半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。該制作方法包括以下步驟：在半導(dǎo)體器件層上形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層以及抗反射層；圖案化抗反射層直至露出硬掩膜層；以圖案化的抗反射層為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層，形成硬掩膜層開(kāi)口，其中，硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率；沿硬掩膜層開(kāi)口蝕刻硬掩膜低K介質(zhì)層和低K介質(zhì)層以形成連接孔；去除硬掩膜層并在連接孔內(nèi)填充金屬，形成上述半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。應(yīng)用本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案，在刻蝕過(guò)程中的硬掩膜層將在與刻蝕液接觸的表面形成凹陷部，此凹陷部在很大程度上緩解了現(xiàn)有半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作中的鎖頸效應(yīng)。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line, BE0L)工藝中，在半導(dǎo)體器件層形成之后，需要在半導(dǎo)體器件層之上形成金屬互連層(半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu))，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣材料層，這就需要對(duì)上述絕緣材料層制造溝槽(Trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線。絕緣材料層包括蝕刻終止層，例如氮化硅層，還包括形成在蝕刻終止層上的低介電常數(shù)(Low-K)材料層。例如，含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(Black Diamond, BD)或者摻有氟離子的硅玻璃(FSG)。
[0003]隨著對(duì)超大規(guī)模集成電路高集成度和高性能的需求逐漸增加，半導(dǎo)體技術(shù)向著更小特征尺寸的技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展，而芯片的運(yùn)算速度明顯受金屬互連線所造成的電阻電容延遲(Resistance Capacitance Delay Time,RC延遲)的影響。因此，在目前的半導(dǎo)體制造技術(shù)中，采用具有更低電阻率的銅金屬互連來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁金屬互連，以改善RC延遲的現(xiàn)象。
[0004]銅電鍍工藝已廣泛應(yīng)用于集成電路的金屬互連結(jié)構(gòu)制造工藝中，介質(zhì)層中的溝槽和連接孔被銅填充，實(shí)現(xiàn)上下金屬連線層之間的連通。目前，隨著器件小型化的不斷深入，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的尺寸越來(lái)越小，致使電鍍填充的難度越來(lái)越大。特別是當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的深度比很大時(shí)，沉積的銅容易在連接孔上部形成鎖頸，該鎖頸會(huì)隨著電鍍的過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致連接孔開(kāi)口封閉，造成填充的連接孔中形成空洞，影響器件的可靠性。
[0005]圖1至圖4示出了現(xiàn)有半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖。半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作過(guò)程包括:
[0006]首先，在半導(dǎo)體器件層(圖中未示出)上形成蝕刻終止層10’，再在蝕刻終止層10’上依次形成有低K介質(zhì)層20’、硬掩膜低K介質(zhì)層30’、TEOS (四乙氧基硅烷)硬掩膜層40’、TiN層50’、氧化物層60’以及圖案化的光刻膠層70’，經(jīng)過(guò)上述步驟形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)，即在蝕刻終止層10’上依次形成有低K介質(zhì)層20’、硬掩膜低K介質(zhì)層30’、TEOS (四乙氧基硅烷)硬掩膜層40’、TiN層50’、氧化物層60’以及圖案化的光刻膠層70’。
[0007]然后，以圖案化的光刻膠層70’為掩膜依次蝕刻氧化物層60’和TiN層50’，形成開(kāi)口，露出部分TEOS (正硅酸乙酯)硬掩膜層40’，即形成了如圖2所示的結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，去除圖案化的光刻膠層70’后，以氧化物層60’和TiN層50’為掩膜依次蝕刻TEOS硬掩膜層40 ’、硬掩膜低K介質(zhì)層30 ’和低K介質(zhì)層20 ’，去除氧化物層60 ’，其中，低K介質(zhì)層20 ’的刻蝕過(guò)程可以通過(guò)雙大馬士革(dual damascene)技術(shù)形成連接孔。經(jīng)過(guò)上述工藝形成了如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0008]最后，通過(guò)離子濺射的方法在連接孔的內(nèi)壁上沉積銅籽晶層80’，然而銅籽晶層80’會(huì)在連接孔上部會(huì)形成鎖頸，如圖4所示。該鎖頸會(huì)隨著后續(xù)金屬填充的過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致使連接孔開(kāi)口封閉，造成填充的連接孔中形成空洞，影響器件的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本申請(qǐng)旨在提供一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中銅籽晶層在連接孔上部會(huì)形成鎖頸而影響后續(xù)連接孔內(nèi)金屬填充的技術(shù)問(wèn)題。
