專利名稱：刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法
刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法。背景技術(shù)：
金屬間介質(zhì)層是集成電路制造工藝中形成于金屬互聯(lián)線之間，用于實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián) 線之間電學(xué)隔離的一種結(jié)構(gòu)。金屬間介質(zhì)層的常用材料例如氧化硅或氮化硅等。隨著集成 電路特征尺寸的不斷縮小，一些低介電常數(shù)的材料被用作金屬間介質(zhì)層，以降低金屬互聯(lián) 線之間的寄生電容。常見(jiàn)的低介電常數(shù)材料包括氟硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)以及黑鉆石(BD Black Diamond)等都可以作為金屬間介質(zhì)層。黑鉆石(BD)是目前先進(jìn)深亞微米邏輯工藝 中所廣泛采用的一種低介電常數(shù)材料。所謂BD是一種采用化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法制 備的低介電常數(shù)材料，主要成分是摻碳的氧化硅。關(guān)于上述BD材料的信息可以參考美國(guó)專 利US7372158以及US7009280等文獻(xiàn)中的相關(guān)內(nèi)容。附圖1和附圖2所示是現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕介質(zhì)層的工藝示意圖。首先參考附圖1， 被刻蝕的金屬間介質(zhì)層110布置于半導(dǎo)體襯底100的表面，表面布置圖形化的掩模層120。 采用等離子體干法刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕?？涛g氣體為含氟甲烷(例如CF4或者CH2F2等)，并 采用氮?dú)狻錃饣蛘哐鯕庾鳛檩o助氣體，輔助氣體的作用是去除刻蝕過(guò)程中在刻蝕表面產(chǎn) 生的聚合物(polymer)，從而提高刻蝕工藝的質(zhì)量。附圖2所示是掩模層被腐蝕之后的腐蝕 工藝示意圖，由于掩模層120的窗口被腐蝕而獲得了蝕坑130。所述蝕坑具有傾斜的側(cè)壁。現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于，所采用的輔助氣體除了可以去除聚合物之外，還會(huì)腐蝕金 屬間介質(zhì)材料的本體，越接近溝槽開(kāi)口處，受腐蝕的時(shí)間越長(zhǎng)，因此腐蝕的程度也越嚴(yán)重。 上述現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致掩模層120的窗口逐漸變大，因此腐蝕獲得的蝕坑具有傾斜的側(cè)壁。附圖3 是采用現(xiàn)有技術(shù)獲得的具有傾斜側(cè)壁的蝕坑剖面的掃描電鏡(SEM)照片，虛線框出的部分 是兩個(gè)具有傾斜側(cè)壁的蝕坑。由于在后續(xù)的工藝中，上述通過(guò)刻蝕獲得的蝕坑130用于金屬層之間的導(dǎo)電通 孔。因此在填充金屬材料之后，傾斜的側(cè)壁會(huì)增加金屬間的寄生電容的電容面積，從而增加 寄生電容值，導(dǎo)致集成電路的電學(xué)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，可以降低蝕 坑側(cè)壁的傾斜程度，從而降低寄生電容值。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面布置介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底的表面 布置有刻蝕阻擋層；圖形化所述刻蝕阻擋層，從而形成多個(gè)開(kāi)口，以暴露需要刻蝕的介質(zhì) 層；采用等離子體刻蝕工藝刻蝕暴露于開(kāi)口處的介質(zhì)層；所述等離子體刻蝕工藝所采用的 氣體中含有刻蝕輔助氣體，所述刻蝕輔助氣體是同時(shí)含有碳元素和氧元素的氣體。
