專利名稱：互連接觸的干法回蝕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對半導(dǎo)體器件的制造，尤其針對用于集成電路器件的 金屬化制造。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體器件的金屬化互連的形成，尤其涉及形 成在半導(dǎo)體表面上的接觸的形成，所述接觸與基于銅的金屬構(gòu)成的 金屬化相接合。在當(dāng)前實(shí)踐的工藝中，將本地互連溝槽蝕刻在沉積 于具有有源器件的襯底上的第 一 絕緣層中。該蝕刻的溝槽填充有襯 墊/鴒核，以與襯底器件的某些部分相接觸，并且被拋光成與第一絕緣層共面，以形成本地互連(MC)。沉積第二絕緣層并且其中蝕刻有柱體(stud)接觸孔。該蝕刻的柱 體接觸孔填充有襯墊/鴒核，并且被拋光成與形成埋置在該絕緣層中 的柱體接觸(CA)的第二絕緣層共面，其中使得所述柱體接觸與本 地互連(MC)相接觸，同時也與該器件的另外部分相接觸。接著， 通過沉積和減去(subtractive )蝕刻或者通過需要第三層的大馬士革 工藝形成第一布線層(Ml )。此M1布線層與柱體接觸(CA)相接 觸。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一方面提供了一種制造電子器件的方法，包括如下 步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供形成在所述襯底上的氧 化物中的包括第一導(dǎo)電材料的導(dǎo)電過孔；在該導(dǎo)電過孔上提供電介 質(zhì)層；在該電介質(zhì)層上提供氧化物層；在該氧化物層上提供光致抗 蝕劑層；在該光致抗蝕劑層中形成開口 ；使用含氟氣體來去除該光致抗蝕劑層以及去除在所述開口中的電介質(zhì)層和氧化物層以及所述第一導(dǎo)電材料的至少一部分；以及在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料， 以形成包括第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。本發(fā)明能夠改善CA (柱體接觸)接觸電阻增大的問題，其中 CA接觸電阻隨著工藝從90nm節(jié)點(diǎn)尺寸發(fā)展到65nm和45nm節(jié)點(diǎn)尺 寸而增大。本發(fā)明也能夠提供比某些已知器件中的更可靠的接觸。含氟氣體優(yōu)選地是NF3、 F2或SF6。在優(yōu)選實(shí)施方式中，電介質(zhì) 層是低K SiCOH材料。此低K SiCOH材料可以是多孔超低K材料。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電材料是鵠，以及第二導(dǎo)電材料是銅。 然而，本發(fā)明并不限于使用鎢本地互連。在優(yōu)選實(shí)施方式中，含氟 氣體包括大約500sccm的氬和大約50sccm的NF3。此含氟氣體還可 以包括在壓力為大約lOOmTorr到大約200mTorr下大約10sccm的 02和50sccm的CH2F2或CH3F。本發(fā)明的第二方面提供了一種制造電子器件的方法，包括如下 步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供形成在所述襯底上的氧 化物中的包括第 一 導(dǎo)電材料的導(dǎo)電過孔；在該導(dǎo)電過孔上提供電介 質(zhì)層；在該電介質(zhì)層上提供氧化物層；在該氧化物層上提供光致抗 蝕劑層；在該光致抗蝕劑層中形成開口；使用含碳氟化合物的氣體 來去除在所述開口中的電介質(zhì)層和氧化物層；去除光致抗蝕劑層； 使用含氟氣體來去除在所述開口中第一導(dǎo)電材料的至少一部分；以 及在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料，以形成包括第一導(dǎo)電材料和第 二導(dǎo)電材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。本發(fā)明的另一方面提供了一種制造電子器件的方法，包括如下 步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供包括第一導(dǎo)電材料的形 成在所述襯底上的氧化物中的導(dǎo)電過孔；在該導(dǎo)電過孔上提供電介 質(zhì)層；在該電介質(zhì)層上提供氧化物層；在該氧化物層上提供光致抗 蝕劑層；在該光致抗蝕劑層中形成開口；使用含碳氟化合物的氣體 來去除在所述開口中的電介質(zhì)層和氧化物層；使用含氟氣體來去除 光致抗蝕劑層和去除在所述開口中的第一導(dǎo)電材料的一部分；在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料，以形成包括第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電 材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。本發(fā)明在另一方面還提供一種電子器件，包括形成在村底上 的多晶硅柵極；與多晶硅柵極相接觸的復(fù)合柱體過孔結(jié)構(gòu)，該復(fù)合 柱體過孔結(jié)構(gòu)具有第一部分和第二部分。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一 部分包括鴒，以及第二部分包括銅。在優(yōu)選實(shí)施方式中，只有第一 部分與多晶硅柵極相接觸。在優(yōu)選實(shí)施方式中，復(fù)合柱體過孔結(jié)構(gòu)的寬度約為100nm以及高度約為2000埃。第一部分的高度約為500埃。
