本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，芯片面積持續(xù)增大，互連結(jié)構(gòu)的延遲時(shí)間已經(jīng)可以與器件門(mén)延遲時(shí)間相比較。人們面臨著如何克服由于連接長(zhǎng)度的急速增長(zhǎng)而帶來(lái)的RC(R指電阻，C指電容)延遲顯著增加的問(wèn)題。特別是由于金屬布線間電容的影響日益嚴(yán)重，造成器件性能大幅度下降，已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。為了減小互連造成的RC延遲，現(xiàn)已采用了多種措施。

互連結(jié)構(gòu)之間的寄生電容和互連電阻造成了信號(hào)的傳輸延遲。由于銅具有較低的電阻率，優(yōu)越的抗電遷移特性和高的可靠性，能夠降低金屬的互連電阻，進(jìn)而減小總的互連延遲效應(yīng)，現(xiàn)已由常規(guī)的鋁互連改變?yōu)榈碗娮璧你~互連。同時(shí)降低互連之間的電容同樣可以減小延遲，而寄生電容C正比于電路層絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)k，因此使用低k材料作為不同電路層的絕緣介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO₂介質(zhì)已成為滿足高速芯片的發(fā)展的需要。

然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底，所述基底內(nèi)形成有底層金屬層，且所述基底暴露出所述底層金屬層頂部表面；形成覆蓋所述基底表面以及底層金屬層頂部表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的材料具有多孔結(jié)構(gòu)；在所述介質(zhì)層表面形成圖形化的掩膜層；以所述圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕所述介質(zhì)層，形成貫穿所述介質(zhì)層的開(kāi)口，且所述開(kāi)口底部暴露出底層金屬層頂部表面；采用含碳?xì)怏w對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行第一 刻蝕后處理，在所述開(kāi)口側(cè)壁表面形成密封層；在形成所述密封層之后，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述圖形化的掩膜層；形成填充滿所述開(kāi)口的導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層頂部與介質(zhì)層頂部齊平。

可選的，所述密封層中含有碳原子。

可選的，所述含碳?xì)怏w為CH₄、CHF₃、CH₃F或CF₃I。

可選的，所述含碳?xì)怏w為CH₄，所述第一刻蝕后處理的工藝參數(shù)包括：CH₄流量為50sccm至500sccm，Ar流量為0sccm至500sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

可選的，所述開(kāi)口內(nèi)形成有聚合物雜質(zhì)，所述聚合物雜質(zhì)中含有碳離子和氟離子。

可選的，在進(jìn)行所述第一刻蝕后處理之前或在進(jìn)行所述第一刻蝕后處理的同時(shí)，還包括步驟：對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行第二刻蝕后處理，所述第二刻蝕后處理適于去除所述聚合物雜質(zhì)中的碳離子。

可選的，所述第二刻蝕后處理采用的氣體為N₂，工藝參數(shù)包括：N₂流量為50sccm至500sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

可選的，在進(jìn)行所述第一刻蝕后處理之后或進(jìn)行所述第一刻蝕后處理的同時(shí)，還包括步驟：對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行第三刻蝕后處理，所述第三刻蝕后處理適于去除開(kāi)口底部的聚合物雜質(zhì)中的氟離子。

可選的，所述第三刻蝕后處理采用的氣體為NH₃，工藝參數(shù)包括：NH₃流量為50sccm至500sccm，Ar流量為0sccm至500sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

可選的，在形成所述導(dǎo)電層之前，對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行濕法清洗處理，所述濕法清洗處理刻蝕去除所述密封層。

可選的，所述濕法清洗處理的清洗液體為氫氟酸溶液或雙氧水溶液。

可選的，所述介質(zhì)層的材料為低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。

可選的，在所述底層金屬層與介質(zhì)層之間還形成有刻蝕阻擋層，且所述開(kāi)口還貫穿所述刻蝕阻擋層。

可選的，所述圖形化的掩膜層的材料為介質(zhì)掩膜材料或金屬掩膜材料，其中，金屬掩膜材料為T(mén)iN、Ta、Ti、Tu、TaN、TiN、TuN或WN。

可選的，所述圖形化的掩膜層的材料為T(mén)iN，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕液體包括雙氧水溶液。

可選的，所述濕法刻蝕工藝對(duì)圖形化的掩膜層的刻蝕速率大于對(duì)所述密封層的刻蝕速率。

可選的，所述密封層還位于圖形化的掩膜層表面，且濕法刻蝕工藝對(duì)位于圖形化的掩膜層表面的密封層的刻蝕速率大于對(duì)開(kāi)口側(cè)壁表面的密封層的刻蝕速率。

