專利名稱：一種低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程，特別是涉及在低介電常數(shù)電介質(zhì)層上的金屬 單鑲嵌結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
眾所周知在半導(dǎo)體的后端制程，金屬連線的制作過(guò)程中，特別是在低 介電常數(shù)電介質(zhì)(如主要組分為硅、碳、氧的電介質(zhì)，具有低介電常數(shù)) 層上進(jìn)行金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)刻蝕時(shí)，常常需要用聚合物氣體以獲得低介電常 數(shù)電介質(zhì)層和阻擋層之間的好的刻蝕選擇性。
如圖1所示，通常的低介電常數(shù)電介質(zhì)層上進(jìn)行金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)刻蝕，
包括首先依次形成阻擋層1、低介電常數(shù)電介質(zhì)層2、保護(hù)層(Cap layer) 3、底層抗反射層(BARC) 4、光刻膠層5，然后進(jìn)行用于形成金屬(MI) 單鑲嵌結(jié)構(gòu)的刻蝕。但是為了節(jié)省成本，有時(shí)會(huì)采用沒有保護(hù)層3的刻蝕 方法，如圖2A所示，同樣為了獲得低介電常數(shù)電介質(zhì)層和阻擋層之間的 好的刻蝕選擇性，需要應(yīng)用高碳聚合物氣體(Heavy polymer gas)。
在完成金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)刻蝕工藝以后，該高碳聚合物需要采用原處灰 化和濕式清洗的方法去除。但是，該聚合物和低介電常數(shù)電介質(zhì)層，甚至 在低溫(如20。C)的原處灰化過(guò)程中，也容易形成主要包含碳(C)、氟 (F)、硅(Si)的硬皮聚合物。
目前普遍采用的清洗工藝是在低介電常數(shù)電介質(zhì)層上的光刻膠灰化 以后，用水基化學(xué)清洗劑，如Semitool公司生產(chǎn)的化學(xué)品名為ST250、主 要成分為NH4F和H20，進(jìn)行單晶片旋轉(zhuǎn)清洗。該化學(xué)清洗劑具有好的去 除銅氧化物和低碳氟聚合物的性能，但是不能全部去除硬皮聚合物。 一旦 這種原處灰化和濕式清洗工藝不能完全去除硬皮聚合物，則在阻障層和種 晶層的脫氣高溫烘烤工藝過(guò)程中，將形成表面顆粒缺陷。
為了解決上述問(wèn)題，就需要找到一種可以在高溫烘烤前，能夠完全去
除硬皮層的清洗方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明。
本發(fā)明的要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單 鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法可以完全去除采用高碳聚合物進(jìn)行金屬單鑲 嵌結(jié)構(gòu)刻蝕以后在電介質(zhì)層上存在的上述硬皮聚合物，以減少在阻障層和 種金層的脫氣高溫烘烤過(guò)程中產(chǎn)生表面顆粒缺陷。
本發(fā)明的一種低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，包括如 下步驟
1) 在已形成器件結(jié)構(gòu)的襯底上，依次形成阻擋層、低介電常數(shù)電介質(zhì) 層、底層抗反射層、光刻膠層；
2) 光刻、顯影，形成光刻膠圖案；
3) 以光刻膠為掩模，采用高碳聚合物刻蝕低介電常數(shù)電介質(zhì)層，在阻 擋層停止刻蝕；
4) 去除光刻膠和抗反射層；
5) 采用化學(xué)清洗劑清洗去除聚合物，所述化學(xué)清洗劑含雙氧水和氟；
6) 刻蝕阻擋層；
7) 常規(guī)清洗；
8) 進(jìn)行后續(xù)制程。
根據(jù)本發(fā)明，所述的阻擋層是氮化硅層。
在完成用于形成金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)的刻蝕以后，采用原處灰化法去除所 述的光刻膠層和抗反射層。優(yōu)選以氧(02)等離子與光刻膠反應(yīng)去除。
通常在該原處灰化過(guò)程中在電介質(zhì)層上形成高碳的聚合物硬皮，根據(jù) 本發(fā)明，采用含雙氧水和氟的化學(xué)清洗劑進(jìn)行清洗，優(yōu)選采用專用于清洗 DUO (DUV Light Absorbing Oxide)的化學(xué)清洗劑進(jìn)行清洗。更優(yōu)選采用 JT.Baker公司生產(chǎn)的化學(xué)品名為CLK888的化學(xué)清洗劑。
在完成上述清洗后對(duì)所述的阻擋層進(jìn)行刻蝕，所述刻蝕優(yōu)選采用輕等 離子刻蝕方法，更優(yōu)選采用低功率刻蝕，如刻蝕功率小于500W。