作為可選的技術(shù)方案，所述刻蝕輔助氣體選自于一氧化碳和二氧化碳中的一種或 兩種。作為可選的技術(shù)方案，所述等離子體刻蝕工藝所采用的氣體中還含有惰性氣體， 所述惰性氣體為氬氣，所述惰性氣體分子數(shù)目與刻蝕輔助氣體的分子數(shù)目比值大于10，優(yōu) 選為12。作為可選的技術(shù)方案，所述介質(zhì)層的材料為黑鉆石。作為可選的技術(shù)方案，所述刻蝕阻擋層的材料為氧化硅。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用含碳和氧的氣體作為刻蝕輔助氣體，在采用氧元素去除 表面聚合物的同時(shí)，采用碳元素保護(hù)蝕坑的側(cè)壁，降低蝕坑側(cè)壁的傾斜程度，從而降低通孔 處金屬插塞的表面積，進(jìn)而降低金屬引線之間的寄生電容。

附圖1和附圖2是現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕介質(zhì)層的工藝示意圖；附圖3是采用現(xiàn)有技術(shù)獲得的蝕坑剖面的SEM照片；附圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖；附圖5至附圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的工藝示意圖；附圖8是采用本發(fā)明具體實(shí)施方式
所獲得的蝕坑剖面的SEM照片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì) 說(shuō)明。附圖4是本具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括步驟S20，提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底表面布置介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底的表面布置有刻蝕阻擋 層；步驟S21，圖形化所述刻蝕阻擋層，從而形成多個(gè)開(kāi)口，以暴露需要刻蝕的介質(zhì)層；步驟 S22，采用等離子體刻蝕工藝刻蝕暴露于開(kāi)口處的介質(zhì)層。附圖5所示，參考步驟S20，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200表面布置介 質(zhì)層210，所述介質(zhì)層210的遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底的表面布置有刻蝕阻擋層220。所述半導(dǎo)體襯底200為單晶硅襯底。所述介質(zhì)層210的材料為黑鉆石(BD)。在先進(jìn)深亞微米邏輯工藝中，黑鉆石是一 種常見(jiàn)的低介電常數(shù)材料。在其他的實(shí)施方式中，介質(zhì)層210的材料也可以是FSG、BPSG等 其他本領(lǐng)域內(nèi)常用的低介電常數(shù)材料。所述刻蝕阻擋層220的材料為氧化硅。附圖6所示，參考步驟S21，圖形化所述刻蝕阻擋層220，從而形成多個(gè)開(kāi)口，本具 體實(shí)施方式以開(kāi)口 221和222表示，以暴露需要刻蝕的介質(zhì)層210。以上圖形化刻蝕阻擋層220的步驟可以采用光刻工藝實(shí)施，此處不再贅述。附圖7所示，參考步驟S22，采用等離子體刻蝕工藝刻蝕暴露于開(kāi)口 221和222處 的介質(zhì)層210。上述步驟在介質(zhì)層210中形成蝕坑211和212。所述等離子體刻蝕工藝所采用的氣體中含有刻蝕氣體、刻蝕輔助氣體以及惰性氣體。所述刻蝕氣體通常為CF4或者CH2F2等含有鹵素的烴類物質(zhì)，所述惰性氣體通常為氬氣。 刻蝕氣體的作用在于同介質(zhì)層210發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以達(dá)到刻蝕的目的。惰性氣體的作用在于 稀釋刻蝕氣體和刻蝕輔助氣體并調(diào)節(jié)其濃度至合適的范圍，保證刻蝕的質(zhì)量。本具體實(shí)施方式
中，所述刻蝕輔助氣體是同時(shí)含有碳元素和氧元素的氣體，優(yōu)選 一氧化碳和二氧化碳中的一種或兩種。選用上述兩種氣體的組合作為刻蝕輔助氣體的作用 在于，氣體中所含有的氧可以去除刻蝕表面生成的聚合物，保證刻蝕可以持續(xù)進(jìn)行，而氣體 中所含有的碳可以起到保護(hù)蝕坑211和212的側(cè)壁不受到腐蝕氣體侵蝕，以降低蝕坑側(cè)壁 的傾斜程度。尤其是采用BD材料作為介質(zhì)層210的情況下，由于BD材料的主要成分是摻 碳的氧化硅，因此對(duì)側(cè)壁的保護(hù)效果尤其明顯。優(yōu)選一氧化碳和二氧化碳的原因在于上述 兩種氣體僅含有碳和氧，因此去除聚合物和保護(hù)側(cè)壁的效率較高，并且上述兩種氣體易于 獲得，因此是兩種優(yōu)選的氣體。