可選的，所述開(kāi)口為單大馬士革開(kāi)口、雙大馬士革開(kāi)口或接觸孔。

可選的，所述開(kāi)口為雙大馬士革開(kāi)口，形成所述開(kāi)口的工藝步驟包括：在以所述圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕所述介質(zhì)層之前，在所述圖形化的掩膜層表面、以及圖形化的掩膜層暴露出的部分介質(zhì)層表面形成圖形層；以所述圖形層為掩膜刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成預(yù)開(kāi)口；去除所述圖形層；以所述圖形化的掩膜層為掩膜，刻蝕位于所述預(yù)開(kāi)口下方的介質(zhì)層，還刻蝕所述圖形化的掩膜層暴露出的介質(zhì)層，直至暴露出底層金屬層表面。

可選的，形成所述導(dǎo)電層的工藝步驟包括：形成填充滿所述開(kāi)口的導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜還位于介質(zhì)層頂部表面；去除高于介質(zhì)層頂部的導(dǎo)電膜，形成所述導(dǎo)電層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法的技術(shù)方案中，在介質(zhì)層表面形成圖形化的掩膜層之后，以圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕介質(zhì)層，形成貫穿介質(zhì)層的開(kāi)口，且開(kāi)口底部暴露出底層金屬層頂部表面；采用含碳?xì)怏w對(duì)開(kāi)口進(jìn) 行第一刻蝕后處理，在開(kāi)口側(cè)壁表面形成密封層，由于介質(zhì)層的材料具有多孔結(jié)構(gòu)，因此開(kāi)口側(cè)壁表面也相應(yīng)為多孔結(jié)構(gòu)，在形成密封層的過(guò)程中碳離子填入開(kāi)口側(cè)壁表面的多孔結(jié)構(gòu)中，因此形成的密封層與開(kāi)口側(cè)壁表面接觸緊密，所述密封層與開(kāi)口側(cè)壁表面的粘附性強(qiáng)，使得密封層對(duì)開(kāi)口側(cè)壁表面具有很強(qiáng)的保護(hù)作用。由于本發(fā)明中開(kāi)口側(cè)壁表面形成有與開(kāi)口側(cè)壁表面緊密接觸的密封層，所述密封層保護(hù)開(kāi)口側(cè)壁表面暴露在濕法刻蝕工藝環(huán)境中，因此本發(fā)明能夠采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層，采用濕法刻蝕工藝去除圖形化的掩膜層能夠避免對(duì)介質(zhì)層、底層金屬層造成刻蝕損傷。

并且，由于本發(fā)明在開(kāi)口內(nèi)形成導(dǎo)電層之前，去除了位于介質(zhì)層頂部表面的圖形化的掩膜層，使得本發(fā)明導(dǎo)電層實(shí)際需要填充的開(kāi)口深寬比減小，從而增加了導(dǎo)電層的形成工藝窗口，使得形成的導(dǎo)電層致密度高，因此減小了導(dǎo)電層的電阻率，從而降低了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電阻。同時(shí)，由于導(dǎo)電層的形成工藝窗口增加了，因此形成的導(dǎo)電層與開(kāi)口側(cè)壁表面之間的界面性能得到提高，防止導(dǎo)電層中的金屬離子沿著所述界面進(jìn)行電遷移，從而改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的與時(shí)間相關(guān)介電擊穿問(wèn)題。因此，本發(fā)明改善了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

進(jìn)一步，開(kāi)口內(nèi)形成有聚合物雜質(zhì)，所述聚合物雜質(zhì)中含有碳離子和氟離子。本發(fā)明還對(duì)開(kāi)口進(jìn)行第二刻蝕后處理，所述第二刻蝕后處理適于去除聚合物雜質(zhì)中的碳離子。本發(fā)明還對(duì)開(kāi)口進(jìn)行第三刻蝕后處理，所述第三刻蝕后處理適于去除開(kāi)口底部的聚合物雜質(zhì)中的氟離子，防止在濕法刻蝕工藝環(huán)境下氟離子與底層金屬層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，防止底層金屬層被腐蝕。同時(shí)，第二刻蝕后處理和第三刻蝕后處理還能夠提高開(kāi)口的潔凈度，為形成導(dǎo)電層提供良好的界面基礎(chǔ)。

更進(jìn)一步，在形成導(dǎo)電層之前，對(duì)開(kāi)口進(jìn)行濕法清洗處理，所述濕法清洗處理不僅能夠進(jìn)一步清洗去除開(kāi)口內(nèi)的雜質(zhì)，還能夠去除位于開(kāi)口側(cè)壁表面的密封層，避免所述密封層對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能造成不良影響。

附圖說(shuō)明

圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4至圖14為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15至圖17為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能有待提高。

在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成工藝包括以下步驟：、

參考圖1，提供基底100，所述基底100內(nèi)形成有底層金屬層101；在所述底層金屬層101表面以及基底100表面形成介質(zhì)層102；在所述介質(zhì)層102表面形成圖形化的掩膜層103；以所述圖形化的掩膜層103為掩膜刻蝕所述介質(zhì)層102，形成貫穿所述介質(zhì)層102的開(kāi)口104，且所述開(kāi)口104暴露出底層金屬層101頂部表面。

