專利名稱：互連結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及互連結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體工業(yè)已進入亞微米時代(小于0.35 μ m)。特征 尺寸不斷減小和金屬連線高寬比增加導(dǎo)致互連電容快速上升，然后引起串?dāng)_問題。另一方 面，層數(shù)增加引起的層間寄生電容的加大并產(chǎn)生額外的互連延時，這成了提高電路速度的 主要障礙，寄生電容還增加了功耗。所有這些問題限制了電路性能的改進。尋找和開發(fā)新 的低k材料作為介質(zhì)已是技術(shù)關(guān)鍵。傳統(tǒng)介質(zhì)材料SW2已不能滿足提高集成電路性能的 需要。65納米集成電路用的新介電材料不僅要有低介電常數(shù)，還要具備的特征包括足夠 高的擊穿電壓(達4MV/cm)、高楊氏模量、高機械強度、熱穩(wěn)定性好(達450°C )、足夠低的 漏電流(lMV/cm時低于10_9)、低吸濕性、薄膜應(yīng)力小、熱膨脹系數(shù)小、粘著強度高以及與CMP 工藝有兼容性等等。而在集成電路的制造中，通常通過刻蝕工藝將沉積在半導(dǎo)體襯底上的材料，比如 二氧化硅、氮化硅、多晶硅、金屬、金屬硅化物和單晶硅以預(yù)定好的圖形刻蝕形成柵、通路、 溝槽、溝道或者互連線。在刻蝕工藝中，刻蝕殘余物(經(jīng)常指聚合物)會沉積在刻蝕腔內(nèi)的腔壁和其它部 件的表面上，刻蝕殘余物的組成依賴于蒸發(fā)的刻蝕氣體的類型、被刻蝕的材料、以及襯底上 掩膜層的化學(xué)組成。例如，當(dāng)被刻的是金屬層，例如鋁等，對金屬層的刻蝕會導(dǎo)致金屬物質(zhì) 的蒸發(fā)。另外，襯底上的掩膜層也會部分的被刻蝕氣體蒸發(fā)出來形成氣態(tài)的烴、氟代烴、氯 代烴或者含氧物質(zhì)。這些蒸發(fā)的氣態(tài)物質(zhì)冷凝下來，形成包括聚合副產(chǎn)物的刻蝕劑的殘余 物。所述聚合副產(chǎn)物包括硅氟化物、金屬氯化物或者氧氣以及高度氟代和/或氯代的烴。現(xiàn)有制作溝槽的工藝參考圖IA至圖1F。如圖IA所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述 半導(dǎo)體襯底100上已依次包含有布線層101、絕緣介質(zhì)層102和第一光刻膠層103，其中布 線層101的材料可以為鋁或鋁銅合金或多晶硅；第一光刻膠層103，如圖IB所示，經(jīng)過曝光 顯影工藝后，在第一光刻膠層103上定義出通孔位置。如圖IC所示，以第一光刻膠層103為掩膜，用干法刻蝕法沿光刻膠刻蝕絕緣介質(zhì) 層102至露出布線層101，形成通孔104。如圖ID所示，在第一光刻膠層103上以及通孔104內(nèi)再次形成一層光刻膠，作為 第二光刻層103a。如圖IE所示，對第一光刻膠層103和第二光刻膠層103a進行曝光顯影。如圖IF所示，繼續(xù)以第二光刻膠層103a為掩膜，用干法刻蝕絕緣介質(zhì)層形成溝槽 105。刻蝕完成后，需要清除殘留在布線層101和絕緣介質(zhì)層102上的光刻膠，現(xiàn)有技術(shù)采 用的是A和(X)2的混合物作為去除氣體去除光刻膠，但是由于在所述通孔和溝槽刻蝕過程 中產(chǎn)生大量的聚合物仍然殘留在刻蝕腔室、絕緣介質(zhì)層102的側(cè)壁上以及通孔104內(nèi)，如圖 IF中的虛線環(huán)處，使得在光刻膠去除過程中聚合物與所述去除氣體產(chǎn)生反應(yīng)而破壞由低K 材料組成的絕緣介質(zhì)層102和布線層101，導(dǎo)致晶圓表面產(chǎn)生過多的顆粒，使溝槽的刻蝕不完全或產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是光刻膠去除過程中聚合物與所述去除氣體產(chǎn)生反應(yīng)而破壞 由低K材料組成的絕緣介質(zhì)層和布線層，導(dǎo)致晶圓表面產(chǎn)生過多的顆粒，使溝槽的刻蝕不 完全或產(chǎn)生短路現(xiàn)象。本發(fā)明提供了一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底 上依次已形成布線層、絕緣介質(zhì)層和第一光刻膠層；對第一光刻膠層進行曝光顯影，定義出 通孔位置；干法刻蝕絕緣介質(zhì)層至露出布線層，形成通孔；在第一光刻膠層上以及所述通 孔內(nèi)形成第二光刻膠層；對第二光刻膠層進行曝光顯影，定義出溝槽位置，所述溝槽的位置 與通孔位置對應(yīng)，并且開口寬度大于所述通孔的開口寬度；以第二光刻膠為掩膜，干法刻蝕 絕緣介質(zhì)層至一定深度，形成溝槽；執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的 第二光刻膠層；第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層。