制造在互連孔的下部側壁處具有斜面的半導體器件的方法

專利名稱：制造在互連孔的下部側壁處具有斜面的半導體器件的方法
技術領域：
本發明涉及制造半導體器件的領域，并且更具體地，涉及利用蝕刻終止層制造在互連孔的下部側壁(lower side)處有斜面的半導體器件的方法。
背景技術：
通常，在高性能、高集成半導體器件中，使用多層結構連接上部和下部金屬層。在制造半導體器件的常規工藝中用作金屬布線的Al(鋁)由于例如電遷移、低熔點之類的問題不適合于制造高集成半導體器件。因此，取而代之使用具有相對更好的電遷移特性、較低電阻和比Al高的熔點的金屬，例如銅。
通過通孔相互連接多層結構的金屬布線，并且在具有高縱橫比的高集成半導體器件的通孔內在不出現空隙的情況下形成金屬層是非常重要的。利用物理氣相沉積、化學氣相沉積或電化學沉積等可以形成金屬層。然而，根據每種金屬的特性，限制了用于形成金屬層的方法。例如，當使用物理氣相沉積法形成銅層時，惡化了臺階覆蓋的特性。結果，在要填充銅層的通孔或接觸孔的入口處形成懸垂物。當使用化學氣相沉積法形成銅層時，在沉積工藝期間存在產生不揮發的固態CuCl2的不足。
通過電化學沉積法能克服上述問題。Poris等人的標題為“Selective MetalElectrodeposition”的美國專利No.5,256,274公開了一種用于利用電化學沉積法形成銅層的方法。
下文中，將參考圖1A至1F、圖2A和2B、及圖3介紹利用電化學沉積法制造常規金屬布線的方法。
參考圖1A，在含有由器件隔離層11、柵電極12和絕緣間隔層13構成的全部下部結構的半導體襯底10上，連續形成蝕刻終止層14和層間電介質層15。
參考圖1B，通過選擇性蝕刻層間電介質層15，在層間電介質層15內形成用于暴露蝕刻終止層14的至少一個初始通孔15a。
參考圖1C，通過除去在初始通孔15a的底部表面露出的蝕刻終止層14，形成用于露出柵電極12的通孔15b。
參考圖1D，通過物理氣相沉積法用籽晶層(seed layer)16覆蓋含有通孔15b的層間電介質層15和露出的柵電極12。在后續的電化學沉積工藝中使籽晶層16連接電極。在形成籽晶層16之前可以形成金屬擴散阻擋層。
如從圖1E所能看到的，通過用電化學沉積法在籽晶層16上形成例如銅層的金屬層17，用金屬層17填充通孔15b。
接著，如從圖1F所能看到的，CMP(化學機械拋光)工藝允許籽晶層16和金屬層17之后留在通孔15b內，從而形成籽晶層圖案16a和金屬層圖案17a。
圖2A和2B示出了圖1D的‘A’部分的局部放大圖，并特別示出了在通過分別進行各向異性蝕刻和濕蝕刻除去蝕刻終止層14時的情況。
如從圖2A所能看到的，當通過各向異性蝕刻工藝除去蝕刻終止層14時，通孔15b的底部表面具有垂直輪廓30。如從圖2B所能看到的，當用濕蝕刻工藝除去蝕刻終止層14時，通孔15b的底部表面具有底切輪廓40。同樣，在兩種情況下用物理氣相沉積法形成的籽晶層16的臺階覆蓋是很差的。
圖3示出了圖1E的‘A’部分的局部放大圖，并且特別示出了當用電化學沉積法在具有不良臺階覆蓋的籽晶層16上形成金屬層17時的情況。金屬層17沒有完全填充通孔15b，從而由于籽晶層16的不良臺階覆蓋，空隙50形成在通孔15b的下部中。此外，當籽晶層16的臺階覆蓋很差時，通過電化學沉積法形成的金屬層17與通孔的底部表面分層或脫離。而且，當產生空隙50時，電解液的殘余物殘留在空隙50內。這樣，會出現由于殘余的電解液導致的金屬層17的腐蝕，或由于隨后的熱處理過程中由液體電解液導致的氣體會使金屬層17出現爆炸。

發明內容
一般來說，本發明的示例性實施例包括用蝕刻終止層制造在互連孔的下部側壁處具有斜面的半導體器件的方法。
根據本發明的一個示例性實施例，一種用于制造半導體器件的方法包括在具有下部導電層的半導體襯底上依序形成蝕刻終止層和層間電介質層。選擇性蝕刻層間電介質層以露出部分蝕刻終止層。除去部分露出的蝕刻終止層以在蝕刻終止層中形成臺階。臺階形成在露出的蝕刻終止層的凹陷部分和用層間電介質層覆蓋的蝕刻終止層的高出部分之間的邊界處。除去部分層間電介質層以露出部分高出部分。通過各向異性蝕刻露出的凹陷和高出部分，暴露出下部導電層并且形成具有斜面的互連孔，其中斜面含有在互連孔下部側壁的剩余蝕刻終止層。