參考圖2，形成填充滿所述開(kāi)口104(參考圖1)的導(dǎo)電膜105，且所述導(dǎo)電膜105還位于圖形化的掩膜層103表面。

參考圖3，研磨去除高于介質(zhì)層102頂部表面的導(dǎo)電膜105(參考圖2)以及圖形化的掩膜層103(參考圖2)，形成填充滿所述開(kāi)口104(參考圖1)的導(dǎo)電層106，所述導(dǎo)電層106頂部與介質(zhì)層102頂部齊平。

采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能有待提高。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述填充滿開(kāi)口104的導(dǎo)電膜105的工藝步驟中，形成導(dǎo)電膜105的工藝難度大，使得形成的導(dǎo)電膜105的質(zhì)量較差，因此導(dǎo)致導(dǎo)電層106的電阻率較大；并且，形成的導(dǎo)電膜105與開(kāi)口104之間的界面性能較差，開(kāi)口104可以分為上部區(qū)域、中間區(qū)域以及下部區(qū)域，特別是開(kāi)口104下部區(qū)域與導(dǎo)電膜104之間的界面性能差的問(wèn)題更為顯著，進(jìn)而造成導(dǎo)電層106與開(kāi)口104之間的界面性能差，因此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的抗電遷移能力弱且存在時(shí)間相關(guān)介電擊穿(TDDB：Time Dependent Dielectric Breakdown)問(wèn)題。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致上述問(wèn)題的原因在于：由于圖形化的掩膜層103具有一定的厚度，導(dǎo)致形成導(dǎo)電膜105的工藝窗口較小，導(dǎo)電膜105實(shí)際需 要填充的凹槽的深寬比大于開(kāi)口104的深寬比，造成形成的導(dǎo)電膜105的質(zhì)量較差，且導(dǎo)電膜105與開(kāi)口104之間的界面性能差。相應(yīng)的，位于開(kāi)口104內(nèi)的導(dǎo)電層106的質(zhì)量也較差，且導(dǎo)電層106與開(kāi)口104之間的界面性能差。

由前述分析可知，若能夠在形成導(dǎo)電膜之前將圖形化的掩膜層去除，那么導(dǎo)電膜的填充工藝窗口將增加，使得形成的導(dǎo)電膜質(zhì)量高且導(dǎo)電膜與開(kāi)口之間的界面性能好。為了降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的RC延遲，介質(zhì)層的材料具有多孔結(jié)構(gòu)，使得介質(zhì)層的材料為低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料。若采用干法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層，那么干法刻蝕工藝容易對(duì)介質(zhì)層造成嚴(yán)重的刻蝕損傷。

為此，本發(fā)明采用一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在形成開(kāi)口之后，采用含碳?xì)怏w對(duì)開(kāi)口進(jìn)行第一刻蝕后處理，在開(kāi)口側(cè)壁表面形成密封層；由于密封層會(huì)對(duì)開(kāi)口側(cè)壁表面提供保護(hù)作用，使得本發(fā)明在形成導(dǎo)電層之前，能夠采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層，從而使形成導(dǎo)電層的工藝窗口增加，從而提高形成的導(dǎo)電層的性能，使導(dǎo)電層與開(kāi)口側(cè)壁表面之間緊密接觸，降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電阻，改善與時(shí)間相關(guān)介電擊穿問(wèn)題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖4至圖14為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖4，提供基底200，所述基底200內(nèi)形成有底層金屬層201，且所述基底200暴露出所述底層金屬層201頂部表面；形成覆蓋所述基底200表面以及底層金屬層201表面的介質(zhì)層203。

所述基底200的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅或砷化鎵；所述基底200的材料還可以為單晶硅、多晶硅、非晶硅或絕緣體上的硅。

所述基底200表面還可以形成有若干界面層或外延層以提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。所述基底200內(nèi)還可以形成有半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件為PMOS晶體管、NMOS晶體管、CMOS晶體管、電容器、電阻器或電感器。

本實(shí)施例中，所述基底200為硅基底。

所述底層金屬層201用于與待形成的導(dǎo)電層相連接，也可用于后續(xù)形成的導(dǎo)電層與外部或其他金屬層的電連接。所述底層金屬層201的材料為Cu、Al或W等導(dǎo)電材料。本實(shí)施例中，所述底層金屬層201頂部表面與基底200頂部表面齊平。在其他實(shí)施例中，所述底層金屬層頂部表面還能夠高于基底頂部表面。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述基底200內(nèi)形成有一個(gè)底層金屬層201。在另一實(shí)施例中，所述基底200內(nèi)形成有若干個(gè)底層金屬層201，且所述底層金屬層201在平行于基底200表面方向上的尺寸相同。在其他實(shí)施例中，基底200內(nèi)形成有若干個(gè)底層金屬層201，且至少2個(gè)底層金屬層201在平行于基底200表面方向上的尺寸不同。

