一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟：提供包括金屬布線(xiàn)層的半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上形成第一層間介電層和鑲嵌于所述第一層間介電層中的第一金屬互連結(jié)構(gòu)；在所述第一層間介電層上依次形成蝕刻停止層、低k材料的第二層間介電層、第一硬掩膜層和金屬硬掩膜層；在所述第二層間介電層中形成通孔和溝槽；干刻蝕去除所述金屬硬掩膜層；用金屬填充所述通孔和溝槽。在金屬硬掩膜保護(hù)低k材料層的保護(hù)作用達(dá)到之后，在填充導(dǎo)電層金屬的一個(gè)干刻蝕步驟中把之徹底去除，即不存在濕刻蝕中氧化導(dǎo)電材料的缺點(diǎn)并極大的降低了填充導(dǎo)電層金屬后平坦化步驟的負(fù)擔(dān)，從而可以在很好的控制晶圓內(nèi)的導(dǎo)電材料層的厚度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更確切的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大規(guī)模集成電路中，經(jīng)常使用雙鑲嵌工藝來(lái)形成多層互連結(jié)構(gòu)，即多層互連結(jié)構(gòu)相互堆疊，并使用層間介電層對(duì)這些多層互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，往往使用低k材料來(lái)形成這里的層間介電層，然后在層間介電層中形成互連的溝槽和通孔，最后利用導(dǎo)電材料，例如Cu，來(lái)填充所述溝槽和通孔。在該工藝過(guò)程中往往包含有若干個(gè)刻蝕的步驟，因此經(jīng)常會(huì)使用硬掩膜對(duì)器件進(jìn)行隔離或保護(hù)，其中包括使用金屬硬掩膜對(duì)低k層間介電層進(jìn)行保護(hù)以及在之后將之去除。
[0003]雖然金屬硬掩膜對(duì)低k層間介電層的保護(hù)效果理想，但是由于其在溝槽刻蝕和蝕刻停止層去除的過(guò)程中相對(duì)于氧化物和氮化物具有高度的選擇性，所以其會(huì)在刻蝕之后會(huì)殘留下來(lái)。
[0004]而大量殘留的金屬硬掩膜對(duì)溝槽的填充會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響并會(huì)對(duì)CMP步驟造成負(fù)擔(dān)進(jìn)而影響拋光的效果，例如CMP步驟中造成晶圓內(nèi)的導(dǎo)電材料厚度不均等。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中也有一些去除金屬硬掩膜的嘗試，例如使用H202來(lái)濕刻蝕硬掩膜層，但是在此過(guò)程中作為互連材料的Cu會(huì)被氧化，此外器件的壽命也會(huì)受到影響
[0006]可見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有這樣一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，其中金屬硬掩膜能被徹底的去除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟:a)提供包括金屬布線(xiàn)層的半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上形成第一層間介電層和鑲嵌于所述第一層間介電層中的第一金屬互連結(jié)構(gòu)；b)在所述第一層間介電層上依次形成蝕刻停止層、低k材料的第二層間介電層、第一硬掩膜層和金屬硬掩膜層；c)在所述第二層間介電層中形成通孔和溝槽；d)干刻蝕去除所述金屬硬掩膜層；e)用金屬填充所述通孔和溝槽。
[0008]進(jìn)一步，其中所述干刻蝕的溫度為60-90攝氏度。
[0009]進(jìn)一步，其中所述干刻蝕的反應(yīng)氣體包括CF4和N2，CF4的流量為100-300sccm，N2的流量為50_200sccm。
[0010]進(jìn)一步,其中所述金屬硬掩膜的材料是TiN或A1N。
[0011 ] 進(jìn)一步，其中所述干刻蝕的步驟還切割第一硬掩膜層以形成漏斗狀的開(kāi)口于所述溝槽中，所述漏斗狀開(kāi)口直徑較小的一邊朝下。
[0012]進(jìn)一步，其中使用低k材料形成所述第一層間介電層。
[0013]進(jìn)一步，其中使用氮化硅、氧化硅或nBLoK形成所述刻蝕停止層。
