減小金屬層刻蝕損傷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減小金屬層刻蝕損傷的方法，包括以下步驟：提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一金屬層，及所述金屬層上方自下而上順序依次沉積的阻擋層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、和金屬硬掩膜層；利用光刻工藝依次刻蝕所述金屬硬掩膜層、第二介質(zhì)層至所述第一介質(zhì)層內(nèi)，形成溝槽；然后再次進(jìn)行光刻工藝刻蝕去除部分剩余第一介質(zhì)層至所述阻擋層的上表面，形成通孔圖案；然后采用分布刻蝕的方法去除通孔底部的阻擋層，以在通孔底部暴露出所述金屬層，減小刻蝕阻擋層時對所述金屬層造成的損傷；其中，采用兩步刻蝕工藝刻蝕去除所述通孔圖案下方的阻擋層。
【專利說明】減小金屬層刻蝕損傷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的大馬士革制造工藝中，具體涉及一種減小金屬層刻蝕損傷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的集成度越來越高，晶體管的特征尺寸越來越小。由于鋁的髙電阻特性，使得銅成為金屬互連的主流。然而，由于銅的干法刻蝕工藝不易實現(xiàn)，銅線的制作方法不能像鋁連線那樣，通過刻蝕金屬層而獲得，因此，目前廣泛采用的銅互聯(lián)線的制作方法為雙大馬士革工藝的鑲嵌技術(shù)。雙大馬士革工藝是一種將金屬導(dǎo)線和通孔銅一次填充成形的方法。
[0003]目前對于金屬硬質(zhì)掩模大馬士革一體化刻蝕技術(shù)，在刻蝕形成通孔后，通常采用一步刻蝕介質(zhì)層至底部金屬銅，然后進(jìn)行銅互聯(lián)工藝。由于采用一步刻蝕對介質(zhì)層選擇比較低，刻蝕均勻性以及微負(fù)載效應(yīng)導(dǎo)致晶圓某些結(jié)構(gòu)或者區(qū)域NDC被吃穿，其工藝流程見附圖1-4所不；
[0004]步驟a、提供一半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括自下而上依次包括底部金屬層1、阻擋層2、第一介質(zhì)層3、第二介質(zhì)層4、和金屬硬掩膜層5，如圖1所示結(jié)構(gòu)；步驟b、采用光刻工藝于器件形成溝槽，如圖2所示；步驟C、再次進(jìn)行光刻工藝，形成通孔圖案窗口，然后利用該圖案窗口向下進(jìn)行刻蝕去除通孔底部剩余的第二介質(zhì)層3'，如圖3所示；步驟d、然后再采用干法刻蝕一次性刻蝕去除通孔底部的阻擋層2，在通孔底部暴露出金屬層I的上表面，于溝槽底部通孔通孔，如圖4所示。
[0005]由于第一步刻蝕對阻擋層選擇比較低，刻蝕均勻性以及微負(fù)載效應(yīng)導(dǎo)致晶圓某些結(jié)構(gòu)或者區(qū)域阻擋層被吃穿，同時由于是采用一步刻蝕去除通孔底部的阻擋層到達(dá)底部的金屬層1，高轟擊性步驟會對底部金屬層造成損傷，底部的含金屬聚合物容易濺射到在通孔底部的阻擋層側(cè)壁(如圖4所示)，在后續(xù)填充工藝中會造成不利影響，進(jìn)而影響器件性能。
[0006]中國專利(申請?zhí)?201210014790.X)公開了一種制備雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:在半導(dǎo)體襯底上依次形成刻蝕阻擋層、介質(zhì)層和第一金屬硬掩膜；刻蝕打開第一金屬硬掩膜并直至去除部分介質(zhì)層以形成溝槽；淀積第二金屬硬掩膜；刻蝕打開第二金屬硬掩膜并直至去除介質(zhì)層和刻蝕阻擋層以形成通孔；在所述溝槽和通孔內(nèi)填充金屬。本發(fā)明的制備雙金屬硬掩膜的雙大馬士革結(jié)構(gòu)的方法使用了金屬硬掩膜，因此可以很好的控制溝槽和通孔的尺寸，從而減少漏電流，電學(xué)性能和可靠性顯著提高。
[0007]該專利采用的技術(shù)方案是在形成溝槽后，使用光刻工藝一次性刻蝕至底部的金屬銅，形成通孔；由于是采用一步刻蝕介質(zhì)層和阻擋層，在刻蝕至底部的金屬銅層時，容易對底部的金屬銅層造成損傷，底部的金屬銅層容易濺射至通孔底部的側(cè)壁，進(jìn)而對器件造成影響。
[0008]中國專利(申請?zhí)?200910201709.7)公開了一種鎢雙大馬士革工藝，晶圓上包括依次從下到上的下層金屬層、金屬覆蓋層、層間介質(zhì)層、金屬布線槽阻擋層、上層金屬層，下層金屬層中有填充有金屬的金屬布線槽，其中，包括以下步驟:一.通孔的光刻與刻蝕，通孔由晶圓表面上層金屬層至下層金屬層中的金屬布線槽；二.在所述通孔中填充鎢；三.上層金屬層中的金屬布線槽的光刻和鎢刻蝕，將上層金屬層中的金屬布線槽上方的鎢去除；四.上層金屬層中的金屬布線槽刻蝕，形成上層金屬層中的金屬布線槽；五.對通孔和上層金屬層中的金屬布線槽進(jìn)行鎢填充；六.鎢化學(xué)機(jī)械拋光，磨去晶圓表面多余的鎢。
