專利名稱：一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及后段金屬互連的制造工藝，尤其涉及一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路尺寸的縮小，芯片的特征尺寸越來(lái)越小，溝槽結(jié)構(gòu)越來(lái)越深，高寬比越來(lái)越大，因此各薄膜工藝的填隙能力越來(lái)越受到挑戰(zhàn)。而填隙能力的不足很容易在金屬互連結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上留下孔洞缺陷，造成后續(xù)的金屬互連結(jié)構(gòu)短路。而隨著多孔超低介電常數(shù)介質(zhì)材料在后段的廣泛應(yīng)用，多孔薄膜也容易在側(cè)壁形成較長(zhǎng)的孔洞。此外，刻蝕過(guò)程對(duì)側(cè)壁的損傷也會(huì)影響到金屬互連的可靠性。以金屬前介質(zhì)層(Pre-metal dielectric,簡(jiǎn)稱PMD)的填充為例，隨著器件的密度越來(lái)越高，器件的間距越來(lái)越小，則在PMD填充時(shí)越容易出現(xiàn)孔洞，參考圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的，一種介質(zhì)層中有孔洞的器件的剖視圖，孔洞101在介質(zhì)層102中，而這些孔洞就可能會(huì)造成后續(xù)工藝的鎢栓橋接而短路。目前的做法是盡力提高PMD工序的填充能力，利用HARP(高高寬比工藝，亞大氣壓化學(xué)氣相沉積)和多次“填充-刻蝕-填充”來(lái)實(shí)現(xiàn)消除孔洞的目的。然而收效不佳，而且
費(fèi)用高，產(chǎn)率低。還有一種方法就是修改版圖設(shè)計(jì)，保留更多的間距，但這會(huì)降低器件密度，不利于獲得高性能芯片。其他的可能途徑是降低側(cè)墻厚度，但器件本身對(duì)側(cè)墻的尺寸就有要求，過(guò)薄會(huì)引起器件的性能下降甚至失效，也不具有可操作性。美國(guó)專利US7855137B2中公開(kāi)利用金屬及其化合物作為阻擋層，可以有效地阻止金屬擴(kuò)散，提高金屬互連的良率和壽命。然而由于側(cè)壁的阻擋層是金屬材料具有導(dǎo)電能力， 因此不能對(duì)側(cè)壁的空洞或缺陷進(jìn)行有效的修復(fù)。這種情況下用金屬阻擋層的互連依然后面臨失效的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決目前工藝中由于線寬不斷變小薄膜生長(zhǎng)工藝填隙能力不足，薄膜本身缺陷或刻蝕損傷等原因造成介質(zhì)層中存在孔洞。后續(xù)的互連工藝會(huì)由于較長(zhǎng)孔洞的存在而橋接短路，使芯片失效的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，先在包含有大量半導(dǎo)體器件的晶圓上淀積一層介質(zhì)層，其中，包括如下步驟
在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)接觸有源區(qū)或柵極的通孔；
淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)通孔的底部及側(cè)壁；
化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層；刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層。上述的工藝方法，其中，所述刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層的步驟采用自對(duì)準(zhǔn)的空白刻蝕(black etch)工藝。上述的工藝方法，其中，所述介質(zhì)層中有線性空洞或裂紋，所述通孔豎直穿過(guò)所述線性空洞或裂紋，所述通孔側(cè)壁上形成孔洞或裂紋，所述絕緣封閉層淀積后封堵所述通孔側(cè)壁上的線性空洞或裂紋。上述的工藝方法，其中，完成上述步驟后，向所述通孔中填充金屬，形成接觸孔。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層通過(guò)原子層沉積、爐管生長(zhǎng)、或亞大氣壓化學(xué)氣相沉積中任一種具有高填隙能力的工藝形成。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層的材料至少包括如下任一種材料氧化
硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還公開(kāi)一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，其中， 包括如下步驟
在一襯底上沉積一介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)溝槽；
淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)溝槽； 化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層； 刻蝕掉位于所述多個(gè)溝槽底部的絕緣封閉層；
向所述溝槽中淀積一層阻擋層，使所述阻擋層覆蓋所述溝槽底部和溝槽側(cè)壁；
向所述溝槽中填充金屬；
