半导体器件及其制造方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术：

在半导体制造的工艺过程中，一般会在介质层中形成互连的通孔(via)和沟槽(trench)，然后向互连的通孔和沟槽中填充导电材料，以形成导电互连结构。其中，在通孔形成之后且在沟槽形成之前，为了避免在刻蚀形成沟槽的过程中通孔的结构受到破坏，会在通孔中填入保护材料来保护通孔，完成填入之后会继续在至少205℃的温度下烘烤，以使得填入的保护材料完全硬化，进而起到保护通孔的作用。

在填入保护材料时，为了确保通孔被完全填满，填入的保护材料的高度会超过通孔并将通孔周围的介质层掩埋在内；并且，为了避免保护材料影响后续形成的沟槽的一致性和平整性，在对保护材料烘烤之后，会采用干法刻蚀去除部分厚度的保护材料，以使得保护材料的高度不超出通孔。但是，对保护材料进行干法刻蚀，需要将半导体产品从填入和烘烤保护材料的工艺站点转移到干法刻蚀的工艺站点，且刻蚀工艺操作复杂，导致烘烤之后去除部分厚度的保护材料的过程需要至少44min的时间，进而导致半导体产品的生产时间增长，生产成本提高且产率降低。

因此，如何对现有的导电互连结构的生产工艺进行改进，以缩短生产时间，进而降低生产成本且提高产率是目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，使得半导体器件的生产时间缩短，进而使得生产成本降低且产率提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，包括：

提供一衬底，所述衬底上形成有介质层；

形成通孔于所述介质层中；

形成不完全固化的保护层于所述通孔中，且所述保护层将所述介质层掩埋在内；

采用溶剂去除部分厚度的所述保护层，以使得所述保护层的顶表面不超出所述介质层的顶表面；

形成沟槽于部分厚度的所述介质层中，所述沟槽的底部与所述通孔连通；以及，

去除剩余的所述保护层，以重新暴露出所述沟槽的底部下方的所述通孔。

可选的，所述介质层与所述衬底之间还形成有刻蚀阻挡层；所述介质层包括自下向上依次形成的第一介质层、第一硬掩膜层、第二介质层和第二硬掩膜层；形成所述通孔于所述介质层中的步骤包括：依次对所述第二硬掩膜层、第二介质层、第一硬掩膜层和第一介质层进行刻蚀，并停止于部分厚度的所述刻蚀阻挡层中，以在所述介质层和部分厚度的所述刻蚀阻挡层中形成所述通孔。

可选的，形成不完全固化的所述保护层于所述通孔中的步骤包括：首先，填充保护材料于所述通孔中，且所述保护材料将所述介质层掩埋在内；然后，对所述保护材料进行烘烤，使得所述保护材料部分固化，以形成不完全固化的所述保护层。

可选的，所述保护材料包括聚合物。

可选的，所述聚合物包括甲基丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂和聚醚丙烯酸酯树脂中的至少一种。

可选的，所述烘烤的温度为190℃±3℃。

可选的，所述溶剂包括有机溶剂。

可选的，所述有机溶剂包括丙二醇、乙二醇单乙醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。

可选的，形成所述沟槽于部分厚度的所述介质层中的步骤包括：依次对所述通孔侧壁上的所述第二硬掩膜层、第二介质层和第一硬掩膜层以及填充在所述通孔中的部分厚度的所述保护层进行刻蚀，以在所述第二硬掩膜层、第二介质层和第一硬掩膜层中形成底部与所述通孔连通的所述沟槽，且所述保护层保护所述沟槽底部下方的所述通孔不被刻蚀。

