自对准互连结构和方法与流程

本发明实施例涉及自对准互连结构和方法。

背景技术：

在半导体工艺中，可使用光刻工艺将集成电路图案限定在衬底上。双镶嵌工艺用于形成包括垂直互连通孔/接触件以及水平互连金属线的多层铜互连。在双镶嵌工艺期间，采用插塞填充材料以填充在通孔(或接触件)中，然后回抛光材料。然而，通孔(或接触件)是通过不同的光刻工艺限定的并且可导致下面的金属线和通孔之间的不对准。尤其，当半导体技术向前发展至具有诸如20nm、16nm或更小的更小部件尺寸的先进技术节点时，不对准具有更少的容限并且可导致短路、开口或其他问题。

因此，本发明提供了互连结构及其制造方法以解决上述问题。

技术实现要素：

根据本发明的一个实施例，提供了一种制造集成电路的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一介电材料层和嵌入在所述第一介电材料层中并且被所述第一介电材料层的部分彼此横向隔开的第一导电部件；在所述第一介电材料层和所述第一导电部件上沉积第一蚀刻停止层，由此形成所述第一蚀刻停止层，所述第一蚀刻停止层具有与所述第一介电材料层的所述部分自对准的富氧部分和与所述第一导电部件自对准的贫氧部分；实施对所述第一蚀刻停止层的选择性去除工艺，由此选择性地去除所述第一蚀刻停止层的所述贫氧部分；在所述第一导电部件和所述第一蚀刻停止层的所述富氧部分上形成第二蚀刻停止层，其中，所述第二蚀刻停止层在组成上不同于所述第一蚀刻停止层；在所述第二蚀刻停止层上形成第二介电材料层；以及在所述第二介电材料层中形成导电结构，其中，所述导电结构与至少一个所述第一导电部件电连接。

根据本发明的另一实施例，还提供了一种制造集成电路的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有被介电部件彼此横向隔开的导电部件；在所述衬底上沉积金属氧化物层，由此形成具有与所述介电部件自对准的富氧部分和与所述导电部件自对准的贫氧部分的金属氧化物层；实施对所述金属氧化物层的选择性去除工艺，由此选择性地去除所述金属氧化物层的所述贫氧部分；形成介电材料层；以及在所述介电材料层中形成导电结构。

根据本发明的又一实施例，还提供了一种集成电路(IC)结构，包括：衬底，具有被介电部件彼此横向隔开的第一下面的导电部件和第二下面的导电部件；第一蚀刻停止层，具有分别与所述第一下面的导电部件和所述第二下面的导电部件对准的第一开口和第二开口；第二蚀刻停止层，形成在所述第一蚀刻停止层上和所述第一蚀刻停止层的所述第二开口中，其中，所述第二蚀刻停止层在组成上不同于所述第一蚀刻停止层；第二介电材料层，设置在所述第二蚀刻停止层上；以及上面的导电部件，形成在所述第二介电材料层中，所述上面的导电部件位于所述第一下面的导电部件上并且与所述第一下面的导电部件电连接。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。

图1是根据一些实施例的形成集成电路(IC)结构的方法的一个实施例的流程图。

图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8示出根据一些实施例构建的由图1的方法制成的在各个制造阶段期间的示例性集成电路结构的截面图。

图9示出根据一些实施例的通过图1的方法的集成电路结构的截面图。

图10、图11以及图12示出根据一些实施例构建的的通过图1的方法制成的各个制造阶段期间的示例性集成电路结构的截面图。

图13和图14示出根据一些实施例的与图3和图4的集成电路结构有关的各个数据。

具体实施方式

应该理解，以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。另外，本发明可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系。此外，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。

图1是根据一些实施例的形成集成电路的方法100的流程图。图2至图9示出根据一些实施例的在方法100的各个制造阶段期间的示例性集成电路200的截面图。参考图1至图9以及其他附图的下面描述方法100和示例性集成电路(IC)结构200。

如图2所示，方法开始于102，提供或接收衬底210。在一些实施例中，衬底210包括硅。可选地，根据一些实施例，衬底210可包括诸如锗的其他元素半导体。在一些实施例中，额外地或可选地，衬底210包括诸如碳化硅、砷化镓、砷化铟和磷化铟的化合物半导体。在一些实施例中，衬底210包括诸如锗化硅、碳化硅锗、磷化镓砷和磷化镓铟的合金半导体。

衬底210可包括形成在顶面上的外延层，诸如在块状半导体晶圆上方的外延半导体层。在一些实施例中，衬底210包括绝缘体上半导体(SOI)结构。例如，衬底可包括通过诸如注氧隔离(SIMOX)的工艺形成的埋氧(BOX)层。在各个实施例中，衬底210包括通过诸如离子注入和/或扩散的工艺形成的诸如p-型阱、n-型阱、p-型源极/漏极部件和/或n-型源极/漏极部件的各个p-型掺杂区和/或n-型掺杂区。衬底210可包括诸如电阻器、电容器、二极管、诸如场效应晶体管(FET)的晶体管的其他功能部件。衬底210可包括配置为分离形成在衬底210上的各个器件的横向隔离部件。衬底210还可包括多层互连(MLI)结构的部分。多层互连结构包括在多个金属层中的金属线。可通过称为通孔部件的垂直导电部件连接不同金属层中的金属线。多层互连结构还包括配置为连接金属线至衬底210上的栅电极和/或掺杂部件的接触件。多层互连结构设计为连接多个器件部件(诸如多个p-型和n-型掺杂区、栅电极和/或无源器件)以形成功能电路。