[0010]本申請(qǐng)?zhí)峁┑陌雽?dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟:在半導(dǎo)體器件層上形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層以及抗反射層；圖案化抗反射層直至露出硬掩膜層；以圖案化的抗反射層為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層，形成硬掩膜層開(kāi)口，其中，硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率；沿硬掩膜層開(kāi)口蝕刻硬掩膜低K介質(zhì)層和低K介質(zhì)層，形成連接孔；去除抗反射層和硬掩膜層；以及在連接孔內(nèi)填充金屬。
[0011]進(jìn)一步地，硬掩膜層與硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻比為2:1?6:1。
[0012]進(jìn)一步地，硬掩膜層是硅烷、氧化劑及還原劑在化學(xué)氣相沉淀?xiàng)l件下，在硬掩膜低K介質(zhì)層上沉淀形成的。
[0013]進(jìn)一步地，氧化劑為H202、H20、O2或O3 ;還原劑為h2。
[0014]進(jìn)一步地，硬掩膜層在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔內(nèi)生成，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的反應(yīng)功率為100?2000W，氣壓為0.1?lOtorr，硅烷的流量為50?3000sccm，氧化劑的流量為50?3000sccm ;還原劑的流量為50?3000sccm。
[0015]進(jìn)一步地，濕法蝕刻硬掩膜層采用的蝕刻液是含氫氟酸的蝕刻液。
[0016]進(jìn)一步地，在去除硬掩膜層的步驟與在連接孔內(nèi)填充金屬的步驟之間進(jìn)一步包括:在連接孔內(nèi)壁上形成銅籽晶層。
[0017]進(jìn)一步地，在連接孔內(nèi)壁上形成銅籽晶層之前，先在連接孔內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋層。
[0018]進(jìn)一步地，擴(kuò)散阻擋層由TaN、Ta、Ti或TiN形成。
[0019]進(jìn)一步地，抗反射層包括氧化物層及TiN層。
[0020]進(jìn)一步地，半導(dǎo)體器件層與低K介質(zhì)層之間還設(shè)置有蝕刻終止層。
[0021]進(jìn)一步地，蝕刻終止層的材質(zhì)為氮摻雜的碳化硅。
[0022]應(yīng)用本申請(qǐng)的技術(shù)方案，由于硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率，因此在濕法蝕刻過(guò)程中，硬掩膜層刻蝕被蝕刻的體積大于硬掩膜低K介質(zhì)層被蝕刻的體積，硬掩膜層中形成凹陷部(也就是后續(xù)形成的連接孔的上端)。在連接孔中沉積銅的過(guò)程中，由于鎖頸效應(yīng)的存在，仍然會(huì)在連接孔的上端沉積較多的銅，然而，由于硬掩膜層處形成有凹陷部，這樣即使在連接孔上部形成鎖頸，也要先將此凹陷部填平，即此凹陷部在很大程度上緩解了鎖頸效應(yīng)，保證了后續(xù)連接孔中金屬填充的順利進(jìn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0024]圖1示出了現(xiàn)有半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在半導(dǎo)體器件層上形成有低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、TEOS硬掩膜層、TiN層、氧化物層以及圖案化的光刻膠層；
[0025]圖2示出了對(duì)圖1所示結(jié)構(gòu)以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3示出了對(duì)圖2所示結(jié)構(gòu)去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻TEOS硬掩膜層、硬掩膜低K介質(zhì)層和低K介質(zhì)層，并去除氧化物層后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4示出了對(duì)圖3所示結(jié)構(gòu)在連接孔的內(nèi)壁上沉積銅籽晶層后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5示出了根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施方式提供的一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖；
[0029]圖6示出了實(shí)施圖5所示步驟I后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；步驟I包括在半導(dǎo)體器件層上依次形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層、TiN層、氧化物層以及圖案化的光刻膠層；