優(yōu)選的，在第一次干法去膠去除部分第二光刻膠層之前，還包括步驟清洗刻蝕工 藝腔側(cè)壁的聚合物，具體的工藝條件為去除氣體為C02，CO2的流量為1800 2000毫升每分 鐘，清洗時間為25 35秒。優(yōu)選的，所述執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠 層，工作頻率為27兆赫茲的源功率設(shè)定為100 200瓦，工作頻率為2兆赫茲的源功率設(shè) 定為80 120瓦，反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為45 55毫托。優(yōu)選的，所述執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠 層，具體工藝參數(shù)如下去除光刻膠的氣體為C02，CO2的流量為250 350毫升每分鐘，去 除時間為45 55秒。優(yōu)選的，所述第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層，工作頻率 為27兆赫茲的源功率設(shè)定為100 200瓦，反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90 110毫托。優(yōu)選的，所述第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層，去除光刻 膠的氣體為C02，CO2流量為250 350毫升每分鐘，去除時間為25 35秒。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點避免了由于在光刻膠去除過程中，光刻膠去除氣體與殘留在溝槽內(nèi)的聚合物混合 發(fā)生反應(yīng)而破壞溝槽側(cè)壁，并且保證了溝槽的表面完整而不會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。


圖IA到IF為現(xiàn)有互連結(jié)構(gòu)形成方法的制作示意圖；圖2A到21為本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)形成方法的制作示意圖；圖3為本發(fā)明互連結(jié)構(gòu)形成方法的制作流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)在干法刻蝕絕緣介質(zhì)層形成溝槽的過程中，由于刻蝕腔室側(cè)壁殘留有過 多的聚合物，使后續(xù)刻蝕形成溝槽時，會由于刻蝕腔側(cè)壁形成的聚合物積聚過多，導(dǎo)致晶圓 表面產(chǎn)生過多的顆粒，使溝槽的刻蝕不完全或產(chǎn)生短路現(xiàn)象，因此，本發(fā)明提供一種互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其核心思想在于先通過清除刻蝕腔室內(nèi)殘留的聚合物，并且通過二次高低 不同的反應(yīng)腔壓力值為工藝條件將光刻膠去除，避免在光刻膠去除過程中破壞半導(dǎo)體器件 的低K材料。圖2A至圖21為制作互連結(jié)構(gòu)過程中采用本發(fā)明的方法的示意圖，包括以下步 驟S201，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次已形成布線層、絕緣介質(zhì)層和第一光刻 膠層；S202，對第一光刻膠層進行曝光顯影，定義出通孔位置；S203，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層 至露出布線層，形成通孔；S204，在第一光刻膠層上以及所述通孔內(nèi)形成第二光刻膠層； S205，對第二光刻膠層進行曝光顯影，定義出溝槽位置；S206，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層，形成溝 槽；S207，向刻蝕腔室內(nèi)通入氣體，對刻蝕腔室側(cè)壁的聚合物進行清洗；S208，執(zhí)行第一次 干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層；S209，第二次干法去膠去除剩余 的第一光刻膠和第二光刻膠層。