一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層 中通孔形貌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，在進(jìn)入深亞微米特征尺寸后，由半導(dǎo)體器件后道 互連帶來的RC延遲已成為影響器件性能的重要因素之一，其限制了集成電路頻率性能的 提高。為突破運(yùn)一限制，不斷有新的互連材料被應(yīng)用到半導(dǎo)體后道工藝中，例如低電阻率的 銅金屬和低介電常數(shù)介質(zhì)的結(jié)合就可W有效改善互連線的性能。關(guān)于銅互連技術(shù)的研究及 開發(fā)迄今已有幾十年，為逐步降低電容C，不斷有新的低介電常數(shù)介質(zhì)材料進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域， 由此需要對各種不同的介質(zhì)材料進(jìn)行針對性的工藝優(yōu)化及新工藝開發(fā)。
[0003] 在各種介質(zhì)材料的發(fā)展過程中，通過材料結(jié)構(gòu)及成份的調(diào)整，使介電常數(shù)逐漸降 低。與傳統(tǒng)的氧化娃材料相比，低介電常數(shù)材料質(zhì)地更為疏松，其中還有孔隙，此外通常還 滲入其他雜質(zhì)元素如碳W進(jìn)一步降低介電常數(shù)。介質(zhì)材料的上述改變帶來了一定的技術(shù)困 難，如相關(guān)結(jié)構(gòu)容易塌陷變形、金屬原子在介質(zhì)中更易擴(kuò)散等。就工藝實(shí)現(xiàn)而言，在后道工 藝中，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)是相當(dāng)成熟的集成方法，其基本結(jié)構(gòu)為溝槽和通孔，通孔起著不同互連層 間的連通作用，其形貌對后續(xù)金屬填充工藝及器件的電學(xué)性能都有密切的關(guān)系。在低介電 常數(shù)介質(zhì)材料投入應(yīng)用后，由于材料本身的性質(zhì)使刻蝕過程的通孔形貌控制更為困難，容 易在側(cè)壁造成過大的橫向刻蝕，形成凸肚形化owing)的通孔形貌。究其原因，主要是刻蝕 過程中不斷有一些離子側(cè)向轟擊已形成的通孔部分，使孔徑不斷增大。
[0004] 常規(guī)的介質(zhì)刻蝕氣體為碳?xì)忸?，可W通過調(diào)節(jié)氣體種類、流量，W及其他相關(guān)工 藝參數(shù)，W控制反應(yīng)副產(chǎn)物（聚合物）的產(chǎn)生量，從而影響所形成通孔的形貌。專利號為 7838432的美國專利提出了一種采用負(fù)偏置電壓、高副產(chǎn)物的刻蝕形貌控制手段，但該方法 主要通過工藝條件的調(diào)整實(shí)現(xiàn)期望的工藝結(jié)果，工藝開發(fā)過程比較復(fù)雜困難，且并不特別 針對低介電常數(shù)材料而開發(fā)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需提供一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層 中通孔形貌的方法，簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對W上問題，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種改善低介電 常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的方法，可對部分通孔刻蝕后的表面進(jìn)行改性處理，增強(qiáng)其抗蝕性 能，W實(shí)現(xiàn)對通孔整體形貌的改善，簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的 方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟S01，提供一半導(dǎo)體基底，并在其表面依次形成刻蝕停止層、復(fù)合介質(zhì)層W及 抗反射介質(zhì)層；
[0008] 步驟S02,在所述抗反射介質(zhì)層的表面形成復(fù)合光刻層；
[0009] 步驟S03,對所述抗反射介質(zhì)層W及復(fù)合介質(zhì)層進(jìn)行部分通孔的刻蝕；
[0010] 步驟S04,對形成的部分通孔的內(nèi)壁進(jìn)行表面等離子處理，W使所述部分通孔的內(nèi) 壁表面形成預(yù)設(shè)厚度的第一氧化層；