可选的，去除剩余的所述保护层之后，所述半导体器件的制造方法还包括：

去除所述通孔底部的刻蚀阻挡层；以及，

填充导电材料于所述通孔和所述沟槽中，以形成导电互连结构。

可选的，所述衬底上具有层间介质层和形成于所述层间介质层中的金属线，所述导电互连结构与所述金属线电性连接。

本发明还提供了一种半导体器件，采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的半导体器件的制造方法，通过形成通孔于衬底上的介质层中；形成不完全固化的保护层于所述通孔中，且所述保护层将所述介质层掩埋在内；采用溶剂去除部分厚度的所述保护层，以使得所述保护层的顶表面不超出所述介质层的顶表面；形成沟槽于部分厚度的所述介质层中，所述沟槽的底部与所述通孔连通；以及，去除剩余的所述保护层，以重新暴露出所述沟槽的底部下方的所述通孔，使得生产时间缩短，进而使得生产成本降低且产率提高。

2、本发明的半导体器件，由于采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造所述半导体器件，使得生产时间缩短，进而使得生产成本降低且产率提高。

附图说明

图1是本发明一实施例的半导体器件的制造方法的流程图；

图2a～2h是图1所示的半导体器件的制造方法中的器件示意图。

其中，附图1～2h的附图标记说明如下：

10-衬底；11-层间介质层；12-金属线；13-刻蚀阻挡层；14-介质层；141-第一介质层；142-第一硬掩膜层；143-第二介质层；144-第二硬掩膜层；15-通孔；16-保护层；17-沟槽；18-导电互连结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～2h对本发明提出的半导体器件及其制造方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，参阅图1，图1是本发明一实施例的半导体器件的制造方法的流程图，所述半导体器件的制造方法包括：

步骤s1、提供一衬底，所述衬底上形成有介质层；

步骤s2、形成通孔于所述介质层中；

步骤s3、形成不完全固化的保护层于所述通孔中，且所述保护层将所述介质层掩埋在内；

步骤s4、采用溶剂去除部分厚度的所述保护层，以使得所述保护层的顶表面不超出所述介质层的顶表面；

步骤s5、形成沟槽于部分厚度的所述介质层中，所述沟槽的底部与所述通孔连通；

步骤s6、去除剩余的所述保护层，以重新暴露出所述沟槽的底部下方的所述通孔。

下面参阅图2a～2h更为详细的介绍本实施例提供的半导体器件的制造方法，图2a～2h是图1所示的半导体器件的制造方法中的器件示意图，且图2a～2h是器件的纵向剖面示意图。

参阅图2a，按照步骤s1，提供一衬底10，所述衬底10上形成有介质层14。所述衬底10上具有层间介质层11和形成于所述层间介质层11中的金属线12，所述层间介质层11起电隔离的作用，所述金属线12可以作为所述衬底10的连接线。并且，所述衬底10中还具有栅极、源区和漏区等结构(未图示)。

所述介质层14与所述衬底10之间还形成有刻蚀阻挡层13，所述刻蚀阻挡层13用于阻挡后续的刻蚀工艺对所述金属线12造成损伤。所述刻蚀阻挡层13的材质可以为氮掺杂碳材料(ndc)和/或碳化硅，所述刻蚀阻挡层13的厚度可以为需要说明的是，所述刻蚀阻挡层13的材质和厚度不仅限于上述的范围，可以根据工艺需求选择其它合适的材料以及调整合适的厚度。

所述介质层14包括自下向上依次形成的第一介质层141、第一硬掩膜层142、第二介质层143和第二硬掩膜层144。所述第一介质层141和第二介质层143均起电隔离的作用，所述第一硬掩膜层142和第二硬掩膜层144均为刻蚀时的掩膜层，避免所述第一介质层141和第二介质层143中不需被刻蚀的部分受到刻蚀工艺的影响。所述第一介质层141、第一硬掩膜层142、第二介质层143和第二硬掩膜层144均可采用化学气相沉积工艺形成。所述第一介质层141和所述第二介质层143的材质均可以为正硅酸乙酯(teos)、氧化硅、硼硅玻璃(bsg)、磷硅玻璃(psg)和硼磷硅玻璃(bpsg)中的至少一种，所述第一硬掩膜层142和所述第二硬掩膜层144的材质均可以为氮化硅和/或氮氧硅。所述第一介质层141的厚度可以为所述第一硬掩膜层142的厚度可以为所述第二介质层143的厚度可以为所述第二硬掩膜层144的厚度可以为需要说明的是，所述第一介质层141、第一硬掩膜层142、第二介质层143和第二硬掩膜层144的材质和厚度不仅限于上述的范围，可以根据工艺需求选择其它合适的材料以及调整合适的厚度。