[0014]進(jìn)一步，其中使用TEOS形成所述第一硬掩膜層。[0015]進(jìn)一步，其中所述低k材料包括:氟氧化硅、摻碳的氧化硅、摻氮的碳化硅、芳香族碳?xì)浠衔锘蚨妆剿芰稀?br> [0016]進(jìn)一步，還包括步驟d)之后進(jìn)行刻蝕后處理的步驟。
[0017]進(jìn)一步，其中使用Cu執(zhí)行步驟e)中的填充。
[0018]進(jìn)一步，還包括步驟e)之后進(jìn)行平坦化的步驟以去除所述通孔和溝槽外的金屬。
[0019]進(jìn)一步，還包括步驟e)之后進(jìn)行平坦化的步驟，所述平坦化步驟終止于漏斗狀的開(kāi)口較小直徑一邊的下方。
[0020]進(jìn)一步,其中所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)的材料是Cu。
[0021]在本發(fā)明的形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法中，使用金屬硬掩膜可以很好保護(hù)低k材料層，并且在它的保護(hù)作用達(dá)到之后，在填充導(dǎo)電層金屬之前可以在一個(gè)干刻蝕步驟中把之徹底去除并形成便于高效填充的漏斗狀的開(kāi)口于第一硬掩膜層中，且該漏斗狀的開(kāi)口位于平坦化終止位置之上。由于該步驟使用的是干刻蝕的方法，不存在濕刻蝕中氧化導(dǎo)電材料的缺點(diǎn)，另外由于金屬硬掩膜可以被徹底去除，極大的降低了填充導(dǎo)電層金屬后平坦化步驟的負(fù)擔(dān)，從而可以在很好的控制晶圓內(nèi)的導(dǎo)電材料層，例如Cu層的厚度。同時(shí)還可以具有增大低k材料層上所形成的層，例如第一硬掩膜層的最小線(xiàn)寬(CD)，從而使得填充導(dǎo)電材料的步驟優(yōu)化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1-8是本發(fā)明各個(gè)工藝步驟的器件剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0024]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合接下來(lái)，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明。
[0026]參見(jiàn)圖1。提供半導(dǎo)體襯底100，其中包括源極、漏極、柵極電極、金屬布線(xiàn)層等，圖中未示出。
[0027]在襯底上具有第一刻蝕停止層101，其可以是5丨隊(duì)5丨(:、冊(cè)(:，在一個(gè)實(shí)施例中使用CVD的方法來(lái)形成具有100-1000埃的nBLoK的第一刻蝕停止層。
[0028]在第一刻蝕停止層101上還具有第一層間介電層102，可以使用低k材料，例如氟氧化硅(FSG)、摻碳的氧化硅、摻氮的碳化硅(BLoK)等無(wú)機(jī)材料，或者芳香族碳?xì)浠衔?SILK)、二甲苯塑料等有機(jī)化合物，形成具有厚度為900-5900的低k介電層，這里使用SiCOH來(lái)形成所述第一層間介電層。
[0029]在襯底上形成鑲嵌于第一刻蝕停止層101和第一層間介電層102中的第一金屬互連結(jié)構(gòu)106，可以使用Cu來(lái)形成該金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0030]然后在第一層間介電層102以及第一金屬互連結(jié)構(gòu)106上形成刻蝕停止層103，在之后形成溝槽和孔的過(guò)程中，刻蝕的步驟將止于該刻蝕停止層103，且其下的金屬互連結(jié)構(gòu)106可以得到保護(hù)。該刻蝕停止層可以用nBLoK、NDC、氮化娃或氧化娃等材料通過(guò)CVD等方法來(lái)形成的，可以具有100-1000埃的厚度。
[0031]在刻蝕停止層103上形成有第二層間介電層104，使用低k材料，例如氟氧化硅(FSG)、摻碳的氧化硅、摻氮的碳化硅(BLoK)等無(wú)機(jī)材料，或者芳香族碳?xì)浠衔?SILK)、二甲苯塑料等有機(jī)化合物，形成該層間介電層，可以具有厚度900-5900埃，這里使用SiCOH來(lái)形成所述第二層間介電層。
[0032]在第二層間介電層104上形成有第一硬掩膜層105，可以使用氮化物或氧化物來(lái)形成該第一硬掩膜層，厚度可以是100-1000埃，這里使用TEOS來(lái)形成所述第一硬掩膜層。
