專利名稱：制作半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體互連制造工藝，尤其涉及能夠減小對低k金屬間介電層的破壞 的制作互連結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展不斷對互連技術(shù)提出新的要求。隨著半導(dǎo)體器件 尺寸的不斷收縮，互連結(jié)構(gòu)變得越來越窄，從而導(dǎo)致互連電阻越來越高。銅借助其優(yōu)異的導(dǎo) 電性，現(xiàn)已成為集成電路技術(shù)領(lǐng)域中互連集成技術(shù)的解決方案之一，銅互連技術(shù)已廣泛應(yīng) 用于90nm及65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的工藝中。在銅互連工藝中，由于金屬連線之間的空間逐漸縮小，因此用于隔離金屬連線之 間的中間絕緣層(IMD)也變得越來越薄，這樣會導(dǎo)致金屬連線之間可能會發(fā)生不利的相互 作用或串?dāng)_。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，降低用于隔離金屬連線層的中間絕緣層的介電常數(shù)(k)，可以有效 地降低這種串?dāng)_。降低IMD材料的k值所帶來的另一個好處是是可以有效降低互連的電阻 電容(RC)延遲。因此，在90nm、65nm甚至45nm設(shè)計規(guī)則的應(yīng)用中，超低k(k<2.45)材料 現(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于Cu互連工藝中作為隔離金屬銅的中間絕緣層。超低k材料的使用對于半導(dǎo)體制造工藝提出了新的要求。在干法去除半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 中的光阻(Photo resist)材料的過程中，通常采用含有氧的等離子源來實(shí)施光阻去除。然 而，超低k材料中碳的濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的低k材料，因此，O2或氧離子更容易與低k材 料中的碳發(fā)生反應(yīng)。該反應(yīng)的結(jié)果會使超低k材料的k值升高，同時，材料遭到損壞。另一 方面，為了降低材料k值，現(xiàn)在廣泛使用的是多孔材料。然而，多孔性會導(dǎo)致材料的機(jī)械強(qiáng) 度偏低，這也使得在等離子去除光阻過程中，超低k材料構(gòu)成的IMD更容易受到破壞。因此， 如何在半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制造過程中減少對超低k材料的損害，保持中間介電層的超低k 值成為有待解決的問題。為了減少對超低k材料的損害，通常采用的手段包括利用低源功率、低壓強(qiáng)的二 氧化碳等離子進(jìn)行光阻去除，利用低源功率、低壓強(qiáng)的n2/H2等離子進(jìn)行光阻去除，或者利 用不含A/co2/N2的蝕刻過程，在低壓強(qiáng)、低源功率的環(huán)境下進(jìn)行蝕刻，從而去除光阻。在另 一些制造工藝中，在蝕刻金屬溝槽之后，利用濕法蝕刻來去除殘余的光阻材料。然而，上述 方法各自也都具有不足之處，獲得的溝槽形狀和半導(dǎo)體器件性能仍然不夠理想。下面結(jié)合具體的例子說明現(xiàn)有技術(shù)中銅互連層的制造過程。圖1A-1C示出了利 用傳統(tǒng)的大馬士革工藝制作銅互連層的過程。如圖IA所示，在前一互連層或有源器件層 上以CVD方式覆蓋一層介電層101，該介電層101由低k材料、超低k材料或者其組合構(gòu) 成。在一個例子中，介電層101包括k值約為2. 45的黑鉆材料BD (Black Diamond)和氮摻 雜碳化物NDC (Nitrogen Doped Carbide)。更具體地，NDC使用C3HltlSi作為其前體，BD使 用[(C-H3)2-Si-0]4作為其前體?？蛇x地，介電層101還可以包含兩個k值不同的BD層。 在另一個例子中，介電層101的材料可以選自k值2. 5-2.9的硅酸鹽化合物(Hydrogen Silsesquioxane，簡稱為 HSQ)、k 值為 2. 2 的甲基硅酸鹽化合物(Methyl Silsesquioxane,
3簡稱MSQ)、k值為2. 8的HOSP (Honeywe 11公司制造的基于有機(jī)物和硅氧化物的混合體的 低介電常數(shù)材料)以及k值為2.65的SiLK (Dow Chemical公司制造的一種低介電常數(shù) 材料)等等。在圖IA中，通過虛線示出，介電層101可以由不同k值的多個子介電層構(gòu)成。 介電層101的厚度根據(jù)當(dāng)層導(dǎo)線的薄層電阻Rs所要求的大小來確定。在一個例子中，介電 層101厚度為4000埃左右。然后在低k值介電層101的上面覆蓋一層鈍化層102，材料可以選擇為TE0S，成分 主要是二氧化硅，是用Si (OC2H5)4為主要原料反應(yīng)生成的，厚度約為250-750埃。接著，在 鈍化層102上涂覆第一底部抗反射涂層(BARC) 103，所述BARC層103的材料例如是SiON， 厚度為2000埃-4000埃。之后，在BARC層103上沉積一層低溫氧化物(LTO)層104作為 硬掩模。在一個例子中，LTO層厚度可選擇為約800埃。可選地，根據(jù)工藝的需要，還可以 在LTO層104上進(jìn)一步涂覆第二底部抗反射層105，以進(jìn)一步增加光刻效用。接著，在第二 底部抗反射層105上涂覆光刻膠層106，該光刻膠層厚度可以為約3000埃。