[0009]該發(fā)明利用鎢的填充性和可刻蝕性，直接利用鎢替代傳統(tǒng)通孔的填充材料，作為刻蝕形成金屬布線槽時，保護(hù)通孔底部的下層金屬層及金屬覆蓋層的材料；由此可見，由于在刻蝕前增加了一填充金屬鎢的步驟，在刻蝕形成通孔后還需再次沉積金屬鎢，工藝步驟比較繁瑣，生產(chǎn)成本也較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供了一種減小金屬層刻蝕損傷的方法，在形成溝槽后，先利用光刻工藝刻蝕至阻擋層上表面停止，然后干法刻蝕的選擇比，刻蝕至阻擋層一定深度后停止，然后再采用低轟擊性的干法刻蝕工藝刻蝕阻擋層形成通孔圖案，由于是采用分布刻蝕阻擋層形成通孔，保護(hù)了底部的金屬層在刻蝕通孔時避免刻蝕速率較快進(jìn)而對其造成的損傷，影響器件性能。
[0011]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0012]一種減小金屬層刻蝕損傷的方法，應(yīng)用于大馬士革刻蝕工藝流程中，其中，包括以下步驟:
[0013]提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一金屬層，及所述金屬層上方自下而上順序依次沉積的阻擋層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、和金屬硬掩膜層；
[0014]利用光刻工藝依次刻蝕所述金屬硬掩膜層、第二介質(zhì)層至所述第一介質(zhì)層內(nèi)，形成溝槽；
[0015]然后再次進(jìn)行光刻工藝刻蝕去除部分剩余第一介質(zhì)層至所述阻擋層的上表面，形成通孔圖案；
[0016]然后采用分布刻蝕的方法去除通孔底部的阻擋層，以在通孔底部暴露出所述金屬層，減小刻蝕阻擋層時對所述金屬層造成的損傷；
[0017]其中，采用兩步刻蝕工藝刻蝕去除所述通孔圖案下方的阻擋層。
[0018]上述的方法，其中，刻蝕形成通孔圖案后，調(diào)節(jié)刻蝕的選擇比，繼續(xù)對通孔圖案下方的阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除所述通孔圖案下方的部分阻擋層；然后再采用低轟擊性且刻蝕速率較低的干法刻蝕工藝刻蝕去除通孔剩余的阻擋層，暴露出所述底部的金屬層。
[0019]上述的方法，其中，所述金屬層材質(zhì)為銅。
[0020]上述的方法，其中，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層皆為低介電常數(shù)層。
[0021]上述的方法，其中，所述第一介質(zhì)層為FSG或SiCOH或其他低介電常數(shù)材料。
[0022]上述的方法，其中，所述第二介質(zhì)層為SiO2或SiNO或其他低介電常數(shù)材料。
[0023]上述的方法，其中，所述阻擋層為SiCN。
[0024]上述的方法，其中，所述金屬硬掩膜層為TiN。
[0025]由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，通過采用分布刻蝕的方法去除通孔底部的阻擋層，先刻蝕去除通孔底部的部分阻擋層，在通孔底部的金屬層上方保留有部分阻擋層，然后在采用低轟擊性的干法刻蝕去除通孔底部剩余的阻擋層，采用高技術(shù)方案可避免在刻蝕阻擋層對底部的金屬層造成損傷，進(jìn)而使得金屬銅濺射到阻擋層側(cè)壁，有利于器件性能的提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0027]圖1-4為現(xiàn)有技術(shù)的大馬士革工藝制備通孔的流程圖；
[0028]圖5-9為本發(fā)明提供的一種減小金屬層刻蝕損傷的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0030]本發(fā)明提供了一種減小金屬層刻蝕損傷的方法，應(yīng)用于40nm以上技術(shù)節(jié)點的大馬士革刻蝕工藝流程中，包括以下步驟:
[0031]步驟S1、提供一半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括底部金屬層1、底部金屬層I上表面依次沉積有阻擋層2、第一介質(zhì)層3、第二介質(zhì)層4和金屬硬掩膜層5。優(yōu)選的，該金屬層I材質(zhì)為銅；阻擋層2材質(zhì)為SiCN ;第一介質(zhì)層3為FSG或SiCOH或其他低介電常數(shù)材料，第二介質(zhì)層4為SiO2或SiNO或其他低介電常數(shù)材料，金屬硬掩膜層5為TiN。如圖5所示結(jié)構(gòu)。
[0032]步驟S2、涂覆光阻覆蓋金屬硬掩膜層5的上表面，經(jīng)過曝光顯影工藝后形成溝槽圖案的窗口，然后以該窗口向下刻蝕金屬硬掩膜層5、第二介質(zhì)層4至第一介質(zhì)層3中形成溝槽。如圖6所示結(jié)構(gòu)。
[0033]步驟S3、涂覆光阻填滿其溝槽并覆蓋剩余金屬硬掩膜5'的上表面，再次進(jìn)行光刻工藝，打開通孔圖案，然后利用該通孔圖案向下進(jìn)行干法刻蝕去除通孔底部剩余的第一介質(zhì)層3'至阻擋層2上表面后停止。在該步驟中，通過控制干法刻蝕工藝的刻蝕時間，使得刻蝕停止在阻擋層2的上表面。如圖7所示結(jié)構(gòu)。
