專利名稱：接觸孔的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種接觸孔的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的面積越來越小，同時，在一個半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體器件的數(shù)量也越來越多。在半導(dǎo)體電路中，半導(dǎo)體器件之間的信號傳輸需要高密度的金屬互連線，然而這些金屬互連線帶來的大電阻和寄生電容已經(jīng)成為限制半導(dǎo)體電路速度的主要因素。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝中，金屬鋁一般被用作半導(dǎo)體器件之間的金屬互連線，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，金屬鋁互連線已經(jīng)逐漸被金屬銅互連線所替代，這是因為金屬銅與金屬鋁相比具有較小的電阻值，采用金屬銅互連線可提高半導(dǎo)體器件之間信號的傳輸速度； 另一方面，每一金屬互連層包括金屬層和包括溝槽的介質(zhì)層，低介電常數(shù)(low K)絕緣材料甚至超低介電常數(shù)(ultra low K)絕緣材料被用作金屬層間的介質(zhì)層的主要成分，從而減少了金屬層之間的寄生電容。在實際應(yīng)用中，我們一般將低介電常數(shù)絕緣材料稱為低K 值電介質(zhì)材料，將超低介電常數(shù)絕緣材料稱為超低K值電介質(zhì)材料，K為介電常數(shù)。下面僅以介質(zhì)層為超低K值電介質(zhì)材料為例對現(xiàn)有技術(shù)中的接觸孔的形成方法進(jìn)行介紹，現(xiàn)有技術(shù)中的接觸孔的形成方法包括以下步驟步驟1001，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1001的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖1所示，提供一基底101，在基底101上依次形成第一介質(zhì)層102和保護(hù)層103?；?01包括若干金屬互連層以及位于金屬互連層下方的有源區(qū)，每一金屬互連層又包括金屬層和包括溝槽的介質(zhì)層，距離最近的兩個金屬層之間為一個介質(zhì)層，圖1所示第一介質(zhì)層102形成于基底101最上方的金屬層的表面。其中，形成第一介質(zhì)層102的方法為采用物理氣相沉積(PVD)工藝在基底101的表面沉積超低K值電介質(zhì)材料。形成保護(hù)層103的方法為采用PVD工藝在超低K值電介質(zhì)材料的表面沉積氧化物，例如二氧化硅(SiO2)，二氧化硅可作為超低K值電介質(zhì)材料的保護(hù)薄膜，避免后續(xù)形成的光阻膠(PR)直接接觸超低K值電介質(zhì)材料的表面而對其造成污染。步驟1002，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1002的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖2所示，在保護(hù)層103之上涂覆光阻膠(PR) 104，然后施加掩膜版(圖未示出)，并對I3R 104進(jìn)行曝光、顯影，從而形成光刻圖案。其中，光刻圖案用來定義后續(xù)步驟中的溝槽的開口寬度。在實際應(yīng)用中，在ra 104之下還可涂覆底部抗反射涂層(BARC)。步驟1003，圖3為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1003的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖3所示，按照光刻圖案對第一介質(zhì)層102和保護(hù)層103進(jìn)行刻蝕，從而形成溝槽?？涛g的方法具體為干法，干法刻蝕的氣體多為含有氟(F)元素的氣體，例如甲烷 (CF4)、二氟甲烷(CH2F2)。
步驟1004，圖4為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1004的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖4所示，對I3R 104進(jìn)行灰化，從而將光刻圖案剝離。通常采用氧氣(O2)或二氧化碳(CO2)對ra進(jìn)行灰化。步驟1005，圖5為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1005的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖5所示，采用電化學(xué)鍍(ECP)工藝生長金屬銅105。所生長的金屬銅105填充在溝槽中，以及覆蓋在保護(hù)層105的表面。另外，在實際應(yīng)用中，當(dāng)采用ECP生長金屬銅105之前，可能還依次包括如下步驟 采用PVD沉積擴(kuò)散阻擋層，擴(kuò)散阻擋層為上下層疊的氮化鉭(TaN)層和鉭(Ta)層，或上下層疊的氮化鈦(TiN)層和鈦(Ti)層，然后采用PVD沉積銅籽晶層。由于上述步驟和本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容無關(guān)，故不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。步驟1006，圖6為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的步驟1006的剖面結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖6所示，采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝將金屬銅105和保護(hù)層103拋光至第一介質(zhì)層 102的表面，這樣在溝槽中填充了金屬銅，從而完成了接觸孔的制作過程。至此，本流程結(jié)束。