CN102386126B - 制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法，包括：提供前端器件结构；在金属间介电层的表面上依次形成第一金属层、蚀刻停止层、第二金属层和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层；进行第一蚀刻，直至露出蚀刻停止层的表面；去除第一光致抗蚀剂层；形成底部抗反射层；形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层，第二开口图案位于第二金属层中的开口的正上方；进行第二蚀刻，直至露出金属间介电层的表面；去除第二光致抗蚀剂层和底部抗反射层；以及进行第三蚀刻，直至露出前端器件结构的表面。该方法能够提高BARC填充的质量并且避免回蚀BARC时间过长对CD造成不良影响等。

Description

制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且具体而言，涉及一种用于制作用于形成双大马士革(dual-damascene)结构的半导体器件结构的方法。

背景技术

随着集成电路的半导体器件的高度集成化，芯片的表面已经无法提供足够的面积用以制作互连结构。为了满足互连结构随互补型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(CMOS)器件尺寸缩小而日益增长的要求，集成电路的制造工艺不得不采用双大马士革工艺。而且，目前在深亚微米工艺中使用具有三维结构的多级互连结构，并且使用金属间介电层(IMD)来使各互连结构彼此绝缘性分离。具体而言，双大马士革工艺是指在同一层IMD中既形成通孔又形成沟槽，这样只需一道金属填充步骤，从而能够简化工艺。

目前，形成双大马士革结构的方法主要包括先沟槽(trench-first)方案和先通孔(via-first)方案。在双大马士革工艺中，通常需要较厚的光致抗蚀剂层(PR)以避免其在蚀刻过程中全部消耗尽。然而，随着半导体关键尺寸缩小到32nm以下，在曝光显影时，由于所采用的光源的波长较短，受聚焦深度(DOF)的限制，从而无法将掩模版(reticle)上的图案正确地转移至较厚的PR。因而，近来在双大马士革工艺中开始使用硬掩膜层。

下面，参照图1A至1H，以先通孔方案为例来说明传统工艺中用于制作双大马士革结构的方法。图1A至1H是示出了传统工艺中用于制作双大马士革结构的方法的示意性剖面图。

首先，如图1A中所示，提供前端器件结构100，所述前端器件结构100的部分表面为金属互连布线101，并且在所述前端器件结构100的表面上依次形成有蚀刻停止层102和IMD 103。其中，所述IMD 103中形成有通孔104，并且所述IMD 103的表面上还留有形成通孔104时所使用的硬掩膜层105。例如，硬掩膜层105可以由LTO或Si-ARC等构成，且IMD 103可以由诸如黑钻(BD)这类低介电常数(低k)材料构成。

接着，如图1B中所示，在硬掩膜层105的表面上以及通孔104中形成底部抗反射层(BARC)106。

然后，如图1C中所示，在BARC 106的表面上形成PR 107，并且通过曝光和显影工艺使其具有沟槽图案108。

接着，如图1D中所示，以具有沟槽图案108的PR 107作为掩膜，对BARC 106进行回蚀(etch back)，以将沟槽图案108转移至所述BARC 106。此时，由于PR 107与BARC 106的构成材料都是有机材料且回蚀所采用的蚀刻气体对两者的蚀刻选择比较差，因而在蚀刻BARC 106的同时，PR 107的一部分也会被蚀刻消耗掉。

然后，以PR 107和BARC 106作为掩膜，蚀刻硬掩膜层105，以将沟槽图案108转移至所述硬掩膜层105，之后，通过等离子体灰化处理去除剩余的PR 107和BARC 106，从而得到如图1E中所示的剖面结构。

接着，以硬掩膜层105作为掩膜，蚀刻IMD 103，以在其中形成沟槽109，如图1F中所示。此时，硬掩膜层105也被蚀刻消耗掉。

然后，如图1G中所示，去除通孔内的蚀刻停止层102，以使后续工艺填充的互连金属与金属互连布线101电性连接，并且通过等离子体灰化处理去除残留在通孔内的聚合物。

最后，通过溅射沉积金属层并对其进行化学机械抛光(CMP)，从而形成如图1H中所示的双大马士革结构。

然而，如以上所述，由于在先通孔方案中需要对通孔104中的BARC106进行较长时间的回蚀，因而容易对沟槽的关键尺寸(CD)产生不良影响，致使所制作的双大马士革结构中沟槽的剖面形貌不佳，并且在去除BARC 106的过程中，容易对IMD 103造成损伤，使其k值增加，从而导致最终形成的半导体器件的整体电学性能变差。而且，随着CD不断缩小，通孔的深宽比(aspect ratio)增大，填充BARC时容易在其中产生空洞。