對該光刻膠層 106進(jìn)行曝光，顯影，從而在其中形成將要填充金屬銅的溝槽圖案。然后如圖IB所示，利用干式回蝕法，例如等離子體刻蝕法，逐步蝕刻第二 BARC層 105、LTO層104、第一 BARC層103、鈍化層102，直到進(jìn)入介電層101。在此過程中，光刻膠 層105、第二 BARC層105、LT0層104通過等離子體得到去除。由此，獲得圖IB所示的中間 結(jié)構(gòu)。在該中間結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)蝕刻出用于填充金屬的溝槽106。之后，如圖IC所示，用干式清洗法去除作為類光阻的第一 BARC層103以及其他殘 余中間材料，獲得如圖所示的最終的溝槽結(jié)構(gòu)。在蝕刻溝槽106過程中，介電層超低k材料不可避免地受到一定損壞。進(jìn)一步地， 在獲得圖IB所示的中間結(jié)構(gòu)之后，溝槽106中的介電材料已經(jīng)暴露出來。在用干法清洗剩 余光阻的過程中，出于以上描述的原因，超低k介電材料也極易受到破壞。該破壞一方面使 得介電層k值上升，影響器件的電性能，一方面破壞介電層的結(jié)構(gòu)和形狀，從而影響最終獲 得的溝槽的輪廓。鑒于上述問題，需要提供一種改進(jìn)的制作具有低k值介電層的銅互連工藝，這種 工藝能減少并修復(fù)傳統(tǒng)工藝中對超低k值介電層帶來的破壞，使介電層保持超低的k值，并 保持良好的溝槽輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中 進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案 的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。為了減小在互連結(jié)構(gòu)制作過程中干法蝕刻對低k材料和/或超低k材料介電層的 破壞，從而使得介電層保持其低k值，同時產(chǎn)生優(yōu)化的溝槽輪廓，本發(fā)明提供了一種制作半 導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟獲得用于半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)，所述中間結(jié)構(gòu) 至少包括由低k材料和/或超低k材料構(gòu)成的介電層，蝕刻至所述介電層中的溝槽，以及至 少一種光阻材料；對所述中間結(jié)構(gòu)施加HMDS處理；以及利用等離子體方法去除所述中間結(jié) 構(gòu)中的光阻材料。本發(fā)明還提供了通過上述方法獲得的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件，以及 包含這樣的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備。
利用本發(fā)明的互連結(jié)構(gòu)制作方法，能夠減少并修復(fù)傳統(tǒng)工藝中對超低k值介電層 帶來的破壞，由此避免介電層k值的不期望的升高，并避免介電層破壞導(dǎo)致的溝槽輪廓的 劣化。從而，獲得的互連結(jié)構(gòu)具有介電層k值超k，蝕刻溝槽輪廓規(guī)則、理想的優(yōu)勢。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1A-1C示出了利用傳統(tǒng)的大馬士革工藝制作銅互連層的過程；圖2A-2D示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制作銅互連層的方法；圖3A-;3B示出利用和不利用HMDS處理獲得的溝槽輪廓的對比；圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制作銅互連層的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。圖2A-2D示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制作銅互連層的過程。如圖2A所示，在前一 互連層或有源器件層上以CVD方式覆蓋一層介電層101，該介電層101由低k材料、超低 k材料或者其組合構(gòu)成。在一個例子中，介電層101包括黑鉆材料BD(Black Diamond)和 氮摻雜碳化物NDC(NitrogenDoped Carbide)。更具體地，NDC使用C3HltlSi作為其前體， BD使用[(C-H3)2-Si-0]4作為其前體?？蛇x地，介電層101還可以包含兩個k值不同的BD 層。在另一個例子中，介電層101的材料可以選自k值2. 5-2. 9的硅酸鹽化合物(Hydrogen Silsesquioxane，簡稱為 HSQ)、k 值為 2.2 的甲基硅酸鹽化合物(Methyl Silsesquioxane, 簡稱MSQ)、k值為2. 8的HOSP (Honeywe 11公司制造的基于有機(jī)物和硅氧化物的混合體的 低介電常數(shù)材料)以及k值為2.65的SiLKTM(Dow Chemical公司制造的一種低介電常數(shù)材 料)等等。介電層101的厚度根據(jù)當(dāng)層導(dǎo)線的薄層電阻Rs所要求的大小來確定。在一個 例子中，介電層101厚度為4000埃左右。然后在低k值介電層101的上面覆蓋一層鈍化層102，材料可以選擇為TE0S，成分 主要是二氧化硅，是用Si (OC2H5)4為主要原料反應(yīng)生成的，厚度約為250-750埃。接著，在 鈍化層102上涂覆第一底部抗反射涂層(BARC) 103，所述BARC層103的材料例如是SiON， 厚度為2000埃-4000埃。