本實(shí)施例中，所述基底200與介質(zhì)層203之間還形成有刻蝕阻擋層202，后續(xù)形成的開(kāi)口還貫穿所述刻蝕阻擋層202。所述刻蝕阻擋層202在后續(xù)起到刻蝕阻擋作用，后續(xù)刻蝕介質(zhì)層203的刻蝕工藝對(duì)刻蝕阻擋層202的刻蝕速率較小，從而起到刻蝕停止作用，防止對(duì)基底200或底層金屬層201造成過(guò)刻蝕。并且，后續(xù)刻蝕所述刻蝕阻擋層202的刻蝕工藝對(duì)底層金屬層201的刻蝕速率小，從而進(jìn)一步避免對(duì)底層金屬層201造成刻蝕損傷。

所述刻蝕阻擋層202的材料與介質(zhì)層203的材料不同。所述刻蝕阻擋層202的材料為氮化硅、氮氧化硅或碳氮化硅。本實(shí)施例中，所述刻蝕阻擋層202的材料為碳氮化硅。

所述介質(zhì)層203的材料具有多孔結(jié)構(gòu)，所述具有多孔結(jié)構(gòu)的材料為低k介質(zhì)材料(低k介質(zhì)材料指相對(duì)介電常數(shù)大于等于2.6、小于等于3.9的介質(zhì)材料)或超低k介質(zhì)材料(超低k介質(zhì)材料指相對(duì)介電常數(shù)小于2.6的介質(zhì)材料)，從而可以有效的降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的RC延遲。

所述介質(zhì)層203的材料為SiOH、SiCOH、FSG(摻氟的二氧化硅)、BSG(摻硼的二氧化硅)、PSG(摻磷的二氧化硅)、BPSG(摻硼磷的二氧化硅)、氫化硅倍半氧烷(HSQ，(HSiO_1.5)_n)或甲基硅倍半氧烷(MSQ，(CH₃SiO_1.5)_n)。

本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層203的材料為超低k介質(zhì)材料，所述超低k介 質(zhì)材料為SiCOH。

本實(shí)施例中，還包括步驟：在介質(zhì)層203表面形成鈍化層(未圖示)，所述鈍化層起到保護(hù)介質(zhì)層203的作用，介質(zhì)層203的晶格常數(shù)與后續(xù)形成的掩膜層的晶格常數(shù)相差較大，而鈍化層的晶格常數(shù)位于二者之間，因此鈍化層也起到過(guò)渡作用，避免由于晶格常數(shù)突變而對(duì)介質(zhì)層203施加應(yīng)力造成介質(zhì)層203變形。鈍化層的材料為氧化硅或含碳氧化硅。

后續(xù)刻蝕介質(zhì)層203形成貫穿介質(zhì)層203的開(kāi)口，所述開(kāi)口為單大馬士革開(kāi)口或雙大馬士革開(kāi)口。本實(shí)施例中，后續(xù)形成的開(kāi)口包括相互貫穿的通孔以及溝槽，其中，所述通孔位于溝槽與基底200之間，且所述通孔的寬度尺寸小于溝槽的寬度尺寸。能夠采用先形成通孔后形成溝槽(via first trench last)、先形成溝槽后形成通孔(trench first via last)或同時(shí)形成通孔和溝槽(via and trench all-in one etch)的方法形成雙大馬士革開(kāi)口。

本實(shí)施例以后續(xù)形成的開(kāi)口為雙大馬士革開(kāi)口，且采用同時(shí)形成通孔和溝槽的方法作為示例。

參考圖5，在所述介質(zhì)層203表面形成圖形化的掩膜層205，所述圖形化的掩膜層205內(nèi)形成有暴露出部分介質(zhì)層203頂部表面的第一凹槽206。

所述第一凹槽206定義出后續(xù)形成的溝槽的位置和尺寸。所述圖形化的掩膜層205為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。所述圖形化的掩膜層205的材料為介質(zhì)掩膜材料或金屬掩膜材料，其中，介質(zhì)掩膜材料為SiN、SiC或SiCN，金屬掩膜材料為T(mén)a、Ti、Tu、TaN、TiN、TuN或WN。

在一實(shí)施例中，所述圖形化的掩膜層205為介質(zhì)掩膜層的單層結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，所述圖形化的掩膜層205為金屬掩膜層的單層結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，所述圖形化的掩膜層205為介質(zhì)掩膜層以及位于介質(zhì)掩膜層表面的金屬掩膜層的疊層結(jié)構(gòu)。

由于后續(xù)會(huì)采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層205，且濕法刻蝕工藝對(duì)圖形化的掩膜層205和介質(zhì)層203具有較大的刻蝕選擇比，為此本實(shí)施例中，圖形化的掩膜層205的材料與介質(zhì)層203的材料性質(zhì)具有較大區(qū)別，圖形化的掩膜層205的材料為金屬掩膜材料。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述圖形化的掩膜層205的材料為T(mén)iN。

參考圖6，形成覆蓋于所述圖形化的掩膜層205表面以及第一凹槽206(參考圖5)暴露出的部分介質(zhì)層203表面的圖形層208，所述圖形層208內(nèi)形成有第二凹槽207。