[0030]圖7示出了對(duì)圖6所示結(jié)構(gòu)以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖8示出了對(duì)圖7所示結(jié)構(gòu)去除圖案化的光刻膠層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖9示出了實(shí)施圖5所示步驟2和3后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；步驟2包括對(duì)圖8所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕法蝕刻，圖案化抗反射層并在硬掩膜層上形成硬掩膜層開(kāi)口，同時(shí)去除了氧化物層；
[0033]圖10示出了實(shí)施圖5所示步驟4后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；步驟4包括對(duì)圖9所示結(jié)構(gòu)沿硬掩膜層開(kāi)口蝕刻硬掩膜低k介質(zhì)層和低K介質(zhì)層以形成連接孔；
[0034]圖11示出了實(shí)施圖5所示步驟5后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；步驟5包括對(duì)圖10所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行TiN層去除和硬掩膜層去除；以及
[0035]圖12示出了實(shí)施圖5所示步驟6后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；步驟5包括在連接孔的內(nèi)壁上沉積銅籽晶層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施方式及實(shí)施方式中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0037]為了便于描述，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，如“在……上”、“在……上方”、“上面的”等，用來(lái)描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語(yǔ)“在……上”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述符作出相應(yīng)解釋。
[0038]從現(xiàn)有半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程中可以看出，因?yàn)殒i頸效應(yīng)的存在，金屬在填充連接孔的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致連接孔開(kāi)口的封閉，造成填充的連接孔中形成空洞，影響器件的可靠性。為了解決這一問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N解決方案。在半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作中，硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率，在濕法蝕刻過(guò)程中硬掩膜層上形成凹陷部，該凹陷部成為后續(xù)形成的連接孔上端。因此，在連接孔中沉積銅的過(guò)程中，由于連接孔上端形成有凹陷部，填充進(jìn)入的銅也要先將此凹陷部填平，才進(jìn)一步填充連接孔內(nèi)部。即此凹陷部在很大程度上緩解了鎖頸效應(yīng)，保證了后續(xù)連接孔中金屬填充的順利進(jìn)行。
[0039]現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式可以由多種不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請(qǐng)的公開(kāi)徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，擴(kuò)大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的器件，因而將省略對(duì)它們的描述。
[0040]圖5示出了本申請(qǐng)?zhí)峁┑陌雽?dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖。如圖5所示，該制作方法包括以下步驟:在半導(dǎo)體器件層之上形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層以及抗反射層；圖案化抗反射層直至露出硬掩膜層；以圖案化的抗反射層為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層，形成硬掩膜層開(kāi)口，其中，硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率；沿硬掩膜層開(kāi)口蝕刻硬掩膜低K介質(zhì)層和低K介質(zhì)層，形成連接孔；去除抗反射層和硬掩膜層；以及在連接孔內(nèi)填充金屬。
[0041]本申請(qǐng)中所稱的“半導(dǎo)體器件層”是指在半導(dǎo)體襯底上功能元件所在的層。在半導(dǎo)體器件層上形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層以及抗反射層采用的均為常規(guī)技術(shù)手段，然后圖案化抗反射層并以圖案化的抗反射層為掩膜刻蝕硬掩膜層。本申請(qǐng)?zhí)峁┑陌雽?dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法中較為關(guān)鍵的因素在于:硬掩膜層的濕法蝕刻速率一定大于硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率，這樣才能在刻蝕過(guò)程中在硬掩膜層上形成凹陷部。形成硬掩膜層的材料可以是硅烷、氧化劑及還原劑在化學(xué)氣相沉淀?xiàng)l件下形成的，形成硬掩膜低K介質(zhì)層的材料可以是氧化硅，硬掩膜層與硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻比可以為2:1?6:1，優(yōu)選地為2:1?5:1，進(jìn)一步優(yōu)選地為2:1?4:1，特別優(yōu)選地為2:1?3:1。完成上述濕法刻蝕后，去除抗反射層和硬掩膜層并直接在連接孔內(nèi)填充銅金屬，銅沉積在硬掩膜的凹陷部，進(jìn)而緩解了鎖頸效應(yīng)。
