双镶嵌结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及双镶嵌结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体器件制作技术的飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构。由于集成电路中所含器件的数量不断增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小，器件之间的高性能、高密度连接不仅在单个互连层中进行，而且要在多层之间进行互连。因此，通常提供多层互连结构，用于连接半导体器件，其中多个互连层互相堆叠，并且层间介质层置于其间起绝缘作用。特别是利用双镶嵌(dual-damascene)工艺形成的多层互连结构，其预先在层间介质层中形成沟槽(trench)和通孔(via)，然后用导电材料填充所述沟槽和通孔。因为双镶嵌结构能避免重叠误差以及解决熟知金属工艺的限制，双镶嵌工艺便被广泛地应用在半导体制作过程中而提升器件可靠度。因此，双镶嵌工艺已成为现今金属导线连结技术的主流。
[0003]现有技术中，双镶嵌结构的形成方法参考图1至图6。
[0004]参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底上具有晶体管等半导体器件。在所述半导体衬底100上依次形成有低k介质层102、氮化钛层103’、图形化的第一光刻胶层104。所述图形化的第一光刻胶层104内具有第一开口 105，第一开口 105定义氮化钛层103，中的图形。
[0005]结合参考图1和图2，沿图形化的第一光刻胶层104中的第一开口 105刻蚀氮化钛层103’，形成图形化的氮化钛层103。图形化的氮化钛层103中具有第二开口 106，所述第二开口 106用于定义在低k介质层102中的沟槽的位置和大小。
[0006]接着，参考图3，在所述图形化的氮化钛层103上形成有机绝缘涂层(ODL) 108，其中，有机绝缘涂层108将第二开口 106(参考图2)填充满，且完全覆盖图形化的氮化钛层103。形成有机绝缘涂层108后，在所述有机绝缘涂层108上形成富含Si的抗反射涂层(S1-ARC) 109。形成富含Si的抗反射涂层109后，在所述富含Si的抗反射涂层109上形成图形化的第二光刻胶层110。图形化的第二光刻胶层110中具有第三开口 111，所述第三开口用于定义在低k介质层102中的通孔的位置和大小。图3中示意出图形化的第二光刻胶110中具有两个第三开口 111。而且，图形化的氮化钛层103中的第二开口 106的宽度Hl等于两个第三开口 111的宽度Wl与该相邻的两个第三开口 111间的光刻胶的宽度W2之和。
[0007]接着，参考图4，以所述图形化的第二光刻胶110为掩膜，沿两个第三开口 111依次刻蚀富含Si的抗反射涂层109、有机绝缘涂层108和部分低k介质层102，在低k介质层102中形成两个第一通孔112 (参考图5)。
[0008]接着，结合参考图4和图5，灰化去除图形化的第二光刻胶层110、富含Si的抗反射涂层109和有机绝缘涂层108。
[0009]接着，参考图6，沿所述图形化的氮化钛层103中的第二开口 106继续刻蚀低k介质层102，在低k介质层102中形成沟槽114。刻蚀形成沟槽114的过程中，刻蚀气体还会沿着第一通孔112继续刻蚀低k介质层102，形成第二通孔113。第二通孔113形成后，沟槽114也已经形成。第二通孔113的底部露出半导体衬底100。
[0010]形成第二通孔113和沟槽114后，在第二通孔113和沟槽114内填充满铜层，形成双镶嵌结构。
[0011 ] 采用现有技术的方法形成的双镶嵌结构的性能不佳。
【发明内容】
[0012]本发明解决的问题是采用现有技术的方法形成的双镶嵌结构的性能不佳。
[0013]为解决上述问题，本发明提供一种双镶嵌结构的形成方法，包括:
[0014]提供基底；
[0015]在所述基底上形成第一介质层；
[0016]在所述第一介质层内形成至少两个第一通孔，所述第一通孔的底部露出所述基底；
[0017]在所述第一通孔内填充满第二介质层，且第二介质层覆盖所述第一介质层，所述第二介质层与所述第一介质层的刻蚀选择比大于或等于10:1;