以下通過示例方式，參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方 式，其中圖1-5示出了用于形成柱體接觸互連的傳統(tǒng)工藝；以及 圖6-9示出了根據(jù)本發(fā)明用于形成柱體接觸互連的方法。 附圖僅用于說明目的，并未按比例繪制。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過在Ml RIE工藝之后或期間部分地干法回蝕鎢CA接 觸，來減小CA接觸電阻。接著，隨后在Ml加襯/電鍍工藝期間使 凹入的CA接觸金屬化。在鴒CA已經(jīng)完全形成后，本發(fā)明減小了鎢 CA的高度。減小CA的高度會對CA接觸電阻具有顯著影響。例如，考慮在具有TEOS(正硅酸乙酯，Si(OC2H5)4)硬掩膜(HM ) 的SiCOH材料中的Ml。存在一種不蝕刻(或者以非常低的速率蝕 刻)TEOS (包括HM和CA TEOS 二者)的選擇性SiCOH蝕刻化學(xué) 反應(yīng)。這種SiCOH蝕刻化學(xué)反應(yīng)是預(yù)期容易蝕刻W的基于NF3的蝕 刻。本發(fā)明公開了在Ml的電介質(zhì)蝕刻中回蝕，以便降低鎢接觸電 阻。鴒的凹入對于隨后的金屬化不是問題，因?yàn)楸景l(fā)明使用能夠可靠填充具有高深寬比特征的傳統(tǒng)加襯/種子/電鍍工藝。更詳細(xì)地參考附圖，特別是參考圖1,其中示出了在氧化物20 中的導(dǎo)電過孔(CA) 15。在優(yōu)選實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料會是鎢(W)。 現(xiàn)在參考圖2,現(xiàn)在可以通過傳統(tǒng)大馬士革工藝創(chuàng)建下一層金屬導(dǎo) 線，該工藝開始先沉積低K電介質(zhì)膜(Ml電介質(zhì))30,接著沉積氧 化物硬掩膜(Ml硬掩膜)40和Ml光致抗蝕劑50。現(xiàn)在參考圖3，其中示出了通過包含抗蝕劑剝離的反應(yīng)離子蝕刻 (RIE)將M1線圖形60轉(zhuǎn)印到電介質(zhì)30中?，F(xiàn)在參考圖4,其中 示出了傳統(tǒng)的加村/種子/電鍍工藝步驟，以便形成襯墊70和Ml布 線金屬80?，F(xiàn)在參考圖5,其中示出了最后的傳統(tǒng)工藝步驟CMP， 以形成Ml布線90。本發(fā)明可以和與圖2所示的低K材料30和氧化物硬掩膜40的 電介質(zhì)沉積步驟相同的步驟，以及與其后緊跟著的光刻步驟相同的 步驟一起使用。本發(fā)明在RIE步驟期間或之后有別于已有技術(shù)。參考圖6，本發(fā)明的第一實(shí)施方式使用含氟氣體(但不是基于碳 氟化合物的氣體)，諸如NF3, F2或SF6來選擇性地蝕刻低K電介 質(zhì)30到氧化物20。在優(yōu)選實(shí)施方式中，低K電介質(zhì)30是類似于 SiCOH的材料，其可以是多孔-ULK (超低K)材料。在該RIE步驟 期間，抗蝕劑選擇性將會很低，通過在這些基于氟的化學(xué)反應(yīng)中表 現(xiàn)出低蝕刻速率的氧化物硬掩膜40來提供這種情況下的臨界尺寸 (CD)控制。 一旦在CA鎢15上的低K材料清除，基于氟的化學(xué) 反應(yīng)也能夠蝕刻CA鎢15以及CA襯墊10。因此，低K過蝕刻可以 被用于使CA鴒過孔凹入至希望的深度。由于在這些化學(xué)反應(yīng)中抗蝕 劑的蝕刻速率4艮高，因此抗蝕劑也可以在4氐K過蝕刻之前或期間^皮 完全消耗掉，并且不需要額外的抗蝕劑剝離。此選擇性Ml RIE工藝與諸如平行板和中密度等離子體RIE工具 的傳統(tǒng)蝕刻工具兼容。在優(yōu)選實(shí)施方式中，蝕刻氣體包括大約 500sccm的Ar和大約50sccm的NF3。另夕卜，可以添加少量的02和 CH2F2或CH3F。例如，大約10sccm的02和大約50sccm的CH2F2或CH3F。后面的添加物可以幫助維持臨界尺寸或者增大對氧化物硬 掩膜或抗蝕劑的選擇性。在優(yōu)選實(shí)施方式中，壓力大約為100到200 mTorr，針對27MHz和2MHz的頻率，功率均為大約500 W。本發(fā)明的另一實(shí)施方式是在光刻步驟之后遵照已知技術(shù)。換句 話說，使用基于碳氟化合物的化學(xué)反應(yīng)來限定溝槽和抗蝕劑剝離， 以去除光致抗蝕劑材料。在這點(diǎn)上，可以換成基于氟的化學(xué)劑(NF3， F2, SF6)來相對于氧化物硬掩膜20和CA TEOS有選擇地使CA鴒 15和4十墊10凹入。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，在光刻步驟之后遵照已知技術(shù)。 這種情況下，可以使用基于碳氟化合物的化學(xué)反應(yīng)來限定低K電介 質(zhì)30中的溝槽，但是省略抗蝕劑剝離。下一步驟可以是使CA鎢15 和襯墊10凹入，這一步驟也剝離了剩余的光致抗蝕劑材料50。圖6示出了最終結(jié)果的橫截面。