之后，在BARC層103上沉積一層低溫氧化物(LTO)層104作為 硬掩模。在一個例子中，LTO層厚度可選擇為約800埃?？蛇x地，根據(jù)工藝的需要，還可以 在LTO層104上進(jìn)一步涂覆第二底部抗反射層105，以進(jìn)一步增加光刻效用。接著，在第二 底部抗反射層104上涂覆光刻膠層106，該光刻膠層厚度可以為約3000埃。對該光刻膠層 106進(jìn)行曝光，顯影，從而在其中形成將要填充金屬銅的溝槽圖案。然后如圖2B所示，利用干式回蝕法，例如等離子體刻蝕法，逐步蝕刻第二 BARC層 105、LTO層104、第一 BARC層103、鈍化層102，直到進(jìn)入介電層101。在此過程中，光刻膠 層105、第二 BARC層105、LT0層104通過等離子體得到去除。由此，獲得圖IB所示的中間結(jié)構(gòu)。在該中間結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)刻蝕出用于填充金屬的溝槽106。然后，如圖2C所示，對于獲得的中間結(jié)構(gòu)，施加HMDS處理。HMDS主要成分是六甲基 二硅胺(Hexamethyldisilazane)，化學(xué)式為(CH3) 3SiNHSi (CH3) 3，常溫下呈液態(tài)。施加 HMDS 的方式可以是使HMDS呈霧狀噴向圖2B的中間結(jié)構(gòu)的表面。在一個具體例子中，將125°C下 的飽和HMDS蒸汽氣氛噴向中間結(jié)構(gòu)，持續(xù)60s。在其他例子中，根據(jù)圖2B的中間結(jié)構(gòu)的特 征，調(diào)整HMDS施加的參數(shù)，例如時間、溫度等。HMDS對于多孔材料的孔隙具有一定“密封”效應(yīng)，因此能夠修復(fù)和防止超低k材料 的破壞。HMDS的作用機(jī)理可以如下式所示(CH3) 3Si-NH-Si (CH3) 3+H0_Si =— (CH3)3-Si-O-Si = +(CH3)3-SiNH2(CH3) 3-SiNH2+H0-Si =— (CH3)3-Si-O-Si = +NH3簡單來說，一方面HMDS可以與超低k材料發(fā)生一定化學(xué)反應(yīng)，使得其化學(xué)鍵更加 堅固，不易與0進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。另一方面，噴霧狀地施加HMDS使得HMDS分子充分地填充 到多孔超低k材料的孔隙中，避免后續(xù)步驟中0離子的進(jìn)入，進(jìn)而進(jìn)一步防止與0離子的反 應(yīng)。通過極大降低超低k材料與0離子的反應(yīng)，使得超低k材料在離子刻蝕過程中受到的 破壞大大減小，其k值得到保持。在進(jìn)行HMDS之后，如圖2D所示，按照常規(guī)方式，用于式清洗法去除作為類光阻的 第一 BARC層103以及其他殘余中間材料，獲得如圖所示的最終的溝槽結(jié)構(gòu)。如此獲得的最 終溝槽結(jié)構(gòu)在介電層的k值以及在溝槽輪廓上都比常規(guī)方法獲得的結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。這可以 通過下面的對比實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。在一個具體例子中，分別按照圖1A-1C的過程和圖2A-2D的過程制作互連溝槽結(jié) 構(gòu)，其中在清洗步驟均采用Ar/02等離子體干式清洗殘余光阻。在制作的各個階段監(jiān)測介 電層k值的變化?？梢钥吹剑趫DIA和2A階段剛剛進(jìn)行超低k材料介電層沉積后，測得介 電層k值為2. 5。如果按照圖IB和圖1C，不進(jìn)行HMDS處理而直接進(jìn)行Ar/02清洗，那么最 終獲得的介電層k值為4. 8，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足超低k材料的要求。而對于同樣沉積的超低 k介電層，如果按照圖2C進(jìn)行HMDS處理，結(jié)果就有很大不同。在HMDS處理后，測得的介電 層k值為2. 53。經(jīng)過圖2D的干式清洗，最后獲得的介電層k值為2. 58，相比不進(jìn)行HMDS 處理獲得的結(jié)果有極大的降低。由此可以看到，即使對于比較容易破壞超低k介電層的Ar/ 02清洗，HMDS處理依然可以將介電層k值保持為符合要求的較低值。圖3A-;3B示出利用和不利用HMDS處理獲得的溝槽輪廓的對比。圖3A是沒有利用 HMDS所獲得的溝槽輪廓。在圖3A中，由于等離子體對超低k材料的破壞，溝槽側(cè)壁的材料 被侵蝕，呈現(xiàn)上下尺寸不均的“回拉”(pull-back)現(xiàn)象。同時，側(cè)壁的侵蝕使得溝槽頂端的 TEOS呈現(xiàn)“蓋帽”形狀。圖:3B是同等制作過程中利用HMDS處理獲得的溝槽輪廓。可以看 到，獲得的溝槽輪廓較為規(guī)則，溝槽側(cè)壁豎直向下，沒有出現(xiàn)“回拉”現(xiàn)象。因此，HMDS處理 對于溝槽輪廓的改善也非常明顯。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制作銅互連層的方法的流程圖。如圖4所示，在步 驟401，獲得用于銅互連層的中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)至少包括由低k/超低k材料構(gòu)成的介電 層，蝕刻至介電層的溝槽，以及至少一種光阻材料。在步驟402，對上述中間結(jié)構(gòu)施加HMDS