根據本發明的另一個示例性實施例，一種用于制造半導體器件的方法包括在形成有下部金屬布線的半導體襯底上依序形成蝕刻終止層和金屬間電介質層。選擇性蝕刻金屬間電介質層以形成用于暴露出部分蝕刻終止層的第一初始通孔。除去部分露出的蝕刻終止層以在蝕刻終止層中形成臺階。臺階形成在第一初始通孔的底部表面上露出的凹陷部分和用金屬間電介質層覆蓋的高出部分之間的邊界處。除去部分金屬間電介質層以形成第二初始通孔，第二初始通孔暴露出部分凹陷和高出部分并且擴展第一初始通孔。第二初始通孔包括上部區域和下部區域。在第二初始通孔內形成犧牲層。選擇性蝕刻金屬間電介質層以形成一溝槽，溝槽擴展第二初始通孔的上部區域并且連接第二初始通孔的下部區域。除去犧牲層以再次在第二初始通孔的下部區域的底部表面處暴露出部分高出部分和凹陷部分。各向異性蝕刻露出的凹陷和高出部分以形成用于暴露下部金屬布線的通孔并且在通孔的下部側壁形成含有剩余蝕刻終止層的斜面。形成籽晶層用于覆蓋露出的下部金屬布線和具有通孔的金屬間電介質層。通過電化學沉積在籽晶層上形成金屬層。構圖金屬層和籽晶層。
根據本發明的又一個示例性實施例，一種用于制造半導體器件的方法包括在形成有下部金屬布線的半導體襯底上依序形成蝕刻終止層和金屬間電介質層。選擇性蝕刻金屬間電介質層以形成用于暴露出部分蝕刻終止層的第一初始通孔。第一初始通孔包括上部區域和下部區域。除去部分露出的蝕刻終止層以在蝕刻終止層中形成臺階。臺階形成在第一初始通孔的底部表面上露出的凹陷部分和用金屬間電介質層覆蓋的高出部分之間的邊界處。在第一初始通孔內形成犧牲層。選擇性蝕刻金屬間電介質層以形成一溝槽，溝槽擴展第一初始通孔的上部區域并且連接第一初始通孔的下部區域。除去犧牲層以在第一初始通孔的底部表面處露出凹陷部分。除去部分金屬間電介質層以形成第二初始通孔，第二初始通孔暴露出部分高出和凹陷部分并且擴展第一初始通孔的下部區域。各向異性蝕刻露出的凹陷和高出部分以形成用于暴露下部金屬布線的通孔并且在通孔的下部側壁形成含有剩余蝕刻終止層的斜面。形成籽晶層以覆蓋露出的下部金屬布線和具有通孔的金屬間電介質層。通過利用電化學沉積在籽晶層上形成金屬層。并且，構圖金屬層和籽晶層。
通過參考附圖詳細介紹本發明的示例性實施例，本發明的這些和其它示例性實施例、特征和優點對于本領域的普通技術人員來說將變得更加清楚。


圖1A至1F示出了形成半導體器件的金屬布線的常規工藝的截面圖；圖2A和2B示出了根據現有技術在除去蝕刻終止層之后通孔的底部表面的輪廓的截面圖；圖3示出了根據現有技術在通孔內形成空隙時的截面圖；圖4A至4G示出了根據本發明的一個示例性實施例的形成金屬布線的工藝的截面圖；圖5A至5E分別示出了圖4B至4F的‘A’部分的局部放大圖；圖6A至6I示出了根據本發明的另一個示例性實施例的形成金屬布線的工藝的截面圖；圖7A至7J示出了根據本發明的另一個示例性實施例的形成金屬布線的通孔的工藝的截面圖；圖8A至8E示出了根據本發明的另一個示例性實施例的形成金屬布線的通孔的工藝的截面圖。
具體實施例方式
現在參考示出本發明示例性實施例的附圖，下文將更加充分地介紹本發明。但是，本發明可以以不同的形式實施，并且不應被認為局限于此處所示的示例性實施例。此外，提供這些示例性實施例，使得對本領域的技術人員來說該公開透徹而全面，并且將充分地傳達本發明的范圍。在附圖中，為了清楚放大了層的厚度和區域。整個說明書中相同的附圖標記指示相同的元件。
下文，將參考圖4A至4G和圖5A至5E介紹根據本發明一示例性實施例的制造半導體器件的方法。圖5A至5E分別示出了圖4B至4F的‘A’部分的局部放大圖。
參考圖4A，在包括含有器件隔離層110、作為下部導電層的柵電極120、以及絕緣間隔層130的全部下部結構的半導體襯底100上，依序形成蝕刻終止層140和層間電介質層150。
蝕刻終止層140優選地由相對層間電介質層150具有蝕刻選擇率的材料制成。此外，蝕刻終止層140用作金屬擴散阻擋層，用于防止將在后續工藝中形成的金屬層中的金屬原子擴散進入層間電介質層150。優選地，蝕刻終止層140是從SiN、SiC和BCB(苯并環丁烯)有機絕緣層構成的組中選出的材料。優選地，形成的蝕刻終止層140具有大約500至大約1000范圍內的厚度。
