互連線的形成方法
【專利摘要】一種互連線的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成導(dǎo)電層；在所述導(dǎo)電層上形成含Ta擴(kuò)散阻擋層；在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成圖形化的光刻膠；以所述圖形化的光刻膠為掩膜，使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層，刻蝕至含Ta擴(kuò)散阻擋層下表面，形成圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層；以所述圖形化的光刻膠和圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層為掩膜，刻蝕所述導(dǎo)電層，形成互連線。由本發(fā)明提供的方法制備得到的互連線可靠性高。
【專利說明】互連線的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及到一種互連線的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于A1的電阻率低，及其與硅和硅片制造工藝的兼容性，因此它被選擇作為集成電路的主要互連材料。然而，A1有眾所周知的電遷徙引起的可靠性問題。由于動(dòng)量從傳輸電流的電子轉(zhuǎn)移，引起A1原子在導(dǎo)體中移動(dòng)，在大電流密度的情形下，電子和A1原子碰撞，引起A1原子逐漸移動(dòng)。最終引起斷路等可靠性問題。
[0003]使用AlCu合金可以有效遏制電遷徙現(xiàn)象，甚至使用Cu代替A1來制作互連結(jié)構(gòu)。但是由于Cu擴(kuò)散速率大，容易導(dǎo)致介質(zhì)層漏電等問題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，形成AlCu互連線的方法包括:
[0005]參考圖1，提供基底1，在所述基底1上由下至上依次形成TaN層2，AlCu層3、TaN層4、底部抗反射層5和圖形化的光刻膠6。
[0006]其中，TaN層4作為刻蝕所述AlCu層3的掩膜，而且還可以作為AlCu層3的擴(kuò)散阻擋層，防止AlCu層3中的Cu擴(kuò)散進(jìn)入后續(xù)在AlCu層3上形成的互連結(jié)構(gòu)中。
[0007]TaN層2作為粘合層，使AlCu層3與基底1形成良好的接觸，TaN層2還可以作為AlCu層3的擴(kuò)散阻擋層，防止AlCu層3中的Cu擴(kuò)散進(jìn)入基底1中。
[0008]底部抗反射層5可以減小光刻膠在光刻工藝中產(chǎn)生的光反射效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)圖案的精確轉(zhuǎn)移。
[0009]參考圖2，以所述圖形化的光刻膠6為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層5，形成圖形化的底部抗反射層51。
[0010]在具體實(shí)施例中，底部抗反射層5為S1N層，刻蝕所述底部抗反射層5的方法為使用C12和chf3等離子體進(jìn)行刻蝕。
[0011]參考圖3，以所述圖形化的光刻膠6和圖形化的底部抗反射層51為掩膜，刻蝕所述AlCu層3和TaN層4，形成互連線31和圖形化的TaN層41。
[0012]刻蝕所述AlCu層3和TaN層4的方法為使用C12、BC13和CHF3的等離子體進(jìn)行刻蝕。
[0013]參考圖4，刻蝕所述TaN層2，形成圖形化的TaN層21。
[0014]刻蝕所述TaN層2的方法為使用Cl2、BC13和CHF3的等離子體進(jìn)行刻蝕。
[0015]參考圖5，刻蝕部分所述基底1，以保證TaN層2被刻蝕穿。
[0016]參考圖6，去除所述圖形化的光刻膠6和圖形化的底部抗反射層51。
[0017]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，圖形化的TaN層41上表面形成很多刻蝕殘?jiān)?0，導(dǎo)致互連線31與后續(xù)在圖形化的TaN層41上形成的其他互連結(jié)構(gòu)接觸不良等問題，引起互連結(jié)構(gòu)的可靠性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中，互連結(jié)構(gòu)的存在可靠性問題。
[0019]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種互連線的形成方法，包括:
[0020]提供基底；
[0021 ] 在所述基底上形成導(dǎo)電層；
[0022]在所述導(dǎo)電層上形成含Ta擴(kuò)散阻擋層；
[0023]在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成圖形化的光刻膠；
[0024]以所述圖形化的光刻膠為掩膜，使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層，刻蝕至含Ta擴(kuò)散阻擋層下表面，形成圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層；
[0025]以所述圖形化的光刻膠和圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層為掩膜，刻蝕所述導(dǎo)電層，形成互連線。
[0026]可選的，所述含Ta擴(kuò)散阻擋層為Ta層、TaN層中的一層或兩層。