[0042]下面將結(jié)合附圖6-12詳細(xì)地說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0043]圖6示出了實(shí)施圖5所示步驟I后的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖,其中,在半導(dǎo)體器件層上依次形成蝕刻終止層10、低K介質(zhì)層20、硬掩膜低K介質(zhì)層30、硬掩膜層40、TiN層50、氧化物層60 ;然后在氧化物層60形成圖案化的光刻膠層70。
[0044]在本實(shí)施方式中，TiN層50和氧化物層60統(tǒng)稱為抗反射層。當(dāng)然，在其他的實(shí)施方式中，抗反射層也可以由單一的TiN層或氧化物層組成，其中所述的氧化物層可以是氧化硅層。圖案化光刻膠層70的方法可包括旋轉(zhuǎn)烘膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅(jiān)膜烘焙、顯影檢查等步驟，光刻工藝已經(jīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其常用或變形均在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍內(nèi)，在此不再贅述。
[0045]蝕刻終止層10是為了阻止金屬向下擴(kuò)散，其材質(zhì)可以為氮化硅層等，在本實(shí)施方式中，蝕刻終止層10采用的是氮摻雜的碳化娃層(NDC層，Nitrogen dopped SiliconCarbite)，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝形成該蝕刻終止層10。在本實(shí)施方式中，化學(xué)氣相沉積的條件可以如下:功率300W，溫度350°C，壓力3.0torr，所采用氣體流量為三甲基硅烷160sccm,氦氣400sccm,氨氣325sccm。當(dāng)然在某些實(shí)施方式中，蝕刻終止層10也不是必須的。
[0046]低K介質(zhì)層20可以實(shí)現(xiàn)減低寄生電容、提高電路速度以及降低功耗的目的，由介電常數(shù)小于或等于3的介質(zhì)材料形成，可以為含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(Black Diamond, BD)或者摻有氟離子的硅玻璃(FSG)，其厚度在11?13千埃。在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方式中，該低K介質(zhì)層20的材質(zhì)為二氧化硅氣凝膠，其形成方法為溶膠-凝膠法，方法如下:在半導(dǎo)體器件層或蝕刻終止層上用氣相沉積方法，沉積硅源烷氧基硅基烷，該烷氧基硅基烷可以為T(mén)EOS (正硅酸乙酯)或TMOS (正硅酸甲酯)。然后將烷氧基硅基烷與乙醇、水按體積比例1: (3?15): (0.2?0.6)進(jìn)行混合。混合后的溶劑會(huì)進(jìn)行混合水解反應(yīng)，該混合水解反應(yīng)時(shí)間控制在I?3小時(shí)?；旌戏磻?yīng)溶劑的pH值控制在1.5?4.5，水解溫度控制在50?60°C，經(jīng)過(guò)該混合水解反應(yīng)后的產(chǎn)物為二氧化硅濕凝膠。將二氧化硅濕凝膠進(jìn)行干燥處理，該干燥處理為室溫常壓處理。干燥處理后即得二氧化硅氣凝膠。
[0047]硬掩膜低K介質(zhì)層30為致密的低介電常數(shù)薄膜，可以為氮化硅等，其形成方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等方法形成。在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方式中，采用的高頻磁控管濺射形成致密的氮化硅膜，其形成的條件可以為:以硅作為靶，使用N2或N2和Ar的混合氣體作為濺射氣體。所施加的高頻電功率的頻率為27?120Mhz。
[0048]為了在后續(xù)濕法蝕刻硬掩膜層的過(guò)程中，在硬掩膜層處(也就是后續(xù)形成的連接孔的上端)形成凹陷部，硬掩膜層的濕法蝕刻速率高于抗反射層和硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率。在本實(shí)施例中，硬掩膜層由硅烷、氧化劑及還原劑在化學(xué)氣相沉淀?xiàng)l件下當(dāng)然其他的能夠滿足濕法蝕刻速率高于抗反射層和硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率的材質(zhì)也可以完成本申請(qǐng)的技術(shù)方法。優(yōu)選地，硅醇類物質(zhì)通過(guò)硅烷與氧化劑及還原劑反應(yīng)生成，其中，氧化劑為H2O2, H2O, O2或O3 ;還原劑為H2。這樣在硅醇類物質(zhì)層的形成過(guò)程中不會(huì)向半導(dǎo)體器件中引入其他的雜質(zhì)元素，保證其加工質(zhì)量。根據(jù)本申請(qǐng)一種典型的實(shí)施方式，硅醇類物質(zhì)層在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔內(nèi)形成，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的反應(yīng)功率為100?2000W，氣壓為0.1?lOtorr，硅烷的流量為50?3000sccm，氧化劑的流量為50?3000sccm ;還原劑的流量為50?3000sccm ;優(yōu)選地，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的反應(yīng)功率為1000?1500W，氣壓為2?8torr，硅烷的流量為1000?2000sccm，氧化劑的流量為1000?2000sccm ;還原劑的流量為1000?2000sccm ;更優(yōu)選地，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的反應(yīng)功率為1000W，氣壓為6torr,娃燒的流量為1500sccm,氧化劑的流量為1500sccm ;還原劑的流量為1500sccm。
