通孔和沟槽的形成方法
【专利摘要】本发明提出一种通孔和沟槽的形成方法，在半导体衬底上形成第一介质层，接着刻蚀第一介质层形成通孔，然后在通孔中形成介质阻挡层，接着在介质阻挡层上形成第二介质层，然后对所述第二介质层进行刻蚀，形成与通孔连通的沟槽，最后去除通孔中的介质阻挡层；由于介质阻挡层能够保护通孔中第一介质层的表面，有效的防止第一介质层表面被损伤，维持第一介质层的K值，进而避免RC延迟现象恶化。此外，不再使用现有技术中的金属硬掩膜层，从而使所述沟槽的高度较低，可以降低其深宽比，使其更容易填充材料，进而降低了填充工艺的难度。
【专利说明】通孔和沟槽的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种通孔和沟槽的形成方法。
【背景技术】
[0002]在半导体的生产工艺中，随着特征尺寸的不断缩小，芯片内部的互连线的尺寸也需要相应地缩小，以便容纳更小尺寸的部件。但是随着半导体芯片向着微型化的方向发展，芯片中的互连线的数目也随之增加，导致RC延迟(RC Delay,电阻电容延迟)的产生，延缓了讯号的传输速度，进而影响了性能。现有技术中，通常采用低K材料作为介质层，降低电容，以达到减小RC的延迟的目的。
[0003]在半导体制造工艺的过程中往往会先在介质层中形成一些孔洞，孔洞一般由通孔和沟槽构成，接着对孔洞填充材料，形成互连线。由于特征尺寸的不断缩小，互连线的尺寸也需要相应地缩小，现通常形成的都是深宽比(High aspect ratio)较大的孔洞,这对填充(Gap Fill)能力更是极大的挑战。
[0004]现有技术中，如图1A至图1D所示，形成通孔和沟槽的步骤通常包括:
[0005]请参考图1A，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上设有层间介质层20和形成于层间介质层20中的金属线30 ;接着，在所述半导体衬底10上依次形成第一介质层40、第二介质层50、介质硬掩膜层60以及金属硬掩膜层70 ；
[0006]请参考图1B，对所述介质硬掩膜层60以及所述金属硬掩膜层70进行刻蚀暴露出部分第二介质层50 ；
[0007]请参考图1C，以所述介质硬掩膜层60以及所述金属硬掩膜层70作为掩膜，对暴露出的第二介质层50进行第一次刻蚀，暴露出所述第一介质层40，形成通孔51 ；
[0008]请参考图1D，继续以所述介质硬掩膜层60以及所述金属硬掩膜层70作为掩膜，对第二介质层50以及暴露的第一介质层40进行第二次刻蚀，去除通孔51中暴露的第一介质层40，暴露出所述金属线30，形成沟槽52。
[0009]其中，在进行第一次和第二次刻蚀形成所述通孔51以及所述沟槽52时，由于刻蚀不可避免的会造成所述通孔51中所述第二介质层50的表面损伤，从而导致所述第二介质层50的K值增加，进而增加电容，恶化半导体衬底10的RC延迟现象；此外，在后续对所述通孔51及所述沟槽52中进行填充材料时，由于第二介质层50上还保留有金属硬掩膜层70，使沟槽52上的所述介质硬掩膜层60以及金属硬掩膜层70组成的高度LI较高，从而导致孔洞的深宽比较大，不易填充材料。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提出一种通孔和沟槽的形成方法，减少对介质层的损伤，降低半导体器件的RC延迟。
[0011]本发明的另一目的在于，降低沟槽的深宽比，便于填充材料。
[0012]为了实现上述目的，本发明提出一种通孔和沟槽的形成方法，其步骤包括:[0013]提供半导体衬底；
[0014]在所述半导体衬底上形成第一介质层；
[0015]对所述第一介质层进行刻蚀，暴露出所述半导体衬底，形成通孔；
[0016]在所述第一介质层的表面以及通孔中形成介质阻挡层；
[0017]在所述介质阻挡层表面形成第二介质层；
[0018]对所述第二介质层进行刻蚀，并暴露出形成于通孔中的介质阻挡层，形成与所述通孔连通的沟槽；
[0019]去除通孔中的介质阻挡层。
[0020]进一步的，在形成第一介质层之前，在所述半导体衬底上依次形成层间介质层、位于层间介质层中的金属线以及覆盖所述层间介质层和金属线的蚀刻阻挡层。
[0021]进一步的，所述蚀刻阻挡层的材质为碳化硅。
[0022]进一步的，在形成所述第一介质层之后，在所述第一介质层上形成第一硬掩膜层。
[0023]进一步的，以所述第一掩膜层为掩膜对所述第一介质层进行刻蚀，并停止在所述蚀刻阻挡层上。
[0024]进一步的，所述第一硬掩膜层的材质为氧化硅。
[0025]进一步的，所述第一介质层的材质为超低K介质材料。
[0026]进一步的，所述介质阻挡层的材质为低K介质材料。
[0027]进一步的，所述介质阻挡层的材质为八甲基环四硅氧烷、碳氮化硅或低K氧化硅。
[0028]进一步的，所述介质阻挡层的厚度范围是30A?100A。
[0029]进一步的，所述第二介质层的材质为超低K介质材料。
[0030]进一步的，在形成所述第二介质层之后，在所述第二介质层上形成第二硬掩膜层。[0031 ] 进一步的，所述第二硬掩膜层的材质为氧化硅。