参阅图2b，按照步骤s2，形成通孔15于所述介质层14中。形成所述通孔15于所述介质层14中的步骤包括：依次对所述第二硬掩膜层144、第二介质层143、第一硬掩膜层142和第一介质层141进行刻蚀，并停止于部分厚度的所述刻蚀阻挡层13中，以在所述介质层14和部分厚度的所述刻蚀阻挡层13中形成所述通孔15。刻蚀的方法可以为干法刻蚀；在刻蚀工艺之后，剩余的所述刻蚀阻挡层13的厚度可以为所述通孔15形成于所述金属线12的上方，由于剩余的所述刻蚀阻挡层13的存在，避免了所述通孔15下方的所述金属线12受到刻蚀工艺的影响。

参阅图2c，按照步骤s3，形成不完全固化的保护层16于所述通孔15中，且所述保护层16将所述介质层14掩埋在内。形成不完全固化的所述保护层16于所述通孔15中的步骤包括：首先，填充保护材料于所述通孔15中，且所述保护材料将所述介质层14掩埋在内，以确保所述保护材料将所述通孔15填满；然后，对所述保护材料进行烘烤，使得所述保护材料部分固化，以形成不完全固化的所述保护层16。所述保护层16的不完全固化，使得在后续刻蚀形成沟槽17时，所述保护层16能够保护所述沟槽17的底部下方的通孔15的结构不受刻蚀工艺的影响的同时，还能使得采用溶剂即可简单且快速地去除部分厚度的所述保护层16。

所述保护材料可以包括聚合物，且所述保护材料不具有光敏性；所述保护材料常温下为液体状态，可以通过涂布的方式填充于所述通孔15中，并通过烘烤可逐渐固化。所述聚合物可以包括甲基丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂和聚醚丙烯酸酯树脂中的至少一种。所述烘烤的温度可以为190℃±3℃，以使得所述保护材料部分固化。需要说明的是，所述保护材料的种类和所述烘烤的温度不仅限于上述的范围，所述保护材料可以根据工艺需求选择合适的材料，所述烘烤的温度可以对应所述保护材料的种类进行选择。

参阅图2d，按照步骤s4，采用溶剂去除部分厚度的所述保护层16，以使得所述保护层16的顶表面不超出所述介质层14的顶表面。由于在步骤s3中形成的所述保护层16将所述介质层14掩埋在内，即所述保护层16的高度高于所述通孔15的高度，导致后续刻蚀形成的所述沟槽17的表面不平整以及各个所述沟槽17之间的不一致，因此，需要去除部分厚度的所述保护层16，使得所述保护层16的顶表面不超出所述介质层14的顶表面，且各个所述沟槽17中的所述保护层16的高度一致；并且，由于所述保护层16需要在后续刻蚀形成所述沟槽17时，保护所述沟槽17的底部下方的通孔15的结构不受刻蚀工艺的影响，因此，所述保护层16的顶表面高于所述沟槽17的底部下方的通孔15的高度。

采用所述溶剂去除部分厚度的所述保护层16，操作简单，无需采用复杂的干法刻蚀工艺；并且，填入和烘烤所述保护材料以及采用所述溶剂去除部分厚度的所述保护层16的步骤可以在同一个工艺站点的机台(例如采用track机台)完成，不需要转移到不同的工艺站点进行作业。因此，使得去除部分厚度的所述保护层16所需的时间得到大大减少，例如可以减少到5min以内，进而使得半导体器件的生产时间缩短，成本得到降低且产率得到提升。