[0034]步驟S4、調(diào)整干法刻蝕的選擇比，然后利用該通孔圖案向下繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，去除通孔底部的部分阻擋層2，并控制刻蝕的反應(yīng)時間刻蝕至阻擋層一定深度后停止，以不蝕穿阻擋層為準(zhǔn)，進(jìn)而在通孔下方的金屬層上表面保留有部分剩余阻擋層2'。由于在底部保留有部分的阻擋層，在此刻蝕步驟中剩余的阻擋層會形成對底部金屬層I形成保護(hù)作用，避免刻蝕速率較快進(jìn)而對金屬層造成損傷。其中，在本發(fā)明的實施例中，通過調(diào)整刻蝕的選擇比及刻蝕的反應(yīng)時間來控制通孔底部剩余阻擋層2'的厚度，進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)效果。如圖8所示結(jié)構(gòu)。
[0035]步驟S5、再次調(diào)整刻蝕的選擇比，采用低轟擊性的干法刻蝕完全去除通孔底部剩余的阻擋層2'，在通孔底部暴露出金屬層I。如圖9所示結(jié)構(gòu)。由于步驟S4刻蝕至阻擋層后停止，然后通過調(diào)整刻蝕的選擇比再進(jìn)行刻蝕，以較慢的刻蝕速率刻蝕去除通孔底部剩余的阻擋層2'，進(jìn)而在去除通孔底部剩余阻擋層2'的同時，不會由于刻蝕速率較快，進(jìn)而使得底部的金屬銅I濺射到通孔底部阻擋層的側(cè)壁上，進(jìn)而影響器件性能。進(jìn)一步的，如果一開始就采用低轟擊性刻蝕工藝去除阻擋層，雖然也會對底部的金屬層造成保護(hù)，但亥_速率相比較本發(fā)明的刻蝕速率較慢，刻蝕時間較長，進(jìn)而降低了生產(chǎn)效率，延長了出貨時間。而本發(fā)明先采用刻蝕速度較快的刻蝕工藝去除部分阻擋層，并控制刻蝕時間至阻擋層一定深度后停止，在采用低轟擊性的步驟去除通孔底部剩余的阻擋層，不僅保護(hù)了底部的金屬層I，同時還考慮到了生產(chǎn)效率，進(jìn)而提升了經(jīng)濟(jì)效益。
[0036]綜上所述，由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，在大馬士革工藝中，刻蝕通孔至阻擋層上表面后，首先采用高選擇比的刻蝕去除部分阻擋層，在通孔底部保留有部分的阻擋層，然后再采用低轟擊性的干法刻蝕去除通孔剩余的阻擋層，在刻蝕去除阻擋層時避免由于刻蝕速率較快而對底部金屬層造成損傷，進(jìn)而提升器件性能。
[0037]以上對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減小金屬層刻蝕損傷的方法，應(yīng)用于大馬士革刻蝕工藝流程中，其特征在于，包括以下步驟: 提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一金屬層，及所述金屬層上方自下而上順序依次沉積的阻擋層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、和金屬硬掩膜層； 利用光刻工藝依次刻蝕所述金屬硬掩膜層、第二介質(zhì)層至所述第一介質(zhì)層內(nèi)，形成溝槽； 然后再次進(jìn)行光刻工藝刻蝕去除部分剩余第一介質(zhì)層至所述阻擋層的上表面，形成通孔圖案； 然后采用分布刻蝕的方法去除通孔底部的阻擋層，以在通孔底部暴露出所述金屬層，減小刻蝕阻擋層時對所述金屬層造成的損傷； 其中，采用兩步刻蝕工藝刻蝕去除所述通孔圖案下方的阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，刻蝕形成通孔圖案后，調(diào)節(jié)刻蝕的選擇t匕，繼續(xù)對通孔圖案下方的阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除所述通孔圖案下方的部分阻擋層；然后再采用低轟擊性且刻蝕速率較低的干法刻蝕工藝刻蝕去除通孔剩余的阻擋層，暴露出所述底部的金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬層材質(zhì)為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層皆為低介電常數(shù)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層為FSG或SiCOH或其他低介電常數(shù)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層為SiO2或SiNO或其他低介電常數(shù)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻擋層為SiCN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層為TiN。
【文檔編號】H01L21/768GK103646911SQ201310554657
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】段成文, 曾林華, 任昱, 呂煜坤, 張旭昇 申請人:上海華力微電子有限公司