仍参考图1和图2，方法100包括操作104，在衬底210上形成一个或多个下面的导电部件215。在图2中示出的实施例中，形成三个下面的导电部件215。在一些实施例中，下面的导电部件215为诸如金属线、金属通孔部件或金属接触部件的金属部件。在一些实施例中，下面的导电部件215包括通过诸如双镶嵌工艺的适当的步骤形成的金属线和金属通孔部件二者。

可选地，下面的导电部件215可为其他导电部件，只要下面的导电部件的顶面能够提供沉积选择性，诸如下面的导电部件的顶面为金属或金属合金表面。随后，进一步描述沉积选择性。在一些实施例中，下面的导电部件215为诸如源极/漏极部件的掺杂半导体部件。在又一个实施例中，在掺杂半导体部件的顶面上形成硅化物。在一些实施例中，下面的导电部件215为栅电极、电容器或电阻器。在又一个实施例中，在栅电极(诸如金属栅极)、电容器(诸如电容器的金属电极)或电阻器的顶面上形成金属。

在图2中示出的实施例中，下面的导电部件215为在MLI结构的一个金属层中的金属线。在又一个实施例中，在第一介电材料层220中形成下面的导电部件215。

在一些实施例中，通过镶嵌工艺形成金属线215，这在下面进一步描述。在衬底210上形成第一介电材料层220。可选地，在衬底210上形成蚀刻停止层(ESL)225并在蚀刻停止层225上形成第一介电材料层220。在一些实施例中，第一介电材料层220包括诸如氧化硅、氮化硅、低介电常数(低k)材料或它们的组合的介电材料。作为实例，低k材料可包括氟化硅玻璃(FSG)、碳掺杂氧化硅、(Applied Materials of Santa Clara,California)、干凝胶、气凝胶、非晶氟化碳、聚对二甲苯、二苯并环丁烯(BCB)、SiLK(Dow Chemical,Midland,Michigan)、聚酰亚胺、多孔聚合物和/或其他适当的材料。形成第一介电材料层220的工艺可使用化学汽相沉积(CVD)、旋转涂覆或其他适当的沉积技术。蚀刻停止层225包括不同于第一介电材料层220的材料，材料设计为提供蚀刻选择性使得随后的蚀刻工艺能够基本上蚀刻第一介电材料层220并且停止在蚀刻停止层225上。例如，蚀刻停止层225包括用以停止随后的蚀刻工艺的蚀刻的氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅或其他适当的材料。可通过CVD或其他适当的技术形成蚀刻停止层225。在沉积(蚀刻停止层225以及)第一介电材料层220之后，可通过诸如化学机械抛光(CMP)的技术进一步平坦化第一介电材料层220。在一些其他的实施例中，根据组成和制造，蚀刻停止层225具有与将在操作106至110中形成的蚀刻停止层类似的结构。

此后，将第一介电材料层220图案化以形成一个或多个沟槽。可将沟槽对准以暴露衬底210中的下部导电部件，诸如下部金属层中的金属部件或可选地设置在衬底210的半导体材料中的掺杂区。在一些实施例中，形成沟槽的操作使用本领域已知的光刻图案化和蚀刻工艺或者通过未来将开发的新技术。例如，通过包括光刻胶涂布、曝光和显影的光刻工艺在第一介电材料层220上形成图案化的光刻胶层。图案化的光刻胶层包括限定用于沟槽的区域的开口。使用图案化的光刻胶层作为蚀刻掩模，通过图案化的光刻胶层的开口将蚀刻工艺进一步应用于第一介电材料层220。在形成沟槽之后，通过湿剥离或等离子体灰化去除图案化的光刻胶层。可选地，可使用硬掩模以便通过第一蚀刻将沟槽图案从图案化的光刻胶层转印至硬掩模，然后通过第二蚀刻转印至第一介电材料层。

然后，在沟槽中填充导电材料以形成下面的导电部件215。在各个实施例中，导电材料包括铜、铝、钴或钨。在一些其他实施例中，导电材料可包括钛、金属硅化物、金属合金或它们的组合。在本实施例中，下面的导电部件215包括铜并且具有多个膜。在又一个实施例中，下面的导电部件215包括加衬于沟槽的阻挡层以及在沟槽中填充的铜。在一个实例中，通过包括：在沟槽的侧壁上沉积阻挡层；通过溅射形成铜晶种层；以及通过电镀在沟槽中填充块状铜的工序形成下面的导电部件215。阻挡层可包括钛、氮化钛、钽、氮化钽或它们的组合；并且可通过溅射形成。之后，可应用CMP工艺以去除过多的铜以及平坦化顶面。

参考图1和图3，方法100继续实施至操作106，选择性沉积在第一介电材料层220和下面的导电部件215上沉积蚀刻停止层230。由此形成的蚀刻停止层230包括在组成上彼此不同的第一部分230A和第二部分230B。此外，由于在选择性沉积期间不同的下面的表面(金属表面和介电表面)，因此第一部分230A和第二部分230B分别与下面的导电部件215和第一介电材料层220自对准。