所述第二凹槽207定義出后續(xù)形成的通孔的位置和尺寸。本實(shí)施例中，第二凹槽207的寬度尺寸小于第一凹槽206的寬度尺寸，所述第二凹槽207投影于基底200表面的圖形位于第一凹槽206投影于基底200表面的圖形內(nèi)。

本實(shí)施例中，所述圖形層208的材料為有機(jī)材料，使得后續(xù)去除圖形層208的工藝對(duì)圖形化的掩膜層206的影響小，防止圖形化的掩膜層206內(nèi)的圖形發(fā)生變化。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述圖形層208為光刻膠層的單層結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，所述圖形層208包括有機(jī)分布層、位于有機(jī)分布層表面的底部抗反射涂層、以及位于底部抗反射涂層表面的光刻膠層。

參考圖7，以所述圖形層208(參考圖6)為掩膜，沿第二凹槽207(參考圖6)刻蝕去除第一厚度的介質(zhì)層203，在所述介質(zhì)層203中形成預(yù)開(kāi)口211。

采用干法刻蝕工藝刻蝕所述介質(zhì)層203。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體包括CH₂F₂、C₄F₆、CF₄或CHF₃，為了減小干法刻蝕工藝對(duì)介質(zhì)層203造成的刻蝕損傷，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體還可以包括O₂。

本實(shí)施例中，采用同步脈沖刻蝕工藝刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層203的工藝參數(shù)為：N₂流量為50sccm至200sccm，C₄F₆流量為50sccm至200sccm，Ar流量為0sccm至200sccm，CF₄流量為0sccm至100sccm，CH₂F₂流量為0sccm至100sccm，刻蝕腔室壓強(qiáng)為10毫托至200毫托，提供等離子體射頻功率為100瓦至500瓦，提供偏置射頻功率為0瓦至200瓦，等離子體射頻功率的占空比為10％至80％，偏置射頻功率的占空比為10％至80％。

預(yù)開(kāi)口211的深度與第一厚度相同。所述預(yù)開(kāi)口211的深度不宜過(guò)淺，否則后續(xù)形成的通孔的深度尺寸過(guò)??；若所述預(yù)開(kāi)口211的深度過(guò)深，則后續(xù)刻蝕工藝過(guò)程中通孔會(huì)比溝槽先形成，使得底層金屬層201過(guò)早的暴露在 刻蝕環(huán)境中，對(duì)底層金屬層201造成刻蝕損傷。

為此，本實(shí)施例中，所述預(yù)開(kāi)口211的深度大于等于介質(zhì)層203厚度的75％、且小于等于介質(zhì)層厚度的90％，即，第一厚度大于等于介質(zhì)層203厚度的75％、且小于等于介質(zhì)層203厚度的90％。

本實(shí)施例中，所述預(yù)開(kāi)口211的剖面形貌為倒梯形，即所述預(yù)開(kāi)口211頂部尺寸大于底部尺寸。在其他實(shí)施例中，所述預(yù)開(kāi)口211的側(cè)壁表面也可以垂直于基底200表面。

在形成所述預(yù)開(kāi)口211之后，采用灰化工藝或濕法去膠工藝去除所述圖形層208。

參考圖8，以所述圖形化的掩膜層205為掩膜，繼續(xù)刻蝕所述介質(zhì)層203，直至暴露出刻蝕阻擋層202表面；采用過(guò)刻蝕工藝刻蝕所述暴露出的刻蝕阻擋層202，直至暴露出底層金屬層201頂部表面，形成貫穿所述介質(zhì)層203的開(kāi)口212，所述開(kāi)口212底部暴露出底層金屬層201頂部表面。

本實(shí)施例中，以所述圖形化的掩膜層205為掩膜，刻蝕圖形化的掩膜層205暴露出的介質(zhì)層203，且刻蝕位于預(yù)開(kāi)口211(參考圖6)下方的介質(zhì)層203，所述開(kāi)口212包括相互貫穿的通孔和溝槽，其中，所述通孔位于溝槽和基底200之間，且所述通孔的寬度尺寸小于溝槽的寬度尺寸。

本實(shí)施中，所述開(kāi)口212內(nèi)形成有聚合物雜質(zhì)，且所述聚合物雜質(zhì)包括碳基聚合物雜質(zhì)和氟基聚合物雜質(zhì)。這是由于：在形成所述開(kāi)口212的刻蝕工藝過(guò)程中，刻蝕氣體與介質(zhì)層203的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成反應(yīng)副產(chǎn)物，刻蝕氣體還會(huì)與圖形層208(參考圖6)的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成反應(yīng)副產(chǎn)物；所述反應(yīng)副產(chǎn)物中包括含氟基聚合物雜質(zhì)以及碳基聚合物雜質(zhì)，部分反應(yīng)副產(chǎn)物隨著刻蝕氣體的流動(dòng)而被帶離刻蝕腔室，另一部分反應(yīng)副產(chǎn)物在重力作用下掉落在開(kāi)口212內(nèi)，從而在開(kāi)口212內(nèi)形成聚合物雜質(zhì)，所述聚合物雜質(zhì)中含有碳離子和氟離子。

