提高銅互聯(lián)溝槽填充能力的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高銅擴散阻擋層濺射臺階覆蓋能力的方法，在刻蝕完成介質(zhì)層溝槽時，對金屬硬質(zhì)掩膜進行回刻，去除所述硬質(zhì)掩膜的邊角，以擴大溝槽的開口大小，然后制備銅擴散阻擋層覆蓋溝槽及硬質(zhì)掩膜的表面，并進行銅電鍍和化學(xué)機械研磨工藝。由于本發(fā)明增加了一金屬硬質(zhì)掩模回刻的工藝，通過對金屬硬質(zhì)掩膜的邊角進行刻蝕，增大了溝槽開口圖案，在制備銅擴散阻擋層時，可避免在轉(zhuǎn)角處形成凸起，進而在后續(xù)銅電鍍工藝時提高填充能力，進而提升器件性能。
【專利說明】提高銅互聯(lián)溝槽填充能力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種提高銅互聯(lián)溝槽填充能力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著器件尺寸的不斷縮小，工作頻率的提高，尤其是90nm節(jié)點以下，業(yè)界普遍使用大馬士革銅互連技術(shù)，在大馬士革銅互連技術(shù)中，需要在器件刻蝕形成銅互聯(lián)溝槽，然后沉積一銅擴散阻擋層覆蓋溝槽表面，然后填充金屬銅并進行化學(xué)機械研磨得到所需結(jié)構(gòu)。但是在沉積阻擋層的工藝中，阻擋層濺射時容易在溝槽開口轉(zhuǎn)角形成凸起，進而導(dǎo)致開口圖案較小，在對于具有較高深寬比的溝槽，在填充溝槽時，極易由于開口較小而導(dǎo)致溝槽填充不充分，進而影響器件性能。
[0003]圖1?圖4為現(xiàn)有技術(shù)中銅互聯(lián)工藝的工藝流程圖，包括以下步驟:
[0004]步驟1、在阻擋層I上表面自下而上依次沉積第一低介電常數(shù)層2和第二低介電常數(shù)層3，然后再沉積一金屬硬掩膜4覆蓋于第二低介電常數(shù)層3的上表面，形成圖1所示結(jié)構(gòu)；
[0005]步驟2、采用光刻工藝，形成互聯(lián)溝槽，用來后續(xù)的填充銅互聯(lián)導(dǎo)線，如圖2所示結(jié)構(gòu)；
[0006]步驟3、制備一銅擴散阻擋層覆蓋溝槽的表面及剩余金屬硬掩膜的上表面，如圖3所示結(jié)構(gòu)；
[0007]步驟4、進行銅電鍍及化學(xué)機械研磨工藝去除金屬硬掩膜頂部的銅擴散阻擋層及金屬硬掩膜，然后在在溝槽填充材料層，如圖4所示結(jié)構(gòu)。
[0008]由于傳統(tǒng)工藝是在刻蝕形成溝槽后直接沉積銅擴散阻擋層，在銅擴散阻擋層濺射時容易在轉(zhuǎn)角處形成凸起，進而減小了開口圖案大小，如圖3所示。在深寬比較大的溝槽填充工藝中，導(dǎo)致填充的銅不能很好的充滿溝槽，進而影響器件性能，如圖4所示。
[0009]因此，如何提高溝槽內(nèi)填充材料覆蓋的完整性為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力研究的方向。
[0010]中國專利(申請?zhí)?201110274227.1)公開了一種金屬銅大馬士革互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟:包括如下步驟:在金屬介電層中預(yù)先制作第一通孔和第一溝槽，并在金屬介電層上由下至上依次沉積蝕刻阻擋層、犧牲層、硬掩膜層、第一抗反射涂層、對應(yīng)于所述第一通孔的圖形化的第一光刻膠；在后段互聯(lián)金屬工藝整合中形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)；在雙大馬士革結(jié)構(gòu)中采用非氧化性酸去除蝕刻阻擋層之上的犧牲層；采用旋涂工藝將蝕刻阻擋層上方除金屬銅之外的區(qū)域重新填滿低介電常數(shù)材料，形成金屬銅大馬士革互聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了一種金屬銅大馬士革互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造方法，以杜絕干法蝕刻和/或灰化工藝等在傳統(tǒng)工藝中導(dǎo)致的低介電常數(shù)的損傷。