[0018]在所述第二介质层内形成沟槽，所述沟槽底部露出所述第一通孔内的第二介质层；
[0019]形成沟槽后，在第一通孔内的第二介质层中形成第二通孔，所述第二通孔与所述沟槽相通且露出所述基底；
[0020]在所述沟槽和第二通孔内填充满导电层。
[0021]可选的，所述第一介质层为氧化硅、碳化硅或氮氧化硅，所述第二介质层为超低k介质层。
[0022]可选的，所述超低k介质层的介电常数小于或等于2.7。
[0023]可选的，在所述第一介质层内形成至少两个第一通孔的方法包括:
[0024]在所述第一介质层上形成图形化的第一掩膜层，所述第一掩膜层中的图形定义所述第一通孔的位置和大小；
[0025]沿所述第一掩膜层中的图形刻蚀第一介质层，在所述第一介质层内形成至少两个所述第一通孔。
[0026]可选的，在所述第二介质层内形成沟槽的方法包括:
[0027]在所述第二介质层上形成图形化的硬掩膜层，所述图形化的硬掩膜层定义所述沟槽的位置和大小；
[0028]沿所述硬掩膜层中的图形刻蚀第二介质层，在所述第二介质层内形成所述沟槽。
[0029]可选的，所述硬掩膜层的材料为氮化钛。
[0030]可选的，在所述基底上形成第一介质层之前，还包括在所述基底上形成第一刻蚀停止层的步骤。
[0031]可选的，所述第一介质层为氧化硅或碳化硅时，所述第一刻蚀停止层的材料为氮化硅或氮氧化硅；所述第一介质层为氮氧化硅时，所述第一刻蚀停止层的材料为氮化硅。
[0032]可选的，在所述第二介质层上形成图形化的硬掩膜层之前，还包括在所述第二介质层上形成第二刻蚀停止层的步骤；
[0033]沿所述硬掩膜层中的图形刻蚀所述第二介质层之前，还包括沿所述硬掩膜层的图形刻蚀所述第二停止层。
[0034]可选的，所述第二通孔的宽度尺寸小于或等于所述第一通孔的宽度尺寸。
[0035]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0036]在所述第一介质层内形成至少一个第一通孔，第一通孔的尺寸和位置已经确定，而且第一通孔的尺寸和位置就是最终形成的双镶嵌结构中的通孔的尺寸和位置，因此，后续工艺中形成的双镶嵌结构中通孔的尺寸和位置已经确定。形成沟槽后，在第一通孔内的第二介质层中形成第二通孔。形成第二通孔的过程中，一方面第一通孔内填充有第二介质层，避免刻蚀过程中刻蚀气体经过空的通孔而发生严重的横向刻蚀速度大于纵向刻蚀速度的现象，从而，避免刻蚀第一通孔内的第二介质层形成的第二通孔发生尺寸变大的现象。另一方面，由于第一介质层和第二介质层的刻蚀选择比相差大，刻蚀第一通孔内的第二介质层时，即使形成的第二通孔的宽度尺寸变大，也无法超过第一通孔的尺寸。因此，刻蚀第二介质层的过程中，最终形成的双镶嵌结构中的通孔的尺寸不会增加，从而使得双镶嵌结构中相邻的通孔之间距离也不会减小，提高了后续形成的器件的经时击穿性能，进而提高了后续形成器件性能的可靠性。
[0037]更进一步的，第二介质层与第一介质层的刻蚀选择比大于或等于10:1。这样，刻蚀第一通孔内的第二介质层时，第一通孔的尺寸和形貌保持的最好，形成第二通孔的尺寸误差也会最小。从而可以最大化的提高后续形成的器件的经时击穿性能，进而最大化的提高了后续形成的器件的可靠性。
【附图说明】
[0038]图1?图6是采用现有技术的方法形成的双镶嵌结构中的各步骤的剖面结构示意图；
[0039]图7是图6沿AA方向的剖面结构示意图；
[0040]图8?图13是本发明具体实施例中的形成双镶嵌结构的各步骤的剖面结构示意图；
[0041]图14是图13沿BB方向的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]经过研究和发现，采用现有技术的方法形成的双镶嵌结构的性能不佳的原因如下:
[0043]参考图3，氮化钛层103中的第二开口 106的宽度Hl等于两个第三开口 111的宽度Wl与该相邻的两个第三开口 111间的光刻胶的宽度W2之和。参考图5，在低k介质层102中形成两个第一通孔112后，其中一个第一通孔112侧壁处露出了第二开口 106 (参考图2)的一个侧壁；另一个第一通孔112侧壁同样也露出第二开口 106的另一个侧壁。也就是说，从图5所示的剖面图看上去，第二开口 106的一个侧壁边界与一个第一通孔112的侧壁边界在同一条直线上，