在一些实施例中，蚀刻停止层230为包括具有较小的氧浓度的第一部分230A(因此，还称为贫氧部分230A)和具有较大的浓度的第二部分230B(因此还称为富氧部分230B)的金属氧化物。特别地，贫氧部分230A具有第一氧浓度并且富氧部分230B具有大于第一氧浓度的第二氧浓度。贫氧部分230A与第一导电部件自对准并且富氧部分230B与第一介电材料层220的部分自对准。在一些实例中，蚀刻停止层230具有10nm至20nm的范围的厚度。贫氧部分230A和富氧部分230B在组成上不同以便在随后的蚀刻工艺中(在操作108中)提供蚀刻选择性，诸如在一个实施例中蚀刻选择比大于3。

在金属氧化物中，一些金属原子与氧原子接合并且一些金属原子不与氧原子接合。当金属氧化物具有较高氧浓度时，更多金属原子与氧接合。将金属氧接合(M-O接合)浓度定义为在给定体积中与氧接合的金属原子的数量除以金属原子的总数。在下列描述中可将M-O接合浓度简称为氧浓度。贫氧部分230A具有第一M-O接合浓度(或第一氧浓度)并且富氧部分230B具有大于第一氧浓度的第二M-O接合浓度(第二氧浓度)。在一些实例中，贫氧部分230A具有小于50％的第一金属-氧接合浓度，且富氧部分230B具有大于80％的第二金属-氧接合浓度。在其他实施例中，贫氧部分230A具有小于30％的第一金属-氧接合浓度，且富氧部分230B具有大于95％的第二金属-氧接合浓度。在特殊实例中，贫氧部分230A具有约30％的第一金属-氧接合浓度，且富氧部分230B具有约99％的第二金属-氧接合浓度。

在一些实施例中，蚀刻停止层230为选自氧化铪、氧化锆、氧化铝或它们的组合组成的组的金属氧化物。在本实施例中，通过原子层沉积(ALD)形成蚀刻停止层230。在又一个实施例中，在ALD工艺的每个循环中，蚀刻停止层230的形成使用含金属化学物质和含氧化学物质(诸如相继地)。例如，含金属化学物质包括四(乙基甲基氨基)铪(TEMA-Hf)、四(乙基甲基酰胺基)锆(TEMA-Zr)、三甲基铝(TMA)、三(二甲基酰胺基)铝(TDMAA)及它们的组合。在各个实例中，TEMA-Hf用于形成氧化铪；TEMA-Zr用于形成氧化锆；且TMA或TDMAA用于形成氧化铝。根据一些实施例，含氧化学物质包括氧分子(O₂)、臭氧(O₃)、水(H₂O)或它们的组合。

可通过诸如使用高温的热ALD、使用等离子体增强的等离子体ALD或热加等离子体ALD的适当的ALD工艺形成蚀刻停止层230。在一些实施例中，形成蚀刻停止层230的ALD工艺包括200℃至400℃的范围的工艺温度。在一些实施例中，对于含金属化学物质，形成蚀刻停止层230的ALD工艺包括50℃至100℃的范围的工艺温度，以及0.05托至0.5托的范围的蒸汽压力。在一个实例中，对于TEMA-Hf或TEMA-Zr，形成蚀刻停止层230的ALD工艺包括约70℃的工艺温度和0.05托至0.2托的范围的蒸汽压力。在另一个实例中，对于TMA，形成蚀刻停止层230的ALD工艺包括约70℃的工艺温度和0.1托至0.4托的范围的蒸汽压力。在另一个特殊的实例中，对于TDMAA，形成蚀刻停止层230的ALD工艺包括约70℃的工艺温度和50托至200托的范围的蒸汽压力。

参考图1和图4，方法100继续实施至操作108，实施选择性去除至蚀刻停止层230，由此选择性去除蚀刻停止层230的贫氧部分230A。将作为蚀刻停止层230的富氧部分230B的剩余部分与介电材料层220的部分对准。选择性去除包括蚀刻工艺设计以相对于富氧部分230B、导电部件215和介电材料层220选择性地去除贫氧部分230A。在操作108之后，富氧部分230B可能具有一定损失但仍具有足够的厚度以在随后的操作中充当蚀刻停止层。在一些实施例中，富氧部分230B的剩余的厚度T1大于2nm。在一些实例中，富氧部分230B的剩余的厚度为2nm至10nm。

在一些实施例中，选择性去除包括具有贫氧部分230A和富氧部分230B之间的蚀刻选择性(诸如大于3的蚀刻选择比)的选择性湿清洗去除。湿清洗去除使用具有体积大于50％的水(H₂O)和体积大于5％的过氧化氢(H₂O₂)的湿清洗溶液。在一些实施例中，湿清洗溶液具有7至9的pH值。在又一个实施例中，湿清洗去除还包括具有湿清洗组分；金属-氧化物去除组分；和抑制剂组分的湿蚀刻剂。