此外，如果采用先沟槽方案，使用PR作为掩膜来形成通孔，同样需要较厚的PR，工艺窗口会随着CD的缩小而变小，从而导致工艺过程难以良好控制。

鉴于上述原因，迫切需要一种制作双大马士革结构的方法，期望该方法能够克服上述传统工艺的缺陷，并且能够容易与传统CMOS工艺兼容。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

根据本发明的一个方面，提供一种制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法，包括：提供前端器件结构，在所述前端器件结构的表面上形成有金属间介电层；在所述金属间介电层的表面上依次形成第一金属层、蚀刻停止层、第二金属层和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层；以所述第一光致抗蚀剂层作为掩膜，对所述第二金属层进行第一蚀刻，直至露出所述蚀刻停止层的表面，以在所述第二金属层中形成由所述第一开口图案定义的开口；去除所述第一光致抗蚀剂层；在所述第二金属层的表面上以及所述第二金属层中的所述开口中，形成底部抗反射层；在所述底部抗反射层的表面上形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层，所述第二开口图案位于所述第二金属层中的所述开口的正上方；以所述第二光致抗蚀剂层作为掩膜，进行第二蚀刻，直至露出所述金属间介电层的表面；去除所述第二光致抗蚀剂层和所述底部抗反射层；以及以所述第二金属层作为掩膜，对所述蚀刻停止层、所述第一金属层和所述金属间介电层进行第三蚀刻，直至露出所述前端器件结构的表面。

优选地，由所述第二开口图案定义的开口小于由所述第一开口图案定义的开口，且所述第二蚀刻包括：对所述底部抗反射层、所述蚀刻停止层和所述第一金属层进行蚀刻，以在所述第一金属层中形成由所述第二开口图案定义的开口。

优选地，由所述第二开口图案定义的开口大于由所述第一开口图案定义的开口，且所述第二蚀刻包括：对所述底部抗反射层、所述第二金属层、所述蚀刻停止层和所述第一金属层进行蚀刻，以在所述第一金属层中形成由所述第一开口定义的开口且在所述第二金属层中形成由所述第二开口图案定义的开口。

优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的构成材料选自Ti、Ta、W、Al、Ni、Zr、Cu、Pt、Au、Ag以及它们的氧化物、氮化物和硅化物中的至少一种。

优选地，所述第一金属层和所述第二金属层是通过溅射法而形成的。

优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度各自为50～500埃。

优选地，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同或不同。

优选地，蚀刻所述第一金属层和所述第二金属层所采用的气体为包含卤族气体的混合气体。

优选地，所述包含卤族气体的混合气体是含有Cl₂和BCl₃的混合气体。

优选地，所述蚀刻停止层的厚度为20～500埃。

优选地，所述蚀刻停止层的构成材料选自SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN和低k材料中的至少一种。

优选地，蚀刻所述蚀刻停止层和所述金属间介电层所采用的气体为包含氟基气体的混合气体。

优选地，所述包含氟基气体的混合气体含有CF₄、CHF₃、CH₂F₂和C₂F₆中的至少一种。

优选地，所述包含氟基气体的混合气体含有Ar和O₂。

优选地，所述底部抗反射层的厚度为300～1500埃。

优选地，去除所述底部抗反射层所采用的气体选自由N₂和H₂组成的混合气体、O₂和CO₂中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供一种形成双大马士革结构的方法，包括：提供通过根据本发明一个方面的方法制作的半导体器件结构；在所述第一金属层的表面上以及在所述金属间介电层中的开口中形成互连金属层；以及平坦化所述互连金属层，以露出所述金属间介电层的表面，并保留所述互连金属层的位于所述金属间介电层中的所述开口中的部分，且使所述互连金属层的表面与所述金属间介电层的表面齐平。

根据本发明的用于制作双大马士革结构的方法通过采用独立的两层金属作为掩膜来分别控制通孔和沟槽的蚀刻，能够提高BARC填充的质量并且避免回蚀BARC时间过长对CD造成不良影响。此外，根据本发明的方法还能够解决传统技术中可能存在的其他问题，例如，通过灰化处理去除BARC时对构成金属间介电层的低k材料会造成损伤，以及工艺窗口随CD缩小而变小等问题。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：