[0011]該發(fā)明在刻蝕形成溝槽時，是直接進行填充，在對深寬比較高的溝槽進行填充時，填充物可能在開口處形成堆疊，進而造成溝槽填充不充分，進而影響器件性能。
[0012]中國專利(申請?zhí)?200910055938.2)公開了一種銅互連方法，采用蝕刻工藝在介質(zhì)層上形成通孔，并在通孔中沉積銅擴散阻擋層和銅籽晶層后，該方法包括:將晶圓從反應(yīng)室中取出，在晶圓進入電鍍槽之前，晶圓正面朝下并發(fā)生旋轉(zhuǎn)；采用電化學(xué)鍍ECP生長銅互連層；采用化學(xué)機械研磨將銅互連層拋光至介質(zhì)層表面，形成銅導(dǎo)線。采用該方法能夠在銅互連的過程中避免銅導(dǎo)線出現(xiàn)空洞，并避免對銅導(dǎo)線造成侵蝕。
[0013]該發(fā)明是通過在晶圓進行銅電鍍工藝前，晶圓正面朝下并發(fā)生旋轉(zhuǎn)，去除VOC或顆粒污染物，然后進行金屬銅互聯(lián)工藝。但是該專利是通過特殊的電鍍環(huán)帶動晶圓進行旋轉(zhuǎn)以去除溝槽的污染物，而溝槽開口圖案并沒有得到改變，在深寬比較高的溝槽內(nèi)沉積銅擴散阻擋層時，可能在開口處形成堆疊，進而造成后續(xù)的填充不充分，影響器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高銅擴散阻擋層濺射臺階覆蓋能力的方法，在刻蝕形成銅互聯(lián)溝槽后，再對金屬硬掩膜進行回刻，使金屬硬掩膜在轉(zhuǎn)角處形成一拐角，使得后續(xù)沉積的銅擴散阻擋層不會在轉(zhuǎn)角處形成凸起，減小溝槽頂部的開口圖案大小，進而在后續(xù)的銅電鍍工藝中填充材料更好的覆蓋住銅互聯(lián)溝槽。
[0015]為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0016]一種提高溝槽填充能力的方法，應(yīng)用于大馬士革銅互聯(lián)工藝中，其中，所述方法包括:
[0017]步驟1、于一襯底結(jié)構(gòu)的表面依次淀積阻擋層、第一低介電常數(shù)層、第二低介電常數(shù)層和金屬硬掩膜層后，回刻所述金屬硬掩膜層、所述第二低介電常數(shù)層至所述第一低介電常數(shù)層中，形成互聯(lián)溝槽；
[0018]步驟2、涂覆抗反射層充滿所述互聯(lián)溝槽并覆蓋剩余的金屬硬質(zhì)掩模層的上表面；
[0019]步驟3、去除位于所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層上表面及其側(cè)壁上的抗反射層，于所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層之間形成一頂部溝槽；
[0020]步驟4、刻蝕所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層，以擴展所述頂部溝槽的開口端；
[0021]步驟5、去除剩余的抗反射層后，繼續(xù)后續(xù)銅擴散阻擋層及溝槽填充的制備工藝。
[0022]上述的方法，其中，通過光阻回刻工藝刻蝕去除硬質(zhì)掩模上表面及側(cè)面位于溝槽內(nèi)的抗反射層。
[0023]上述的方法，其中，采用濕法清洗去除所述剩余抗反射層。
[0024]上述的方法，其中，所述金屬硬質(zhì)掩膜層為TiN。
[0025]上述的方法，其中，采用等離子刻蝕工藝刻蝕所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層。
[0026]上述的方法，其中，通過調(diào)整所述等離子刻蝕的工藝參數(shù)來控制刻蝕后的金屬硬質(zhì)掩模層的寬度、側(cè)壁形貌。
[0027]上述的方法，其中，所述銅擴散阻擋層為TaN。
[0028]上述的方法，其中采用物理氣相沉積沉積所述銅擴散阻擋層。