在一些实例中，湿清洗组分选自由苯腈、4-甲基-3-硝基苯甲腈、4-(溴甲基)苯甲腈、4-(氯甲基)苯甲腈、2-氟-4-(三氟甲基)苯甲腈、4-(三氟甲基)苯甲腈、二乙二醇单丁基醚、2-(2-丁氧基乙氧基)乙酸乙酯、二乙二醇二甲基醚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、聚(乙二醇)二(胺),(2-甲基丁基)胺、三(2-乙基己基)胺、(4-异硫氰基苯基)(3-甲基苯基)胺、聚(乙二醇)甲基醚胺、聚(乙二醇)二胺及它们的组合组成的组。在一些实例中，金属-氧化物去除组分选自由盐酸三羟乙基胺、三羟乙基胺、三乙醇胺、水杨酸三乙醇胺、2-氯乙基乙烯基醚、2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙醇、四乙基乙二胺、乙酸铵、氯化铵、硫酸铵、甲酸铵、硝酸铵、碳酸铵、氟化铵、过硫酸铵、氨基磺酸铵、磷酸铵、1-乙酰基胍及它们的组合组成的组。在一些实例中，抑制剂组分选自由1-氯苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-甲基-1H-苯并三唑、1-甲基-1H-1,2,3-苯并三唑-5-甲醛、1-甲基-1H-1,2,3-苯并三唑-5-胺、1-甲基咪唑、2-巯基-1-甲基咪唑、1-甲基咪唑-2-磺酰氯、5-氯-1-甲基咪唑、5-碘-1-甲基咪唑、甲巯咪唑、1-甲基咪唑鎓氯化物、2,5-二溴-1-甲基-1H-咪唑、1H-苯并三唑-4-磺酸、BTA等及它们的组合组成的组。

参考图1和图5，方法100继续实施至操作110，通过在第一蚀刻停止层230的开口内形成在第一蚀刻停止层230上和在导电部件215上的第二蚀刻停止层235。第二蚀刻停止层235在组成上不同于第一蚀刻停止层230。在一些实施例中，作为第一蚀刻停止层230包括金属氧化物且第二蚀刻停止层235包括诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及它们的组合的无金属介电材料。第二蚀刻停止层235的形成可包括CVD或其他适当的沉积。在一个实例中，第二蚀刻停止层235的形成包括可流动CVD以形成氧化硅。在一些实施例中，第二蚀刻停止层235具有0.5nm至2nm的厚度T₂。

参考图1和图6，方法100继续实施至操作112，在IC结构200上形成第二介电材料层240。在第二ESL 235上形成第二介电材料层240。在一些实施例中，第二介电材料层240包括氧化硅、氮化硅、低k材料或它们的组合。第二介电材料层240的形成可包括CVD、旋转涂覆或其他适当的沉积技术。在一些实施例中，第二介电材料层240在组成和沉积上与第一介电材料层220类似。在沉积第二介电材料层240之后，可应用CMP工艺以平坦化IC结构200的顶面。

参考图1和图7，方法100继续实施至操作114，在第二介电材料层240中形成开口。操作114可包括诸如单镶嵌工艺的适当的镶嵌工艺以形成用于金属线的沟槽或用于通孔部件的垂直通孔；或者可选地，双镶嵌工艺以形成用于金属线的沟槽和用于通孔部件的垂直通孔二者。在本实施例中，通过双镶嵌工艺形成开口并且开口包括沟槽270和通孔275。开口的形成包括光刻图案化和蚀刻。

在图10至图12中示出并且下面描述形成沟槽270和通孔275的双镶嵌工艺的一个实例。

参考图1的框116和图10，在第二介电材料层240上形成图案化的掩模层以限定沟槽。在一些实施例中，在第二介电材料层240上进一步形成抗反射涂(ARC)膜245以减少在随后的光刻图案化期间的反射或额外地提供其他功能。在一个实例中，ARC膜包括无氮ARC(NFARC)材料。NFARC材料减少感光的光刻胶中的光刻胶中毒并且可包括氧化硅，并且可额外地包括碳(诸如碳-掺杂氧化硅)。

在IC结构200上进一步形成掩模层250。在一些实施例中，掩模层250为光刻胶层。在一些其他实施例中，掩模层250包括诸如氮化硅或氮氧化硅的硬掩模材料。

此后，如图10中示出的，通过光刻工艺图案化掩模层250，由此形成具有一个(或多个)开口255的图案化的掩模层250以限定用于金属线(或多个金属线)的区域(或多个区域)。金属线是指在将形成的上面的金属层中的金属线。在一些实施例中，掩模层250为光刻胶层，图案化工艺为包括旋转涂覆、曝光和显影的光刻步骤。在一些实施例中，掩模层250为硬掩模，图案化工艺包括使用光刻工艺在硬掩模250上形成图案化的光刻胶层；以及使用图案化的光刻胶层作为蚀刻掩模通过图案化的光刻胶层的开口蚀刻硬掩模。在形成图案化硬掩模之后，可通过等离子体灰化或湿剥离去除图案化的光刻胶层。

参考图1的框118和图11，应用图案化工艺以限定用于通孔部件(或多个通孔部件)的区域。在一些实施例中，通过包括旋转涂覆、曝光和显影的光刻工艺在IC结构200上形成图案化的光刻胶层260。图案化的光刻胶层260包括限定通孔部件的一个(或多个)开口265。在顶视图中(如图11中示出的)通过开口265限定的通孔部件和通过开口255限定的金属线重叠使得相应的金属线与相应的通孔部件连接。此外，在顶视图中，由开口265限定的通孔部件和下面的导电部件215重叠使得相应的通孔部件与下面的导电部件215连接。