S201，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次已形成布線層、絕緣介質(zhì)層和第一 光刻膠層；如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200上已包含有晶體管或存儲 器或金屬連線等結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底200上形成布線層201，其中布線層201的材料可以為 鋁或鋁銅合金或多晶硅，如果布線層201的材料為鋁、銅或鋁銅合金的話，則形成方法為濺 鍍法或電鍍法等；如果布線層201的材料為多晶硅，則形成方法為化學(xué)氣相沉積法或等離 子體增強化學(xué)氣相沉積法等。繼續(xù)參考圖2A，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在布線層201上形成絕緣介 質(zhì)層202，用于膜層間的絕緣隔離以及互連結(jié)構(gòu)的形成，所述絕緣介質(zhì)層202的材料可以是 未摻雜的硅玻璃或其它低介電常數(shù)材料，所述低介電常數(shù)材料例如碳氧化硅(SiCO)或氟 化硅玻璃(FSG)等。用旋涂法在絕緣介質(zhì)層202旋涂第一光刻膠層203。S202，對第一光刻膠層進行曝光顯影，定義出通孔位置；經(jīng)過曝光顯影工藝后，如圖2B所示，在第一光刻膠層203上定義出通孔位置。S203，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層至露出布線層，形成通孔；參考圖2C，將帶有各膜層的半導(dǎo)體襯底200放入刻蝕腔室(未圖示)內(nèi)，以第一光 刻膠層203為掩膜，用干法刻蝕法刻蝕絕緣介質(zhì)層202至露出布線層201，形成通孔204。S204，在第一光刻膠層上以及所述通孔內(nèi)形成第二光刻膠層；如圖2D所示，在第一光刻膠層203和布線層201上覆蓋一層光刻膠形成第二光刻 膠層203a，整個通孔204內(nèi)填充第二光刻膠層203a至完全充滿。S205，對第二光刻膠層進行曝光顯影，定義出溝槽位置；如圖2E所示，對第二光刻膠層203a進行曝光顯影，定義出溝槽位置，所述溝槽的 位置與通孔204位置對應(yīng)，并且開口寬度大于所述通孔204的開口寬度。S206，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層，形成溝槽；如圖2F所示，以第二光刻膠層203a為掩膜，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層202至一定深 度，并形成溝槽205。S207,向刻蝕腔室內(nèi)通入氣體，對刻蝕腔室側(cè)壁的聚合物進行清洗；本實施例中的聚合物是在刻蝕形成溝槽時，刻蝕氣體與絕緣介質(zhì)層的氧化硅材料 反應(yīng)形成沉積至刻蝕腔室側(cè)壁的物質(zhì)。
本實施例中，去除上述刻蝕腔室側(cè)壁聚合物的氣體為C02。CO2的流量為1800 2000毫升每分鐘，清洗時間為25 35秒。S208，執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層；如圖2G所示，對于溝槽205和通孔204中的部分第二光刻膠層203a進行去除，具 體工藝參數(shù)如下工作頻率為27兆赫茲的源功率設(shè)定為100 200瓦，工作頻率為2兆赫 茲的源功率設(shè)定為80 120瓦，反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為45 55毫托，去除光刻膠的氣體為CO2, CO2的流量為250 350毫升每分鐘，去除時間為45 55秒。由于反應(yīng)腔壓力值較低，使 得去除方向為各向同性，即只有縱向方向，避免了產(chǎn)生橫向等離子體而破壞絕緣介質(zhì)層202 側(cè)壁上的超低K材料。第一次干法去膠去除部分第二光刻膠層203a完成后，溝槽205和通 孔204內(nèi)的第二光刻層203a徹底去除，同時絕緣介質(zhì)層202上的部分第二光刻膠層203a 被去除。S209，第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層。如圖2H所示，對于絕緣介質(zhì)層202上的剩余第二光刻膠層203a以及第一光刻膠 層203去除，具體工藝參數(shù)如下工作頻率為27兆赫茲的源功率設(shè)定為100 200瓦，反 應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90 110毫托，去除光刻膠的氣體為C02，CO2流量為250 350毫升每分 鐘，去除時間為25 35秒。