層間電介質層150優選由低k電介質層構成以提高半導體器件的工作速度。優選地，層間電介質層150是從由FSG(氟硅酸鹽玻璃)、SiOC、以及有機或無機SOD(旋涂電介質(spin on dielectric))構成的組中選擇的材料。
參考圖4B和圖5A，通過選擇性蝕刻層間電介質層150直到露出蝕刻終止層140，形成至少一個第一初始通孔155a。第一初始通孔155a露出柵電極120上的蝕刻終止層140。
通過除去暴露在第一初始通孔155a的底部表面上的部分蝕刻終止層140，在蝕刻終止層140中形成臺階141，如圖5A中所示。優選地，通過除去大約300至大約500蝕刻終止層140來形成臺階141。蝕刻終止層的臺階141形成在凹陷部分(recessed portion)I和高出部分(raised portion)II之間的邊界處，凹陷部分I暴露在第一初始通孔155a的底部表面上，高出部分II由層間電介質層150覆蓋，如圖5A中所示。
可以通過借助以蝕刻層間電介質層150來形成第一初始通孔155a的工藝過程中的過蝕刻或借助另外的蝕刻工藝除去部分蝕刻終止層140來形成蝕刻終止層的臺階141。
參考圖4C和圖5B，通過橫向擴展第一初始通孔155a來形成第二初始通孔155b。橫向擴展初始通孔的工藝包括通過利用等離子體的干蝕刻或利用HF溶液的濕蝕刻在已經形成了第一初始通孔155a的位置除去部分層間電介質層150的步驟。根據擴展初始通孔的工藝，在第二初始通孔155b的底部表面露出由層間電介質層150覆蓋的蝕刻終止層140的高出部分II的一部分。這樣，在第二初始通孔155b的底部表面露出的蝕刻終止層140在厚度上是變化的。換句話說，如從圖5B所能看到的，在第二初始通孔155b的底部表面露出的蝕刻終止層140的凹陷部分I的厚度d1比高出部分II的厚度d2薄。參考圖4C和圖5B，附圖標記150a和150b分別指示在進行擴展初始通孔的工藝之前和之后的層間電介質層的表面。
參考圖4D和圖5C，通過各向異性蝕刻第二初始通孔155b的底部表面處的蝕刻終止層140，形成通孔155c以露出作為下部導電層的柵電極120。
在這種情況下，通孔155c包括在通孔155c的下部側壁處具有斜面S的蝕刻終止層140的剩余部分。換句話說，如上所述，因為在第二初始通孔155b的底部表面露出的蝕刻終止層140的凹陷部分I的厚度d1比高出部分II的厚度d2薄，所以在通孔155c的下部側壁形成具有斜面S的蝕刻終止層140的剩余部分。此外，在各向異性蝕刻工藝的初始階段，在蝕刻終止層140的臺階141的邊緣進行相對活躍的蝕刻。在進行各向異性蝕刻工藝同時，一旦蝕刻終止層140的表面經過‘E1’、‘E2’和‘E3’到達‘E4’，如從圖5C所能看到的，則在通孔155c的下部側壁形成具有斜面S的蝕刻終止層140的剩余部分。換句話說，由于露出的凹陷部分I和高出部分II的厚度差，在通孔155c的下部側壁形成具有斜面S的蝕刻終止層140的剩余部分，其中從通孔155c的下部側壁至通孔155c的中心，具有斜面S的剩余蝕刻終止層140在厚度上減小。
參考圖4E和圖5D，金屬擴散阻擋層160和籽晶層170通過物理氣相沉積法依序形成，從而覆蓋通孔155c上的層間電介質層150和露出的柵電極120。在通過電化學沉積法形成金屬層的后續工藝中，籽晶層170連接電極。在某些情況下可以保留金屬擴散阻擋層160。在一個示例性實施例中，金屬擴散阻擋層160由TiN或TaN制成。籽晶層170由具有大約150至大約350的沉積厚度的Cu構成。同時，通過按照上述工藝在通孔155c的下部側壁上形成具有斜面S的蝕刻終止層140的剩余部分，可以得到金屬擴散阻擋層160和籽晶層170的良好臺階覆蓋。
參考圖4F和圖5E，通過電化學沉積法在籽晶層170上形成金屬層180。優選地，使用銅層作為金屬層180。優選地，使用含有H2SO4和CuCl的電解質溶液，并且在電流為大約1A至大約10A和溫度為大約20℃至大約25℃的條件下形成銅層。