[0033]在第一硬掩膜層上形成有第二硬掩膜層200，該第二硬掩膜是金屬硬掩膜層，可以使用TiN、AIN、BN等來(lái)形成所述第二金屬硬掩膜層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用CVD或PVD的方法來(lái)形成TiN的第二硬掩膜層，其厚度可以是50-500埃。
[0034]然后還可以在第二硬掩膜上形成BARC層301，然后在BARC層301上形成光刻膠掩膜302。然后對(duì)其進(jìn)行圖案化處理以形成溝槽的圖案。
[0035]然后根據(jù)所形成的溝槽的圖案對(duì)第二硬掩膜執(zhí)行刻蝕的步驟以部分去除第二硬掩膜層200形成開(kāi)口 10，該開(kāi)口的寬度與將要形成的溝槽的寬度相對(duì)應(yīng)?？涛g的方法可以是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、離子束蝕刻、等離子體蝕刻。該步驟后，第一硬掩膜層的一部分將暴露于所形成的開(kāi)口 10中，然后把光刻膠掩膜302和/或BARC層301去除。參見(jiàn)圖2。
[0036]參見(jiàn)圖3。然后還可以在所剩下的第二硬掩膜層200和所暴露的第一硬掩膜層105上形成覆蓋層401，可以使用非晶碳、摻雜的非晶硅或金剛石薄膜來(lái)形成該覆蓋層。在一個(gè)實(shí)施例中形成的是低摩擦碳膜(NFC)覆蓋層。
[0037]還可以在覆蓋層401上形成第三硬掩膜層402，其可以是在低溫條件下形成的氧化硅或氮化硅層。
[0038]然后還可以在402上形成BARC層403，然后在BARC層403上形成光刻膠掩膜404。然后使用光刻工藝進(jìn)行圖案化以形成通孔的圖案。
[0039]參照?qǐng)D4。根據(jù)所形成的通孔的圖案，依次對(duì)第三硬掩膜層402、第三層間介電層401、第一硬掩膜層105和第二層間介電層104執(zhí)行刻蝕的步驟以形成通孔40’于部分第二層間介電層104中?？涛g的方法可以是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、離子束蝕刻、等離子體蝕刻。最好通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)RIE步驟進(jìn)行干法蝕刻。
[0040]然后去除光刻膠掩膜層404、BARC層403、第三硬掩膜層402和覆蓋層401以形成開(kāi)口 20，其寬度與溝槽的寬度相對(duì)應(yīng)。
[0041]參照?qǐng)D5。以具有開(kāi)口的金屬硬掩膜為刻蝕圖案對(duì)第一硬掩膜、第二層間介電層104執(zhí)行刻蝕以形成溝槽30于第二層間介電層中。
[0042]在以上所形成的通孔40’的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)第二層間介電層104執(zhí)行去除的步驟且去除通孔中的刻蝕停止層103以完成通孔40的形成。第一層間介電層102中的金屬互連結(jié)構(gòu)106也會(huì)暴露于所述通孔40中。
[0043]由于在上述刻蝕的步驟中金屬硬掩膜的第二硬掩膜層200的存在，其下的低k層間介電層可以得到很好的保護(hù)。
[0044]參見(jiàn)圖6。然后進(jìn)行去除金屬硬掩膜的第二硬掩膜層200的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中使用干刻蝕的方法來(lái)去除TiN的金屬硬掩膜，其中干刻蝕條件包括60-90攝氏度的溫度，反應(yīng)氣體為CF4和N2，其中CF4的流量為100-300sccm, N2的流量為50_200sccm。
[0045]此外該步驟還可以切割一部分第一硬掩膜層105以形成漏斗狀的開(kāi)口 50于雙鑲嵌通孔中，其直徑較大的一邊在上，直徑較小的一邊在下且位于之后將進(jìn)行的平坦化終止的位置以上。這樣還可以使得在之后的溝槽填充步驟中，擴(kuò)大頂部窗口的關(guān)鍵尺寸(⑶)，導(dǎo)電材料金屬可以容易地填充到溝槽中，以及在之后CMP的步驟中取得更好平坦化的效果。
[0046]還可以進(jìn)行刻蝕后處理(PET)的步驟。該步驟中可以使用流量為100_500sccn的02，流量為10-300sccm的H2，其中02與h2的流量比為10:1至5:3。或者可以使用NH3，其流量為10-300sccm。反應(yīng)室的壓強(qiáng)可以為10_60mTorr，反應(yīng)時(shí)間可以是5_10分鐘。
[0047]參照?qǐng)D7。還可以進(jìn)行溝槽填充步驟之前在器件上形成另一覆蓋層于溝槽30以及通孔40的側(cè)墻和底部的步驟，圖中未示出。然后通過(guò)漏斗形狀的開(kāi)口 50向溝槽30和通孔40填充金屬以形成金屬層500，所填充的金屬可以是Cu或其他金屬，優(yōu)選的使用Cu。