然而，如圖4所示，在上述步驟1004中，當(dāng)采用氧氣或二氧化碳對PR104進(jìn)行灰化時，由于氧氣或二氧化碳中的氧元素會與第一介質(zhì)層102的側(cè)表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中，所述第一介質(zhì)層102中與氧元素化學(xué)反應(yīng)主要是指氧化反應(yīng)，因此，當(dāng)灰化結(jié)束后，在第一介質(zhì)層102的側(cè)表面形成化合物層106，從而使得第一介質(zhì)層102的介電常數(shù)K偏離了正常值 (通常介電常數(shù)K上升)，降低了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，針對現(xiàn)有技術(shù)中制作接觸孔時，在去除光刻圖案的過程中會對介質(zhì)層的表面造成損壞從而降低半導(dǎo)體器件器件的絕緣性能的問題，本發(fā)明提供一種接觸孔的形成方法，能夠提高半導(dǎo)體器件的絕緣性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種接觸孔的形成方法，該方法包括提供一基底，在基底上依次形成第一介質(zhì)層、保護(hù)層和光阻膠PR ；對ra進(jìn)行曝光、顯影，形成光刻圖案，并按照光刻圖案對第一介質(zhì)層和保護(hù)層進(jìn)行刻蝕而形成溝槽，然后去除光刻圖案，其中，去除光刻圖案后，在第一介質(zhì)層的側(cè)表面形成化合物層；對刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的表面進(jìn)行濕法清洗去除化合物層后，沉積第二介質(zhì)層，沉積后的第二介質(zhì)層覆蓋在刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的上表面和側(cè)表面、以及溝槽底部的基底上，其中，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層材料相同；采用各向異性干法刻蝕將覆蓋在保護(hù)層上表面和溝槽底部的基底上的第二介質(zhì)層去除后，采用電化學(xué)鍍ECP工藝生長金屬銅，所生長的金屬銅填充在溝槽中，以及覆蓋在保護(hù)層的表面；采用化學(xué)機(jī)械研磨CMP工藝將金屬銅和保護(hù)層拋光至第一介質(zhì)層的表面。所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為超低介電常數(shù)絕緣材料，所述保護(hù)層為氧化物。所述超低介電常數(shù)絕緣材料的介電常數(shù)大于0且小于3。
所述濕法清洗的方法為采用氫氟酸進(jìn)行濕法清洗。所述氫氟酸中氟化氫與水的體積比為1/500至1/100，所述濕法清洗的時間小于 20秒。所述沉積的第二介質(zhì)層形成的溝槽的開口寬度與預(yù)設(shè)的接觸孔的開口寬度相等。在保護(hù)層和I3R之間還進(jìn)一步形成有涂覆底部抗反射涂層BARC ；該方法進(jìn)一步包括形成光刻圖案后，按照光刻圖案對BARC進(jìn)行刻蝕；該方法進(jìn)一步包括去除光刻圖案后，去除BARC?，F(xiàn)有技術(shù)在制作接觸孔時，當(dāng)采用干法刻蝕去除光刻圖案的過程中會對介質(zhì)層的表面造成損壞，而使得介質(zhì)層的介電常數(shù)K偏離了正常值，降低了半導(dǎo)體器件的絕緣性能， 而在本發(fā)明所提供的一種接觸孔的形成方法中，將介質(zhì)層側(cè)表面被損壞的部分采用濕法清洗去除，然后重新沉積和介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料，這樣可保證新形成的介質(zhì)層的表面沒有被損壞，從而避免了介質(zhì)層的K值偏離正常值，提高了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。


圖1 圖6為現(xiàn)有技術(shù)中接觸孔的形成方法的過程剖面示意圖。圖7為本發(fā)明所提供的一種接觸孔的形成方法的流程圖。圖8 圖16為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的過程剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明所述方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為現(xiàn)有技術(shù)在制作接觸孔時，采用干法刻蝕去除光刻圖案的過程中會對介質(zhì)層的表面造成損壞，本發(fā)明在制作接觸孔的過程中增加了如下步驟將介質(zhì)層的側(cè)表面被損壞的部分采用濕法清洗去除，然后重新沉積和介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料，這樣可保證新形成的介質(zhì)層的表面沒有被損壞，從而避免了介質(zhì)層的K值偏離正常值， 提高了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。圖7為本發(fā)明所提供的一種接觸孔的形成方法的流程圖。如圖7所示，該方法包括以下步驟步驟11，提供一基底，在基底上依次形成第一介質(zhì)層、保護(hù)層和PR。步驟12，對I^R進(jìn)行曝光、顯影，形成光刻圖案，并按照光刻圖案對第一介質(zhì)層和保護(hù)層進(jìn)行刻蝕而形成溝槽，然后去除光刻圖案，其中，在去除光刻圖案的過程中，在第一介質(zhì)層的側(cè)表面形成了化合物層。步驟13，對刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的表面進(jìn)行濕法清洗去除化合物層后， 沉積第二介質(zhì)層，沉積后的第二介質(zhì)層覆蓋在刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的上表面和側(cè)表面、以及溝槽底部的基底上，其中，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層材料相同。步驟14，采用各向異性干法刻蝕將覆蓋在保護(hù)層上表面和溝槽底部的基底上的第二介質(zhì)層去除后，采用ECP工藝生長金屬銅，所生長的金屬銅填充在溝槽中，以及覆蓋在保護(hù)層的表面。