參考圖4G，構圖金屬擴散阻擋層160、籽晶層170和金屬層180，從而形成金屬布線。根據用于形成金屬層180的金屬的類型，通過光刻工藝或CMP工藝進行該構圖。在本實施例中，拋光金屬擴散阻擋層160、籽晶層170和金屬層180，直到露出層間電介質層150的表面，從而在通孔155c內形成金屬擴散阻擋層圖案161、籽晶層圖案171和金屬層圖案181。
上述示例性實施例介紹了作為示例性互連孔的通孔形成，但是本發明可以應用于形成接觸孔而不是通孔的情況。在這種情況下，在接觸孔的底部表面露出半導體襯底中形成的摻雜區。
此外，本發明可以應用于使用雙鑲嵌工藝(dual damascene process)形成金屬布線的方法。
下文中，將參考圖6A至6H介紹根據本發明的另一個示例性實施例的制造半導體器件的金屬布線的方法。
參考圖6A，在具有下部導電層310的半導體襯底300上形成蝕刻終止層320和層間電介質層330。下部導電層310可以是形成在半導體襯底300的表面上的摻雜層。蝕刻終止層320具有與圖4A-4G的示例性實施例的蝕刻終止層140相同的功能，并且可以由相同的材料形成。
然后在層間電介質層330上形成溝槽蝕刻掩模350。溝槽蝕刻掩模350具有用于限定上部金屬布線區域的開口351。
參考圖6B，通過蝕刻在開口351的底部表面處露出的部分層間電介質層330，形成初始溝槽611。
同時，通過層間電介質層330的蝕刻速率和蝕刻時間可以確定用于形成初始溝槽611的蝕刻終點。可選擇地，在初始溝槽611的底部表面的預定深度處，通過形成溝槽蝕刻終止層(現在未示出)可以確定蝕刻終點。在這種情況下，在溝槽蝕刻終止層上方和下方形成層間電介質層330。當形成溝槽蝕刻終止層時，通過上部金屬布線的厚度來確定溝槽蝕刻終止層的所需位置。
參考圖6C，除去溝槽蝕刻掩模350。隨后在已形成初始溝槽611的層間電介質層330上形成接觸孔蝕刻掩模355，由此暴露出初始溝槽611的底部表面處的層間電介質層330。
參考圖6D，選擇性地蝕刻層間電介質層330，直到露出蝕刻終止層320，使得第一初始接觸孔621穿過層間電介質層330形成，并且連接初始溝槽611。
然后通過除去露在第一初始接觸孔621的底部表面上的部分蝕刻終止層320，在蝕刻終止層320上形成臺階321。在一個示例性實施例中，通過除去大約300至大約500的蝕刻終止層320形成臺階321。蝕刻終止層的臺階321形成在第一初始接觸孔621的底部表面上露出的凹陷部分I和用層間電介質層330覆蓋的高出部分II之間的邊界處。可以通過借助在通過蝕刻層間電介質層330形成第一初始接觸孔621的工藝期間的過蝕刻或借助另外的蝕刻工藝除去部分蝕刻終止層320來形成蝕刻終止層320的臺階321。接著，除去接觸孔蝕刻掩模355。
參考圖6E，通過橫向擴展第一初始接觸孔621來形成第二初始接觸孔622。橫向擴展第一初始接觸孔的工藝包括通過利用等離子體的干蝕刻或利用HF溶液的濕蝕刻除去已經形成第一初始接觸孔621的層間電介質層330的一部分的步驟。根據擴展初始接觸孔的工藝，在第二初始接觸孔622的底部表面暴露出由層間電介質層330覆蓋的蝕刻終止層320的高出部分II的一部分。
在擴展第一初始接觸孔621的工藝期間，除去部分層間電介質層330，同時還擴展了初始溝槽611，由此形成溝槽610。圖6E中的附圖標記330a和330b分別指示在進行擴展初始接觸孔的工藝之前和之后的層間電介質層的兩個表面。
參考圖6F，各向異性蝕刻在第二初始接觸孔622的底部表面的蝕刻終止層320，由此露出下部導電層310，并形成連接溝槽610的接觸孔620。在這種情況下，通過凹陷部分I和高出部分II的厚度差，在接觸孔620的下部側壁形成具有斜面S1的蝕刻終止層320的剩余部分。
同時，在各向異性蝕刻工藝期間，還物理地蝕刻在溝槽610和接觸孔620的每個入口處的層間電介質層330，由此形成額外的斜面S2和S3。
參考圖6G，通過物理氣相沉積法順序形成金屬擴散阻擋層360和籽晶層370，從而覆蓋露出的下部導電層310和已經形成接觸孔620的層間電介質層330。
通過根據上述工藝在接觸孔620的下部側壁上形成具有斜面S的蝕刻終止層320的剩余部分，可以得到具有良好臺階覆蓋的金屬擴散阻擋層360和籽晶層370的形成。
