随着集成电路互连线特征尺寸的进一步减小,基于铜和低K介电材料的多层互连技术成为降低互连RC延迟的必然选择。研究表明铜互连双大马士革工艺中的干法刻蚀,去胶等工艺对低k材料的机械与物化性能等都会带来不同程度的影响,会使集成结构中K值局部增加,削弱低K介电材料的优势。金属硬掩膜（MHM）双大马士革刻蚀解决方案在减少低k材料灰化损伤方面具有优势,但是由于全新金属掩膜TiN的引入,反应副产物成分由光阻携带的C/H/O变成含有金属Ti元素的更为复杂的副产物体系,这使得整个刻蚀工艺过程中面临许多有别与传统工艺的挑战。本论文针对双大马士革一体化刻蚀的聚合物残留缺陷问题,通过机理分析和实验验证对一体化刻蚀主要工艺参数进行调整,结果显示提高源激发功率并降低偏压功率以及升高晶圆基片温度能有效降低整体聚合物浓度水平,改善通孔底部聚合物残留状况。并通过引入C₄F₈反应气体,适当降低反应体系中的F/C比例,改善沟槽底部粗糙缺陷。开发出了具有较大工艺窗口的刻蚀工艺解决方案。针对双大马士革一体化刻蚀后晶圆表面氟钛凝结缺陷问题,基于晶圆表面氟钛凝结缺陷分布规律及潜在形成机理分析,提出在一体化刻蚀完成后增加N₂ PST工艺过程。实验结果表明,N₂ PST工艺的引入能有效控制晶片盒内整体含氟气体副产物的浓度,阻止晶圆表面氟钛凝结缺陷的形成。针对双大马士革结构一体化刻蚀后湿法清洗过程中的铜腐蚀失效问题,通过实验验证了失效机理为光诱导电化学铜腐蚀。在此基础上,提出通过严格控制铜互连工艺湿法清洗过程中的光照条件,防止光诱导电化学铜腐蚀失效的解决方案。基于对上述主要技术问题的研究,本论文开发并优化了双大马士革一体化刻蚀工艺以及配套湿法清洗工艺,使其能满足规模化量产对工艺窗口水平及工艺稳定性的要求。相关的研究工作对认识和理解MHM双大马士革刻蚀工艺中各技术步骤的潜在影响规律和机理有较大帮助,对进一步推动该工艺的发展和应用具有重要意义。