[0049]對(duì)圖6所示的結(jié)構(gòu)以圖案化的光刻膠層70為掩膜依次蝕刻氧化物層60和TiN層50，得到了如圖7所示的結(jié)構(gòu)，即圖7示出了對(duì)圖6所示的結(jié)構(gòu)以圖案化的光刻膠層70為掩膜依次蝕刻氧化物層60和TiN層50 (即抗反射層)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。得到上述結(jié)構(gòu)執(zhí)行的工藝步驟主要包括，以圖案化的光刻膠層70為掩膜蝕刻抗反射層直至露出硬掩膜層40。此蝕刻采用干法蝕刻進(jìn)行。在本申請(qǐng)一中實(shí)施方式中，可以采用如下條件進(jìn)行刻蝕:刻蝕氣體為HBr/02，Cl2ZO2或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法刻蝕中的氣體壓力可以為ImT至100mT,功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總的氣流速度為1sccm至 lOOOsccm。
[0050]圖8示出了對(duì)圖7所示的結(jié)構(gòu)去除圖案化的光刻膠層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。去除圖案化的光刻膠層70可以通過(guò)化學(xué)溶液或灰化工藝去除的方法進(jìn)行。此工藝已經(jīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其常用或變形均在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍內(nèi)，在此不再贅述。
[0051]圖9示出了對(duì)圖8所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕法蝕刻形成硬掩膜層開(kāi)口，同時(shí)去除了氧化物層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)是通過(guò)下述步驟完成的:用O2或O3為氧化劑對(duì)硬掩膜層40進(jìn)行氧化，以氧化物層60和TiN層50為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層40形成硬掩膜層開(kāi)口，當(dāng)然，在此蝕刻的過(guò)程中氧化物層60通常也會(huì)同時(shí)被蝕刻去除。由于硬掩膜層40的濕法蝕刻速率高于TiN層50和硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率，在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，硬掩膜層與硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻比為2:1?6:1，優(yōu)選地為2:1?5:1，進(jìn)一步優(yōu)選地為2:1?4:1，特別優(yōu)選地為2:1?3:1。因此在濕法蝕刻硬掩膜層的過(guò)程中，硬掩膜層所處的位置蝕刻去除的部分會(huì)較大，在硬掩膜層處(也就是后續(xù)形成的連接孔的上端)形成一個(gè)輕微的凹陷部，如圖9所示。在進(jìn)行濕法蝕刻硬掩膜層時(shí)，采用的蝕刻液可以是本領(lǐng)域通常用的磷酸溶液，優(yōu)選地，根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方式，采用的是含氫氟酸的蝕刻液。
[0052]圖10示出了對(duì)圖9所示的結(jié)構(gòu)在硬掩膜層開(kāi)口處蝕刻形成連接孔后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該連接孔的形成可以直接通過(guò)常規(guī)的干法蝕刻的方法形成，蝕刻的條件可以為刻蝕氣體為HBr/02，Cl2ZO2或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法刻蝕中的氣體壓力可以為ImT至100mT,功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總的氣流速度為1sccm至lOOOsccm。在本實(shí)施方式中,采用的是雙大馬士革(dual damascene)技術(shù)形成連接孔。
[0053]圖11示出了對(duì)圖10所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行TiN層去除后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。TiN層的去除可以采用現(xiàn)有的干法蝕刻的方法去除，當(dāng)然此TiN層也可能在連接孔蝕刻性成的過(guò)程中消耗掉。干法刻蝕的工藝與形成連接孔的工藝可以相同，如蝕刻的條件可以為刻蝕氣體為HBr/02，Cl2ZO2或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法刻蝕中的氣體壓力可以為ImT至100mT,功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總的氣流速度為1sccm至lOOOsccm。
[0054]圖12示出了對(duì)圖11所示的結(jié)構(gòu)在連接孔的內(nèi)壁上沉積銅籽晶層80后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該銅籽晶層80可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積法或等離子濺射沉積法形成，其材料可以為銅或銅合金。其存在，一方面可以增強(qiáng)后續(xù)填充的金屬與低K介質(zhì)層的粘附力，另一方面可以為后續(xù)填充金屬(例如，銅)提供成核基礎(chǔ)。在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，銅籽晶層采用等離子濺射沉積法形成，工藝條件可以如下:濺射腔內(nèi)的壓力I?4毫托，向靶提供的功率為60Mhzo