参考图1的框120和图12，将通孔蚀刻工艺应用至第二介电材料层240。通过使用图案化的光刻胶层260作为蚀刻掩模的第一蚀刻工艺通过开口265将第二介电材料层240(和如果存在的ARC层245)凹进。设计并调整第一蚀刻工艺以部分地蚀刻第二介电材料层240使得凹进的部分不完全通过第二介电材料层240。例如，将第二介电材料层240蚀刻至它的厚度的约一半。在一些实施例中，通过蚀刻持续时间控制第一蚀刻工艺。之后，如图12中示出的，通过等离子体灰化或湿剥离去除图案化的光刻胶层260。

参考图1的框122和图7，将沟槽蚀刻工艺应用至第二介电材料层240。通过使用硬掩模250作为蚀刻掩模的第二蚀刻工艺通过硬掩模250的开口255将第二介电材料层240(和如果存在的ARC层245)进一步蚀刻。将第二蚀刻工艺设计为选择性蚀刻第二介电材料层240同时第二ESL 235基本上保持完整。诸如通过控制蚀刻持续时间实施第二蚀刻工艺以部分蚀刻第二介电材料层240。在第二蚀刻工艺期间，仅将由开口255限定的区域内的第二介电材料层240凹进但不完全穿过第二介电材料层240。然而，通过第一蚀刻工艺将通过开口265限定的区域内的第二介电材料层240凹进并通过第二蚀刻工艺进一步蚀刻穿过第二介电材料层240，因此到达ESL 235。因此，在第二介电材料层240中共同形成用于金属的沟槽270和用于通孔部件的通孔(通孔开口)275二者。如图7中示出的，在第二介电材料层240的上部中形成沟槽270并且在第二介电材料层240的下部中形成通孔275。

在一些实施例中，第二蚀刻工艺包括干蚀刻、湿蚀刻或它们的组合。使用蚀刻剂设计第二蚀刻工艺以具有蚀刻选择性使得第二蚀刻工艺基本上去除第二介电材料层240同时保持ESL 235完整。在一些实施例中，用于第一蚀刻工艺和第二蚀刻工艺的蚀刻剂相同。在一些实施例中，第二蚀刻工艺为具有更多蚀刻方向性的干蚀刻。在一些实施例中，第二蚀刻工艺中的蚀刻剂包括含氟气体(诸如CxFy，其中x和y为适当的整数)、含氧气体(诸如O₂)、其他适当的蚀刻气体或它们的组合。

在形成沟槽270和通孔275之后，应用诸如湿蚀刻的第三蚀刻工艺以开口第二ESL 235。在一些实施例中，第二ESL 235包括无金属介电材料(诸如氮化硅)；并且第一蚀刻停止层230为金属氧化物。设计第三蚀刻工艺以相对于第一ESL 230选择性地蚀刻第二ESL 235。例如，ESL 235包括氧化硅；且第三蚀刻工艺包括氢氟酸。在一些实例中，ESL 235包括氧化硅；并且第三蚀刻工艺包括氢氟酸。

参考图1，如图8中示出的，在形成开口之后，方法100继续实施至操作124以在开口中形成上面的导电部件。将上面的导电部件与下面的导电部件215的一个电连接。在示出的实施例中，开口包括沟槽270和通孔275，上面的导电部件包括在沟槽270中形成的金属线280和在通孔275中形成的通孔部件285。应该注意，术语“通孔275”(或“通孔开口275”)是指第二介电材料层中的空隙空间并且术语“通孔部件285”是指在相应的空隙空间中形成导电部件。在操作124中，在沟槽270和通孔275中形成导电材料，由此形成在沟槽270中的金属线280和在通孔275中的通孔部件285。通过通孔部件285将金属线280与下面的导电部件215的一个电连接。将通孔部件285和金属线280共同称为上面的导电部件。在各个实施例中，导电材料包括铜、铝、钴或钨。在一些其他实施例中，导电材料可包括钛、多晶硅、金属硅化物、金属合金或它们的组合。在一些实施例中，在组成和形成方面，上面的导电部件与下面的导电部件215类似。在本实施例中，上面的导电部件包括铜并且具有多个膜。在又一个实施例中，上面的导电部件包括内衬于沟槽的阻挡层和填充在沟槽中的铜。在一个实例中，通过包括在沟槽的侧壁上沉积阻挡层；通过溅射形成铜晶种层；以及通过电镀在沟槽中填充块状铜的工序形成上面的导电部件215。阻挡层可包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、其他适当的材料或它们的组合；并且可通过溅射形成。之后，可应用CMP工艺以去除过多的铜以及平坦化顶面。在一些实施例中，同样通过CMP工艺或另一种蚀刻工艺去除ARC层245和硬掩模250。在一些实例中，在CMP工艺之后或在CMP工艺之前，通过另一种蚀刻工艺去除ARC层245和硬掩模250。