图1A至1H是示出了传统工艺中用于制作双大马士革结构的方法的示意性剖面图；

图2A至2H是示出了根据本发明第一实施例的用于制作双大马士革结构的方法的示意性剖面图；

图3是示出了根据本发明第一实施例的用于制作双大马士革结构的方法的流程图；

图4A至4H是示出了根据本发明第二实施例的用于制作双大马士革结构的方法的示意性剖面图；以及

图5是示出了根据本发明第二实施例的用于制作双大马士革结构的方法的流程图。

应当注意的是，这些图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，并对下面提供的书面描述进行补充。然而，这些图并非按比例绘制，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，并且这些图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。例如，为了清楚起见，可以缩小或放大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和定位。在附图中，使用相似或相同的附图标记表示相似或相同的元件或特征。

具体实施方式

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。应当以相同的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语(例如，“在......之间”和“直接在......之间”、“与......相邻”和“与......直接相邻”、“在......上”和“直接在......上”等)。

此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在......之下”、“在......之上”、“下面的”、“在......上方”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描绘的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件之后将被定位为“在其他元件或特征上方”或“在其他元件或特征之上”。因而，示例性术语“在......下方”可以包括“在......上方”和“在......下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述符做出相应解释。

这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

在此，参照作为示例性实施例的优选实施例(和中间结构)的示意性剖面图来描述根据本发明的示例性实施例。这样，预计会出现例如由制造技术和/或容差引起的示出的形状的变化。因此，示例性实施例不应当被解释为仅限于在此示出的区域的具体形状，而是还可以包含例如由制造所导致的形状偏差。例如，示出为矩形的注入区域在其边缘可以具有倒圆或弯曲的特征和/或注入浓度的梯度变化，而不仅是从注入区域到非注入区域的二元变化。同样，通过注入形成的掩埋区会导致在该掩埋区与注入通过的表面之间的区域中也会存在一些注入。因此，图中所示出的区域实质上是示意性的，它们的形状并非意图示出器件中的各区域的实际形状，而且也并非意图限制根据本发明的示例性实施例的范围。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的意思一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义来解释它们。

[第一实施例]

下面，将参照图2A至2H以及图3来详细说明根据本发明第一实施例的用于制作双大马士革结构的方法。

参照图2A至2H，其中，图2A至2F示出了根据本发明第一实施例的制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法的示意性剖面图。在本实施例中，采用先沟槽方案。

首先，如图2A中所示，提供前端器件结构，在前端器件结构的表面上依次形成有蚀刻停止层202和IMD 210。其中，所述前端器件结构例如可以包括半导体衬底(图中未示出)。在该半导体衬底中已经形成有源/漏区、隔离槽、场氧化层等，且在该半导体衬底上例如可以形成有一层未掺杂硅玻璃(USG)或掺磷硅玻璃(PSG)，以平坦化半导体衬底的表面，用于进行后续工艺。此外，所述前端器件结构还可以包括形成在半导体衬底上的层间介电层(ILD)200。其中，所述半导体衬底的构成材料包括未掺杂的单晶硅、掺杂有N型或P型杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)和锗硅材料等，所述蚀刻停止层202例如可以由SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN和高k材料中的至少一种构成，并且IMD 210可以由诸如黑钻(BD)这类低k材料构成。此外，所述ILD 200中可以形成有金属互连布线201，并且金属互连布线201的表面与所述ILD 200的表面齐平。作为示例，在本实施例中，ILD 200由诸如黑钻这样的低k材料构成。

这里，需要说明的是，蚀刻停止层202是可选的而非必需的，其主要用于在后续蚀刻IMD 210时保护其表面不受蚀刻损伤。

接着，如图2B中所示，在IMD 210的表面上依次形成第一金属层220、蚀刻停止层230、第二金属层240和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层250A。其中，所述第一金属层220和所述第二金属层240可以由相同或不同金属材料构成，例如，可以由Ti、Ta、W、Al、Ni、Zr、Cu、Pt、Au、Ag及其氧化物、氮化物和硅化物中的至少一种构成，并且第一金属层220和第二金属层240可以通过溅射法沉积形成。需要说明的是，第一金属层220和第二金属层240的厚度为50～500埃，并且它们的厚度可以相同，也可以不同。所述蚀刻停止层230可以由与蚀刻停止层202的构成材料相同的材料构成，例如，可以由SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN和高k材料中的至少一种构成，并且厚度为20～500埃。此外，形成具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层250A的方法是本领域所公知的，在此不再赘述。