[0027]可選的，刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層的工藝條件為:壓強(qiáng)為4-10mTorr,使Cl2和He等離子體化的功率為400-700W，Cl2的流速為60-90sccm，He的流速為0.l_90sccm。
[0028]可選的，所述導(dǎo)電層為AlCu層。
[0029]可選的，刻蝕所述導(dǎo)電層的方法為C12、BC13和CHF3的等離子體刻蝕。
[0030]可選的，在所述基底上形成導(dǎo)電層前，在所述基底上形成粘合層，所述導(dǎo)電層形成在所述粘合層上。
[0031]可選的，所述粘合層為含Ta材料層；或者，
[0032]所述粘合層為含Ti材料層。
[0033]可選的，所述含Ta材料層為Ta層、TaN層中的一層或兩層。
[0034]可選的，刻蝕所述粘合層的方法為Cl2、BC13和CHF3的等離子體刻蝕。
[0035]可選的，刻蝕所述導(dǎo)電層時(shí)，刻蝕停止于所述導(dǎo)電層下表面，或者停止于所述基底內(nèi)。
[0036]可選的，在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成圖形化的光刻膠前，在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成底部抗反射層，所述圖形化的光刻膠形成在所述底部抗反射層上。
[0037]可選的，所述底部抗反射層為S1N層。
[0038]可選的，刻蝕所述底部抗反射層的方法為Cl2和CHF3的等離子體刻蝕。
[0039]可選的，Cl2和CHF3的體積比為9:1-16:1。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0041]本技術(shù)方案使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層，由于He的相對(duì)原子質(zhì)量小，轟擊圖形化的光刻膠的作用小，轟擊出的光刻膠較少；而且由于沒有使用此13作為刻蝕氣體，不會(huì)產(chǎn)生含B聚合物。因此產(chǎn)生很少的殘?jiān)?，提高了互連線的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1至圖6是現(xiàn)有技術(shù)中互連線形成方法各步驟的示意圖；
[0043]圖7至圖15是本發(fā)明具體實(shí)施例中互連線形成方法各步驟的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]圖形化的TaN層41上表面形成很多刻蝕殘?jiān)?0的原因是:參考圖3，刻蝕所述AlCu層3和TaN層4時(shí)，Cl2、BC13和CHF3等離子體會(huì)轟擊TaN層4，轟擊出TaN ;C12、BC13和CHF3等離子體也會(huì)轟擊圖形化的光刻膠6，轟擊出光刻膠。
[0045]轟擊出的光刻膠與轟擊出的TaN發(fā)生反應(yīng)，生成含Ta和B (來自BC13等離子體)的聚合物，這些含Ta和B的聚合物由于不具有揮發(fā)性而沉積在圖形化的光刻膠6上表面，還會(huì)附著在刻蝕各材料層后形成的窗口側(cè)壁。
[0046]參考圖6，去除所述圖形化的光刻膠6和圖形化的底部抗反射層51后，由于含Ta和B的聚合物為非揮發(fā)性物質(zhì)，圖形化的光刻膠6上表面的含Ta和B的聚合物轉(zhuǎn)移至圖形化的TaN層41上表面，即為刻蝕殘?jiān)?0。
[0047]刻蝕殘?jiān)?0的存在，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)在圖形化的TaN層41上形成的互連結(jié)構(gòu)接觸不良，而且殘?jiān)?0容易吸水。這些都會(huì)導(dǎo)致互連結(jié)構(gòu)存在可靠性問題。
[0048]現(xiàn)有技術(shù)中，也有使用TiN層代替TaN層2和TaN層4的技術(shù)方案，含Ti的聚合物為揮發(fā)性物質(zhì)，不會(huì)形成含Ti聚合物的殘?jiān)?，而且由于含B的聚合物可以利用濕法去除，所以不會(huì)形成殘?jiān)?0。
[0049]但是TiN層不能有效的阻止Cu的擴(kuò)散，而且由于沒有非揮發(fā)性物質(zhì)附著在刻蝕各材料層后形成的窗口側(cè)壁，導(dǎo)致互連線31形貌不好。最終也會(huì)引起互連線的可靠性問題。
[0050]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0051]本實(shí)施例提供一種互連線的形成方法，包括:
[0052]參考圖7，提供基底110。
[0053]所述基底110可以為Si基底、Ge基底、GeSi基底或者本領(lǐng)域所熟知的其他半導(dǎo)體基底。
[0054]在具體實(shí)施例中，所述基底110還包括插塞、互連線等半導(dǎo)體器件。后續(xù)形成的互連線與所述插塞連接。
[0055]參考圖8，在所述基底110上形成粘合層120。
[0056]形成所述粘合層120的方法可以為化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或原子層沉積法。
[0057]所述粘合層120的作用是使后續(xù)形成的AlCu層與基底110形成良好的接觸，粘合層120還可以作為AlCu層的擴(kuò)散阻擋層，防止AlCu層中的Cu擴(kuò)散進(jìn)入基底110。
