中的填充，减少填充缺陷。

为解决上述问题，本发明提出一种金属硬掩膜结构，包括：位于衬底上的图案化金属硬掩膜层以及形成于所述图案化金属硬掩膜层两内侧壁上的内侧墙金属硬掩膜层，所述内侧墙金属硬掩膜层与所述图案化金属硬掩膜层的刻蚀选择比不同。

进一步的，所述图案化金属掩膜层为氮化钛。

进一步的，所述内侧墙金属掩膜层为氮化硅或氮氧化硅。

进一步的，所述内侧墙金属掩膜层的宽度小于10nm。

本发明还提供一种金属硬掩膜结构的制造方法，包括：

提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成阻挡层和低K介质层；

在所述低K介质层上形成第一金属硬掩膜层以及图案化的光刻胶层；

光刻并刻蚀所述第一金属硬掩膜层以将所述光刻胶层的图案转移到第一金属硬掩膜层以形成图案化金属硬掩膜层；

移除所述光刻胶层；

在所述图案化金属硬掩膜层和低K介质层表面沉积第二金属硬掩膜层，刻蚀所述第二金属硬掩膜层以形成所述图案化金属硬掩膜层两内侧壁上的内侧墙金属硬掩膜层，所述内侧墙金属硬掩膜层与所述图案化金属硬掩膜层的刻蚀选择比不同。

进一步的，采用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第二金属硬掩膜层以形成所述内侧墙金属硬掩膜层。

本发明还提供一种铜互连结构的形成方法，包括以下步骤：

提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成阻挡层和低K介质层；

在所述低K介质层上形成上述之一的金属硬掩膜结构，所述金属硬掩膜结构包括位于所述低K介质层上的图案化金属硬掩膜层以及形成于所述图案化金属硬掩膜层两内侧壁上的内侧墙金属硬掩膜层，所述内侧墙金属硬掩膜层与所述图案化金属硬掩膜层的刻蚀选择比不同；

以所述图案化金属硬掩膜层和内侧墙金属硬掩膜层为掩膜，对所述低K介质层进行用于铜互连的通孔的光刻和刻蚀，形成浅沟槽；

以所述图案化金属硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述浅沟槽处的内侧墙金属硬掩膜层、低K介质层以及阻挡层，形成用于铜互连的通孔和沟槽；

在所述通孔和沟槽中形成阻挡籽晶层；

采用电镀铜工艺继续在所述通孔和沟槽中填充铜；