然后，以第一光致抗蚀剂层250A作为掩膜，对第二金属层240进行第一蚀刻，直至露出蚀刻停止层230的表面，以在所述第二金属层240中形成由第一开口图案定义的开口260A，并且之后，例如通过等离子体灰化处理，去除所述第一光致抗蚀剂层250A，如图2C中所示。所述第一蚀刻所采用的蚀刻气体为包含卤族气体的混合气体，优选为包含Cl₂和BCl₃的混合气体。此外，在蚀刻气体中还可以包含O₂。需要注意的是，所述第一蚀刻通常采用过蚀刻(over etch)，以确保第二金属层240的位于所述由第一开口图案定义的开口260A中的部分完全被刻掉。

接着，如图2D中所示，在第二金属层240的表面上以及第二金属层240中的开口260A中，例如通过旋涂法形成底部抗反射层270，厚度约为300～1500埃，并且在该底部抗反射层270的表面上，例如通过旋涂法以及曝光和显影工艺，形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层250B。其中，所述第二开口图案位于第二金属层240中的开口260A的正上方。

然后，以第二光致抗蚀剂层250B作为掩膜，对底部抗反射层270、蚀刻停止层230和第一金属层220进行第二蚀刻，直至露出IMD 210的表面，以在所述第一金属层220中形成由第二开口图案定义的开口260B。其中，蚀刻所述底部抗反射层270所采用的蚀刻气体包括由N₂和H₂组成的混合气体、O₂和CO₂，蚀刻所述第一金属层220所采用的蚀刻气体，可以与所述第一蚀刻所采用的相同。之后，通过例如等离子体灰化处理去除第二光致抗蚀剂层250B和底部抗反射层270，如图2E中所示。需要注意的是，所述第二蚀刻通常也采用过蚀刻，以确保第一金属层220的位于所述由第二开口图案定义的开口260B中的部分完全被刻掉。

接着，以第二金属层240作为掩膜，对蚀刻停止层230、第一金属层220和IMD 210进行第三蚀刻，直至露出蚀刻停止层202的表面，如图2F中所示。所述第三蚀刻例如可以如下进行：首先，以第二金属层240作为掩膜，蚀刻所述蚀刻停止层230，以在其中形成具有所述沟槽图案的开口，并且此时，第二金属层240也被完全消耗掉；接着，以蚀刻停止层230作为掩膜，蚀刻第一金属层220，以在其中形成由第一开口图案定义的开口，并且此时，蚀刻停止层230也被完全消耗掉；最后，以第一金属层220作为掩膜，蚀刻IMD 210，直至露出蚀刻停止层202的表面。这里，需要说明的是，在蚀刻所述蚀刻停止层230和第一金属层220的同时，由于由第二开口图案定义的开口260B上方没有掩膜，所以IMD 210也会被继续蚀刻一部分。由此，对于本领域技术人员而言应当理解的是，蚀刻停止层202在实际制造中是优选使用的，以便能够有效地控制蚀刻的深度，从而防止由于过蚀刻而损伤IMD 210下方的膜层或者半导体衬底。

此外，在所述第三蚀刻中，蚀刻所述第一金属层220所采用的蚀刻气体可以与所述第一蚀刻中所采用的相同，蚀刻所述IMD 210所采用的蚀刻气体可以为包含氟基气体的混合气体。其中，所述包含氟基气体的混合气体含有CF₄、CHF₃、CH₂F₂和C₂F₆中的至少一种，并且还可以含有诸如Ar这类惰性气体和O₂。