[0032]进一步的，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除通孔中的介质阻挡层。
[0033]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现于:在半导体衬底上形成第一介质层，接着刻蚀第一介质层形成通孔，然后在通孔中形成介质阻挡层，接着在介质阻挡层上形成第二介质层，然后对所述第二介质层进行刻蚀，形成与通孔连通的沟槽，最后去除通孔中的介质阻挡层；由于介质阻挡层能够保护通孔中第一介质层的表面，有效的防止第一介质层表面被损伤，维持第一介质层的K值，进而避免RC延迟现象恶化。
[0034]本发明的另一有益效果在于:不再使用现有技术中的金属硬掩膜层，从而使所述沟槽的高度较低，可以降低其深宽比，使其更容易填充材料，进而降低了填充工艺的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1A-图1D为现有技术中通孔和沟槽的形成方法的结构示意图；
[0036]图2为本发明一实施例中通孔和沟槽的形成方法的步骤流程图；
[0037]图3A-图3F为本发明一实施例中通孔和沟槽的形成方法的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为了便于理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明进行更加详细的描述。
[0039]请参考图2，在本实施例中提出一种通孔和沟槽的形成方法，包括如下步骤:[0040]步骤SlOO:提供半导体衬底；
[0041]请参考图3A，在本实施例中，所述半导体衬底100上依次形成有层间介质层200、位于层间介质层200中的金属线300以及覆盖层间介质层200和金属线300的蚀刻阻挡层400 ;其中，所述层间介质层200可以为氧化硅，可采用化学气相沉积工艺形成，起电隔离的作用；所述金属线300的材质可以为铜或钨，其主要作为所述半导体衬底100的连接线；所述蚀刻阻挡层400的材质为碳化硅，用于阻挡后续的刻蚀对金属线300的损伤。
[0042]步骤S200:在所述半导体衬底上形成第一介质层；
[0043]请继续参考图3A，在本实施例中，在所述蚀刻阻挡层400上形成第一介质层500，在形成所述第一介质层500之后，在所述第一介质层500上形成第一硬掩膜层600 ;其中，第一介质层500的材质优选为超低K介质材料，例如为掺杂的氧化硅，起电隔离的作用；所述第一硬掩膜层600为氧化硅，作为刻蚀掩膜层；所述第一介质层500以及第一硬掩膜层600均可采用化学气相沉积形成。
[0044]步骤S300:对第一介质层进行刻蚀，暴露出所述半导体衬底,形成通孔；
[0045]请参考图3B，在所述第一硬掩膜层600上形成图案化的第一光阻层(图未示)，再以所述第一硬掩膜层600以及所述第一光阻层作为掩膜，对所述第一介质层500进行刻蚀，所述刻蚀停止在所述蚀刻阻挡层400上；在本实施例中，暴露出所述半导体衬底100上的蚀刻阻挡层400，形成通孔510，其中，所述通孔510优选形成于所述金属线300正上方，后续填充在通孔510的材料能够与所述金属线300进行电连接，从而作为所述半导体衬底100的连接线；形成通孔510后即可利用氧气等离子灰化等常规的工艺去除所述第一光阻层。
[0046]步骤S400:在所述第一介质层的表面以及通孔中形成介质阻挡层；
[0047]请参考图3C,在本实施例中,在所述第一介质层500上的第一硬掩膜层600的表面以及通孔510中形成介质阻挡层700 ;其中，所述介质阻挡层700的材质为低K介质材料，例如是八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、碳氮化硅(SiCN)、低K氧化硅或者是K值较低的其他介质材料，其材质与所述第一介质层500的材质不同，作为刻蚀的阻挡层，所述介质阻挡层700的厚度范围是30A100A，例如是50A ;所述介质阻挡层700可采用化学气相沉积形成。
[0048]步骤S500:在所述介质阻挡层表面形成第二介质层；
[0049]请参考图3D，在本实施例中，在形成第二介质层800之后，在所述第二介质层800的上形成一第二硬掩膜层900 ;其中，第三介质层800的材质与所述第二介质层500的材质可以一致，为超低K介质材料，例如为掺杂的氧化硅，起电隔离作用；所述第二硬掩膜层900为氧化硅，作为刻蚀掩膜层；所述第二介质层800以及所述第二硬掩膜层900均采用化学气相沉积形成。
[0050]步骤S600:对所述第二介质层进行刻蚀，暴露出通孔中的介质阻挡层，形成与所述通孔连通的沟槽；
