層107a上和剩余的硬掩膜層108b上形成填充層111a，然后在填充層111a上形成底部抗反射層112，并再次在底部抗反射層112上形成圖案化的光刻膠層113，圖案化的光刻膠層113存在開口(未標(biāo)注)。所述開口所在位置對(duì)應(yīng)于后續(xù)所要形成的接觸孔所在位置。
[0052]請(qǐng)參考圖4，以圖案化的光刻膠層113為掩模，蝕刻圖3所示底部抗反射層112、填充層111a、無(wú)定形碳層107a和部分厚度的介質(zhì)層106a,形成位于剩余介質(zhì)層106b中的開口 114,并且形成剩余的填充層111b和無(wú)定形碳層107b。
[0053]本實(shí)施例中，采用脈沖等離子體刻蝕方法對(duì)介質(zhì)層106a進(jìn)行刻蝕?，F(xiàn)有方法通常采用連續(xù)波等離子體刻蝕工藝對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，但是連續(xù)波等離子體刻蝕工藝會(huì)導(dǎo)致刻蝕過(guò)程中，易產(chǎn)生較多的含碳副產(chǎn)物和含氟副產(chǎn)物，從而易導(dǎo)致后續(xù)形成的接觸孔被污染。而脈沖等離子體刻蝕方法基本原理是射頻功率源輸出被脈沖調(diào)制的射頻功率用于產(chǎn)生等離子體，所產(chǎn)生的等離子體的密度隨脈沖發(fā)生變化，其中的帶電粒子(電子及離子)數(shù)量間歇性變化，從而使等離子體的刻蝕作用得到控制和緩沖。因此，采用脈沖等離子體刻蝕工藝能夠減小含碳副產(chǎn)物和含氟副產(chǎn)物的產(chǎn)生。
[0054]本實(shí)施例中，進(jìn)一步的，所述脈沖等離子體刻蝕方法為同步脈沖等離子體刻蝕方法。同步脈沖等離子體中的電子溫度較低，因此可使得在刻蝕過(guò)程中，對(duì)其它結(jié)構(gòu)的損傷作用更小，從而進(jìn)一步提高金屬互連結(jié)構(gòu)性能和整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。
[0055]本實(shí)施例中，同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的氣體可以包括CF4和CHF3，CF4的流量范圍可以為lOsccm?500sccm, CHF3的流量范圍可以為lOsccm?250sccm。
[0056]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，除了采用上述氣體之外，還可以同時(shí)采用C4FS和02，其中C4Fs的流量范圍可以為0?200sccm，02的流量范圍可以為0?lOOsccm。
[0057]具體的，同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的壓強(qiáng)范圍為lOmTorr?200mTorr,采用的頻率范圍包括10Hz?2000Hz，采用的功率范圍包括0?1000?，并且占空比可以為2%?90%。采用同步脈沖等離子體刻蝕方法能夠清除更多刻蝕中產(chǎn)生的聚合物，因而能夠減小含碳副產(chǎn)物和含氟副產(chǎn)物。
[0058]請(qǐng)參考圖5，去除圖4所示剩余填充層111b，從而暴露剩余的硬掩膜層108b和無(wú)定形碳層107b。
[0059]請(qǐng)參考圖6，以剩余的硬掩膜層108b和無(wú)定形碳層107b為掩膜，繼續(xù)蝕刻剩余的介質(zhì)層106b、刻蝕停止層105a和帽蓋層104a，以形成暴露金屬柵極103的接觸孔115，并且，由于同時(shí)以剩余的硬掩膜層108b和無(wú)定形碳層107b為掩模，因此形成的接觸孔115呈大馬士革雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。此時(shí)，無(wú)定形碳層107b被再次蝕刻形成最終殘留的無(wú)定形碳層107c,介質(zhì)層106b被再次蝕刻形成最終殘留的介質(zhì)層106c,而刻蝕停止層105a和帽蓋層104a被分別蝕刻形成剩余的刻蝕停止層105b和帽蓋層104b。
[0060]需要說(shuō)明的是，在上述刻蝕過(guò)程中，同時(shí)刻蝕去除了上述未示出的襯氧化層。
[0061]本實(shí)施例中，同樣采用上述同步脈沖等離子體刻蝕方法對(duì)介質(zhì)層106b、刻蝕停止層105a和帽蓋層104a進(jìn)行蝕刻，從而形成介質(zhì)層106c、刻蝕停止層105b和帽蓋層104b。同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的氣體同樣可以包括0匕和CHF3，CF4的流量范圍可以為lOsccm?500sccm,CHF3的流量范圍可以為lOsccm?250sccm。同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的壓強(qiáng)范圍為lOmTorr?200mTorr，采用的頻率范圍包括10Hz?2000Hz，采用的功率范圍包括0?lOOOw，并且占空比可以為2 %?90 %。更多同步脈沖等離子體刻蝕方法的內(nèi)容可參考前道刻蝕工藝相應(yīng)內(nèi)容。
[0062]需要特別說(shuō)明的是，當(dāng)形成的接觸孔115暴露金屬柵極103時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的連續(xù)波等離子體刻蝕方法，會(huì)對(duì)金屬柵極103表面造成較為嚴(yán)重的損傷，并且，接觸孔直徑越大，損傷作用越強(qiáng)。但是本實(shí)施例采用同步脈沖等離子體刻蝕方法進(jìn)行蝕刻，同步脈沖等離子體對(duì)金屬柵極103表面的刻蝕作用大幅減小，因此，金屬柵極103表面受到的損傷小，有利于提高后續(xù)接觸插塞的電接觸性能。
[0063]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，當(dāng)不需要形成呈大馬士革雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的接觸孔時(shí)，也可以簡(jiǎn)單采用下述方法形成:在介質(zhì)層上形成圖形化掩膜層；以掩膜層為掩膜對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，直至在介質(zhì)層內(nèi)形成接觸孔，接觸孔的底部暴露金屬層；去除掩膜層。
[0064]請(qǐng)繼續(xù)參考圖6，對(duì)接觸孔115的側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)處理，本實(shí)施例中，修復(fù)處理采用的溫度范圍為70°C?400°C，所述修復(fù)處理為等離子體修復(fù)處理。
[0065]需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行修復(fù)處理之前，可以先去除圖6所示的硬掩膜層108b和無(wú)定形碳層107c,但是,也可以在此時(shí)保留硬掩膜層108b和無(wú)定形碳層107c,而后續(xù)在形成金屬插塞后，再進(jìn)行相應(yīng)的去除工藝。