[0029]由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，在刻蝕形成互聯(lián)溝槽時，在溝槽內(nèi)填充抗反射層后并對金屬硬質(zhì)掩模層進行刻蝕，去除溝槽金屬硬質(zhì)掩膜的邊角，進而在都需沉積銅擴散阻擋層時，避免在轉(zhuǎn)角處形成堆疊，進而在后續(xù)溝槽填充時使得填充更加充分，進而提升器件性能；同時由于在刻蝕金屬硬質(zhì)掩模層前，在溝槽內(nèi)填充有抗反射層，可很好保護金屬硬質(zhì)掩模層下方的低介電常數(shù)層，避免在刻蝕金屬硬質(zhì)掩模層時對低介電常數(shù)層造成損傷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更明顯。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，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0031]圖1?4為現(xiàn)有技術(shù)大馬士革銅互聯(lián)工藝的工藝流程圖；
[0032]圖5?12為本發(fā)明一種提高溝槽覆蓋性方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明:
[0034]圖5?12為本發(fā)明一直提高銅互聯(lián)溝槽覆蓋完整性方法的流程圖，包括以下步驟:
[0035]步驟1、于一襯底結(jié)構(gòu)(圖中未標(biāo)示)的表面淀積一阻擋層1，然后在阻擋層I的上表面依次沉積第一低介電常數(shù)層2和第二低介電常數(shù)層3，然后再沉積一金屬硬質(zhì)掩膜層4覆蓋于第二低介電常數(shù)層3的表面，形成圖5所示結(jié)構(gòu)。其中，在本發(fā)明一較佳的實施例中，阻擋層I為SiCN，第一低介電常數(shù)層2為FSG或SiCOH等材料，第二低介電常數(shù)層3為二氧化硅或碳氧化硅等材料，金屬硬質(zhì)掩膜層4為氮化鈦。
[0036]步驟2、在金屬硬質(zhì)掩膜層4表面涂覆一層光阻，進行曝光顯影工藝后于光阻中形成所需圖案窗口，然后利用該窗口采用干法刻蝕工藝向下進行刻蝕至第一低介電常數(shù)層，形成互聯(lián)溝槽，用來填充銅形成銅導(dǎo)線；并移除剩余光阻。如圖6所示結(jié)構(gòu)。
[0037]步驟3、涂布一抗反射層7填滿互聯(lián)溝槽并覆蓋住剩余金屬硬質(zhì)掩模層4'的表面，如圖7所示結(jié)構(gòu)。
[0038]步驟4、采用光阻回刻工藝刻蝕去除位于剩余的金屬硬質(zhì)掩模層4'上表面及其側(cè)壁上的抗反射層，于剩余的金屬硬質(zhì)掩模層4'之間形成一頂部溝槽，如圖8所示。該步驟完成后，只在溝槽內(nèi)保留有剩余抗反射層V，而其余部分的抗反射層則被去除，在后續(xù)的刻蝕工藝中可保護下方的結(jié)構(gòu)免受刻蝕造成的損傷。
[0039]步驟5、采用等離子刻蝕工藝對剩余金屬硬質(zhì)掩模層4'進行選擇性刻蝕，去除剩余金屬硬質(zhì)掩模層4'位于溝槽開口處的邊角，以擴展其頂部溝槽的開口端，形成如圖9所示結(jié)構(gòu)。如圖所示，經(jīng)過刻蝕后，剩余金屬硬質(zhì)掩模層4'位于溝槽開口處的轉(zhuǎn)角位置處被去除，形成一較圓滑的拐角，側(cè)壁比較平緩，放大了溝槽開口的尺寸，進而在后續(xù)銅擴散阻擋層更加容易的進行沉積而不會形成堆疊；同時由于在互聯(lián)溝槽保留有剩余抗反射層T，在刻蝕剩余金屬硬質(zhì)掩模層4'時可很好保護掩膜層下方的介質(zhì)層，避免刻蝕對其造成損傷。同時，在本發(fā)明的實施例中，通過調(diào)整等離子刻蝕的工藝參數(shù)來控制刻蝕后的金屬硬質(zhì)掩模層的寬度、側(cè)壁形貌，進而控制溝槽頂部開口的大小，達到最優(yōu)的技術(shù)效果。
[0040]步驟6、采用濕法清洗工藝去除溝槽內(nèi)剩余的抗反射層T，該步驟完成形成如圖10所示結(jié)構(gòu)。
[0041]步驟7、采用物理氣相沉積工藝沉積一銅擴散阻擋層5覆蓋住互聯(lián)溝槽表面及剩余金屬硬質(zhì)掩模層結(jié)構(gòu)4"的表面。優(yōu)選的，該阻擋層5為氮化鈦(TaN)，形成如圖11所示結(jié)構(gòu)。由于對剩余金屬硬質(zhì)掩膜層進行了刻蝕，去除了溝槽開口處金屬硬質(zhì)掩膜層的邊角，使得邊角處更加圓滑，進而擴展了溝槽頂部開口圖案，在沉積銅擴散阻擋層5不容易在溝槽開口形成堆疊，進而更好的進行后續(xù)的填充工藝。