步驟15，采用CMP工藝將金屬銅和保護(hù)層拋光至第一介質(zhì)層的表面。至此，本流程結(jié)束。下面以介質(zhì)層為超低K值電介質(zhì)材料為例對本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法進(jìn)行介紹，本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法包括以下步驟步驟2001，圖8為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2001的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，提供一基底101，在基底101上依次形成第一介質(zhì)層102和保護(hù)層 103。優(yōu)選地，第一介質(zhì)層102為超低K值電介質(zhì)材料，K大于0且小于3。保護(hù)層103為氧化物(oxide)。步驟2002，圖9為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2002的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖9所示，在保護(hù)層103之上涂覆光阻膠(PR) 104，然后施加掩膜版(圖未示出)，并對I3R 104進(jìn)行曝光、顯影，從而形成光刻圖案。在冊104之下還可涂覆BARC，當(dāng)涂覆有BARC時，在后續(xù)步驟形成光刻圖案后，還需進(jìn)一步按照光刻圖案對BARC進(jìn)行刻蝕，去除光刻圖案后，還進(jìn)一步去除BARC，其中刻蝕 BARC和去除BARC的方法可參考現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容。步驟2003，圖10為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2003的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖10所示，按照光刻圖案對第一介質(zhì)層102和保護(hù)層103進(jìn)行刻蝕，從而形成溝槽。步驟2004，圖11為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2004的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，對I3R 104進(jìn)行灰化，從而將光刻圖案剝離。上述步驟2001 2004與現(xiàn)有技術(shù)方法的步驟1001 1004的內(nèi)容大致相同，此處不再詳述?？梢?，當(dāng)上述步驟執(zhí)行完畢后，第一介質(zhì)層102的側(cè)表面已與灰化氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被損壞，在第一介質(zhì)層102的側(cè)表面形成了化合物層106。步驟2005，圖12為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2005的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖12所示，采用氫氟酸對刻蝕后的第一介質(zhì)層102和保護(hù)層103的表面進(jìn)行濕法清洗。優(yōu)選地，氫氟酸中氟化氫(HF)與水(H2O)的體積比為1/500至1/100，濕法清洗的時間小于20秒。如圖12所示，當(dāng)濕法清洗結(jié)束后，第一介質(zhì)層102的兩個側(cè)表面上的化合物層106 被完全去除，第一介質(zhì)層102的上表面由于被保護(hù)層103覆蓋從而沒有被去除，同時，保護(hù)層103的上表面和兩個側(cè)表面在濕法清洗的過程中也被少量去除。步驟2006，圖13為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2006的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖13所示，沉積與第一介質(zhì)層102相同的電介質(zhì)材料，沉積后的電介質(zhì)材料覆蓋在刻蝕后的第一介質(zhì)層102和保護(hù)層103的表面、以及溝槽的下表面的基底101上。其中，在本實施例中，為了將新沉積的介質(zhì)層與第一介質(zhì)層102進(jìn)行區(qū)分，將新沉積的與第一介質(zhì)層102相同的電介質(zhì)材料記作第二介質(zhì)層107。舉例說明，若第一介質(zhì)層102的材料為K值為2. 1的SiOC，則本步驟所沉積的第二介質(zhì)層107也為K值為2. 1的SiOC，也就是說，必須保證步驟2006所沉積的第二介質(zhì)層 107與步驟2001所沉積的第一介質(zhì)層102的材料完全相同。
另外，本步驟中所沉積的第二介質(zhì)層107形成的溝槽的開口寬度(圖13中的開口寬度e)與預(yù)設(shè)的接觸孔的開口寬度(圖11的開口寬度b)近似，優(yōu)選地，本步驟中所沉積的第二介質(zhì)層107形成的溝槽的開口寬度(圖13中的開口寬度e)與預(yù)設(shè)的接觸孔的開口寬度(圖11的開口寬度b)相等。由于新沉積的第二介質(zhì)層107覆蓋在圖13中溝槽左側(cè)第一介質(zhì)層102兩側(cè)表面的厚度與覆蓋在溝槽右側(cè)第一介質(zhì)層102兩側(cè)表面的厚度相同， 所以只要保證圖13中的寬度d與圖11的寬度a相等、圖13中的寬度f與圖11的寬度c 相等即可。步驟2007，圖14為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2007的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖14所示，采用各向異性干法刻蝕，將步驟2006中所沉積的覆蓋在保護(hù)層 103上表面和溝槽下表面基底101上的第二介質(zhì)層107去除。