至此，完成了用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的制作。

然后，如图2G中所示，去除所述蚀刻停止层202的露出了表面的部分，其中，例如可以通过用上述包含氟基气体的混合气体对其进行蚀刻来去除。

最后，通过例如溅射法在第一金属层220的表面上以及在IMD 210中的开口中形成互连金属层，并对其进行化学机械抛光(CMP)，以露出IMD210的表面，并保留该互连金属层的位于所述IMD 210中的开口中的部分，且使该互连金属层的表面与IMD 210的表面齐平，从而得到如图2H中所示的剖面结构。作为示例，所述互连金属层可以由铜构成，也可以由Al、Au、Ag和W以及它们的合金中的任何一种构成。当互连金属层由铜构成时，可以通过溅射法沉积一层薄的铜籽晶(seed)层，然后通过电镀法形成铜层，并且可选地，在形成金属互连布线之前，可以预先形成一层金属阻挡层，以阻止铜扩散。其中，所述金属阻挡层例如可以是由Ta、TaN或WN构成的单层金属层或者具有Ta/TaN层叠结构的多层金属层。

这里，需要说明的是，第一金属层220在此CMP步骤中可以一同被去除。

至此，在IMD 210中形成了双大马士革结构280。

接下来，参照图3，其中示出了根据本发明第一实施例的方法的流程图。

首先，在步骤301中，提供前端器件结构，在所述前端器件结构的表面上依次形成有蚀刻停止层202和IMD 210。

接着，在步骤302中，在IMD 210的表面上依次形成第一金属层220、蚀刻停止层230、第二金属层240和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层250A。

接着，在步骤303中，以第一光致抗蚀剂层250A作为掩膜，对第二金属层240进行第一蚀刻，直至露出蚀刻停止层230的表面，以在第二金属层240中形成由第一开口图案定义的开口260A。

接着，在步骤304中，去除第一光致抗蚀剂层250A。

接着，在步骤305中，在第二金属层240的表面上以及第二金属层240中的开口260A中，形成底部抗反射层270。

接着，在步骤306中，在底部抗反射层270的表面上形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层250B。其中，所述第二开口图案位于第二金属层240中的开口260A的正上方。

接着，在步骤307中，以第二光致抗蚀剂层250B作为掩膜，进行第二蚀刻，直至露出IMD 210的表面。其中，所述第二蚀刻包括对底部抗反射层270、蚀刻停止层230和第一金属层220进行蚀刻，以在所述第一金属层220中形成由第二开口图案定义的开口260B。

接着，在步骤308中，去除第二光致抗蚀剂层250B和底部抗反射层270。

接着，在步骤309中，以第二金属层240作为掩膜，对蚀刻停止层230、第一金属层220和IMD 210进行第三蚀刻，直至露出蚀刻停止层202的表面，从而形成了用于形成双大马士革结构的半导体器件结构。

接着，在步骤310中，去除所述蚀刻停止层202的露出了表面的部分。

最后，在步骤311中，在第一金属层220的表面上以及在IMD 210中的开口中形成一层互连金属层，并且平坦化该层互连金属层，以形成双大马士革结构280。

虽然本实施例中示出由第二开口图案定义的开口(例如，260B)小于由第一开口图案定义的开口(例如，260A)，但对于本领域技术人员而言应当理解的是，由第二开口图案定义的开口也可以大于由第一开口图案定义的开口。

此外，需要说明的是，在本实施例中，通过第三蚀刻可以在IMD 210中形成由第一开口图案定义的开口以及由第二开口图案定义的开口。其中，所述由第一开口图案定义的开口位于所述由第二开口图案定义的开口的正上方，并且所述由第一开口图案定义的开口对应于沟槽，所述由第二开口图案定义的开口对应于通孔。

[第二实施例]

下面，将参照图4A至4H以及图5来详细说明根据本发明第二实施例的用于制作双大马士革结构的方法。

参照图4A至4H，其中，图4A至4F示出了根据本发明第二实施例的制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法的示意性剖面图。需要说明的是，本实施例与第一实施例的不同之处在于其所采用的是先通孔方案。

首先，如图4A中所示，提供前端器件结构，在前端器件结构的表面上依次形成有蚀刻停止层402和IMD 410。其中，所述前端器件结构例如可以包括半导体衬底(图中未示出)。在该半导体衬底中已经形成有源/漏区、隔离槽、场氧化层等，且在该半导体衬底上例如可以形成有一层未掺杂硅玻璃(USG)或掺磷硅玻璃(PSG)，以平坦化半导体衬底的表面，用于进行后续工艺。此外，所述前端器件结构还可以包括形成在半导体衬底上的层间介电层(ILD)400。其中，所述半导体衬底的构成材料包括未掺杂的单晶硅、掺杂有N型或P型杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)和锗硅材料等，所述蚀刻停止层402例如可以由SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN和高k材料中的至少一种构成，并且IMD 410可以由诸如黑钻(BD)这类低k材料构成。此外，所述ILD 400中可以形成有金属互连布线201，并且金属互连布线401的表面与所述ILD 400的表面齐平。作为示例，在本实施例中，ILD 400由诸如黑钻这样的低k材料构成。