[0048]參照?qǐng)D8。然后進(jìn)行金屬層500平坦化的步驟，以去除雙鑲嵌溝槽和通孔之外的金屬，在一個(gè)實(shí)施例中使用CMP的方法來(lái)進(jìn)行該平坦化的步驟，該步驟終止于漏斗狀開(kāi)口較小直徑一邊的下方，即把在非垂直側(cè)墻上形成的金屬互連結(jié)構(gòu)去除。
[0049]之后還可以進(jìn)行后續(xù)工藝以完成半導(dǎo)體元件的制造。
[0050]為了說(shuō)明和描述的目的，給出了本發(fā)明各個(gè)方面的以上描述。其并不旨在窮盡列舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開(kāi)的精確形式，且明顯地，可以進(jìn)行多種修改和變化。本發(fā)明旨在將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的
[0051]這些修改和變化包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟: a)提供包括金屬布線(xiàn)層的半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上形成第一層間介電層和鑲嵌于所述第一層間介電層中的第一金屬互連結(jié)構(gòu)； b)在所述第一層間介電層上依次形成蝕刻停止層、低k材料的第二層間介電層、第一硬掩膜層和金屬硬掩膜層； c)在所述第二層間介電層中形成通孔和溝槽； d)干刻蝕去除所述金屬硬掩膜層； e)用金屬填充所述通孔和溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述干刻蝕的溫度為60-90攝氏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述干刻蝕的反應(yīng)氣體包括CF4和N2，CF4的流量為 100_300sccm, N2 的流量為 50_200sccm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬硬掩膜的材料是TiN或A1N。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述干刻蝕的步驟還切割第一硬掩膜層以形成漏斗狀的開(kāi)口于所述溝槽中，所述漏斗狀開(kāi)口直徑較小的一邊朝下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用低k材料形成所述第一層間介電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用氮化硅、氧化硅或nBLoK形成所述刻蝕停止層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用TEOS形成所述第一硬掩膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其中所述低k材料包括:氟氧化硅、摻碳的氧化硅、摻氮的碳化硅、芳香族碳?xì)浠衔锘蚨妆剿芰稀?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟d)之后進(jìn)行刻蝕后處理的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用Cu執(zhí)行步驟e)中的填充。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟e)之后進(jìn)行平坦化的步驟以去除所述通孔和溝槽外的金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括步驟e)之后進(jìn)行平坦化的步驟，所述平坦化步驟終止于漏斗狀的開(kāi)口較小直徑一邊的下方。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)的材料是Cu。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103594416SQ201210287350
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】周俊卿, 胡敏達(dá), 王冬江 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司