根據(jù)本發(fā)明，在刻蝕阻擋層后，進(jìn)行常規(guī)清洗，優(yōu)選采用水基化學(xué)清
5
洗劑，更優(yōu)選采用由Semitool公司生產(chǎn)的化學(xué)品名為ST250的清洗劑。
由于本發(fā)明的工藝采用沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)刻蝕方法，因此 工藝簡(jiǎn)單，又由于采用含有雙氧水(H202)和氟化學(xué)清洗劑進(jìn)行刻蝕后的 清洗，清洗效果好，在后續(xù)的阻障層和種晶層形成以后的高溫脫氣過(guò)程中 不會(huì)形成硬皮層，而對(duì)低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料的介電常數(shù)沒有明顯影 響。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。然而需要注意的是，這些附圖只是用 來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施例，而不構(gòu)成為對(duì)本發(fā)明的任何限制，在不背離 本發(fā)明的構(gòu)思的情況下，可以具有其他更多等效實(shí)施例。而本發(fā)明的保護(hù) 范圍由權(quán)利要求書決定。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的具有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2A 2D是現(xiàn)有技術(shù)的沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)采用常規(guī)清洗 后形成硬皮層的過(guò)程的剖面圖。
圖2E是用能量分散光譜儀(energy-dispersive spectrometer, EDS)對(duì) 聚合物硬皮缺陷點(diǎn)分析測(cè)得的結(jié)果。
圖2F是用能量分散光譜儀對(duì)聚合物硬皮缺陷線性掃描測(cè)得的結(jié)果。
圖3A 3C是本發(fā)明的采用新清洗方法的沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié) 構(gòu)的形成過(guò)程剖面圖。
圖4A是現(xiàn)有技術(shù)的沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)清洗后 形成硬皮層的晶片上的缺陷掃描圖。
圖4B是本發(fā)明的沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)，采用新方法清洗后 形成的晶片上的缺陷掃描圖。
圖5A是現(xiàn)有技術(shù)的沒有保護(hù)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)清洗后 形成硬皮層的晶片上的缺陷放大圖。
圖5B是本發(fā)明的沒有保護(hù)層的金屬刻蝕結(jié)構(gòu)，采用新方法清洗后形 成的晶片上的缺陷放大圖。
圖6是低倍率(mag.)缺陷分析圖，其中顯示在溝槽上存在大面積缺陷。
圖7A、 7B是較高倍率缺陷分析圖，其中，圖7A顯示缺陷區(qū)域，圖 7B顯示沒有缺陷的正常區(qū)域。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1 阻擋層(block layer)
2 低k電介質(zhì)層
3 保護(hù)層(cap layer)
4 底層抗反射涂層(BARC)
5 光刻膠層
6 聚合物硬皮缺陷 6'非硬皮缺陷
7 內(nèi)層電介質(zhì)層(IMD)和底部阻擋層(liner)
8 阻障層和種晶層(barrier layer & seed layer)
9 Pt (鉑，鍍?cè)谠嚇颖砻?，減少電荷累積，提高圖像品質(zhì)) 10沒有缺陷區(qū)域
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例
圖3A 3C是本發(fā)明的方法形成低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu) 的過(guò)程。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方
法，包括如下步驟
如圖3A所示，在已形成器件結(jié)構(gòu)的襯底上，按照常規(guī)方法形成氮化 硅(Si3N4)阻擋層l、黑鉆石(Black Diamond)(由應(yīng)用材料公司研發(fā)) 低介電常數(shù)電介質(zhì)層2， (Rohmhaas公司生產(chǎn)的品名為AR40)底層抗反 射層(BARC) 4， 193nmArF光刻膠形成光刻膠層5;對(duì)光刻膠層5進(jìn)行 常規(guī)的光刻、顯影過(guò)程，形成光刻膠圖案。