如上，使用光刻工艺通过图案化的光刻胶层260的开口265限定通孔275。预期将开口265与下面的导电部件215对准。然而，光刻工艺具有固有不对准。当相邻的金属线之间的空间变得越来越小时，不对准容限也变得越来越小，这对于相应的光刻工艺是一项挑战。此外，金属线和通孔部件之间的不对准还可带来质量和可靠性问题。例如，诸如电介质随时间变化破坏试验(TDDB)的可靠性试验可能受关注。公开的方法100提供自对准工艺使得下面的导电部件215和通孔部件285之间的不对准被约束并且最小化。因此，通孔部件285与下面的导电部件215自对准。这在下面解释。

如图4中示出的，将第一ESL 230图案化以具有分别与第一介电材料层220的各个部分对准的各个部分(富含氧化物的部分230B)。如图8中示出的，当出现不对准时，在第一ESL 230的富含氧化物的部分230B上接合通孔275。由于蚀刻选择性，第三蚀刻工艺将蚀刻穿过第二ESL 235但不能蚀刻穿过第一ESL 230。考虑蚀刻选择性和自对准第一ESL 230，将通孔275约束为与下面的导电部件215对准。因此，IC结构200具有诸如更好的TDDB的改进的可靠性。

公开的方法提供了具有分别与下面的介电材料层的部分对准的各个部分的自对准蚀刻停止层。这种具有它的自对准的蚀刻停止层的虎牙结构提供了对通孔的约束使得通孔部件与下面的导电部件自对准。诸如通过X-射线扫描电子显微镜(SEM)与能量色散X-射线光谱(EDS)的实验进一步验证自对准虎牙蚀刻停止层230的有效性。根据一些实例构建的，图13示出在通过操作108选择性去除之前(如图3中示出的)沿着扫描线1(“SL1”)的第一金属原子浓度(％)288和在通过操作108选择性去除之后(如图4中示出的)沿着扫描线1的第二金属原子浓度(％)290；并且图14示出在通过操作108选择性去除之前(如图3中示出的)沿着扫

描线2(“SL2”)的第三金属原子浓度(％)292和在通过操作108选择性去除之后(如图4中示出的)沿着扫描线2的第四金属原子浓度(％)294。此处，金属原子浓度是指蚀刻停止层230中的金属氧化物的金属原子(诸如铪、锆或铝)浓度。图13和14中的实验数据显示金属原子浓度在扫描线1中降至零同时在扫描线2中金属原子浓度保持一定水平，这表明去除了贫氧部分230A(oxide-poor portions)同时富含部分230B(oxide-rich portions)保持具有一定厚度。

本发明提供了IC结构及其方法。特别地，方法包括使下面的导电部件凹进的操作。在第一介电材料层220上形成的第一ESL 230具有与第一介电材料层220的部分自对准的虎牙结构。通过在各个实施例中实施公开的方法，可存在下面描述的一些优点。然而，应该理解，本文公开的不同实施例提供不同优点并且应该理解所有实施例中都不必然需要特定优点。作为一个实例，通过形成与下面的介电部分220自对准的虎牙ESL 230，将通孔部件285约束为与下面的导电部件215对准。因此，通过公开的方法形成的IC结构具有比以其他方式形成的IC结构更好的TDDB。

在不背离本发明实质的前提下可实施其他实施例和修改。在一些实例中，下面的导电部件215包括金属线并且通过单镶嵌工艺形成。在一些其他实例中，下面的导电部件215包括通过双镶嵌工艺形成的金属线和通孔部件。在一些实施例中，形成下面的导电部件215的双镶嵌工艺可能与形成上面的导电部件(通孔部件285和金属线280)的双镶嵌工艺类似。在一些实施例中，形成下面的导电部件215或上面的导电部件的双镶嵌工艺可能为不同工序，诸如具有先沟槽工序(trench-first procedure)的双镶嵌工艺，其中，首先图案化用于金属线的沟槽，以及然后之后图案化用于通孔部件的通孔。

在一些其他的实施例中，形成与虎牙第一ESL 230共形的第二蚀刻停止层235并且第二蚀刻停止层235包括在第一ESL 230的开口中的底部和在第一ESL 230的侧壁上的侧壁部分。在该情况下，第二ESL 235具有与下面的导电部件215对准的凹陷(dips)，考虑到侧壁部分中的第二ESL 130的蚀刻选择性和相对更大的厚度，甚至第二ESL 235用以约束与下面的导电部件215对准的通孔275，除了虎牙第一ESL 230的约束功能之外。

在一些其他实施例中，上面的导电部件包括通过单镶嵌工艺形成的通孔部件。仍在一些其他实施例中，通过单镶嵌工艺形成上面的导电部件包括金属线。在该情况下，通过单镶嵌工艺代替方法100中的操作116至124。在特殊的实例中，如图10中示出的，单镶嵌工艺包括形成图案化的掩模250。该操作与操作116类似。然而，图案化的掩模250中的开口255可限定金属线或通孔部件。单镶嵌工艺还包括使用图案化的掩模层250作为蚀刻掩模通过第二介电材料层240实施蚀刻工艺。该操作与操作122类似。然而，单镶嵌工艺中的蚀刻工艺从第二介电材料层240的顶面蚀刻，一直向下至ESL 235，由此形成用于通孔部件的金属线的沟槽。之后，可通过湿蚀刻将ESL 235开口。