在較佳的實(shí)施方式中，所述惰性氣體分子數(shù)目與刻蝕輔助氣體的分子數(shù)目比值大 于10，優(yōu)選為12。刻蝕輔助氣體的濃度過(guò)高容易導(dǎo)致碳元素在刻蝕表面的吸附濃度增高， 阻擋刻蝕氣體和介質(zhì)層的反應(yīng)，從而降低刻蝕速率。當(dāng)刻蝕輔助氣體為單一的一氧化碳或 者二氧化碳時(shí)，所述比值是惰性氣體與一氧化碳或者二氧化碳之間的分子數(shù)目比；當(dāng)刻蝕 輔助氣體為一氧化碳和二氧化碳的混合氣體時(shí)，所述比值是惰性氣體與所述混合氣體之間 的分子數(shù)目比。附圖8是采用BD材料作為介質(zhì)層，并采用二氧化碳作為保護(hù)氣體的等離子刻蝕工 藝形成的蝕坑掃描電鏡照片。虛框部分是形成于介質(zhì)層中的兩個(gè)蝕坑的剖面照片。對(duì)比附 圖8和附圖3，可以很明顯的看出，由于采用了含碳的二氧化碳(采用一氧化碳也可以達(dá)到 相同的效果)作為保護(hù)氣體，對(duì)側(cè)壁起到了有效的保護(hù)作用，從而顯著降低了蝕坑側(cè)壁的 傾斜程度。本具體實(shí)施方式
采采用含碳和氧的氣體作為刻蝕輔助氣體，在采用氧元素去除表 面聚合物的同時(shí)，采用碳元素保護(hù)蝕坑的側(cè)壁，因此降低了蝕坑側(cè)壁的傾斜程度，從而降低 了通孔處金屬插塞的表面積，進(jìn)而降低了寄生電容。對(duì)金屬填充工藝實(shí)施完畢后的器件進(jìn) 行測(cè)試的結(jié)果表明，由于采用了上述工藝，使金屬連線間的寄生電容下降了 34%左右，取得 了顯著的技術(shù)效果。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面布置介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底的表面布置有刻蝕阻擋層；圖形化所述刻蝕阻擋層，從而形成多個(gè)開(kāi)口，以暴露需要刻蝕的介質(zhì)層；采用等離子體刻蝕工藝刻蝕暴露于開(kāi)口處的介質(zhì)層；所述等離子體刻蝕工藝所采用的氣體中含有刻蝕輔助氣體，其特征在于，所述刻蝕輔助氣體是同時(shí)含有碳元素和氧元素的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述刻蝕輔助氣體 選自于一氧化碳和二氧化碳中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述等離子體 刻蝕工藝所采用的氣體中還含有惰性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述惰性氣體分子 數(shù)目與刻蝕輔助氣體的分子數(shù)目比值大于10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料 為黑鉆石。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的 材料為氧化硅。
全文摘要
一種刻蝕金屬間介質(zhì)層的方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面布置介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底的表面布置有刻蝕阻擋層；圖形化所述刻蝕阻擋層，從而形成多個(gè)開(kāi)口，以暴露需要刻蝕的介質(zhì)層；采用等離子體刻蝕工藝刻蝕暴露于開(kāi)口處的介質(zhì)層；所述等離子體刻蝕工藝所采用的氣體中含有刻蝕輔助氣體，所述刻蝕輔助氣體是同時(shí)含有碳元素和氧元素的氣體，優(yōu)選自一氧化碳和二氧化碳中的一種或兩種。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用含碳和氧的氣體作為刻蝕輔助氣體，在采用氧元素去除表面聚合物的同時(shí)，采用碳元素保護(hù)蝕坑的側(cè)壁，降低蝕坑側(cè)壁的傾斜程度，從而降低通孔處金屬插塞的表面積，進(jìn)而降低金屬引線之間的寄生電容。
文檔編號(hào)C23F1/12GK101876074SQ200910050378
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者王新鵬, 黃怡 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司