[0051]请参考图3E，在所述第二硬掩膜层900上形成图案化的第二光阻层(图未示)，并以所述第二硬掩膜层900以及所述第二光阻层作为掩膜，对所述第二介质层800进行刻蚀，暴露出形成于通孔510中的介质阻挡层700，形成沟槽520，所述沟槽520与所述通孔510连通，其中，沟槽520形成于所述通孔510之上并与通孔510连通，所述沟槽520的截面宽度大于等于所述通孔510的截面宽度，使后续填充在通孔510以及沟槽520的材料能够与所述金属线300进行电连接，从而作为所述半导体衬底100的连接线。[0052]步骤S900:去除通孔中的介质阻挡层；
[0053]请参考图3F，可采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除通孔510中的介质阻挡层700，暴露出所述金属线300，便于后续填充金属材料，作为连接线。
[0054]综上所述，在本实施例中，由于所述介质阻挡层700在刻蚀形成所述沟槽520时可以保护所述通孔510中暴露出的所述第一质层500，能有效的防止第一介质层500表面被损伤，维持第一介质层500的K值，进而避免半导体衬底100的RC延迟现象恶化；由于不再需要现有技术中的金属硬掩膜层，从而使所述沟槽520上所述第二硬掩膜层900的高度L2与现有技术中所述介质硬掩膜层以及金属硬掩膜层组成的高度相比更低，从而可以降低其深宽比，使其更容易填充材料，进而降低了填充工艺的难度；此外，由于不再采用现有技术中的金属硬掩膜层，也便于后续化学机械研磨工艺对填充材料进行机械研磨。
[0055]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种通孔和沟槽的形成方法，包括: 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成第一介质层； 对所述第一介质层进行刻蚀，暴露出所述半导体衬底，形成通孔； 在所述第一介质层的表面以及通孔中形成介质阻挡层； 在所述介质阻挡层表面形成第二介质层； 对所述第二介质层进行刻蚀，并暴露出形成于通孔中的介质阻挡层，形成与所述通孔连通的沟槽； 去除通孔中的介质阻挡层。
2.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，在形成第一介质层之前，在所述半导体衬底上依次形成层间介质层、位于层间介质层中的金属线以及覆盖所述层间介质层和金属线的蚀刻阻挡层。
3.如权利要求2所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述蚀刻阻挡层的材质为碳化硅。
4.如权利要求2所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，在形成所述第一介质层之后，在所述第一介质层上形成第一硬掩膜层。
5.如权利要求4所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，以所述第一掩膜层为掩膜对所述第一介质层进行刻蚀，并停止在所述蚀刻阻挡层上。
6.如权利要求4所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述第一硬掩膜层的材质为氧化硅。
7.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材质为超低K介质材料。
8.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述介质阻挡层的材质为低K介质材料。
9.如权利要求8所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述介质阻挡层的材质为八甲基环四硅氧烷、碳氮化硅或低K氧化硅。
10.如权利要求8所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述介质阻挡层的厚度范围是30A?100A。
11.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述第二介质层的材质为超低K介质材料。
12.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，在形成所述第二介质层之后，在所述第二介质层上形成第二硬掩膜层。
13.如权利要求12所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，所述第二硬掩膜层的材质为氧化硅。
14.如权利要求1所述的通孔和沟槽的形成方法，其特征在于，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除通孔中的介质阻挡层。
【文档编号】H01L21/768GK103915371SQ201210593385
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】白凡飞, 宋兴华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司