在方法100中，图案化工艺用于图案化各个材料层，诸如图案化掩模层250或形成图案化的光刻胶层260。在各个实例中，图案化工艺为光刻工艺，光刻工艺包括将光刻胶层暴露于辐射束。辐射束可为光子束。例如，可通过具有预定图案的掩模将半导体晶圆上的光刻胶层暴露于紫外(UV)光。可使用通过分步重复方法的光刻机或者使用通过分步扫描方法的扫描仪实施暴露工艺。除了光子束之外，辐射束的其他选择包括电子束和离子束。例如，可通过e-束暴露系统(e-束烧录器)将光刻胶层暴露于电子束(e-束)。可使用e-束刻录机，根据预定图案将图案写入至光刻胶层。可将暴露工艺进一步延伸至包括诸如无掩模暴露或写入工艺的其他技术。在暴露工艺之后，可通过称为曝光后烘烤(PEB)的热烘烤工艺将光刻胶层进一步加工。PEB可诱导光刻胶层的暴露部分中的化学转化的级联，将其转化以使光刻胶在显影剂中具有增加的溶解度。此后，将衬底上的光刻胶层显影使得暴露的光刻胶部分在随后的显影工艺期间溶解并且洗掉。上述光刻工艺可能仅表示与光刻图案化技术有关的加工步骤的子集。光刻工艺还可包括诸如清洗和烘烤的按适当顺序的其他步骤。例如，还可将显影的光刻胶层进一步烘烤，称为硬烘烤。方法中实施的光刻工艺可具有其他改变。例如，抗反射涂层可设置在光刻胶层上方，称为顶ARC(TAR)。光刻胶可为负型使得PEB工艺可降低暴露的光刻胶层的溶解度。

因此，根据一些实施例，本发明提供了一种制造集成电路的方法。方法包括：提供衬底，衬底具有第一介电材料层和嵌入在第一介电材料层中并被第一介电材料层的部分彼此横向隔开的第一导电部件；在第一介电材料层和第一导电部件上沉积第一蚀刻停止层，由此形成具有与第一介电材料层的部分自对准的富氧部分和与第一导电部件自对准的贫氧部分的第一蚀刻停止层；实施至第一蚀刻停止层的选择性去除工艺，由此选择性地去除第一蚀刻停止层的贫氧部分；在第一导电部件上和第一蚀刻停止层的富氧部分上形成第二蚀刻停止层；在第二蚀刻停止层上形成第二介电材料层；以及在第二介电材料层中形成导电结构，其中，将导电结构与至少一个第一导电部件电连接。

根据一些实施例，本发明还提供了一种制造集成电路的方法。方法包括：提供衬底，衬底具有被介电部件彼此横向隔开的导电部件；在衬底上沉积金属氧化物层，由此形成具有与介电部件自对准的富氧部分和与导电部件自对准的贫氧部分的金属氧化物层；实施至金属氧化物层的选择性去除工艺，由此选择性地去除金属氧化物层的贫氧部分；形成介电材料层；以及在介电材料层中形成导电结构。

本发明提供了根据一些实施例的集成电路结构。集成电路结构包括：衬底，具有被介电部件彼此横向隔开的第一下面的导电部件和第二下面的导电部件；第一蚀刻停止层，具有分别与第一下面的导电部件和第二下面的导电部件对准的第一开口和第二开口；在第一蚀刻停止层上和在第一蚀刻停止层的第二开口中形成的第二蚀刻停止层，其中，第二蚀刻停止层在组成上不同于第一蚀刻停止层；设置在第二蚀刻停止层上的第二介电材料层；以及在第二介电材料层中形成的上面的导电部件，上面的导电部件接合在第一下面的导电部件上并且与第一下面的导电部件电连接。

根据本发明的一个实施例，提供了一种制造集成电路的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一介电材料层和嵌入在所述第一介电材料层中并且被所述第一介电材料层的部分彼此横向隔开的第一导电部件；在所述第一介电材料层和所述第一导电部件上沉积第一蚀刻停止层，由此形成所述第一蚀刻停止层，所述第一蚀刻停止层具有与所述第一介电材料层的所述部分自对准的富氧部分和与所述第一导电部件自对准的贫氧部分；实施对所述第一蚀刻停止层的选择性去除工艺，由此选择性地去除所述第一蚀刻停止层的所述贫氧部分；在所述第一导电部件和所述第一蚀刻停止层的所述富氧部分上形成第二蚀刻停止层，其中，所述第二蚀刻停止层在组成上不同于所述第一蚀刻停止层；在所述第二蚀刻停止层上形成第二介电材料层；以及在所述第二介电材料层中形成导电结构，其中，所述导电结构与至少一个所述第一导电部件电连接。

在上述方法中，在所述第二介电材料层中形成所述导电结构包括：实施对所述第二介电材料层的第一蚀刻工艺，由此在所述第二介电材料层中形成开口；以及在所述第二介电材料层的所述开口中形成第二导电部件。

在上述方法中，形成所述第二导电部件包括用导电材料填充所述开口以及抛光所述导电材料。

在上述方法中，形成所述导电结构包括实施双镶嵌工艺，由此形成具有金属线和金属通孔部件的所述第二导电部件，所述金属通孔部件电连接所述金属线和所述第一导电部件。

在上述方法中，还包括穿过所述第二介电材料层中的所述开口实施对所述第二蚀刻停止层的第二蚀刻工艺。

在上述方法中，沉积所述第一蚀刻停止层包括沉积选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝或它们的组合组成的组的金属氧化物。