[0066]現(xiàn)有方法通常采用在20°C?60°C的溫度條件下進(jìn)行修復(fù)處理。然而本實(shí)施例中，將溫度提高至70V?400°C，具體的，所述溫度可以為70°C、80°C、90°C、100°C、110°C、120 V、130 V、140 V、150 °C>200 °C>220 °C>240 °C>260 °C>300 °C>310 °C>320 °C>350 °C 或者400°C。在400°C以下時(shí)，所述修復(fù)并不會(huì)對(duì)其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)造成不利影響。雖然將溫度提高至70V?400V時(shí)，增加了能量消耗，提高了熱預(yù)算，但是，在70°C?400V進(jìn)行修復(fù)處理時(shí)，接觸孔的表面被修復(fù)得更加完好，處理后的接觸孔表面易于后續(xù)金屬籽晶層的生長(zhǎng)，即修復(fù)處理后的接觸孔更加易于被后續(xù)的金屬材料填充，并且填充后形成的金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量更好，從而使所形成的金屬互連結(jié)構(gòu)性能更好，降低金屬互連結(jié)構(gòu)的RC延遲，并且顯著改善金屬互連結(jié)構(gòu)的電遷移問(wèn)題。
[0067]本實(shí)施例中，修復(fù)處理采用的氣體包括隊(duì)、比、0)2和C0的至少其中之一。采用N2、h2、C02和C0等氣體能夠進(jìn)一步減小上述刻蝕過(guò)程中沉積下來(lái)的聚合物。
[0068]本實(shí)施例中，所述修復(fù)處理為可以原位修復(fù)處理。原位修復(fù)處理即直接在前道刻蝕工藝之后，在刻蝕腔內(nèi)直接進(jìn)行所述修復(fù)處理，從而不僅節(jié)省工藝流程和工藝時(shí)間，而且使接觸孔的處理更加干凈的修復(fù)環(huán)境，從而不受外界影響。
[0069]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用非原位修復(fù)處理，即在前道刻蝕工藝之后，轉(zhuǎn)移至另一個(gè)腔室中再進(jìn)行修復(fù)處理。
[0070]圖中雖未顯示，但是本實(shí)施例后續(xù)可以采用金屬材料填充接觸孔，從而形成金屬互連結(jié)構(gòu)(金屬插塞)，之后可以進(jìn)行平坦化工藝對(duì)金屬互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行平坦化。
[0071]本實(shí)施例中，所述金屬材料可以包括銅、鋁和鎢的至少一種。
[0072]本實(shí)施例形成的接觸孔在填充形成金屬結(jié)構(gòu)之后，經(jīng)制作在金屬互連結(jié)構(gòu)上的測(cè)試結(jié)構(gòu)的測(cè)試，其電遷移問(wèn)題顯著改善，特別是順流(downstream)電遷移問(wèn)題基本得到解決。
[0073]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成金屬層； 在所述金屬層上形成介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層中形成接觸孔，所述接觸孔的底部暴露所述金屬層； 對(duì)所述接觸孔的側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)處理，所述修復(fù)處理采用的溫度范圍為70°C?400°C ； 采用金屬材料填充所述接觸孔。2.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述修復(fù)處理采用的氣體包括N2、H2、C02和CO的至少其中之一。3.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述修復(fù)處理為原位修復(fù)處理。4.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成接觸孔的步驟包括: 在所述介質(zhì)層上形成圖形化掩膜層； 以所述掩膜層為掩膜對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，直至在所述介質(zhì)層內(nèi)形成所述接觸孔； 去除所述掩膜層。5.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，采用脈沖等離子體刻蝕方法對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕。6.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述脈沖等離子體刻蝕方法為同步脈沖等離子體刻蝕方法。7.如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的氣體包括0?4和CHF3，CF4的流量范圍為lOsccm?500sccm，CHF3的流量范圍為lOsccm?250sccmo8.如權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述同步脈沖等離子體刻蝕方法采用的壓強(qiáng)范圍為lOmTorr?200mTorr，采用的頻率范圍包括10Hz?2000Hz，采用的功率范圍包括0?lOOOwo9.如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底與所述介質(zhì)層之間還包括襯氧化層。10.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述金屬材料包括銅、鋁和鎢的至少一種。
【專利摘要】一種金屬互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成金屬層；在所述金屬層上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中形成接觸孔，所述接觸孔的底部暴露所述金屬層；對(duì)所述接觸孔的側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)處理，所述修復(fù)處理采用的溫度范圍為70℃～400℃；采用金屬材料填充所述接觸孔。所述形成方法形成的金屬互連結(jié)構(gòu)性能更好，降低金屬互連結(jié)構(gòu)的RC延遲，并且顯著改善金屬互連結(jié)構(gòu)的電遷移問(wèn)題。
【IPC分類】H01L21/768
【公開號(hào)】CN105336663
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410239105
【發(fā)明人】張海洋, 周俊卿
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年5月30日