參考6H，通過電化學沉積法在籽晶層370上形成金屬層380。通過與圖4A-4G的示例性實施例的金屬層180相同的方法形成金屬層380。
參考圖6I，拋光金屬層380、籽晶層370和金屬擴散阻擋層360，直到露出層間電介質層330的表面，使得在溝槽610和接觸孔620內分別形成上部金屬布線615和插塞625。
可以在雙鑲嵌工藝中形成溝槽之前形成初始互連孔。
下文中，將參考圖7A至7G介紹根據本發明的另一個示例性實施例的用于制造半導體器件的金屬布線的方法。
參考圖7A，在具有下部導電層310的半導體結構300上形成蝕刻終止層320和層間電介質層330。在本實施例中，下部導電層310是下部金屬布線。在這種情況下，層間電介質層330用作金屬間電介質層。
參考圖7B，選擇性蝕刻層間電介質層330，直到露出蝕刻終止層320，使得穿過層間電介質層330形成第一初始通孔711。
除去露在第一初始通孔711的底部表面上的部分蝕刻終止層320，以在蝕刻終止層320中形成臺階321。蝕刻終止層320的臺階321形成在第一初始通孔711的底部表面露出的凹陷部分I和用層間電介質層330覆蓋的高出部分II之間的邊界處。可以通過借助在通過蝕刻層間電介質層330來形成第一初始通孔711的工藝過程中的過蝕刻或借助另外的蝕刻工藝除去部分蝕刻終止層320來形成蝕刻終止層320的臺階321。
參考圖7C，進行擴展第一初始通孔711的工藝來形成第二初始通孔712。第二初始通孔712包括上部區域U和下部區域L。上部區域U被包括在將要在后續工藝中形成的上部金屬布線區域中，而下部區域L被包括在用于連接上部金屬布線和下部金屬布線的通路(via)區域內。
擴展第一初始通孔的工藝包括通過利用等離子體的干蝕刻或利用HF溶液的濕蝕刻除去已經形成第一初始通孔711的層間電介質層330的一部分的步驟。根據擴展初始通孔的工藝，在第二初始通孔712的底部表面露出由層間電介質層330覆蓋的蝕刻終止層320的高出部分II的一部分。
參考圖7D，至少在第二初始通孔712的下部區域L內形成犧牲層340。在已經形成犧牲層340的半導體襯底300上形成溝槽蝕刻掩模350。溝槽蝕刻掩模350具有用于限定上部金屬布線區域的開口351。開口351形成在第二初始通孔712上并且具有比第二初始通孔712相對寬的寬度。
犧牲層340優選由在不損壞層間電介質層330的情況下能夠被除去的材料構成。在本實施例中，通過進行有機或無機材料例如用具有i-線波長的光輻照的光致抗蝕劑的旋涂來形成犧牲層340。同樣，當通過旋涂法形成犧牲層340時，如從圖7D所能看到的，可以用犧牲層340覆蓋層間電介質層330的上部表面。
參考圖7E，蝕刻沒有用溝槽蝕刻掩模350覆蓋的犧牲層340和層間電介質層330的一部分，由此形成溝槽720。溝槽720的深度等于要在后續工藝中形成的上部金屬布線的厚度。通過橫向擴展第二初始通孔712的上部區域U形成溝槽720，并且溝槽720連接第二初始通孔712的下部區域L。同時，當用犧牲層340填充第二初始通孔712的上部區域U時，在蝕刻層間電介質層330的工藝期間還除去第二初始通孔712的上部區域U的犧牲層340，并且用在下部區域L內填充的犧牲層340保護第二初始通孔712的下部區域L，從而防止對下部區域L的任何損壞。
同時，可以通過層間電介質層330的蝕刻速率和蝕刻時間來確定用于形成溝槽720的蝕刻終點。可選擇地，可以通過在溝槽720的底部表面的深度處形成蝕刻終止層來確定蝕刻終點。在這種情況下，層間電介質層330形成在蝕刻終止層上方和下方。
參考圖7F，通過除去溝槽蝕刻掩模350和下部區域L內的犧牲層340，在第二初始通孔712的底部表面處再次露出蝕刻終止層320的高出部分II的一部分。
參考圖7G，各向異性蝕刻在第二初始通孔712的底部表面的蝕刻終止層320，使得形成用于露出下部金屬布線310的通孔710。在這種情況下，由于凹陷部分I和高出部分II的厚度差，在通孔710的下部側壁形成具有斜面S的蝕刻終止層320的剩余部分。
同時，在各向異性蝕刻工藝期間，還物理地蝕刻在溝槽720和通孔710的每個入口處的層間電介質層330，由此形成額外的斜面S2和S3。
參考圖7H，通過物理氣相沉積法順序形成金屬擴散阻擋層360和籽晶層370，從而覆蓋露出的下部導電層310和已經形成通孔710和溝槽720的層間電介質層330。