為了獲得較好的在低介電常數(shù)電介質(zhì)層和阻擋層之間的刻蝕選擇性，采用高碳聚合物氣體進(jìn)行干式刻蝕。如圖3B所示，如采用碳/氟(C/F) 大致為1/2或1/1.5的高碳聚合物氣體，以光刻膠層5為掩模，在低介電 常數(shù)電介質(zhì)層2上刻蝕形成單鑲嵌結(jié)構(gòu)，并在阻擋層l上停止刻蝕；然后 采用原處灰化法，具體地是以氧(02)等離子體與光刻膠、抗反射層物質(zhì) 反應(yīng)去除光刻膠層5和抗反射層4。
高碳聚合物與光刻膠、低介電常數(shù)電介質(zhì)材料容易反應(yīng)，甚至在20 "C的低溫也容易形成硬皮物質(zhì)。
圖2E是用能量分散光譜儀(energy-dispersive spectrometer, EDS)對(duì) 聚合物硬皮缺陷點(diǎn)分析測(cè)得的結(jié)果。
圖2F是用能量分散光譜儀(energy-dispersive spectrometer, EDS)對(duì) 聚合物硬皮缺陷線性掃描測(cè)得的結(jié)果。
從圖2E和2F中可以看出，通過(guò)能量分散光譜儀(energy-dispersive spectrometer ， ED S)對(duì)聚合物硬皮缺陷點(diǎn)分析和線性掃描測(cè)得的結(jié)果可知， 缺陷中含有較高的碳、氟以及硅存在。說(shuō)明缺陷主要成分是C和F，由此 可以推斷出缺陷為含碳的高分子聚合物。
采用雙鑲嵌工藝中用于清洗DUO的化學(xué)清洗劑，如CLK888清洗去 除高碳聚合物。DUO (DUV Light Absorbing Oxide)是Si02基的抗反射涂 層，含有硅、碳、氧等元素。CLK888是JT.Baker公司生產(chǎn)的化學(xué)品名為 CLK888含有雙氧水(H202)和氟(F)的化學(xué)物質(zhì)。
如圖3C所示，在完成上述清洗后刻蝕阻擋層1，所述刻蝕采用使用功 率小于500W的低功率蝕刻制程；
然后，用旋轉(zhuǎn)單晶片清洗方法用水基化學(xué)清洗劑，如Semitool公司生 產(chǎn)的化學(xué)品名為ST250的清洗劑清洗，其主要成分為NH4F和H20;
接著進(jìn)行在溝槽中形成阻障層和種金屬層等后續(xù)制程。
比較例
圖2A 2D是現(xiàn)有技術(shù)的方法形成低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié) 構(gòu)的過(guò)程。
如圖2A所示，在以形成器件結(jié)構(gòu)的襯底上，按照常規(guī)方法形成氮化 硅(Si3N4)阻擋層1、低介電常數(shù)電介質(zhì)層2黑鉆石(Black Diamond,由
應(yīng)用材料公司研發(fā))，底層抗反射層(BARC) 4 (Rohmhaas公司生產(chǎn)， 品名AR40)、光刻膠層5 (193nm ArF光刻膠)；對(duì)光刻膠層5進(jìn)行常 規(guī)的光刻、顯影過(guò)程，形成光刻膠圖案。
為了獲得較好的在低介電常數(shù)電介質(zhì)層和阻擋層之間的刻蝕選擇性， 采用高碳聚合物氣體進(jìn)行干式刻蝕。如圖2B所示，采用C/F大致為1/2 或1/1.5的高碳聚合物氣體，以光刻膠層5為掩模，刻蝕低介電常數(shù)電介 質(zhì)層2，在阻擋層l停止刻蝕；然后以氧(02)等離子體與光刻膠和抗反 射層物質(zhì)反應(yīng)而去除光刻膠層5和抗反射層4。
在原處灰化過(guò)程中，高碳聚合物與光刻膠、低k電介質(zhì)材料容易反應(yīng)， 甚至在2(TC的低溫也容易形成硬皮物質(zhì)。從圖2E和2F中可以看出，通 過(guò)能量分散光譜儀(energy-dispersive spectrometer, EDS)對(duì)聚合物硬皮 缺陷點(diǎn)分析和線性掃描測(cè)得的結(jié)果，缺陷中含有較高的碳、氟以及也有硅 存在。
用水基清洗劑，如Semitool公司生產(chǎn)的化學(xué)品名為ST250的清洗劑， 進(jìn)行單晶片旋轉(zhuǎn)濕式清洗去除該硬皮聚合物，清洗劑主要成分為NH4F和 H20。由于該清洗劑只能去除低碳聚合物，對(duì)高碳聚合物形成的硬皮去除 性很差，因此殘留硬皮物質(zhì)，如圖2C所示。
在完成上述清洗后刻蝕去除阻擋層1，如圖2D所示，所述刻蝕采用 功率小于500W的輕等離子刻蝕方法；
然后，用旋轉(zhuǎn)單晶片清洗方法用水基化學(xué)清洗劑，如Semitool公司生 產(chǎn)的ST250清洗劑清洗；
接著進(jìn)行在溝槽中形成阻障層和種金屬層等后續(xù)制程。
由于有些溝槽表面存在如圖2C所示的硬皮層，所以難以在溝槽中填 充阻障層材料和種金屬材料，導(dǎo)致最后形成表面缺陷。
圖4A是上述比較例的方法得到的晶片掃描缺陷的結(jié)果，其中6是指 缺陷部分。