[0011] 步驟S05,繼續(xù)后續(xù)通孔的刻蝕，W形成整體通孔結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟SOl中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述刻蝕停 止層、復(fù)合介質(zhì)層W及抗反射介質(zhì)層。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟SOl中，所述刻蝕停止層的材料為氮化娃、碳化娃或碳氮化娃中 的一種或其組合；所述復(fù)合介質(zhì)層從下往上依次包括第二氧化層、第一低介電常數(shù)介質(zhì)層 W及第二低介電常數(shù)介質(zhì)層；所述抗反射介質(zhì)層的材料為氮氧化娃。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟S03中，所述部分通孔的刻蝕停止于所述第一低介電常數(shù)介質(zhì) 層中，所述部分通孔在第一低介電常數(shù)介質(zhì)層中的刻蝕深度為800~1 oooA，所述第一低 介電常數(shù)介質(zhì)層的材質(zhì)為黑鉆石BD II，第二低介電常數(shù)介質(zhì)層的材質(zhì)為黑鉆石BDI。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟S02中，形成復(fù)合光刻層的步驟包括：
[0016] 在所述抗反射介質(zhì)層表面形成碳旋涂材料層；
[0017] 在所述碳旋涂材料層表面形成含娃抗反射層；
[0018] 在所述含娃抗反射層表面涂布光刻膠層；
[0019] 圖案化所述光刻膠層，W使所述光刻膠層上形成通孔圖形。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟S03中，所述含娃抗反射層的刻蝕氣體為CFa W及CHF 3的組合， 所述碳旋涂材料層的刻蝕氣體為C0、C〇2或其組合，所述抗反射介質(zhì)層的刻蝕氣體為CF4 W及CHF3的組合，所述第一低介電常數(shù)介質(zhì)層W及第二低介電常數(shù)介質(zhì)層的刻蝕氣體為 及Ar的組合。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟S04中，對所述部分通孔的內(nèi)壁進(jìn)行表面等離子處理的氣體為〇2 W及Ar的組合或HzW及N 2的組合。
[0022] 優(yōu)選的，對所述部分通孔的內(nèi)壁進(jìn)行表面等離子處理的工藝參數(shù)為：〇2的流量為 100~ISOsccm, Ar的流量為50~70sccm，等離子處理的腔室壓強(qiáng)為50~TOmtorr, 60MHz 源功率范圍為800~900W，2MHz偏置功率范圍為200~300W，等離子處理時(shí)間為50~80 秒。
[0023] 優(yōu)選的，對所述部分通孔的內(nèi)壁進(jìn)行表面等離子處理的工藝參數(shù)為：?的流量為 120~ISOsccm,成的流量為40~60sccm，等離子處理的腔室壓強(qiáng)30~SOmtorr, 60MHz源 功率范圍為700~900W，2MHz偏置功率范圍為200~300W，等離子處理時(shí)間為60~120 秒。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟S05中，所述后續(xù)通孔的刻蝕氣體為CaFs、NzW及Ar的組合。
[00巧]本發(fā)明提供了一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的方法，在部分通孔結(jié)構(gòu)形 成后，對其內(nèi)壁表面進(jìn)行等離子處理，使其表面改性形成預(yù)設(shè)厚度的第一氧化層，從而提高 抗刻蝕性能，并維持已形成的通孔形貌，有助于改善通孔的整體形貌；本發(fā)明制造工藝簡 單，降低了生產(chǎn)成本，且制備方法與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全兼容。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的 附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附 圖。
[0027] 圖1為本發(fā)明提出的改善低介電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌方法的流程示意圖；
[0028] 圖2a-2e為本發(fā)明提出的形成低介電常數(shù)介質(zhì)層中各工藝步驟通孔的剖面結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施 方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明 的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可W通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加W實(shí)施或應(yīng)用，本說明 書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可W基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或 改變。