6處理，具體地，使HMDS呈霧狀噴向中間結(jié)構(gòu)的表面。在步驟403，用等離子體方式去除中間 結(jié)構(gòu)中的光阻材料。該步驟與常規(guī)干法去除光阻的過程基本相同。利用本發(fā)明的制作銅互連結(jié)構(gòu)的方法，可以減少對超低k材料構(gòu)成的中間介電層 的破壞。由此，介電層的超低k值得以保持，并且可以獲得較為理想的溝槽輪廓，這都為銅 互連結(jié)構(gòu)的器件性能帶來了明顯的改善。并且，本發(fā)明的實(shí)施不需要對現(xiàn)有的制作互連結(jié) 構(gòu)的設(shè)備進(jìn)行改變，因此非常易于實(shí)施。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由 附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟獲得用于半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)，所述中間結(jié)構(gòu)至少包括由低k材料和/或超低 k材料構(gòu)成的介電層，蝕刻至所述介電層中的溝槽，以及至少一種光阻材料；對所述中間結(jié)構(gòu)施加HMDS處理；以及利用等離子體方法去除所述中間結(jié)構(gòu)中的光阻材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述互連結(jié)構(gòu)為銅互連結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種光阻材料包括底部抗反射涂 層和/或光刻膠。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低k材料和所述超低k材料選自黑鉆材 料、氮摻雜碳化物、k值為2. 5-2. 9的硅酸鹽化合物、k值為2. 2的甲基硅酸鹽化合物、k值 為2. 8的H0SP 以及k值為2. 65的SiLKtm0
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加HMDS處理的步驟包括將霧狀 HMDS噴向所述中間結(jié)構(gòu)的表面。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述霧狀HMDS為飽和HMDS蒸汽氣氛。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述施加HMDS處理的步驟包括在約125°C 下將霧狀HMDS噴向所述中間結(jié)構(gòu)，持續(xù)約60s。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用等離子體方法去除中間結(jié)構(gòu)中的 光阻材料的步驟包括利用02，CO2, N2等離子體中的至少一種去除光阻材料。
9.一種半導(dǎo)體器件，包含根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)獲得的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。
10.一種包含如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的集成電路，其中所述集成電路選自隨 機(jī)存取存儲器、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器、同步隨機(jī)存取存儲器、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器、只讀存 儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路和掩埋式DRAM、射頻器件。
11.一種包含如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備，其中所述電子設(shè)備選自個 人計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、游戲機(jī)、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟獲得用于半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)，所述中間結(jié)構(gòu)至少包括由低k材料和/或超低k材料構(gòu)成的介電層，蝕刻至所述介電層中的溝槽，以及至少一種光阻材料；對所述中間結(jié)構(gòu)施加HMDS處理；以及利用等離子體方法去除所述中間結(jié)構(gòu)中的光阻材料。本發(fā)明還提供了通過上述方法獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件，以及包含這樣的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備。利用本發(fā)明的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法，能夠減少并修復(fù)傳統(tǒng)工藝中對超低k值介電層帶來的破壞，獲得性能更加優(yōu)異的互連結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/522GK102148190SQ201010110529
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者孫武 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司