圖4B是上述實(shí)施例的方法得到的晶片掃描缺陷的結(jié)果，其中，6'是 指缺陷部分。
圖5A和圖5B是圖4A和圖4B中缺陷的放大圖，其中，6是指硬皮
缺陷部分，經(jīng)過(guò)光學(xué)顯微鏡檢測(cè)大小為5~10Pm。但是圖5B中的缺陷6 '經(jīng)過(guò)檢測(cè)不是硬皮物質(zhì)，其大小只有零點(diǎn)幾微米。
圖6中是有缺陷部分和沒有缺陷部分的對(duì)比。其中，6是指缺陷部分， IO是指沒有缺陷的部分。
從以上結(jié)果可以看出，本發(fā)明的方法可以解決采用高碳聚合物刻蝕導(dǎo) 致的硬皮缺陷問(wèn)題。
雖然以上所述是針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一步的實(shí) 施例可以在不背離其基本范圍之下設(shè)計(jì)出，而其保護(hù)范圍是由權(quán)利要求書 的范圍決定。
權(quán)利要求
1.一種低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，包括如下步驟1)在已形成器件結(jié)構(gòu)的襯底上，依次形成阻擋層、低介電常數(shù)電介質(zhì)層、底層抗反射層、光刻膠層；2)光刻、顯影，形成光刻膠圖案；3)以光刻膠為掩模，用高碳聚合物刻蝕低介電常數(shù)電介質(zhì)層，在阻擋層停止刻蝕；4)去除光刻膠和抗反射層；5)采用化學(xué)清洗劑清洗去除高碳聚合物，所述化學(xué)清洗劑含雙氧水和氟；6)刻蝕阻擋層；7)常規(guī)清洗；8)進(jìn)行后續(xù)制程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，所述的阻擋層是氮化硅層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu) 制作方法，其特征在于，所述的光刻膠層采用原處灰化去除。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作 方法，其特征在于，所述的原處灰化去除，是以氧等離子體與光刻膠反應(yīng) 而去除。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu) 制作方法，其特征在于，所述的化學(xué)清洗劑是去除DUO的化學(xué)清洗劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作 方法，其特征在于，所述的化學(xué)清洗劑是JT.Baker公司生產(chǎn)的化學(xué)品名 為CLK88的化學(xué)清洗劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4或6所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌 結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，所述的阻擋層刻蝕，采用輕等離子體刻蝕。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，所述的阻擋層刻蝕，是使用低功率刻蝕制程，功率小于500W。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或4或6或8所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單 鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，所述的常規(guī)清洗是采用水基清洗劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作 方法，其特征在于，所述的水基清洗劑是由Semitool公司生產(chǎn)的化學(xué)品名 為ST250的清洗劑。
全文摘要
一種低介電常數(shù)電介質(zhì)的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)制作方法，該方法采用高碳聚合物氣體進(jìn)行低介電常數(shù)電介質(zhì)層的金屬單鑲嵌結(jié)構(gòu)刻蝕，去除光刻膠和抗反射層后，采用含雙氧水和氟的化學(xué)清洗劑，可以完全去除高碳聚合物及其與光刻膠、電介質(zhì)反應(yīng)形成的硬皮物質(zhì)，減少最后的表面缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101197276SQ20061011921
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者鄭蓮晃, 韓秋華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司