由于第二次干法去膠去除第二光刻膠層203a反應(yīng)腔內(nèi)的壓力 值較高，因此去除方向為各向異性，如圖21所示，將絕緣介質(zhì)層202上的剩余第二光刻膠層 203a和第一光刻膠層203徹底去除。由于在去除第一光刻層203和第二光刻膠層203a之前，在設(shè)定工作頻率下，采用 CO2氣體對刻蝕腔室側(cè)壁的聚合物進行了清洗，很好的減少了刻蝕腔室側(cè)壁的聚合物，避免 聚合物與光刻膠去除氣體混合而破壞半導(dǎo)體襯底上的低K材料。接著，通過二次干法刻蝕 工藝以高低不同的反應(yīng)腔壓力值為工藝條件去除第一光刻膠層和第二光刻膠層，使得積聚 在溝槽側(cè)壁上的聚合物不會受到各向異性的等離子灰化去除而破壞溝槽側(cè)壁上的低K材 料。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次已形成布線層、絕緣介質(zhì)層和第一光刻膠層；對第一光刻膠層進行曝光顯影，定義出通孔位置；干法刻蝕絕緣介質(zhì)層至露出布線層，形成通孔；在第一光刻膠層上以及所述通孔內(nèi)形成第二光刻膠層；對第二光刻膠層進行曝光顯影，定義出溝槽位置，所述溝槽的位置與通孔位置對應(yīng)，并 且開口寬度大于所述通孔的開口寬度；以第二光刻膠為掩膜，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層至一定深度，形成溝槽；執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層；第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在第一次干法去膠去除 部分第二光刻膠層之前，還包括步驟清洗刻蝕工藝腔側(cè)壁的聚合物，具體的工藝條件為去 除氣體為C02，CO2的流量為1800 2000毫升每分鐘，清洗時間為25 35秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述執(zhí)行第一次干法去 膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層，工作頻率為27兆赫茲的源功率設(shè)定為 100 200瓦，工作頻率為2兆赫茲的源功率設(shè)定為80 120瓦，反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為45 55毫托。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述執(zhí)行第一次干法去 膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層，具體工藝參數(shù)如下去除光刻膠的氣體 為C02，CO2的流量為250 350毫升每分鐘，去除時間為45 55秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，第二次干法去膠去除剩 余的第一光刻膠和第二光刻膠層，所述工作頻率為27兆赫茲的源功率設(shè)定為100 200 瓦，反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90 110毫托。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，第二次干法去膠去除剩 余的第一光刻膠和第二光刻膠層，去除光刻膠的氣體為C02，CO2流量為250 350毫升每分 鐘，去除時間為25 35秒。
全文摘要
一種互連結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次已形成布線層、絕緣介質(zhì)層和第一光刻膠層；對第一光刻膠層進行曝光顯影，定義出通孔位置；干法刻蝕絕緣介質(zhì)層至露出布線層，形成通孔；在第一光刻膠層上以及所述通孔內(nèi)形成第二光刻膠層；對第二光刻膠層進行曝光顯影，定義出溝槽位置；以第二光刻膠為掩膜，干法刻蝕絕緣介質(zhì)層形成溝槽；執(zhí)行第一次干法去膠工藝，去除溝槽和通孔內(nèi)的殘留的第二光刻膠層；第二次干法去膠去除剩余的第一光刻膠和第二光刻膠層。由于以二次高低不同的反應(yīng)腔壓力值為工藝條件將光刻膠去除，避免在光刻膠去除過程中破壞半導(dǎo)體器件的低K材料。
文檔編號H01L21/311GK102142393SQ20101010232
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者孫武, 尹曉明, 張海洋, 黃怡 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司