化學(xué)機(jī)械平坦化所述金屬和所述阻擋層。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層通過(guò)原子層沉積、爐管生長(zhǎng)、或亞大氣壓化學(xué)氣相沉積中任一種具有高填隙能力的工藝形成。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層的材料至少包括如下任一種材料氧化
硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅。上述的工藝方法，其中，所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米。本發(fā)明通過(guò)加入絕緣封閉層，可以有效地封閉互連結(jié)構(gòu)(如接觸孔)側(cè)壁上的孔洞，而杜絕孔洞造成后續(xù)金屬栓的橋接短路。除此之外，致密完整的絕緣封閉層還可以修復(fù)側(cè)壁的刻蝕損傷，進(jìn)一步隔離外界的各種濕氣化學(xué)成分對(duì)金屬的腐蝕作用，阻止接觸孔內(nèi)金屬的擴(kuò)散，從而提高金屬栓的性能和可靠性。


通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚明了，放大了部分部件。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的，一種介質(zhì)層中有孔洞的器件的剖視圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的，目前業(yè)界所采用的金屬前介質(zhì)層填充的加工工藝過(guò)程示意圖；圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法修補(bǔ)接觸孔的流程圖北示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法修補(bǔ)溝槽的流程圖；以及
圖如至圖如示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法應(yīng)用在具有絕緣封閉層的接觸孔制造工藝。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖2為現(xiàn)有技術(shù)，目前業(yè)界所采用的金屬前介質(zhì)層填充的加工工藝過(guò)程示意圖， 圖3為本發(fā)明，一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法的流程圖。參考圖2和圖3說(shuō)明本發(fā)明的工藝過(guò)程在現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用，具體地，先執(zhí)行現(xiàn)有技術(shù)的第一個(gè)步驟SllO 形成介質(zhì)層(如形成PMD層)，在半導(dǎo)體加工中，先在硅基底上淀積一層介質(zhì)層。然后執(zhí)行第二個(gè)步驟Slll 刻蝕所述介質(zhì)層形成接觸孔。其中，所述接觸孔是互連結(jié)構(gòu)的一種，在這一步驟中，也可以是刻蝕所述介質(zhì)層形成溝槽，這樣的變化并不影響本發(fā)明的實(shí)施。這時(shí)，參考圖1所示的一種介質(zhì)層中有孔洞的器件的剖視圖，由于器件103的分布密度比較高，因此器件103之間間距小，介質(zhì)層102中就會(huì)容易出現(xiàn)孔洞101。本發(fā)明的金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，用于修補(bǔ)半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)側(cè)壁的介質(zhì)層中的孔洞，所述互連結(jié)構(gòu)下方為半導(dǎo)體的柵極或有源區(qū)，具體地，就是在上述步驟Slll之后，執(zhí)行如圖3所示的步驟S210 在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)接觸有源區(qū)或柵極的通孔；而不是按照現(xiàn)有技術(shù)繼續(xù)執(zhí)行如圖2所示的步驟S112 鎢栓填充。在執(zhí)行本發(fā)明的步驟S210時(shí)，所述線形孔洞貫通兩相鄰?fù)?，因此，需要?duì)這種情況進(jìn)行修補(bǔ)。接著執(zhí)行步驟S211，淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)通孔的底部及側(cè)壁。在這一個(gè)步驟中，絕緣封閉層能夠完全覆蓋住位于介質(zhì)層中的孔洞，但是，同時(shí)也覆蓋住了所述互連結(jié)構(gòu)的底部和所述介質(zhì)層上表面，而互連結(jié)構(gòu)，例如接觸孔，必須保持貫通才能起作用，
因此，繼續(xù)執(zhí)行步驟S212 化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層，實(shí)際研磨過(guò)程中，部分厚度的所述介質(zhì)層也可能被研磨掉。以及步驟S213，刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層的步驟采用自對(duì)準(zhǔn)的空白刻蝕(blank etch)工藝。當(dāng)進(jìn)行修補(bǔ)的互連結(jié)構(gòu)是溝槽時(shí)，完成步驟S213后，先向所述通孔中淀積一層阻擋層，再填充金屬，形成為溝槽。當(dāng)進(jìn)行修補(bǔ)的互連結(jié)構(gòu)是接觸孔時(shí)，參考圖1，所述介質(zhì)層102中有若干晶體管 103，所述通孔的位置位于所述晶體管103的有源區(qū)上方，使所述通孔接觸所述晶體管有源區(qū)。完成上步驟S213后，向所述通孔中填充金屬，形成接觸孔。