參考圖9，對(duì)所述開(kāi)口212進(jìn)行第二刻蝕后處理232，所述第二刻蝕后處理232適于去除所述聚合物雜質(zhì)中的碳離子。

所述第二刻蝕后處理232能夠去除聚合物雜質(zhì)中的部分或全部碳離子， 從而使得聚合物雜質(zhì)中的碳離子含量減少，使得聚合物雜質(zhì)中的C-F鍵中的C離子從聚合物雜質(zhì)中脫離，從而增加聚合物雜質(zhì)中游離的氟離子含量，使得后續(xù)第三刻蝕后處理中去除聚合物雜質(zhì)中的氟離子的能力更強(qiáng)。

所述第二刻蝕后處理232采用的氣體為N₂，將N₂等離子體化形成氮等離子體，所述氮等離子體對(duì)開(kāi)口212內(nèi)的聚合物雜質(zhì)進(jìn)行轟擊。若第二刻蝕后處理232的處理溫度過(guò)低，則氮等離子體的能量過(guò)弱，去除碳離子的能力差；若第二刻蝕后處理232的處理溫度過(guò)高，則容易對(duì)基底200內(nèi)的器件造成不良影響。

為此，本實(shí)施中，所述第二刻蝕后處理232的處理溫度為80攝氏度至110攝氏度。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第二刻蝕后處理232的工藝參數(shù)包括：N₂流量為50sccm至500sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

在所述第二刻蝕后處理232之后，開(kāi)口212內(nèi)聚合物雜質(zhì)中的碳離子含量減少。

參考圖10，采用含碳?xì)怏w對(duì)所述開(kāi)口212進(jìn)行第一刻蝕后處理231，在所述開(kāi)口212側(cè)壁表面形成密封層213。

本實(shí)施例中，由于前述對(duì)開(kāi)口212進(jìn)行了第二刻蝕后處理232(參考圖9)，使得位于開(kāi)口212側(cè)壁表面的聚合物雜質(zhì)的量減少了，為形成密封層213提供了良好的界面基礎(chǔ)。

本實(shí)施例中，所述密封層213中含有碳原子。所述密封層213除位于開(kāi)口212側(cè)壁表面外，密封層213還位于圖形化的掩膜層205頂部表面和側(cè)壁表面，所述密封層213還位于開(kāi)口212底部表面。

由于介質(zhì)層203的材料為具有多孔疏松結(jié)構(gòu)的低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料，因此所述開(kāi)口212側(cè)壁表面也相應(yīng)為多孔疏松結(jié)構(gòu)，使得所述密封層213填充滿位于所述開(kāi)口212側(cè)壁的多孔結(jié)構(gòu)。在形成密封層213的工藝過(guò)程中碳原子填入疏松的多孔內(nèi)，使得位于開(kāi)口212側(cè)壁表面的密封層213與開(kāi)口212側(cè)壁緊密接觸，所述密封層213對(duì)開(kāi)口212側(cè)壁具有較強(qiáng)的保護(hù)能力。而由于圖形化的掩膜層205表面材料致密度高，且底層金屬層201頂 部表面材料也具有較高致密度，因此位于圖形化的掩膜層205表面的密封層213與圖形化的掩膜層205之間的附著性較差，且位于底層金屬層201頂部表面的密封層213與底層金屬層201之間的附著性差。

因此，后續(xù)采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層205時(shí)，所述濕法刻蝕工藝容易刻蝕去除位于圖形化的掩膜層205表面的密封層213以及圖形化的掩膜層205，還容易刻蝕去除位于開(kāi)口212底部表面的密封層213；而所述濕法刻蝕工藝對(duì)位于開(kāi)口212側(cè)壁表面的密封層213的刻蝕速率很小，因此位于開(kāi)口212側(cè)壁表面的密封層213能夠起到保護(hù)介質(zhì)層203的作用，防止開(kāi)口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203暴露在濕法刻蝕環(huán)境中，避免對(duì)開(kāi)口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203造成刻蝕。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一刻蝕后處理231的工藝參數(shù)包括：CH₄流量為50sccm至500sccm，Ar流量為0sccm至500sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

參考圖11，對(duì)所述開(kāi)口212進(jìn)行第三刻蝕后處理233，所述第三刻蝕后處理233適于去除位于開(kāi)口212底部的聚合物雜質(zhì)中氟離子。