圖7示出了針對這三個實(shí)施方 式的俯視圖，其示出了位于形成在低K電介質(zhì)30和氧化物硬掩膜 40中的凹入溝槽中的部分暴露的CA鎢15和襯墊10。此結(jié)構(gòu)的金屬 化通過上面討論的已知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。參考圖8,其中示出了在襯墊70和Ml布線金屬80的加襯/種子 /電鍍之后的結(jié)構(gòu)。參考圖9，示出了CMP之后的結(jié)構(gòu)。通過對比圖5和圖9，可以理解本發(fā)明的新穎特征。CA已經(jīng)被 直接凹入M1線之下，并且CA柱體中鴿體積15相當(dāng)大的部分已經(jīng) 被銅80代替。銅80的低電阻率導(dǎo)致了較低的柱體電阻。另外，利 用該新結(jié)構(gòu)，在CA柱體15與Ml線80之間的4妾觸區(qū)域明顯更大并 且可以產(chǎn)生更可靠接合。這提供了到器件的接合保持不變并且材料 相同(阻擋層和W)的顯著的可靠性優(yōu)點(diǎn)。如圖9所示，現(xiàn)在CA柱體互連是具有兩種導(dǎo)電材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料是鴒和銅。在優(yōu)選實(shí)施方式中，此復(fù) 合柱體結(jié)構(gòu)的寬度大約為100nm以及高度約為2000埃，并且鎢部分 的高度約為500埃。此復(fù)合CA柱體接觸將具有比傳統(tǒng)接觸更低的接觸電阻。例如，2000埃高以及95nm寬的傳統(tǒng)鴒CA柱體估計(jì)其接觸電阻為19歐姆。 該電阻的大約三分之一來自于W的導(dǎo)電性。如果鎢CA^皮回蝕為500 埃的高度，則接觸電阻將從19歐姆降為13歐姆。另一優(yōu)點(diǎn)是增大 在任何未對準(zhǔn)(以及凹入的)CA柱體與Ml線之間的接觸區(qū)域。除 了銅線與CA柱體之間較低的接觸電阻之外，這也提供了更可靠的接 觸。對于與本公開相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯的是，可以在不脫離本發(fā)明精神的條件下做出除此處特別描述的那些實(shí)施方式之外本 發(fā)明的其他修改。因此，這種修改都被視為在由所附權(quán)利要求限定的本 發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造電子器件的方法，包括如下步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供形成在所述襯底上的氧化物中的包括第一導(dǎo)電材料的導(dǎo)電過孔；在所述導(dǎo)電過孔上提供電介質(zhì)層；在所述電介質(zhì)層上提供氧化物層；在所述氧化物層上提供光致抗蝕劑層；在所述光致抗蝕劑層中形成開口；使用含氟氣體來去除所述光致抗蝕劑層以及去除在所述開口中的所述電介質(zhì)層和所述氧化物層以及所述第一導(dǎo)電材料的一部分；在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料，以形成包括所述第一導(dǎo)電材料和所述第二導(dǎo)電材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含氟氣體選自由NF3、 F2和SF6組成的組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電介質(zhì)層是低K SiCOH 材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述低KSiCOH材料是多 孔超低K材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電材料是鎢， 以及所述第二導(dǎo)電材料是銅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述含氟氣體去除包括大 約500sccm的氬以及大約50sccm的NF3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述含氟氣體去除還包括 大約10sccm的02以及50sccm的CH2Fz或CH3F。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述含氟氣體去除的壓力 是大約100mTorr到大約200mTorr。
9. 一種制造電子器件的方法，包括如下步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供形成在所述襯底上的氧化物中的包括第 一 導(dǎo)電材料的導(dǎo)電 過孔；在所述導(dǎo)電過孔上提供電介質(zhì)層； 在所述電介質(zhì)層上提供氧化物層； 在所述氧化物層上提供光致抗蝕劑層； 在所述光致抗蝕劑層中形成開口 ；使用含碳氟化合物的氣體來去除在所述開口中的所述電介質(zhì)層 和所述氧化物層；去除所述光致抗蝕劑層；使用含氟氣體來去除在所述開口中的所述第一導(dǎo)電材料的一部分；在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料，以形成包括所述第 一導(dǎo)電材料 和所述第二導(dǎo)電材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述含氟氣體選自由NF3、 F2和SF6組成的組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電介質(zhì)層是低K SiCOH材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述低KSiCOH材料是 多孔超低K材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電材料是鎢， 以及所述第二導(dǎo)電材料是銅。