(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811041883.5
(22)申请日 2018.09.07
(71)申请人 长鑫存储技术有限公司
地址 230000 安徽省合肥市经济技术开发
区翠微路6号海恒大厦630
(72)发明人 陈洋
玻璃纤维膨体纱
(74)专利代理机构 上海光华专利事务所(普通
合伙) 31219
代理人 余明伟
(51)Int.Cl.
H01L 21/768(2006.01)
H01L 23/528(2006.01)
(54)发明名称
方法
(57)摘要
本发明提供一种具有大马士革结构的半导
体结构及其制备方法，包括如下步骤：1）提供半
介质层内形成互连通孔；4）于互连通孔的底部、
侧壁及介质层上形成阻挡层；5）于阻挡层的上表
面形成掩膜层；6）于掩膜层的上表面形成光刻胶
层；7）去除位于互连通孔底部的光刻胶层；8）去
除位于互连通孔底部的掩膜层；9）去除光刻胶
层；10）去除暴露出的阻挡层；11）去除掩膜层；
12）于阻挡层的上表面及互连通孔的底部形成籽
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晶层；13）于籽晶层的上表面形成金属层；14）去
除位于介质层上的阻挡层及金属层得到大马士
革结构。本发明可以减小大马士革结构与导电层
之间的接触电阻。权利要求书3页 说明书10页 附图9页CN 110890315 A 2020.03.17
C N 110890315
A
1.一种具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有导电层；
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2)于所述半导体衬底上形成介质层；
3)于所述介质层内形成互连通孔，所述互连通孔包括通孔及沟槽，所述沟槽位于所述通孔上，与所述通孔相连通，且所述沟槽的宽度大于所述通孔的宽度；所述互连通孔暴露出所述导电层；
4)于所述互连通孔的底部、侧壁及所述介质层上形成阻挡层；
5)于所述阻挡层的上表面形成掩膜层；
6)于所述掩膜层的上表面形成光刻胶层，位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层的厚度大于位于所述互连通孔侧壁的所述光刻胶层的厚度；
7)对位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层进行曝光显影，以去除位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层；
8)依据所述光刻胶层去除位于所述互连通孔底部的所述掩膜层，以暴露出至少部分位于所述互连通孔底部的所述阻挡层；
9)去除所述光刻胶层；
b2y10)依据所述掩膜层去除暴露出的所述阻挡层；
11)去除所述掩膜层；
12)于所述阻挡层的上表面及所述互连通孔的底部形成籽晶层；
13)于所述籽晶层的上表面形成金属层；及
14)去除位于所述介质层上的所述阻挡层及所述金属层，以得到大马士革结构，所述大马士革结构包括位于所述通孔内的导电栓塞及位于所述沟槽内且与所述导电栓塞接触连接的导线层。
2.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，于所述半导体衬底上形成所述介质层之前还包括于所述半导体衬底的上表面形成刻蚀停止层的步骤，所述介质层形成于所述刻蚀停止层的上表面；于所述半导体衬底上形成所述介质层后还包括以正硅酸乙酯作为反应源于所述介质层的上表面沉积形成二氧化硅层的步骤；步骤3)中，于所述二氧化硅层层、所述介质层及所述刻蚀停止层内形成所述互连通孔，其中，所述通孔自所述介质层内向下贯穿所述刻蚀停止层，所述沟槽自所述介质层内向上贯穿所述二氧化硅层层。 3.根据权利要求2所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料包括氮化硅。
4.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，采用原子层沉积工艺于所述互连通孔的底部、侧壁及所述介质层上形成所述阻挡层。 5.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤5)中，采用原子沉积工艺、化学气相沉积工艺或炉管工艺于所述阻挡层的上表面形成所述掩膜层。
6.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤8)中，采用原子层刻蚀工艺、电感耦合等离子刻蚀工艺、电容耦合等离子体刻蚀工艺或反
应离子刻蚀工艺刻蚀去除位于所述互连通孔底部的所述掩膜层；步骤9)中，采用干法刻蚀工艺去除所述光刻胶层；步骤10)中，采用原子层刻蚀工艺、电感耦合等离子刻蚀工艺、电容耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀工艺刻蚀去除暴露出的所述阻挡层；步骤11)中，使用热磷酸去除掩膜层。
7.根据权利要求6所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤10)中，采用电感耦合等离子刻蚀工艺、电容耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀去除暴露出的所述阻挡层时，刻蚀气体包括氯化硼、、氩气、三氟化氮、四氟化碳、三氟甲烷及氧气中的至少一种。
微型超级电容器8.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤12)中，采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺于所述阻挡层的上表面及所述互连通孔的底部形成铜籽晶层作为所述籽晶层；步骤13)中，采用电镀工艺于所述籽晶层的上表面形成铜层作为所述金属层。
9.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述介质层的材料包括低k材料；所述阻挡层的材料包括钽及氮化钽中的至少一种；所述掩膜层的材料包括二氧化硅、氮化硅、碳化硅或多晶硅。
10.根据权利要求1所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述半导体衬底于倾斜5°～10°的状态下，采用旋涂工艺于所述掩膜层的上表面形成所述光刻胶层，以确保所述光刻胶层未填满所述通孔。