后續(xù)會(huì)采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層205，還包括采用濕法清洗處理繼續(xù)去除位于開(kāi)口212內(nèi)的雜質(zhì)；若開(kāi)口212底部的聚合物雜質(zhì)中含有氟離子，那么在濕法刻蝕工藝或濕法清洗處理環(huán)境下，氟離子容易與底層金屬層201的金屬離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)底層金屬層201造成腐蝕。為此，在進(jìn)行濕法刻蝕工藝之前，對(duì)開(kāi)口212進(jìn)行第三刻蝕后處理233，以去除位于開(kāi)口212底部的聚合物雜質(zhì)中的氟離子。

本實(shí)施例在形成密封層213之后進(jìn)行第三刻蝕后處理233，能夠避免第三刻蝕后處理233對(duì)開(kāi)口212側(cè)壁表面造成轟擊損傷。并且，前述在第二刻蝕后處理232(參考圖9)之后，聚合物雜質(zhì)中的游離態(tài)氟離子量增加，使得第三刻蝕后處理233去除聚合物雜質(zhì)中的氟離子的能力增強(qiáng)。

由于圖形化的掩膜層205表面的密封層213與圖形化的掩膜層205之間粘附性差，開(kāi)口212底部表面的密封層213與底層金屬層201之間的粘附性 差，因此所述第三刻蝕后處理233會(huì)刻蝕去除位于圖形化的掩膜層205表面的密封層213以及位于開(kāi)口212底部表面的密封層213，所述第三刻蝕后處理233還會(huì)刻蝕去除位于刻蝕阻擋層202側(cè)壁表面的密封層213。

在其他實(shí)施例中，在第三刻蝕后處理之后，圖形化的掩膜層表面仍有部分厚度的密封層，開(kāi)口底部表面仍有部分厚度的密封層。

本實(shí)施例中，所述第三刻蝕后處理233還適于進(jìn)一步刻蝕去除開(kāi)口212底部的聚合物雜質(zhì)中的碳離子。所述第三刻蝕后處理233采用的氣體為NH₃。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第三刻蝕后處理233的工藝參數(shù)包括：NH₃流量為50sccm至500sccm，Ar流量為0sccm至500sccm，N₂流量為0sccm至200sccm，腔室壓強(qiáng)為5毫托至500毫托，源功率為100瓦至1000瓦，偏置功率為0瓦至500瓦。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中，依次進(jìn)行第二刻蝕后處理232、第一刻蝕后處理231(參考圖10)以及第三刻蝕后處理233。在其他實(shí)施例中，也可以在進(jìn)行第一刻蝕后處理的同時(shí)進(jìn)行所述第二刻蝕后處理，在進(jìn)行第一刻蝕后處理的同時(shí)進(jìn)行所述第三刻蝕后處理。

參考圖12，在形成所述密封層213之后，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述圖形化的掩膜層205(參考圖11)。

由于密封層213填充滿開(kāi)口212側(cè)壁表面的多孔結(jié)構(gòu)，因此密封層213與開(kāi)口212側(cè)壁表面具有很強(qiáng)的結(jié)合力，使得密封層213對(duì)開(kāi)口212側(cè)壁表面具有較強(qiáng)的保護(hù)作用，且濕法刻蝕工藝對(duì)密封層213的刻蝕速率很小。

因此，本實(shí)施例中，能夠采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層205，同時(shí)避免對(duì)開(kāi)口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203造成腐蝕。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述圖形化的掩膜層205的材料為T(mén)iN，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕液體為雙氧水溶液。

前述第三刻蝕后處理233去除了位于底層金屬層201頂部表面的聚合物雜質(zhì)中的氟離子，因此能夠避免在濕法刻蝕工藝中氟離子對(duì)底層金屬層201造成腐蝕，使得底層金屬層201保持良好的性能。

參考圖13，對(duì)所述開(kāi)口212進(jìn)行濕法清洗處理234。

所述濕法清洗處理234適于進(jìn)一步去除開(kāi)口212內(nèi)的雜質(zhì)，進(jìn)一步提高開(kāi)口212的清潔度。本實(shí)施例中，所述濕法清洗處理234還去除位于開(kāi)口212側(cè)壁表面的密封層213(參考圖12)。在其他實(shí)施例中，在進(jìn)行所述濕法清洗處理之后，開(kāi)口側(cè)壁表面仍有部分厚度的密封層。

所述濕法清洗處理234采用的清洗液體為氫氟酸溶液或雙氧水溶液。

本實(shí)施例中，通過(guò)第二刻蝕后處理232(參考圖9)、第三刻蝕后處理233(參考圖11)以及濕法清洗處理234，使得開(kāi)口212具有較高潔凈度。

參考圖14，形成填充滿所述開(kāi)口212(參考圖13)的導(dǎo)電層214，且所述導(dǎo)電層214頂部與介質(zhì)層203頂部齊平。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，形成所述導(dǎo)電層214的工藝步驟包括：在所述開(kāi)口212內(nèi)形成導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜還位于介質(zhì)層203頂部表面；去除高于介質(zhì)層203頂部表面的導(dǎo)電膜，形成填充滿所述開(kāi)口212的導(dǎo)電層214。

本實(shí)施例中，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝，去除高于介質(zhì)層203頂部表面的導(dǎo)電膜。

