[发明专利]双大马士革结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种双大马士革结构的形成方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的金属互连线，然而这些金属互连线带来的大电阻和寄生电容已经成为限制半导体电路速度的主要因素。

在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体器件之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经部分被金属铜互连线所替代，这是因为金属铜与金属铝相比具有较小的电阻值，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度；另一方面，低介电常数绝缘材料被用作金属层间的介质层的主要成分，减少了金属层之间的寄生电容，在实际应用中，我们一般将低介电常数绝缘材料称为低K值电介质材料。基于这两种材料的半导体制造工艺被称为双大马士革(dual damascene)工艺，它的特点就是制造多层高密度的金属互连结构，在一定程度上克服了大电阻和寄生电容的问题，从而使半导体电路更高效，同时，将基于这两种材料的多层高密度的金属互连结构称为双大马士革结构。

下面对现有技术中的双大马士革结构的形成方法进行介绍，现有技术中的双大马士革结构的形成方法包括以下步骤：

步骤101，图1a为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤101的剖面结构示意图，如图1a所示，在第一金属层之上依次沉积第一硬掩膜层、第一介质层、第二硬掩膜层、第二介质层和第三硬掩膜层。

其中，第一金属层为铜线，在此，仅以第一金属层为例对现有技术中的双大马士革结构进行说明，所示第一金属层在实际应用中可为任意一层金属层。

硬掩膜层的材料可为氮化硅，其中，第一硬掩膜层可对位于其下的第一金属层进行保护，第二硬掩膜层和第三硬掩膜层可在后续步骤中分别保护第一介质层和第二介质不因受到光刻胶剥离而使用的化学物质的污染。

当然，在实际情况中，也可省略第二硬掩膜层和第三硬掩膜层，或省略第二硬掩膜层和第三硬掩膜层中的任意一个硬掩膜层，可视具体情况而定。

第一介质层和第二介质层的成分均为低K值电介质材料。

步骤102，图1b为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤102的剖面结构示意图，如图1b所示，在第一硬掩膜层之上涂覆第一光阻胶(PR)，并对第一PR进行曝光、显影，从而形成第一光刻图案。

其中，第一光刻图案用来定义后续步骤中的沟槽的开口宽度。

在实际应用中，在第一PR之下还涂覆有底部抗反射涂层(BARC)。

步骤103，图1c为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤103的剖面结构示意图，如图1c所示，按照第一光刻图案对第三硬掩膜层和第二介质层进行刻蚀，从而形成沟槽。

步骤104，图1d为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤104的剖面结构示意图，如图1d所示，将第一光刻图案剥离。

具体来说，主要采用两种方法去除PR，第一，采用氧气(O₂)进行干法刻蚀，氧气与PR发生化学反应，可将PR去除；第二，还可采用湿法去胶法，例如，采用硫酸和双氧水的混合溶液可将PR去除。

步骤105，图1e为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤105的剖面结构示意图，如图1e所示，涂覆第二PR。

其中，第二PR的一部分存在于第三硬掩膜层之上，第二PR的其他部分填充于沟槽中。

在实际应用中，在第一PR之下还涂覆有BARC。

步骤106，图1f为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤106的剖面结构示意图，如图1f所示，对第二PR进行曝光、显影，从而形成第二光刻图案。

其中，第二光刻图案用来定义后续步骤中的通孔的开口宽度。

步骤107，图1g为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤107的剖面结构示意图，如图1g所示，按照第二光刻图案对第二硬掩膜层、第一介质层和第一硬掩膜层进行刻蚀，从而形成通孔。

需要说明的是，当对第一硬掩膜层进行刻蚀时，不刻蚀位于其下方的金属层，否则金属层的铜线中的铜离子在刻蚀过程中会从铜线被溅射到沟槽和通孔中，铜离子因此会扩散到第一介质层和第二介质层的暴露区，这会导致不良的器件性能。

步骤108，图1h为现有技术中双大马士革结构的形成方法的步骤108的剖面结构示意图，如图1h所示，将第二光刻图案剥离。

光刻胶剥离的方法可参照步骤104中相关的描述。