[0030] 上述及其它技術(shù)特征和有益效果，將結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明提出的改善低介 電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明提出的改善低介電常數(shù)介質(zhì) 層中通孔形貌方法的流程示意圖；圖2a-2e為本發(fā)明提出的形成低介電常數(shù)介質(zhì)層中各工 藝步驟通孔的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 陽〇31] 實(shí)施例一
[0032] 請參閱圖1，本發(fā)明提供了一種改善低介電常數(shù)介質(zhì)層中通孔形貌的方法，包括W 下步驟：
[0033] 步驟S01，提供一半導(dǎo)體基底100,并在其表面依次形成刻蝕停止層200、復(fù)合介質(zhì) 層300 W及抗反射介質(zhì)層400。
[0034] 請參照圖2a，具體的，本步驟中，可采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成刻蝕 停止層200、復(fù)合介質(zhì)層300 W及抗反射介質(zhì)層400。其中，刻蝕停止層200的材料為氮化 娃、碳化娃或碳氮化娃中的一種或其組合；復(fù)合介質(zhì)層300從下往上依次包括第二氧化層 330、第一低介電常數(shù)介質(zhì)層310 W及第二低介電常數(shù)介質(zhì)層320 ;抗反射介質(zhì)層400的材 料優(yōu)選為氮氧化娃。
[0035] 本實(shí)施例刻蝕停止層200優(yōu)選為碳氮化娃（NDC)單層薄膜，采用等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝形成，厚度為200~300A，優(yōu)選為250A。復(fù)合介質(zhì)層300為氧 化層、各種低介電常數(shù)介質(zhì)層等材料組合而成，在本實(shí)施例中，自下而上依次為第二氧化 層330(TEOS)，厚度為！〇0~250A，優(yōu)選為！50A，用于防止刻蝕停止層200中氮元素向第 一低介電常數(shù)介質(zhì)層310的擴(kuò)散；其后為第一低介電常數(shù)介質(zhì)層310的材質(zhì)優(yōu)選為黑鉆石 抓II化~2. 55)，厚度為1食觸~1孤Qi,優(yōu)選為1 750A;第二低介電常數(shù)介質(zhì)層320的材質(zhì) 優(yōu)選為黑鉆石抓I化~2. 7)，厚度為100~2日0度，優(yōu)選為巧OA?？狗瓷浣橘|(zhì)層400優(yōu)選為 氮氧化娃（SiON)薄膜，厚度為150~巧OA,優(yōu)選為200/Y。
[0036] 本步驟中的半導(dǎo)體基底100上已完成前道工藝，即在半導(dǎo)體襯底上定義器件有源 區(qū)并形成隔離結(jié)構(gòu)，而后形成柵極結(jié)構(gòu)及源、漏區(qū)。此外，半導(dǎo)體基底上已形成接觸孔及第 一金屬層，或已形成N層互聯(lián)結(jié)構(gòu)，本道則為第N+1層互聯(lián)介質(zhì)層。
[0037] 步驟S02,在抗反射介質(zhì)層400的表面形成復(fù)合光刻層500。
[0038] 請參照圖化，本步驟中，形成復(fù)合光刻層500的步驟包括：首先在抗反射介質(zhì)層 400表面形成碳旋涂材料層530 ;接著在碳旋涂材料層530表面形成含娃抗反射層510 ;然 后在含娃抗反射層510表面涂布光刻膠層520 ;最后圖案化光刻膠層520, W使光刻膠層 520上形成通孔圖形。
[0039] 基于集成工藝的不同選擇，在抗反射介質(zhì)層400上方可包含經(jīng)圖形化的金屬硬 掩模層化ard mask),如TiN等材料，因與本發(fā)明相關(guān)性不大，圖中未予標(biāo)示。根據(jù)光刻 線寬的不同，復(fù)合光刻層500可W為二層結(jié)構(gòu)（底部抗反射層BARC+光刻膠）或S層結(jié) 構(gòu)。本實(shí)施例的光刻相關(guān)層采用S層結(jié)構(gòu)，即先旋涂一層2000A的碳旋涂材料層（spin-on carbon) 530,然后沉積380A的含娃抗反射層（Si-ARC) 510,再涂敷iOOOA的ArF光刻膠 520并作圖形化。該復(fù)合光刻層500利用碳旋涂材料層530擴(kuò)大了在刻蝕過程中對線寬的 可調(diào)工藝窗口。本實(shí)施例中，通孔圖形的光刻線寬為45~55皿，選優(yōu)為50皿。
[0040] 步驟S03,對抗反射介質(zhì)層400 W及復(fù)合介質(zhì)層500進(jìn)行部分通孔的刻蝕。
[0041] 請參照圖2c，本步驟中，W所述具有通孔圖形的光刻膠層520為掩模，刻蝕其下各 層結(jié)構(gòu)。部分通孔的刻蝕停止于第一低介電常數(shù)介質(zhì)層310中，部分通孔在第一低介電常 數(shù)介質(zhì)層310中的刻蝕深度為800~i OOOA (自上而下測量）。
[0042] 其中