這樣，絕緣層就隔離所述金屬和所述孔洞。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述絕緣封閉層必須保證其致密性，因此，需要采用高填隙能力的工藝來(lái)制造，在一個(gè)優(yōu)選例中，采用具有優(yōu)異沉積均勻性和一致性的原子層沉積技術(shù)，在一個(gè)變化例中，也可以采用爐管生長(zhǎng)技術(shù)形成所述絕緣封閉層，在又一個(gè)變化例中， 還可以用亞大氣壓化學(xué)氣相沉積來(lái)淀積所述絕緣封閉層。進(jìn)一步地，為了保證所述絕緣封閉層的絕緣性，其材料可以采用如下材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅中的任一種。所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米，具體地厚度值可以根據(jù)實(shí)際需要采用不同的值，在此不予贅述。在完成了本發(fā)明的步驟S213后，采用與現(xiàn)有技術(shù)中的步驟化學(xué)機(jī)械平坦化，來(lái)磨平所述金屬。由于現(xiàn)有技術(shù)中缺少本發(fā)明所公開(kāi)的步驟，無(wú)法解決孔洞101與金屬接觸而發(fā)生的短路現(xiàn)象，采用本發(fā)明的方法制得的互連結(jié)構(gòu)可以有效進(jìn)行電學(xué)互連的同時(shí)，避免短路發(fā)生，同時(shí)還能修復(fù)在刻蝕工藝過(guò)程中對(duì)互連結(jié)構(gòu)側(cè)壁造成的損傷。以下結(jié)合圖北圖如至圖如示出了根據(jù)本發(fā)明的，一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法應(yīng)用在具有絕緣封閉層的溝槽制造工藝，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
先執(zhí)行步驟S310 在一襯底上沉積一介質(zhì)層，在55納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，由于器件密度過(guò)大，介質(zhì)薄膜填隙能力不足造成PMD (金屬前介質(zhì)層)中存在孔洞。再執(zhí)行步驟S311 在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)溝槽，在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)溝槽，本發(fā)明從PMD生長(zhǎng)完畢，芯片經(jīng)過(guò)光刻，刻蝕，去膠等工藝已經(jīng)在PMD層上形成了尚未填充的通孔，這個(gè)通孔就是圖如中所要修補(bǔ)的溝槽，在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述通孔的直徑為70 100納米；
接著執(zhí)行步驟S312 淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)溝槽，為了封閉通孔側(cè)壁上可能會(huì)造成短路的空洞，采用原子層沉積的方法在整個(gè)形貌表面生長(zhǎng)一層致密均勻的絕緣封閉層，該絕緣封閉層厚度的選擇取決于能否有效地封閉所存在的孔洞以及不對(duì)后續(xù)接觸孔中金屬填充帶來(lái)困難為準(zhǔn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)綜合考慮絕緣封閉層的封閉性能、孔的尺寸以及PMD中能可能存在的空洞的尺寸的實(shí)際狀況進(jìn)行選擇，在此不予贅述。圖如中，孔洞401位于介質(zhì)層402中，孔洞401的兩端連接兩個(gè)互連結(jié)構(gòu)(圖中未標(biāo)示)，通過(guò)本發(fā)明的方法，絕緣封閉層403覆蓋所述介質(zhì)層和所述互連結(jié)構(gòu)，孔洞401兩端被絕緣封閉層403所封閉。然后執(zhí)行步驟S313 化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層，進(jìn)一步地，在圖4b示出的剖視圖中，原本覆蓋在介質(zhì)層上表面的絕緣封閉層部分4032 (參考圖4a)被刻蝕去除。接上步執(zhí)行步驟S314 刻蝕掉位于所述多個(gè)溝槽底部的絕緣封閉層，由于孔洞都是存在于側(cè)壁上，而高填隙能力的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)的薄膜厚度都是非常均勻的。因此采用自對(duì)準(zhǔn)的空白刻蝕，就能達(dá)到去除底部不需要的絕緣薄膜，而不會(huì)對(duì)側(cè)壁的封閉層造成太大影響。圖4c中，原本覆蓋住互連結(jié)構(gòu)底部的絕緣封閉層部分4031 (參考圖4a)被刻蝕去除。再依次執(zhí)行步驟S315 向所述溝槽中淀積一層阻擋層，使所述阻擋層覆蓋所述溝槽底部和溝槽側(cè)壁；執(zhí)行步驟S316 向所述溝槽中填充金屬；和執(zhí)行步驟S317 化學(xué)機(jī)械平坦化所述金屬和所述阻擋層。參考圖4d和圖4e，形成一層阻擋層501，再填充金屬502， 化學(xué)機(jī)械拋光后就得到了圖4e所示的剖視圖。在實(shí)施上述步驟時(shí)，所述絕緣封閉層的材料至少采用如下任一種材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅，來(lái)保證絕緣特性。且所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米，既滿足隔絕的作用，又不會(huì)太厚影響