在上述方法中，通过使用含氧化学物质和含金属化学物质的原子层沉积来执行所述金属氧化物的所述沉积。

在上述方法中，所述含金属化学物质选自由四(乙基甲基氨基)铪(TEMA-Hf)、四(乙基甲基酰胺基)锆(TEMA-Zr)、三甲基铝(TMA)、三(二甲基酰胺基)铝(TDMAA)及它们的组合组成的组。

在上述方法中，沉积所述第一蚀刻停止层包括形成具有所述富氧部分和所述贫氧部分的所述第一蚀刻停止层，所述富氧部分具有大于80％的第一金属-氧接合浓度并且所述贫氧部分具有小于40％的第二金属-氧接合浓度。

在上述方法中，实施对所述第一蚀刻停止层的所述选择性去除工艺包括：使用湿蚀刻溶液实施湿清洗工艺使得所述贫氧部分和所述富氧部分之间的蚀刻选择比大于3。

在上述方法中，所述蚀刻剂包括湿清洗组分；金属-氧化物去除组分以及抑制剂组分。

在上述方法中，所述湿清洗组分选自由苯腈、4-甲基-3-硝基苯甲腈、4-(溴甲基)苯甲腈、4-(氯甲基)苯甲腈、2-氟-4-(三氟甲基)苯甲腈、4-(三氟甲基)苯甲腈、二乙二醇单丁基醚、2-(2-丁氧基乙氧基)乙酸乙酯、二乙二醇二甲基醚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、聚(乙二醇)二(胺)、(2-甲基丁基)胺、三(2-乙基己基)胺、(4-异硫氰基苯基)(3-甲基苯基)胺、聚(乙二醇)甲基醚胺、聚(乙二醇)二胺及它们的组合组成的组；所述金属-氧化物去除组分选自由盐酸三羟乙基胺、三羟乙基胺、三乙醇胺、水杨酸三乙醇胺、2-氯乙基乙烯基醚、2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙醇、四乙基乙二胺、乙酸铵、氯化铵、硫酸铵、甲酸铵、硝酸铵、碳酸铵、氟化铵、过硫酸铵、氨基磺酸铵、磷酸铵、1-乙酰基胍及它们的组合组成的组；以及所述抑制剂组分选自由1-氯苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-甲基-1H-苯并三唑、1-甲基-1H-1,2,3-苯并三唑-5-甲醛、1-甲基-1H-1,2,3-苯并三唑-5-胺、1-甲基咪唑、2-巯基-1-甲基咪唑、1-甲基咪唑-2-磺酰氯、5-氯-1-甲基咪唑、5-碘-1-甲基咪唑、甲巯咪唑、1-甲基咪唑鎓氯化物、2,5-二溴-1-甲基-1H-咪唑、1H-苯并三唑-4-磺酸、BTA类及它们的组合组成的组。

在上述方法中，所述第二蚀刻停止层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及它们的组合中的一种。

根据本发明的另一实施例，还提供了一种制造集成电路的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有被介电部件彼此横向隔开的导电部件；在所述衬底上沉积金属氧化物层，由此形成具有与所述介电部件自对准的富氧部分和与所述导电部件自对准的贫氧部分的金属氧化物层；实施对所述金属氧化物层的选择性去除工艺，由此选择性地去除所述金属氧化物层的所述贫氧部分；形成介电材料层；以及在所述介电材料层中形成导电结构。

在上述方法中，还包括在实施对所述金属氧化物层的所述选择性去除工艺之后以及在形成所述介电材料层之前，在所述导电部件和所述金属氧化物层上形成蚀刻停止层，其中，所述导电结构穿过所述蚀刻停止层与至少一个所述导电部件电连接。

在上述方法中，所述金属氧化物层选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝或它们的组合组成的组；以及所述蚀刻停止层为选自由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及它们的组合组成的组的介电材料。

在上述方法中，通过使用含氧化学物质和含金属化学物质的原子层沉积来实施所述金属氧化物层的所述沉积；以及实施对所述金属氧化物层的所述选择性去除工艺包括使用蚀刻剂实施湿蚀刻工艺以在所述贫氧部分和所述富氧部分之间具有蚀刻选择性。

根据本发明的又一实施例，还提供了一种集成电路(IC)结构，包括：衬底，具有被介电部件彼此横向隔开的第一下面的导电部件和第二下面的导电部件；第一蚀刻停止层，具有分别与所述第一下面的导电部件和所述第二下面的导电部件对准的第一开口和第二开口；第二蚀刻停止层，形成在所述第一蚀刻停止层上和所述第一蚀刻停止层的所述第二开口中，其中，所述第二蚀刻停止层在组成上不同于所述第一蚀刻停止层；第二介电材料层，设置在所述第二蚀刻停止层上；以及上面的导电部件，形成在所述第二介电材料层中，所述上面的导电部件位于所述第一下面的导电部件上并且与所述第一下面的导电部件电连接。

在上述集成电路结构中，所述第一蚀刻停止层包括金属氧化物；以及所述第二蚀刻停止层包括不同于所述金属氧化物的介电材料。

在上述集成电路结构中，所述金属氧化物层选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝或它们的组合组成的组；以及所述介电材料选自由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及它们的组合组成的组。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。