11.根据权利要求10所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤6)中，将光刻胶溶于溶剂中后采用旋涂工艺旋涂于所述掩膜层的上表面以形成所述光刻胶层，所述光刻胶与所述溶剂的体积比或质量比介于1:4～3:7之间。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤6)中，于所述掩膜层的上表面形成的所述光刻胶层包括化学放大型光刻胶层，所述化学放大型光刻胶层包括聚乙烯及光酸产生剂。
13.根据权利要求12所述的具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤7)包括如下步骤：
7-1)将位于所述互连通孔底部的部分所述光刻胶层进行曝光，以形成第一曝光区域；所述第一曝光区域的所述光刻胶发生光化学反应而变性为可被显影液去除，并产生光酸分子；
7-2)对曝光后的所述光刻胶层进行加热，使所述光酸分子扩散至位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层内，以使得位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层均变性为可被所述显影液去除的第二曝光区域；及
7-3)对所述第二曝光区域的所述光刻胶层进行显影，以去除位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层。
14.一种具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底内形成有导电层；
介质层，位于所述半导体衬底上；
大马士革结构，位于所述介质层内；所述大马士革结构包括导电栓塞及导线层，其中，所述导电栓塞与所述导电层接触连接，所述导线层位于所述导电栓塞上，与所述导电栓塞
接触连接，且所述导线层的宽度大于所述导电栓塞的宽度；
阻挡层，至少位于所述大马士革结构与所述介质层之间。
15.根据权利要求14所述的具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，所述具有大马士革结构的半导体结构还包括：
刻蚀停止层，位于所述半导体衬底与所述介质层之间；所述导电栓塞自所述介质层内向下贯穿所述刻蚀停止层；
二氧化硅层，位于所述介质层的上表面，所述导线层自所述介质层内向上贯穿所述二氧化硅层；
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所述阻挡层位于所述大马士革结构与所述二氧化硅层、所述介质层及所述刻蚀停止层之间。
16.根据权利要求15所述的具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，所述大马士革结构的上表面与所述二氧化硅层的上表面相平齐。
17.根据权利要求15所述的具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，所述刻蚀停止层包括氮化硅层。
18.根据权利要求14所述的具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，所述介质层包括低k介质层，所述阻挡层包括钽层及氮化钽层中的至少一种。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的具有大马士革结构的半导体结构，其特征在于，所述阻挡层还位于所述大马士革结构与所述导电层之间，位于所述大马士革结构与所述导电层之间的所述阻挡层内形成有开口，以确保所述导电栓塞与所述导电层接触连接。
具有大马士革结构的半导体结构及其制备方法技术领域
[0001]本发明属于集成电路技术领域，特别是涉及一种具有大马士革结构的半导体结构及其制备方法。
背景技术
[0002]随着半导体技术的发展，超大规模集成电路芯片的集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，超大规模集成电路的布线更为复杂，两层以上的多层金属互连结构广泛使用。同时，金属铝互连线已经部分被金属铜互连线替代，但铜无法被直接蚀刻，因此只能采用大马士革工艺。
[0003]大马士革结构一般位于半导体衬底上表面依次叠置的刻蚀停止层、低k介质层及以正硅酸乙酯(TEOS)作为反应源形成二氧化硅层中，所述半导体衬底内形成有金属导电层，所述大马士革结构与所述刻蚀停止层、所述低k介质层、所述二氧化硅层、所述半导体衬底及所述金属导电层之间还形成有阻挡层，所述大马士革结构经由所述阻挡层与所述金属导电层相接触。所述大马士革结构、所述阻挡层及所述金属导电层三者之间形成接触电阻，以所述大马士革结构的材料为铜，所述阻挡层的材料为钽与氮化钽，及所述金属导电层的材料为铜为例，铜的电阻率为1.67Ω·m，钽的电阻率为15Ω·m，氮化钽的电阻率为100Ω·m。随着线宽的不断减小，接触电阻对电路中功耗贡献率也随之增加，以所述阻挡层的厚度为10nm、电流为0.1mA为例，当线宽为200nm、导线长度为100nm时，接触电阻功耗约占8％；当线宽为100nm、导线长度为80nm时，接触电阻功耗约占14％。因此，随着节点的不断减小，去除所述阻挡层显得尤为迫切。
发明内容
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有大马士革结构的半导体结构及
其制备方法，用于解决现有技术中大马士革结构与导电层之间具有阻挡层而导致的接触电阻过大的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有大马士革结构的半导体结构的制备方法，包括如下步骤：
[0006]1)提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有导电层；
[0007]2)于所述半导体衬底上形成介质层；
[0008]3)于所述介质层内形成互连通孔，所述互连通孔包括通孔及沟槽，所述沟槽位于所述通孔上，与所述通孔相连通，且所述沟槽的宽度大于所述通孔的宽度；所述互连通孔暴露出所述导电层；
[0009]4)于所述互连通孔的底部、侧壁及所述介质层上形成阻挡层；
[0010]5)于所述阻挡层的上表面形成掩膜层；
[0011]6)于所述掩膜层的上表面形成光刻胶层，位于所述互连通孔底部的所述光刻胶层的厚度大于位于所述互连通孔侧壁的所述光刻胶层的厚度；
说 明 书
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