[0042]步驟8、進行后續(xù)的銅電鍍溝槽填充工藝，由于沉積的銅擴散阻擋層5不會在開口轉(zhuǎn)角處形成凸起，進行銅電鍍填充后，可很好將溝槽填滿，提高溝槽材料的覆蓋能力，進而有利于提升器件性能，填充完成后采用化學(xué)機械研磨工藝拋光至第一低介電常數(shù)層2'上表面，形成圖12所示結(jié)構(gòu)。該工藝步驟采用本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用技術(shù)手段，在此不予贅述。
[0043]綜上所述，由于本發(fā)明增加了一金屬硬質(zhì)掩?；乜痰墓に嚕涛g去除了溝槽開口轉(zhuǎn)角處的金屬硬質(zhì)掩模，進而使溝槽開口變大，進而使得在后續(xù)銅電鍍工藝中能夠使得溝槽填充更加充分，進而提升器件性能；同時在回蝕金屬硬質(zhì)掩模時，在溝槽填充了有抗反射層，可很好保護金屬硬質(zhì)掩模層下方的低介電常數(shù)層，避免在使用等離子刻蝕金屬硬質(zhì)掩模時對低介電常數(shù)層造成損傷。
[0044]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設(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)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(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)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高溝槽填充能力的方法，應(yīng)用于大馬士革銅互聯(lián)工藝中，其特征在于，所述方法包括: 步驟1、于一襯底結(jié)構(gòu)的表面依次淀積阻擋層、第一低介電常數(shù)層、第二低介電常數(shù)層和金屬硬掩膜層后，回刻所述金屬硬掩膜層、所述第二低介電常數(shù)層至所述第一低介電常數(shù)層中，形成互聯(lián)溝槽； 步驟2、涂覆抗反射層充滿所述互聯(lián)溝槽并覆蓋剩余的金屬硬質(zhì)掩模層的上表面； 步驟3、去除位于所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層上表面及其側(cè)壁上的抗反射層，于所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層之間形成一頂部溝槽； 步驟4、刻蝕所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層，以擴展所述頂部溝槽的開口端； 步驟5、去除剩余的抗反射層后，繼續(xù)后續(xù)銅擴散阻擋層及溝槽填充的制備工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過光阻回刻工藝刻蝕去除硬質(zhì)掩模上表面及側(cè)面位于溝槽內(nèi)的抗反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用濕法清洗去除所述剩余抗反射層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬硬質(zhì)掩膜層為TiN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用等離子刻蝕工藝刻蝕所述剩余的金屬硬質(zhì)掩模層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過調(diào)整所述等離子刻蝕的工藝參數(shù)來控制刻蝕后的金屬硬質(zhì)掩模層的寬度、側(cè)壁形貌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述銅擴散阻擋層為TaN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用物理氣相沉積沉積所述銅擴散阻擋層。
【文檔編號】H01L21/768GK103606532SQ201310506674
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】劉斌, 曾林華, 任昱, 呂煜坤, 張旭昇 申請人:上海華力微電子有限公司