基于金屬硬掩膜的超低k互連的制造方法及制造的產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法及制造的廣品。
【背景技術(shù)】
[0002]用于形成互連的已知工藝包括“鑲嵌工藝”(damascene process)。在一般的鑲嵌工藝中，使用光刻膠作為掩膜蝕刻電介質(zhì)層以形成開口，該開口包括通孔和溝槽。然后去除光刻膠，用導(dǎo)電材料填充該開口以便形成用于互連的通孔和跡線。
[0003]由于器件密度和連線密度的增加、線寬減小，導(dǎo)致阻容(RC)耦合增大，從而使信號(hào)傳輸延時(shí)、干擾噪聲增強(qiáng)和功耗增大，這給超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。
[0004]利用金屬或金屬化合物作為硬掩膜層可有利于形成更小臨界尺寸的互連通孔和跡線。
[0005]同時(shí)，在生產(chǎn)線的后端采用超低K電介質(zhì)(Ultra-low-k Dielectrics)作為層間電介質(zhì)層，可減少半導(dǎo)體芯片上晶體管間連接導(dǎo)線的延誤率，獲得較低的RC延遲。目前的低介電常數(shù)(K)材料K值為3.0，而介電常數(shù)(K)值不大于2.6的電介質(zhì)可被稱為超低K電介質(zhì)。采用超低K電介質(zhì)無疑有助于芯片整體效能的提高。
[0006]目前已知基于氟(F)的刻蝕工藝用于形成超低K雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)?zhí)枮?01010285728.5的中國(guó)專利申請(qǐng)中介紹了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中利用四氟化碳蝕刻超低K電介質(zhì)。在基于氟的蝕刻過程中，等離子體活性基與被蝕刻的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的聚合物并隨氣流離開。然而，在蝕刻之后，在晶片上仍然會(huì)殘留一部分聚合物，因此需要后續(xù)的清洗工藝來去除聚合物殘留，使得這種基于氟的刻蝕工藝不可避免地會(huì)導(dǎo)致超低K電介質(zhì)層的損壞，使輪廓彎曲或臨界尺寸增加。
[0007]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于金屬硬掩膜在超低K電介質(zhì)中進(jìn)行蝕刻的過程的剖面示意圖。
[0008]如圖1A所不，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成超低K電介質(zhì)層110和金屬硬掩膜層120。如圖1B所示，通過常用的蝕刻工藝在金屬硬掩膜120中形成開口。如圖1C所示，以金屬硬掩膜120作為掩膜層，通過基于F的干法蝕刻工藝對(duì)超低K電介質(zhì)層110進(jìn)行蝕刻，以在超低K電介質(zhì)層110中形成開口。然后利用DHF溶液對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行清洗，以便去除在超低K電介質(zhì)層110的蝕刻期間形成的殘留在晶片100上的基于F的聚合物，其中DHF溶液可包括H20，HF。
[0009]在實(shí)際制造過程中，對(duì)超低K電介質(zhì)層110的干法蝕刻過程和利用DHF清洗過程之間有一定的等待時(shí)間。由于基于TiN的硬掩膜方法對(duì)基于F的聚合物敏感，因此要求干法刻蝕和濕法清洗之間的等待時(shí)間必須很短，否則基于F的殘留聚合物將會(huì)在晶片結(jié)構(gòu)中造成缺陷，并且使后續(xù)的間隙填充開口劣化。
[0010]因此，需要一種形成超低k互連的方法，其能夠減小對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞，獲得更加堅(jiān)固的蝕刻結(jié)構(gòu)，從而使得從干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法，該制造方法對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞很小且對(duì)后續(xù)清洗工藝而言更堅(jiān)固，從而使得從干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長(zhǎng)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法，包括:a)在襯底上依次形成超低K電介質(zhì)層和金屬硬掩膜層；b)圖案化金屬硬掩膜層，以在金屬硬掩膜層中形成開口 ；以及c)蝕刻開口位置的超低K電介質(zhì)層，其中所述蝕刻工藝的蝕刻氣體包括溴化物。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的蝕刻工藝是利用HBr、氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w的干法蝕刻工藝。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的干法蝕刻工藝所采用的射頻功率是2MHz-60MHz，蝕刻腔室內(nèi)的壓力為10_200mTorr，HBr氣體的流量為10_200sccm，Ar氣體的流量100-1000sccm，N2氣體的流量為50-500sccm，02氣體的流量為5-100sccm，腔室內(nèi)的溫度為 0-100°C。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法通過所述干法蝕刻工藝在所述超低K電介質(zhì)層中形成倒梯形開口。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的超低K電介質(zhì)層的介電常數(shù)不大于2.6。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的超低K電介質(zhì)層的介電常數(shù)為2.45或2.2。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的金屬硬掩膜是TiN、BN、A1N或其組合。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，在金屬硬掩膜層中形成的所述開口包括第一開口和第二開口，所述第一開口用于在超低K電介質(zhì)中形成通孔，所述第二開口用于在超低κ電介質(zhì)中形成溝槽。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，在步驟b)和c)之間進(jìn)行以下步驟:在金屬硬掩膜層上以及所述第一開口和第二開口內(nèi)形成底部抗反射涂層和光刻膠層；圖案化所述光刻膠層和底部抗反射涂層以在所述第一開口處暴露所述超低K電介質(zhì)層；以光刻膠層作為掩膜，通過所述第一開口，蝕刻所述超低K電介質(zhì)層以形成部分通孔；以及去除所述底部抗反射涂層和光刻膠層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，所述部分通孔的厚度是所述超低K電介質(zhì)層厚度的約70%。