[0058]在具體實(shí)施例中，所述粘合層120為含Ta材料層，如Ta層或TaN層，或者為Ta層和TaN層。
[0059]在其他實(shí)施例中，所述粘合層120也可以為TiN層。
[0060]但是如果后續(xù)在粘合層120上形成的互連線用于連接Cu插塞(如硅穿通孔(Through Silicon Via, TSV)中形成的Cu插塞),為了防止Cu插塞中的Cu擴(kuò)散進(jìn)入互連線中，所述粘合層120最好為含Ta材料層。
[0061]參考圖9，在所述粘合層120上形成AlCu層130。
[0062]在具體實(shí)施例中，形成所述AlCu層130的方法可以為物理氣相沉積或者原子層沉積。
[0063]所述AlCu層130圖形化后形成互連線。
[0064]參考圖10，在所述AlCu層130上形成含Ta擴(kuò)散阻擋層140。
[0065]所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140為Ta層、TaN層中的一層或兩層。
[0066]形成所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140的方法可以為化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或原子層沉積法。
[0067]所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140可以作為刻蝕所述AlCu層130的掩膜，還可以阻止所述AlCu層130中的Cu擴(kuò)散進(jìn)入后續(xù)形成的與互連線接觸的其他互連結(jié)構(gòu)。
[0068]參考圖11，在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140上形成底部抗反射層150。
[0069]在具體實(shí)施例中，所述底部抗反射層150為S1N層。
[0070]所述底部抗反射層150用于減小光刻形成圖形化的光刻膠過程中的反射效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)圖案的精確轉(zhuǎn)移。
[0071]形成所述底部抗反射層150的方法可以為化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或原子層沉積法。
[0072]參考圖12，在所述底部抗反射層150上形成圖形化的光刻膠160。
[0073]參考圖13，以所述圖形化的光刻膠160為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層150和所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140，形成圖形化的底部抗反射層151和圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層141。
[0074]所述刻蝕停止于含Ta擴(kuò)散阻擋層140下表面。
[0075]在具體實(shí)施例中，刻蝕所述底部抗反射層150的方法為Cl2和CHF3的等離子體刻蝕。其中，(:12和CHF3的體積比為9:1-16:1。
[0076]刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140的方法為Cl2和He等離子體刻蝕。
[0077]在具體實(shí)施例中，刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140的工藝條件為:壓強(qiáng)為4-10mTorr (毫托)，使Cl2和He等離子體化的功率為400_700W，C12的流速為60_90sccm(標(biāo)況毫升每分)，He的流速為0.l_90sccm。
[0078]本實(shí)施例使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140，由于He的相對(duì)原子質(zhì)量小，轟擊圖形化的光刻膠160的作用小，轟擊出的光刻膠很少；而且由于沒有使用BC13作為刻蝕氣體，不會(huì)產(chǎn)生含B聚合物。由于轟擊出的光刻膠很少，所以轟擊出的光刻膠與轟擊出的TaN發(fā)生反應(yīng)形成的含Ta聚合物也很少。綜上所述，使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層140時(shí)，產(chǎn)生很少的殘?jiān)?，提高了后續(xù)形成的互連線的可靠性。
[0079]參考圖14，以所述圖形化的光刻膠160、圖形化的底部抗反射層151和圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層141為掩膜，刻蝕所述導(dǎo)電層130和粘合層120，形成互連線131和圖形化的粘合層121。
[0080]在具體實(shí)施例中，刻蝕所述導(dǎo)電層130和粘合層120的方法為C12、BC13和CHF3的等離子體刻蝕。
[0081]BC13的相對(duì)分子質(zhì)量較He的相對(duì)原子質(zhì)量大，可以轟擊出更多的光刻膠；而且BC13可以與轟擊出的光刻膠發(fā)生反應(yīng)，生成非揮發(fā)性的含B聚合物。
[0082]所述含B聚合物會(huì)沉積到圖形化的光刻膠160上表面，但所述含B聚合物可以使用濕法去除，不會(huì)影響互連線131的可靠性。
[0083]在本實(shí)施例中，粘合層120的材料為含Ta材料層，轟擊出的含Ta材料層與轟擊出的光刻膠發(fā)生反應(yīng)，生成非揮發(fā)性的含Ta聚合物。含Ta聚合物不能使用濕法去除。