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述含氟氣體去除包括 大約500sccm的氬以及大約50sccm的NF3。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述含氟氣體去除還包 括大約10sccm的02以及50sccm的CH2F2或CH3F。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述含氟氣體去除的壓 力是大約100mTorr到大約200mTorr。
17. —種制造電子器件的方法，包括如下步驟提供將在其上形成接觸的襯底；提供形成在所述襯底上的氧化物中的包括第 一導(dǎo)電材料的導(dǎo)電 過孔；在所述導(dǎo)電過孔上提供電介質(zhì)層； 在所述電介質(zhì)層上提供氧化物層； 在所述氧化物層上提供光致抗蝕劑層； 在所述光致抗蝕劑層中形成開口 ；使用含碳氟化合物的氣體來去除在所述開口中的所述電介質(zhì)層 和所述氧化物層；使用含氟氣體來去除所述光致抗蝕劑層和去除在所述開口中的 所述第 一 導(dǎo)電材料的 一 部分；在所述開口中沉積第二導(dǎo)電材料,以形成包括所述第一導(dǎo)電材料 和所述第二導(dǎo)電材料的復(fù)合導(dǎo)電過孔。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述含氟氣體選自由 NF3、 F2和SF6組成的組。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述電介質(zhì)層是低K SiCOH材料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述低KSiCOH材料是 多孔超低K材料。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電材料是鎢， 以及所述第二導(dǎo)電材料是銅。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述含氟氣體去除包括 大約500sccm的氬以及大約50sccm的NF3。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述含氟氣體去除還包 括大約10sccm的02以及50sccm的CHzF2或CH3F。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述含氟氣體去除的壓 力是大約100mTorr到大約200mTorr。
25. —種電子器件，包括 形成在襯底上的多晶硅柵極；與所述多晶硅柵極相接觸的復(fù)合柱體過孔結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合柱體 過孔結(jié)構(gòu)具有第一部分和第二部分。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電子器件，其中所述第一部分由鎢 組成，所述第二部分由銅組成。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的電子器件，其中只有所述第一部分 與所述多晶硅柵極相接觸。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的電子器件，其中所述復(fù)合柱體過孔 結(jié)構(gòu)的寬度約為100nm以及高度約為2000埃。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的電子器件，其中所述第一部分的高 度約為500埃。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的電子器件，其中所述第一部分與所 述多晶硅斥冊極和導(dǎo)電金屬互連相接觸。
全文摘要
一種用于具有減小的接觸電阻以及改進(jìn)的可靠性的復(fù)合柱體接觸接合的方法和結(jié)構(gòu)。使用選擇性干法蝕刻，該選擇性干法蝕刻包括含氟氣體。通過在M1 RIE工藝之后或期間部分地干法回蝕鎢接觸，來減小接觸電阻。接著，隨后在M1加襯/電鍍工藝期間使凹入的接觸金屬化。在完全形成后，減少了鎢接觸的高度。
文檔編號H01L21/768GK101228624SQ200680027055
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者S·格雷科, S·?？ㄌm, T·斯坦達(dá)厄特, W·布里爾利 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司