通過在通孔710的下部側壁處具有帶斜面S1的蝕刻終止層320的剩余部分，根據上述工藝，可以得到具有良好臺階覆蓋的金屬擴散阻擋層360和籽晶層370的形成。
參考圖7I，通過與圖6A-6I的示例性實施例相同的方法在籽晶層370上形成金屬層380。
參考圖7J，拋光金屬層380、籽晶層370和金屬擴散阻擋層360，直到露出層間電介質層330的表面，使得在溝槽720和通孔710內分別形成上部金屬布線725和通路(via)715。
在使用雙鑲嵌工藝形成金屬布線的工藝中，可以進行擴展初始通孔的工藝，從而在除去犧牲層之后露出蝕刻終止層的高出部分。
下文中，將參考圖8A至8E介紹根據本發明的另一個示例性實施例的用于制造半導體器件的金屬布線的方法。
參考圖8A，在形成了作為下部金屬布線的下部導電層310的半導體襯底300上，形成蝕刻終止層320和用作金屬間電介質層的層間電介質層330。選擇性地蝕刻層間電介質層330，直到露出蝕刻終止層320，從而形成第一初始通孔811。通過除去露在第一初始通孔811的底部表面上的蝕刻終止層320的一部分，在蝕刻終止層320中形成臺階321，該臺階321形成在暴露于第一初始通孔811的底部表面的凹陷部分I和用層間電介質層330覆蓋的高出部分II之間的邊界處，如圖8D所示。
同時，第一初始通孔811包括上部區域U和下部區域L。上部區域U被包括在將要在后續工藝中形成的上部金屬布線區域內，下部區域L被包括在用于連接上部金屬布線和下部金屬布線的通路區域內。
接著，至少在第一初始通孔811的下部區域L內形成犧牲層340。在已經形成犧牲層340的半導體襯底300上形成溝槽蝕刻掩模350。溝槽蝕刻掩模350具有用于限定上部金屬布線形成區域的開口351。開口351形成在第一初始通孔811上，并且具有比第一初始通孔811相對寬的寬度。
參考圖8B，通過蝕刻部分層間電介質層330形成溝槽820。溝槽820形成在第一初始通孔811的上部區域U內，并且連接第一初始通孔811的下部區域L。同時，當用犧牲層340填充第一初始通孔811的上部區域U時，在蝕刻層間電介質層330的工藝期間還除去第一初始通孔811的上部區域U的犧牲層340，并且通過填充在下部區域L內的犧牲層340保護第一初始通孔811的下部區域L，從而防止對下部區域L的任何損壞。
參考圖8C，除去溝槽蝕刻掩模350和犧牲層340，以在第一初始通孔811的底部表面處露出蝕刻終止層320。
參考圖8D，進行擴展初始通孔的工藝以形成從第一初始通孔811擴展的第二初始通孔812。根據第二初始通孔812的形成，在第二初始通孔812的底部表面上露出被層間電介質層330覆蓋的蝕刻終止層320的高出部分II的一部分。擴展初始通孔的工藝包括除去部分層間電介質層330。這樣，在擴展初始通孔的工藝期間額外擴展了溝槽820。圖8D中的附圖標記330a和330b分別指示擴展初始通孔之前和之后的層間電介質層的兩個表面。
參考圖8E，各向異性蝕刻在第二初始通孔812的底部表面處的蝕刻終止層320，從而形成通孔810。在這種情況下，由于露出的凹陷部分I和高出部分II之間的厚度差，在通孔810的下部側壁形成具有斜面S的蝕刻終止層320的剩余部分。
并且根據圖6A-6I的示例性實施例，進行包括形成金屬擴散阻擋層、籽晶層、金屬層之類的步驟的后續工藝。
如上所述，根據本發明，蝕刻終止層在互連孔的底部表面處具有斜面，使得能提高用于覆蓋互連孔的底部表面的籽晶層的臺階覆蓋。因此，在通過利用電化學沉積法在籽晶層上形成金屬層的工藝期間，本發明防止在通孔內形成空隙并且還提高了器件可靠性。
雖然參考示例性實施例介紹了本發明，但是應明白，此公開用于借助于例子說明本發明，而不局限于限制本發明的范圍。并且本領域技術人員在不脫離本發明的范圍和主旨的情況下能夠修正和改變本發明。
權利要求
1.一種用于制造半導體器件的方法，該方法包括步驟在具有下部導電層的半導體襯底上依序形成蝕刻終止層和層間電介質層；通過選擇性蝕刻該層間電介質層暴露出部分該蝕刻終止層；通過除去部分該露出的蝕刻終止層在該蝕刻終止層中形成臺階，該臺階形成在該露出的蝕刻終止層的凹陷部分和用該層間電介質層覆蓋的該蝕刻終止層的高出部分之間的邊界處；通過除去部分該層間電介質層暴露出部分該高出部分；以及通過各向異性蝕刻該露出的凹陷部分和高出部分從而暴露出該下部導電層，形成在互連孔的下部側壁處具有斜面的互連孔。