[0055]如圖12所示，由于在硬掩膜層40處(也就是后續(xù)形成的連接孔的上端)形成一個(gè)輕微的凹陷部，在銅籽晶層80形成的過(guò)程中，由于鎖頸效應(yīng)的存在，仍然會(huì)在連接孔的上端沉積較多的銅，然而，由于硬掩膜層40處形成有輕微的凹陷部，這樣即使在連接孔上部會(huì)形成鎖頸，也要先將此凹陷部填平，即此凹陷部在很大的程度上緩解了鎖頸效應(yīng)，能夠保證后續(xù)連接孔中金屬填充的順利進(jìn)行。后續(xù)填充的金屬通常是銅，填充銅的工藝已經(jīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其常用或變形均在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍內(nèi)，在此不再贅述。
[0056]根據(jù)本申請(qǐng)一種實(shí)施方式，在去除硬掩膜層的步驟與在連接孔內(nèi)壁上形成銅籽晶層的步驟之間進(jìn)一步包括:在連接孔內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋層，即在連接孔內(nèi)壁與銅籽晶層之間還有擴(kuò)散阻擋層。該擴(kuò)散阻擋層通常由難熔金屬及其合金組成，其由TaN、Ta、Ti或TiN形成或由它們形成的疊層，例如，采用鈦膜和鈦膜之上的氮化鈦膜組成層疊的擴(kuò)散阻擋層，鈦膜對(duì)氧具有一定的溶解能力，因此其與金屬直接接觸，可以還原金屬的表面，減少接觸電阻；而氮化鈦膜則可抑制或阻止后續(xù)工藝填入通孔的金屬材料向低K介質(zhì)層中擴(kuò)散。
[0057]綜上，由于硬掩膜層的濕法蝕刻速率高于抗反射層和硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率，因此在濕法蝕刻硬掩膜層的過(guò)程中，硬掩膜層所處的位置蝕刻去除的部分會(huì)較大，在硬掩膜層處(也就是后續(xù)形成的連接孔的上端)形成一個(gè)輕微的凹陷部。在銅籽晶層形成的過(guò)程中，由于鎖頸效應(yīng)的存在，仍然會(huì)在連接孔的上端沉積較多的銅，然而，由于硬掩膜層處形成有輕微的凹陷部，這樣即使在連接孔上部會(huì)形成鎖頸，也要先將此凹陷部填平，即此凹陷部在很大的程度上緩解了鎖頸效應(yīng)，保證了后續(xù)連接孔中金屬填充的順利進(jìn)行。
[0058]以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施方式而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 在半導(dǎo)體器件層上形成低K介質(zhì)層、硬掩膜低K介質(zhì)層、硬掩膜層以及抗反射層； 圖案化所述抗反射層直至露出所述硬掩膜層； 以圖案化的所述抗反射層為掩膜濕法蝕刻所述硬掩膜層，形成硬掩膜層開(kāi)口，其中，所述硬掩膜層的濕法蝕刻速率大于所述硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻速率； 沿所述硬掩膜層開(kāi)口蝕刻所述硬掩膜低K介質(zhì)層和所述低K介質(zhì)層，形成連接孔； 去除所述抗反射層和所述硬掩膜層；以及 在所述連接孔內(nèi)填充金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜層與所述硬掩膜低K介質(zhì)層的濕法蝕刻比為2:1?6:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜層是硅烷、氧化劑及還原劑在化學(xué)氣相沉淀?xiàng)l件下，在所述硬掩膜低K介質(zhì)層上沉淀形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述氧化劑為H202、H2O,O2或O3 ;所述還原劑為H2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜層在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔內(nèi)生成，所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔的反應(yīng)功率為100?2000W，氣壓為0.1?lOtorr，所述硅烷的流量為50?3000SCCm，所述氧化劑的流量為50?3000sCCm ;所述還原劑的流量為 50 ?3000sccm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，濕法蝕刻所述硬掩膜層采用的蝕刻液是含氫氟酸的蝕刻液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述去除硬掩膜層的步驟與在所述連接孔內(nèi)填充金屬的步驟之間進(jìn)一步包括:在所述連接孔內(nèi)壁上形成銅籽晶層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述連接孔內(nèi)壁上形成銅籽晶層之前，先在所述連接孔內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層由TaN、Ta、Ti或TiN形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述抗反射層包括氧化物層及TiN層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件層與低K介質(zhì)層之間還設(shè)置有蝕刻終止層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述蝕刻終止層的材質(zhì)為氮摻雜的碳化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104282620SQ201310285574
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司