这里，需要说明的是，蚀刻停止层402是可选的而非必需的，其主要用于在后续蚀刻IMD 410时保护其表面不受蚀刻损伤。

接着，如图4B中所示，在IMD 410的表面上依次形成第一金属层420、蚀刻停止层430、第二金属层440和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层450A。其中，所述第一金属层420和所述第二金属层440可以由相同或不同金属材料构成，例如，可以由Ti、Ta、W、Al、Ni、Zr、Cu、Pt、Au、Ag及其氧化物、氮化物和硅化物中的至少一种构成，并且第一金属层420和第二金属层440可以通过溅射法沉积形成。需要说明的是，第一金属层420和第二金属层440的厚度为50～500埃，并且它们的厚度可以相同，也可以不同。所述蚀刻停止层430可以由与蚀刻停止层402的构成材料相同的材料构成，例如，其可以由SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN和低k材料中的至少一种构成，并且其厚度为20～500埃。此外，形成具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层450A的方法是本领域所公知的，在此不再赘述。

然后，以第一光致抗蚀剂层450A作为掩膜，对第二金属层440进行第一蚀刻，直至露出蚀刻停止层430的表面，以在所述第二金属层440中形成由第一开口图案构成的开口460A，并且之后，例如通过等离子体灰化处理，去除所述第一光致抗蚀剂层450A，如图4C中所示。所述第一蚀刻所采用的蚀刻气体为包含卤族气体的混合气体，优选为包含Cl₂和BCl₃的混合气体。此外，在蚀刻气体中还可以包含O₂。需要注意的是，所述第一蚀刻通常采用过蚀刻，以确保第二金属层440的位于所述由第一开口图案定义的开口460A中的部分完全被刻掉。

接着，如图4D中所示，在第二金属层440的表面上以及第二金属层440中的开口460A中，例如通过旋涂法形成底部抗反射层470，其厚度约为300～1500埃，并且在该底部抗反射层470的表面上，例如通过旋涂法以及曝光和显影工艺，形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层450B。

然后，以第二光致抗蚀剂层450B作为掩膜，对底部抗反射层470、第二金属层440、蚀刻停止层430和第一金属层420进行第二蚀刻，直至露出IMD 410的表面，以在所述第二金属层440中形成由第二开口图案定义的开口460B，且在所述第一金属层420中形成由第一开口图案定义的开口460C。其中，蚀刻所述底部抗反射层470所采用的蚀刻气体包括由N₂和H₂组成的混合气体、O₂和CO₂，蚀刻所述第一金属层220所采用的蚀刻气体可以与所述第一蚀刻所采用的相同。之后，通过例如等离子体灰化处理去除第二光致抗蚀剂层450B和底部抗反射层470，如图4E中所示。需要注意的是，所述第二蚀刻通常也采用过蚀刻，以确保第一金属层420的位于所述由第一开口图案定义的开口460C中的部分以及第二金属层440的位于所述由第二开口图案定义的开口460B中的部分完全被刻掉。

接着，以第二金属层440作为掩膜，对蚀刻停止层430、第一金属层420和IMD 410进行第三蚀刻，直至露出蚀刻停止层402的表面，如图4F中所示。所述第三蚀刻例如可以如下进行：首先，以第二金属层440作为掩膜，蚀刻所述蚀刻停止层430，以在其中形成具有所述通孔图案的开口，并且此时，第二金属层440也被完全消耗掉；接着，以蚀刻停止层430作为掩膜，蚀刻第一金属层420，以在其中形成由第一开口图案定义的开口，并且此时，蚀刻停止层430也被完全消耗掉；最后，以第一金属层420作为掩膜，蚀刻IMD 410，直至露出蚀刻停止层402的表面。这里，需要说明的是，在蚀刻所述蚀刻停止层430和第一金属层420的同时，由于由第一开口图案定义的开口460C上方没有掩膜，所以IMD 410也会被继续蚀刻一部分。由此，对于本领域技术人员而言应当理解的是，蚀刻停止层402在实际制造中是优选使用的，以便能够有效地控制蚀刻的深度，从而防止由于过蚀刻而损伤IMD 410下方的膜层或者半导体衬底。