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，通過所述第一開口蝕刻所述超低K電介質(zhì)層的步驟采用基于氟的蝕刻工藝或基于溴的蝕刻工藝。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法中，所述蝕刻工藝用于在所述超低K電介質(zhì)中形成通孔和溝槽。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法還包括對(duì)蝕刻后的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行清洗過程，所述清洗過程包括DHF清洗、EKC、H202或其組合。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0026]由于本發(fā)明所描述的方法不使用基于氟(F)的蝕刻工藝，可避免基于F的蝕刻工藝引起的對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞、使輪廓彎曲或臨界尺寸增加等問題。由于在基于溴化物(例如HBr)的干法蝕刻后，晶片上不會(huì)殘留基于F的聚合物，使得干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長(zhǎng)，這有利于整體的半導(dǎo)體制造過程靈活、穩(wěn)定。利用基于溴化物(例如HBr)的蝕刻工藝，可在超低K電介質(zhì)氧化物中形成倒梯形開口，這種倒梯形開口有利于后續(xù)清洗液離開超低K電介質(zhì)?；阡寤?例如HBr)的蝕刻工藝還產(chǎn)生疏水側(cè)壁，進(jìn)一步減輕后續(xù)清洗過程對(duì)超低K電介質(zhì)的影響，從而獲得更加堅(jiān)固的超低K互連結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0027]為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的各實(shí)施例的以上和其他優(yōu)點(diǎn)和特征，將參考附圖來呈現(xiàn)本發(fā)明的各實(shí)施例的更具體的描述?？梢岳斫?，這些附圖只描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此將不被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制。在附圖中，為了清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。相同或相應(yīng)的部件將用相同或類似的標(biāo)記表示。
[0028]圖1A-1C示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于金屬硬掩膜在超低K電介質(zhì)中進(jìn)行蝕刻的過程的剖面示意圖。
[0029]圖2A-2H示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用在金屬硬掩膜中形成開口的過程的剖面示意圖。
[0030]圖3A-3F 7K出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用基于HBr的蝕刻工藝在超低K電介質(zhì)中形成開口的過程的剖面示意圖。
[0031]圖4 7K出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用基于HBr的蝕刻工藝在超低K電介質(zhì)中形成開口的流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0032]在以下的描述中，參考各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可在沒有一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)的情況下或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實(shí)施各實(shí)施例。在其它情形中，未示出或未詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本發(fā)明的各實(shí)施例的諸方面晦澀。類似地，為了解釋的目的，闡述了特定數(shù)量、材料和配置，以便提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的全面理解。然而，本發(fā)明可在沒有特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。此夕卜，應(yīng)理解附圖中示出的各實(shí)施例是說明性表示且不一定按比例繪制。
[0033]在現(xiàn)有的技術(shù)互連結(jié)構(gòu)中，隨著集成電路布線寬度的不斷減小，更高的布線密度將使得金屬互連結(jié)構(gòu)中的電遷移問題日益突出。采用超低K電介質(zhì)作為層間電介質(zhì)層將會(huì)極大地改善半導(dǎo)體器件連接線的性能。
[0034]在現(xiàn)有技術(shù)中，利用基于氟的蝕刻工藝蝕刻超低K電介質(zhì)層，以形成開口。然而，由于基于氟的蝕刻工藝會(huì)對(duì)超低K電介質(zhì)和金屬硬掩膜造成損壞，本發(fā)明提出一種利用溴化物(例如HBr)代替氟化物的蝕刻工藝。從基于氟化物的蝕刻工藝，到基于氯化物的蝕刻工藝，再到本發(fā)明的基于溴化物(例如HBr)的蝕刻工藝，所刻蝕的超低K氧化物層的通孔和溝槽的剖面輪廓從垂直過渡到向外傾斜，即在超低K氧化物層中形成倒梯形開口。倒梯形開口有利于進(jìn)行后續(xù)的清洗工藝。同時(shí)，基于溴化物(例如HBr)的蝕刻工藝還產(chǎn)生疏水側(cè)壁，進(jìn)一步減輕后續(xù)清洗過程對(duì)超低K電介質(zhì)的影響。
[0035]下面將結(jié)合示例性實(shí)施例的剖面示意圖描述根據(jù)本發(fā)明的基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法。
[0036]圖2A-2H示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在金屬硬掩膜中形成開口的過程的剖面示意圖。為了便于說明，圖2A至2H中未示出半導(dǎo)體晶體管及該晶體管的源極、漏極和柵極等結(jié)構(gòu)。如圖2A所示，襯底200可以是包括半導(dǎo)體元