由于本步驟采用各向異性干法刻蝕，因此選擇性地去除了覆蓋在保護(hù)層103上表面和溝槽下表面基底101上的第二介質(zhì)層107，而保護(hù)層103和第一介質(zhì)層102兩側(cè)面新形成的第二介質(zhì)層107幾乎沒有被去除。干法刻蝕的氣體多為含有氟(F)元素的氣體，例如甲烷(CF4)、二氟甲烷(CH2F2)寸?？梢姡谏鲜霾襟E2005 2007中，將第一介質(zhì)層102表面被損壞的部分采用濕法清洗去除，然后重新沉積和第一介質(zhì)層102相同的電介質(zhì)材料，這樣可保證新形成的第一介質(zhì)層102的表面沒有被損壞，從而避免了介質(zhì)層的K值偏離正常值，提高了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。步驟2008，圖15為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2008的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖15所示，采用電化學(xué)鍍(ECP)工藝生長金屬銅105。所生長的金屬銅105填充在溝槽中，以及覆蓋在保護(hù)層105的表面步驟2009，圖16為本發(fā)明所提供的接觸孔的形成方法實施例的步驟2006的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖16所示，采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝將金屬銅105和保護(hù)層103拋光至第一介質(zhì)層102的表面，從而完成了接觸孔的制作過程。上述步驟2008 2009與現(xiàn)有技術(shù)方法的步驟1005 1006的內(nèi)容大致相同，此處不再詳述。至此，本流程結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，在制作接觸孔的過程中，將介質(zhì)層側(cè)表面被損壞的部分采用濕法清洗去除，然后重新沉積和介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料，這樣可保證新形成的介質(zhì)層的側(cè)表面沒有被損壞，從而避免了介質(zhì)層的K值偏離正常值，提高了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種接觸孔的形成方法，該方法包括提供一基底，在基底上依次形成第一介質(zhì)層、保護(hù)層和光阻膠PR ；對ra進(jìn)行曝光、顯影，形成光刻圖案，并按照光刻圖案對第一介質(zhì)層和保護(hù)層進(jìn)行刻蝕而形成溝槽，然后去除光刻圖案，其中，在去除光刻圖案的過程中，在第一介質(zhì)層的側(cè)表面形成了化合物層；對刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的表面進(jìn)行濕法清洗去除化合物層后，沉積第二介質(zhì)層，沉積后的第二介質(zhì)層覆蓋在刻蝕后的第一介質(zhì)層和保護(hù)層的上表面和側(cè)表面、以及溝槽底部的基底上，其中，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層材料相同；采用各向異性干法刻蝕將覆蓋在保護(hù)層上表面和溝槽底部的基底上的第二介質(zhì)層去除后，采用電化學(xué)鍍ECP工藝生長金屬銅，所生長的金屬銅填充在溝槽中，以及覆蓋在保護(hù)層的表面；采用化學(xué)機(jī)械研磨CMP工藝將金屬銅和保護(hù)層拋光至第一介質(zhì)層的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為超低介電常數(shù)絕緣材料，所述保護(hù)層為氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述超低介電常數(shù)絕緣材料的介電常數(shù)大于0且小于3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕法清洗的方法為采用氫氟酸進(jìn)行濕法清洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述氫氟酸中氟化氫與水的體積比為 1/500至1/100，所述濕法清洗的時間小于20秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的第二介質(zhì)層形成的溝槽的開口寬度與預(yù)設(shè)的接觸孔的開口寬度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在保護(hù)層和I3R之間還進(jìn)一步形成有涂覆底部抗反射涂層BARC ；該方法進(jìn)一步包括形成光刻圖案后，按照光刻圖案對BARC進(jìn)行刻蝕；該方法進(jìn)一步包括去除光刻圖案后，去除BARC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接觸孔的形成方法，該方法包括對介質(zhì)層和保護(hù)層進(jìn)行刻蝕而形成溝槽后，將介質(zhì)層的側(cè)表面被損壞的部分采用濕法清洗去除，然后重新沉積和介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料，然后生長金屬銅，最后采用CMP工藝將金屬銅和保護(hù)層拋光至介質(zhì)層的表面形成接觸孔。采用本發(fā)明公開的方法提高了半導(dǎo)體器件的絕緣性能。
文檔編號H01L21/768GK102468223SQ20101054682
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者尹曉明, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司