此外，在所述第三蚀刻中，蚀刻所述第一金属层420所采用的蚀刻气体可以与所述第一蚀刻中所采用的相同，蚀刻所述IMD 410所采用的蚀刻气体可以为包含氟基气体的混合气体。其中，所述包含氟基气体的混合气体含有CF₄、CHF₃、CH₂F₂和C₂F₆中的至少一种，并且还可以含有诸如Ar这类惰性气体和O₂。

至此，完成了用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的制作。

接着，如图4G中所示，去除所述蚀刻停止层402的露出了表面的部分，其中，例如可以通过用上述包含氟基气体的混合气体对其进行蚀刻来去除。

最后，通过例如溅射法在第一金属层420的表面上以及在IMD 410中的开口中形成一层互连金属层，并对其进行化学机械抛光(CMP)，以露出IMD 410的表面，并保留该层互连金属层的位于所述4MD 210中的开口中的部分，且使该层互连金属层的表面与IMD 410的表面齐平，从而得到如图4H中所示的剖面结构。作为示例，所述互连金属层的构成材料以及形成方法等可与第一实施例中的相同。这里，需要说明的是，第一金属层420在此CMP步骤中也可以一同被去除。

接下来，参照图5，其中示出了根据本发明第二实施例的方法的流程图。

首先，在步骤501中，提供前端器件结构，在所述前端器件结构的表面上依次形成有蚀刻停止层402和IMD 410。

接着，在步骤502中，在IMD 410的表面上依次形成第一金属层420、蚀刻停止层430、第二金属层440和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层450。

接着，在步骤503中，以第一光致抗蚀剂层450A作为掩膜，对第二金属层440进行第一蚀刻，直至露出蚀刻停止层430的表面，以在第二金属层440中形成由第一开口图案定义的开口460A。

接着，在步骤504中，去除所述第一光致抗蚀剂层450A。

接着，在步骤505中，在第二金属层440的表面上以及第二金属层440中的开口460A中，形成底部抗反射层470。

接着，在步骤506中，在底部抗反射层470的表面上形成由第二开口图案定义的第二光致抗蚀剂层450B。

接着，在步骤507中，以第二光致抗蚀剂层450B作为掩膜，进行第二蚀刻，直至露出IMD 410的表面。其中，所述第二蚀刻包括对底部抗反射层470、第二金属层440、蚀刻停止层430和第一金属层420进行蚀刻，以在第一金属层420中形成由第一开口图案定义的开口460C并且在第二金属层440中形成由第二开口图案定义的开口460B。

接着，在步骤508中，去除第二光致抗蚀剂层450B和底部抗反射层470。

接着，在步骤509中，以第二金属层440作为掩膜，对蚀刻停止层430、第一金属层420和IMD 410进行第三蚀刻，直至露出蚀刻停止层402的表面，从而形成了用于形成双大马士革结构的半导体器件结构。

接着，在步骤510中，去除所述蚀刻停止层402的露出了表面的部分。

最后，在步骤511中，在第一金属层420的表面上以及在IMD 410中的开口中形成一层互连金属层，并且平坦化该层互连金属层，以形成双大马士革结构480。

虽然本实施例中示出由第二开口图案定义的开口(例如，460B)大于由第一开口图案定义的开口(例如，460A和460C)，但对于本领域技术人员而言应当理解的是，由第二开口图案定义的开口也可以小于由第一开口图案定义的开口。

此外，需要说明的是，在本实施例中，通过第三蚀刻可以在IMD 410中形成由第一开口图案定义的开口以及由第二开口图案定义的开口。其中，所述由第二开口图案定义的开口位于所述由第一开口图案定义的开口的正上方，并且所述由第一开口图案定义的开口对应于通孔，所述由第二开口图案定义的开口对应于沟槽。

[本发明的有益效果]

从以上结合附图对本发明优选实施例的描述以及图1B、2D和4D中所示的示意性剖面图可以看出，根据本发明的方法用独立的两层金属作为掩膜来分别控制通孔和沟槽的蚀刻，填充BARC的深度比传统技术中的低，因而能够提高BARC填充的质量，并且由于回蚀BARC的时间得以大大缩短，从而能够避免蚀刻气体对CD造成不良影响。此外，由于蚀刻金属间介电层时实际上是利用金属层作为掩膜进行蚀刻，因而根据本发明的方法也能够解决传统技术中可能存在的其他问题，例如，去除BARC时所采用的灰化剂中的氧离子或氧气会与构成金属间介电层的低k材料中所含的碳元素发生反应，从而导致低k材料的k值增大而失去其低k的优势，以及工艺窗口随着CD的缩小而变小等问题。