2.如權利要求1所述的方法，其中通過選擇性蝕刻該層間電介質層并暴露部分該蝕刻終止層同時進行過蝕刻來形成該蝕刻終止層的該臺階。
3.如權利要求1所述的方法，還包括步驟形成用于覆蓋該下部導電層和具有該互連孔的該層間電介質層的籽晶層；在該籽晶層上形成金屬層；以及構圖該金屬層和籽晶層。
4.如權利要求3所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該籽晶層。
5.如權利要求3所述的方法，還包括步驟在形成該籽晶層之前，形成用于覆蓋該露出的下部導電層和具有該互連孔的該層間電介質層的金屬擴散阻擋層。
6.如權利要求3所述的方法，其中構圖該金屬層和籽晶層的步驟包括拋光該金屬層和籽晶層，直到露出該層間電介質層。
7.如權利要求5所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該金屬擴散阻擋層。
8.如權利要求1所述的方法，其中該蝕刻終止層是從SiN、SiC和BCB(苯并環丁烯)有機絕緣層構成的組中選出的材料。
9.如權利要求8所述的方法，其中該層間電介質層是從FSG(氟硅酸鹽玻璃)、SiOC、以及有機或無機SOD(旋涂電介質)構成的組中選出的材料。
10.如權利要求9所述的方法，其中通過利用等離子體的干蝕刻除去該層間電介質層，從而露出部分該高出部分。
11.如權利要求9所述的方法，其中通過利用HF溶液的濕蝕刻除去該層間電介質層，從而露出部分該高出部分。
12.如權利要求1所述的方法，還包括步驟在暴露出部分該蝕刻終止層之前，通過選擇性蝕刻該層間電介質層形成溝槽，其中暴露出部分該蝕刻終止層的步驟包括除去形成有該溝槽的該層間電介質層的一部分。
13.如權利要求12所述的方法，還包括步驟形成用于覆蓋該下部導電層和具有該溝槽及該互連孔的該層間電介質層的籽晶層；利用電化學沉積法在該籽晶層上形成金屬層；以及構圖該金屬層和籽晶層。
14.如權利要求13所述的方法，還包括步驟在形成該籽晶層之前，形成用于覆蓋該露出的下部導電層和具有該互連孔的該層間電介質層的金屬擴散阻擋層。
15.如權利要求14所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該金屬擴散阻擋層和該籽晶層。
16.一種用于制造半導體器件的方法，該方法包括步驟在形成有下部金屬布線的半導體襯底上順序形成蝕刻終止層和金屬間電介質層；通過選擇性蝕刻該金屬間電介質層形成用于暴露出部分該蝕刻終止層的第一初始通孔；通過除去部分該露出的蝕刻終止層在該蝕刻終止層中形成臺階，該臺階形成在該第一初始通孔的底部表面處露出的凹陷部分和用該金屬間電介質層覆蓋的高出部分之間的邊界處；通過借助除去該第一初始通孔的橫向部分來擴展該第一初始通孔，形成用于暴露出部分該凹陷和高出部分的第二初始通孔，該第二初始通孔包括上部區域和下部區域；在該第二初始通孔內形成犧牲層；通過選擇性蝕刻該金屬間電介質層，在該第二初始通孔的上部區域內形成一溝槽，該溝槽比該第二初始通孔的下部區域寬并且連接該第二初始通孔的該下部區域；除去該犧牲層，從而在該第二初始通孔的下部區域的底部表面處露出該高出部分和凹陷部分；通過各向異性蝕刻該露出的凹陷和高出部分，形成用于暴露該下部金屬布線的通孔并且在該通孔的下部側壁處形成斜面；形成用于覆蓋該露出的下部金屬布線和具有該通孔的該金屬間電介質層的籽晶層；在該籽晶層上形成金屬層；以及構圖該金屬層和籽晶層。
17.如權利要求16所述的方法，其中在形成該第一初始通孔同時，通過進行過蝕刻形成該蝕刻終止層的該臺階。
18.如權利要求16所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該籽晶層。
19.如權利要求18所述的方法，還包括步驟在形成該籽晶層之前，形成用于覆蓋該露出的下部金屬布線和具有該通孔的該金屬間電介質層的金屬擴散阻擋層。