工藝布局。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于所有金屬互連側(cè)壁中可能存在產(chǎn)生短路效果的空洞缺陷的情況。具體的處理過(guò)程可以參考圖如至圖4e所示的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，先在包含有大量半導(dǎo)體器件的晶圓上淀積一層介質(zhì)層，其特征在于，包括如下步驟在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)接觸有源區(qū)或柵極的通孔；淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)通孔的底部及側(cè)壁；化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層； 刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層的步驟采用自對(duì)準(zhǔn)的空白刻蝕(black etch)工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述介質(zhì)層中有線性空洞或裂紋，所述通孔豎直穿過(guò)所述線性空洞或裂紋，所述通孔側(cè)壁上形成孔洞或裂紋，所述絕緣封閉層淀積后封堵所述通孔側(cè)壁上的線性空洞或裂紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，完成上述步驟后，向所述通孔中填充金屬，形成接觸孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層通過(guò)原子層沉積、爐管生長(zhǎng)、或亞大氣壓化學(xué)氣相沉積中任一種具有高填隙能力的工藝形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層的材料至少包括如下任一種材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米。
8.一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，其特征在于，包括如下步驟 在一襯底上沉積一介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)溝槽；淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)溝槽； 化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層； 刻蝕掉位于所述多個(gè)溝槽底部的絕緣封閉層；向所述溝槽中淀積一層阻擋層，使所述阻擋層覆蓋所述溝槽底部和溝槽側(cè)壁；向所述溝槽中填充金屬；化學(xué)機(jī)械平坦化所述金屬和所述阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層通過(guò)原子層沉積、爐管生長(zhǎng)、或亞大氣壓化學(xué)氣相沉積中任一種具有高填隙能力的工藝形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層的材料至少包括如下任一種材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或摻碳氮氧化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣封閉層的厚度取值為廣15納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于金屬互連側(cè)壁修補(bǔ)的工藝方法，先在包含有大量半導(dǎo)體器件的晶圓上淀積一層介質(zhì)層，其特征在于，包括如下步驟在所述介質(zhì)層中刻蝕多個(gè)接觸有源區(qū)或柵極的通孔；淀積一層絕緣封閉層在所述介質(zhì)層表面，所述絕緣封閉層同時(shí)覆蓋所述多個(gè)通孔的底部及側(cè)壁；化學(xué)機(jī)械平坦化所述絕緣封閉層；刻蝕掉位于所述多個(gè)通孔底部的絕緣封閉層。本發(fā)明可以有效地封閉互連結(jié)構(gòu)(如接觸孔)側(cè)壁上的孔洞，而杜絕孔洞造成后續(xù)金屬栓的橋接短路。除此之外，致密完整的絕緣封閉層還可以修復(fù)側(cè)壁的刻蝕損傷，進(jìn)一步隔離外界的各種濕氣化學(xué)成分對(duì)金屬的腐蝕作用，阻止接觸孔內(nèi)金屬的擴(kuò)散，從而提高金屬栓的性能和可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102412192SQ20111013360
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司