[0084]但所述粘合層120與圖形化的光刻膠6上表面之間的距離較大，生成含Ta聚合物的位置離所述圖形化的光刻膠6上表面較遠(yuǎn)，所以所述含Ta聚合物難以沉積到圖形化的光刻膠6上表面，不會(huì)影響互連線的可靠性。
[0085]所述含Ta聚合物和所述含B聚合物都會(huì)附著在互連線131的側(cè)壁，防止互連線131的橫向刻蝕，有助于得到形貌良好的互連線131。
[0086]在本實(shí)施例中，刻蝕停止于粘合層120的下表面。
[0087]在其他實(shí)施例中，因?yàn)檎澈蠈?20導(dǎo)電，為了確保粘合層120被完全刻蝕以防止短路等問題，刻蝕也可以停止于所述基底110內(nèi)。
[0088]參考圖15，去除所述圖形化的光刻膠160和圖形化的底部抗反射層151。
[0089]以上實(shí)施例以形成有粘合層120為例，對(duì)互連線的形成方法進(jìn)行描述。
[0090]在其他實(shí)施例中，如果導(dǎo)電層130與基底110具有良好的粘合性，也可以不形成所述粘合層120。
[0091]以上實(shí)施例以形成有底部抗反射層150為例，對(duì)互連線的形成方法進(jìn)行描述。
[0092]在其他實(shí)施例中，也可以不形成所述底部抗反射層150。
[0093]以上實(shí)施例以互連線的材料是AlCu為例，對(duì)互連線的形成方法進(jìn)行描述。
[0094]在其他實(shí)施例中，互連線的材料也可以為本領(lǐng)域所熟知的任意導(dǎo)電材料。
[0095]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種互連線的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底； 在所述基底上形成導(dǎo)電層； 在所述導(dǎo)電層上形成含Ta擴(kuò)散阻擋層； 在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成圖形化的光刻膠； 以所述圖形化的光刻膠為掩膜，使用Cl2和He等離子體刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層，刻蝕至含Ta擴(kuò)散阻擋層下表面，形成圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層； 以所述圖形化的光刻膠和圖形化的含Ta擴(kuò)散阻擋層為掩膜，刻蝕所述導(dǎo)電層，形成互連線。
2.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，所述含Ta擴(kuò)散阻擋層為Ta層、TaN層中的一層或兩層。
3.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，刻蝕所述含Ta擴(kuò)散阻擋層的工藝條件為: 壓強(qiáng)為4-lOmTorr，使Cl2和He等離子體化的功率為400-700W，Cl2的流速為60_90sccm, He 的流速為 0.l_90sccm。
4.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層為AlCu層。
5.如權(quán)利要求4所述的互連線的形成方法，其特征在于，刻蝕所述導(dǎo)電層的方法為Cl2, BCl3和CHF3的等離子體刻蝕。
6.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，在所述基底上形成導(dǎo)電層前，在所述基底上形成粘合層，所述導(dǎo)電層形成在所述粘合層上。
7.如權(quán)利要求6所述的互連線的形成方法，其特征在于，所述粘合層為含Ta材料層；或者， 所述粘合層為含Ti材料層。
8.如權(quán)利要求7所述的互連線的形成方法，其特征在于，所述含Ta材料層為Ta層、TaN層中的一層或兩層。
9.如權(quán)利要求8所述的互連線的形成方法，其特征在于，刻蝕所述粘合層的方法為Cl2, BCl3和CHF3的等離子體刻蝕。
10.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，刻蝕所述導(dǎo)電層時(shí)，刻蝕停止于所述導(dǎo)電層下表面，或者停止于所述基底內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的互連線的形成方法，其特征在于，在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成圖形化的光刻膠前，在所述含Ta擴(kuò)散阻擋層上形成底部抗反射層，所述圖形化的光刻膠形成在所述底部抗反射層上。
12.如權(quán)利要求11所述的互連線的形成方法，其特征在于，所述底部抗反射層為S1N層。
13.如權(quán)利要求12所述的互連線的形成方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層的方法為Cl2和CHF3的等離子體刻蝕。
14.如權(quán)利要求13所述的互連線的形成方法，其特征在于，Cl2和CHF3的體積比為9:1-16:1。
【文檔編號(hào)】H01L21/3213GK104425363SQ201310401315
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】伏廣才, 汪新學(xué), 倪梁 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司