所述溶剂可以包括有机溶剂，所述有机溶剂可以包括丙二醇、乙二醇单乙醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。当所述有机溶剂包括丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物时，所述丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯的体积比可以为5:3～10:3。需要说明的是，所述溶剂的种类和配比不仅限于上述的范围，可以根据所述保护材料的种类选择合适的所述溶剂的种类和配比。

参阅图2e，按照步骤s5，形成沟槽17于部分厚度的所述介质层14中，所述沟槽17的底部与所述通孔15连通。形成所述沟槽17于部分厚度的所述介质层14中的步骤包括：依次对所述通孔15侧壁上的所述第二硬掩膜层144、第二介质层143和第一硬掩膜层142以及填充在所述通孔15中的部分厚度的所述保护层16进行刻蚀，以在所述第二硬掩膜层144、第二介质层143和第一硬掩膜层142中形成底部与所述通孔15连通的所述沟槽17，且所述保护层16保护所述沟槽17底部下方的所述通孔15不被刻蚀；所述沟槽17的截面宽度大于所述沟槽17底部下方的所述通孔15的截面宽度。

在形成所述沟槽17的过程中，对所述通孔15侧壁上的所述第二硬掩膜层144、第二介质层143和第一硬掩膜层142的刻蚀速度大于对填充在所述通孔15中的所述保护层16的刻蚀速度，以使得在刻蚀形成所述沟槽17之后，所述保护层16的高度不低于所述沟槽17底部下方的所述通孔15的高度，进而使得所述保护层16能够保护所述沟槽17底部下方的所述通孔15不被刻蚀。

另外，在形成所述沟槽17的过程中，也可以对部分厚度的所述第一介质层141进行刻蚀，以在所述第二硬掩膜层144、第二介质层143、第一硬掩膜层142和部分厚度的所述第一介质层141中形成底部与所述通孔15连通的所述沟槽17。也就是说，可以通过控制对所述介质层14的刻蚀深度，来控制所述沟槽17和所述沟槽17底部下方的所述通孔15的深度，可以根据半导体器件的性能需求制作具有合适深度的所述沟槽17和所述沟槽17底部下方的所述通孔15。

参阅图2f，按照步骤s6，去除剩余的所述保护层16，以重新暴露出所述沟槽17的底部下方的所述通孔15。可以采用所述溶剂清洗去除剩余的所述保护层16；也可以采用干法刻蚀工艺去除剩余的所述保护层16，并且，由于所述保护层16与所述介质层14的材质不同，干法刻蚀去除剩余的所述保护层16与形成沟槽17所采用的刻蚀气体不同，干法刻蚀工艺去除剩余的所述保护层16时不会对所述沟槽17底部下方的所述通孔15的结构产生影响。

另外，参阅图2g～2h，去除剩余的所述保护层16之后，所述半导体器件的制造方法还包括：如图2g所示，去除所述通孔15底部的刻蚀阻挡层13；以及，如图2h所示，填充导电材料于所述通孔15和所述沟槽17中，以形成导电互连结构18，所述导电互连结构18与所述金属线12电性连接。

综上所述，本发明提供的半导体器件的制造方法，包括：提供一衬底，所述衬底上形成有介质层；形成通孔于所述介质层中；形成不完全固化的保护层于所述通孔中，且所述保护层将所述介质层掩埋在内；采用溶剂去除部分厚度的所述保护层，以使得所述保护层的顶表面不超出所述介质层的顶表面；形成沟槽于部分厚度的所述介质层中，所述沟槽的底部与所述通孔连通；以及，去除剩余的所述保护层，以重新暴露出所述沟槽的底部下方的所述通孔。本发明提供的半导体器件的制造方法使得生产时间缩短，进而使得生产成本降低且产率提高。

本发明一实施例提供一种半导体器件，采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造。根据上述步骤s1至步骤s6的描述，由于采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造所述半导体器件，使得所述半导体器件的生产时间缩短，进而使得生产成本降低且产率提高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。