[本发明的工业实用性]

根据如上所述的实施例制造的半导体器件可应用于多种集成电路(IC)中。根据本发明的IC例如是存储器电路，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、或只读存储器(ROM)等等。根据本发明的IC还可以是逻辑器件，如可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、合并式DRAM逻辑集成电路(掩埋式DRAM)、射频电路或任意其他电路器件。根据本发明的IC芯片可用于例如用户电子产品，如个人计算机、便携式计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机、数码相机、手机等各种电子产品中，尤其是射频产品中。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (18)

1.一种制作用于形成双大马士革结构的半导体器件结构的方法，包括：

提供前端器件结构，在所述前端器件结构的表面上形成有金属间介电层；

在所述金属间介电层的表面上依次形成第一金属层、蚀刻停止层、第二金属层和具有第一开口图案的第一光致抗蚀剂层；

以所述第一光致抗蚀剂层作为掩膜，对所述第二金属层进行第一蚀刻，直至露出所述蚀刻停止层的表面，以在所述第二金属层中形成由所述第一开口图案定义的开口；

去除所述第一光致抗蚀剂层；

在所述第二金属层的表面上以及所述第二金属层中的所述开口中，形成底部抗反射层；

在所述底部抗反射层的表面上形成具有第二开口图案的第二光致抗蚀剂层，所述第二开口图案位于所述第二金属层中的所述开口的正上方；

以所述第二光致抗蚀剂层作为掩膜，进行第二蚀刻，直至露出所述金属间介电层的表面；

去除所述第二光致抗蚀剂层和所述底部抗反射层；以及

以所述第二金属层作为掩膜，对所述蚀刻停止层、所述第一金属层和所述金属间介电层进行第三蚀刻，直至露出所述前端器件结构的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述第二开口图案定义的开口小于由所述第一开口图案定义的开口，且所述第二蚀刻包括：对所述底部抗反射层、所述蚀刻停止层和所述第一金属层进行蚀刻，以在所述第一金属层中形成由所述第二开口图案定义的开口。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述第二开口图案定义的开口大于由所述第一开口图案定义的开口，且所述第二蚀刻包括：对所述底部抗反射层、所述第二金属层、所述蚀刻停止层和所述第一金属层进行蚀刻，以在所述第一金属层中形成由所述第一开口定义的开口且在所述第二金属层中形成由所述第二开口图案定义的开口。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一金属层和所述第二金属层的构成材料选自Ti、Ta、W、Al、Ni、Zr、Cu、Pt、Au、Ag以及它们的氧化物、氮化物和硅化物中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一金属层和所述第二金属层是通过溅射法而形成的。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度各自为50～500埃。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度相同或不同。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，蚀刻所述第一金属层和所述第二金属层所采用的气体为包含卤族气体的混合气体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述包含卤族气体的混合气体是含有Cl₂和BCl₃的混合气体。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻停止层的厚度为20～500埃。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻停止层的构成材料选自SiO₂、SiN、SiON、SiC、SiCN中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蚀刻停止层的构成材料为低k材料。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，蚀刻所述蚀刻停止层和所述金属间介电层所采用的气体为包含氟基气体的混合气体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述包含氟基气体的混合气体含有CF₄、CHF₃、CH₂F₂和C₂F₆中的至少一种。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述包含氟基气体的混合气体含有Ar和O₂。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述底部抗反射层的厚度为300～1500埃。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，去除所述底部抗反射层所采用的气体选自由N₂和H₂组成的混合气体、O₂和CO₂中的至少一种。

18.一种形成双大马士革结构的方法，包括：

提供通过权利要求1至17中任一项所述的方法制作的半导体器件结构；

在所述第一金属层的表面上以及在所述金属间介电层中的开口中形成互连金属层；以及

平坦化所述互连金属层，以露出所述金属间介电层的表面，并保留所述互连金属层的位于所述金属间介电层中的所述开口中的部分，且使所述互连金属层的表面与所述金属间介电层的表面齐平。

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