所述導(dǎo)電層214為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層214的材料為T(mén)iN、Ti、Ta、TaN、WN、Cu、Al或W。

本實(shí)施例以導(dǎo)電層214為單層結(jié)構(gòu)為例，導(dǎo)電層214的材料為W。

在其他實(shí)施例中，導(dǎo)電層包括：位于所述底層金屬層表面和開(kāi)口側(cè)壁表面的擴(kuò)散阻擋層、以及位于擴(kuò)散阻擋層表面且填充滿所述開(kāi)口的導(dǎo)電體層。其中，所述擴(kuò)散阻擋層的材料為T(mén)iN、Ti、Ta、TaN或WN；所述導(dǎo)電體層的材料為Cu、Al或W。

與介質(zhì)層頂部表面形成有圖形化的掩膜層、然后在開(kāi)口內(nèi)填充滿導(dǎo)電膜時(shí)，導(dǎo)電膜實(shí)際上填充的開(kāi)口的深寬比相比較，本實(shí)施例中導(dǎo)電膜實(shí)際上填充的開(kāi)口212的深寬比明顯減小，因此本實(shí)施例中形成導(dǎo)電膜的工藝窗口增加了，因此在開(kāi)口212內(nèi)填充的導(dǎo)電膜的質(zhì)量明顯得到改善，且導(dǎo)電膜與開(kāi)口212側(cè)壁表面之間的界面性能得到提高。相應(yīng)的，本實(shí)施例中形成的導(dǎo)電 層214具有較高的質(zhì)量，且導(dǎo)電層214與開(kāi)口212側(cè)壁表面之間的界面性能好。

因此，本實(shí)施例中，導(dǎo)電層214的電阻率較小，使得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電阻減??；且由于導(dǎo)電層214與開(kāi)口212之間的界面性能好，防止導(dǎo)電層214中的金屬離子沿著界面發(fā)生電遷移，因此本實(shí)施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的與時(shí)間相關(guān)介電擊穿問(wèn)題也相應(yīng)得到改善。

并且，本實(shí)施例中在采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除圖形化的掩膜層205(參考圖12)的過(guò)程中，密封層213起到保護(hù)開(kāi)口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203的作用，避免了開(kāi)口212側(cè)壁表面的介質(zhì)層203受到損傷。

本發(fā)明又一實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，圖15至圖17為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

與前一實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例中，在介質(zhì)層內(nèi)形成的開(kāi)口為單大馬士革開(kāi)口或者接觸孔(contact hole)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成工藝包括以下步驟：

參考圖15，提供基底300，所述基底300內(nèi)形成有底層金屬層301；在所述基底300表面以及底層金屬層301頂部表面形成刻蝕阻擋層302；在所述刻蝕阻擋層302表面形成介質(zhì)層303；在所述介質(zhì)層303表面形成圖形化的硬掩膜層305，所述圖形化的硬掩膜層305內(nèi)形成有暴露出部分介質(zhì)層303表面的凹槽(未標(biāo)示)；以所述圖形化的硬掩膜層305為掩膜刻蝕所述介質(zhì)層303，直至暴露出刻蝕阻擋層302表面；刻蝕所述暴露出的刻蝕阻擋層302，直至暴露出底層金屬層301頂部表面，形成貫穿所述介質(zhì)層303的開(kāi)口312，且所述開(kāi)口312底部暴露出底層金屬層301表面，所述開(kāi)口312內(nèi)形成有聚合物雜質(zhì)，所述聚合物雜質(zhì)中含有碳離子和氟離子。

本實(shí)施例中，所述開(kāi)口312頂部尺寸大于底部尺寸。在其他實(shí)施例中，開(kāi)口側(cè)壁表面也可以與基底表面相垂直。

參考圖16，對(duì)所述開(kāi)口312進(jìn)行第二刻蝕后處理，所述第二刻蝕后處理適于去除所述聚合物雜質(zhì)中的碳離子；采用含碳?xì)怏w對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行第一刻蝕后處理，在所述開(kāi)口312側(cè)壁表面形成密封層313；對(duì)所述開(kāi)口312進(jìn)行第 三刻蝕后處理，所述第三刻蝕后處理適于去除開(kāi)口312底部的聚合物雜質(zhì)中的氟離子。

有關(guān)第二刻蝕后處理、第一刻蝕后處理以及第三刻蝕后處理的作用以及工藝可參考前述實(shí)施例的說(shuō)明，在此不再贅述。

參考圖17，在形成所述密封層313(參考圖16)之后，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述圖形化的掩膜層305(參考圖16)；對(duì)所述開(kāi)口312進(jìn)行濕法清洗處理。

本實(shí)施例中，所述濕法清洗處理還去除所述密封層313。

后續(xù)的工藝步驟還包括：形成填充滿所述開(kāi)口312的導(dǎo)電層，且所述導(dǎo)電層頂部與介質(zhì)層303頂部齊平。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。