20.如權利要求19所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該金屬擴散阻擋層。
21.如權利要求16所述的方法，其中該蝕刻終止層是從SiN、SiC和BCB(苯并環丁烯)有機絕緣層構成的組中選出的材料。
22.如權利要求21所述的方法，其中該金屬間電介質層是從FSG(氟硅酸鹽玻璃)、SiOC、以及有機或無機SOD(旋涂電介質)構成的組中選出的材料。
23.如權利要求22所述的方法，其中通過利用等離子體的干蝕刻除去該金屬間電介質層，從而露出部分該高出部分。
24.如權利要求22所述的方法，其中通過利用HF溶液的濕蝕刻除去該金屬間電介質層，從而露出部分該高出部分。
25.如權利要求17所述的方法，其中利用蝕刻掩模形成該溝槽，該溝槽與該第二初始通孔交疊并且具有比該第二初始通孔寬的開口。
26.一種用于制造半導體器件的方法，該方法包括步驟在形成有下部金屬布線的半導體襯底上順序形成蝕刻終止層和金屬間電介質層；通過選擇性蝕刻該金屬間電介質層形成用于暴露出部分該蝕刻終止層的第一初始通孔，該第一初始通孔包括上部區域和下部區域；通過除去部分該露出的蝕刻終止層在該蝕刻終止層中形成臺階，該臺階形成在該第一初始通孔的底部表面處露出的凹陷部分和用該金屬間電介質層覆蓋的高出部分之間的邊界處；在該第一初始通孔內形成犧牲層；通過選擇性蝕刻該金屬間電介質層，在該第一初始通孔的該上部區域形成溝槽，該溝槽比該第一初始通孔的該下部區域寬并且連接該第一初始通孔的該下部區域；除去該犧牲層以在該第一初始通孔的該底部表面處露出該凹陷部分；通過除去部分該金屬間電介質層來形成第二初始通孔，該第二初始通孔用于暴露出部分該高出部分并且橫向擴展該第一初始通孔的該下部區域；通過各向異性蝕刻該露出的凹陷和高出部分從而暴露該下部金屬布線，形成在通孔的下部側壁處具有斜面的通孔；形成用于覆蓋該露出的下部金屬布線和具有該通孔的該金屬間電介質層的籽晶層；在該籽晶層上形成金屬層；以及構圖該金屬層和籽晶層。
27.如權利要求26所述的方法，其中在形成該第一初始通孔同時，通過過蝕刻形成該蝕刻終止層的該臺階。
28.如權利要求26所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該籽晶層。
29.如權利要求26所述的方法，還包括步驟在形成該籽晶層之前，形成用于覆蓋該露出的下部金屬布線和具有該通孔的該金屬間電介質層的金屬擴散阻擋層。
30.如權利要求29所述的方法，其中利用物理氣相沉積法形成該金屬擴散阻擋層。
31.如權利要求26所述的方法，其中該蝕刻終止層是從SiN、SiC和BCB(苯并環丁烯)有機絕緣層構成的組中選出的材料。
32.如權利要求31所述的方法，其中該金屬間電介質層是從FSG(氟硅酸鹽玻璃)、SiOC、以及有機或無機SOD(旋涂電介質)構成的組中選出的材料。
33.如權利要求32所述的方法，其中通過利用等離子體的干蝕刻除去該金屬間電介質層，從而露出部分該高出部分。
34.如權利要求32所述的方法，其中通過利用HF溶液的濕蝕刻除去該金屬間電介質層，從而露出部分該高出部分。
35.如權利要求27所述的方法，其中利用蝕刻掩模形成該溝槽，該溝槽與該第一初始通孔交疊并且具有比該第一初始通孔寬的開口。
全文摘要
制造在互連孔的下部側壁處具有斜面的半導體器件的方法，包括在具有下部導電層的半導體襯底上順序形成蝕刻終止層和層間電介質層。通過選擇性蝕刻層間電介質層露出部分蝕刻終止層。通過除去部分露出的蝕刻終止層在蝕刻終止層內形成臺階。并且，臺階形成在露出的蝕刻終止層的凹陷部分和用層間電介質層覆蓋的蝕刻終止層的高出部分之間的邊界處。除去部分層間電介質層以露出部分蝕刻終止層的高出部分。并且，各向異性蝕刻露出的凹陷和高出部分，以露出下部導電層并形成具有斜面的互連孔，其中斜面由在互連孔的下部側壁處的剩余蝕刻終止層構成。
文檔編號H01L21/768GK1617326SQ20041010054
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月9日 優先權日2003年9月9日
發明者姜棋皓, 吳赫祥, 李政佑, 樸大根 申請人:三星電子株式會社