一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法
2023-06-30 08:36:41
一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法
【專利摘要】本發明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟：1）於NDC層表面形成低k介質層及八甲基環四矽氧烷層；2）對八甲基環四矽氧烷層進行N等離子體處理，於其表面形成氮化矽層；3）於氮化矽層表面形成硬掩膜層及金屬層；4）去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口；5）於金屬層表面及刻蝕窗口中塗覆光刻膠，去除刻蝕窗口內的光刻膠；6）去除刻蝕窗口內的氮化矽層；7）刻蝕刻蝕窗口內的八甲基環四矽氧烷層、低k介質層及NDC層形成大馬士革結構。本發明通過對八甲基環四矽氧烷層進行處理於表面形成氮化矽層，避免後續工藝中光刻膠與其反應而導致刻蝕停止的問題，從而改善線路斷裂的缺陷。本發明步驟簡單，適用於工業生產。
【專利說明】一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種半導體金屬互連工藝，特別是涉及一種改善金屬互連工藝中線路 斷裂缺陷的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著半導體晶片的集成度不斷提高，電晶體的特徵尺寸在不斷縮小。
[0003] 當電晶體的特徵尺寸進入到130納米技術節點之後，由於鋁的高電阻特性，銅互 連逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流，現在廣泛採用的銅導線的製作方法是大馬士革工 藝的鑲嵌技術，從而實現銅導線和通孔銅的成形。
[0004] 然而，事實證明，在製作銅線互連的過程中，通常會出現銅線斷裂等缺陷，究其原 因，是由於製作銅線互連時，需要進行多次刻蝕，而這些刻蝕的窗口是非常窄的，難以保證 刻蝕進程的完整性。
[0005] 現有的一種銅線互連的工藝包括步驟：
[0006] 步驟一，於氮摻雜的碳化矽NDC層表面依次製作多孔的低k介質薄膜、八甲基環四 矽氧烷層、硬掩膜層、及金屬層；
[0007] 步驟二，於所述金屬層表面形成光刻圖形，並對所述金屬層及所述硬掩膜層進行 刻蝕形成刻蝕窗口，此步驟必須保留一定厚度的硬掩膜層，一般至少為5nm的厚度；
[0008] 步驟三，於所述金屬層表面及所述刻蝕窗口內塗覆光刻膠，這種光刻膠一般含有 NH3成分，然後曝光去除所述刻蝕窗口中的光刻膠；
[0009] 步驟四，於所述刻蝕窗口內的硬掩膜層、低k介質薄膜及NDC層中刻蝕出大馬士革 結構。
[0010] 在以上的方法中，由於步驟二的刻蝕深度很難控制，非常容易直接將所述硬掩膜 層完全刻蝕掉，露出下方的八甲基環四矽氧烷層，這種情況下，在步驟三塗覆光刻膠時，光 刻膠內的NH 3會與所述八甲基環四矽氧烷層反應形成Si-NHx化合物，使步驟四中正常的刻 蝕程序停止進行，從而影響後續工藝的進行，最終導致銅線的斷裂。
[0011] 可見，提供一種可以改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法實屬必要。
【發明內容】
[0012] 鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種改善金屬互連工藝中 線路斷裂缺陷的方法，用於解決現有技術中金屬互連工藝中線路容易出現斷裂缺陷的問 題。
[0013] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂 缺陷的方法，至少包括以下步驟：
[0014] 1)於NDC層表面依次形成低k介質層及八甲基環四娃氧燒層；
[0015] 2)對所述八甲基環四矽氧烷層進行N等離子體處理，於其表面形成氮化矽層；
[0016] 3)於所述氮化矽層表面依次形成硬掩膜層及金屬層；
[0017] 4)採用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化矽 層；
[0018] 5)於所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中塗覆光刻膠，曝光並去除所述刻蝕窗口內 的光刻膠；
[0019] 6)去除所述刻蝕窗口內的氮化矽層；
[0020] 7)刻蝕所述刻蝕窗口內的八甲基環四矽氧烷層、低k介質層及NDC層形成大馬士 革結構。
[0021] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，步驟2) 中，產生N等離子體所採用的氣體為NH 3、N2及N20的一種或一種以上，氣體流量為100? 2000sccm〇
[0022] 進一步地，N等離子體處理所採用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
[0023] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，步驟2) 在N等離子體處理後還包括Ar等離子體處理的步驟。
[0024] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，Ar等離 子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流量為100?2000sccm。
[0025] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，步驟6) 中，採用CF4等離子體對所述氮化矽層進行刻蝕以將其去除。
[0026] 進一步地，刻蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF4氣體流量為100? 2000sccm〇
[0027] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，所述低 k介質層為多孔低k介質層。
[0028] 作為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優選方案，所述硬 掩膜層為正矽酸乙酯層。
[0029] 如上所述，本發明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟： 1)於NDC層表面依次形成低k介質層及八甲基環四矽氧烷層；2)對所述八甲基環四矽氧烷 層進行N等離子體處理，於其表面形成氮化矽層；3)於所述氮化矽層表面依次形成硬掩膜 層及金屬層；4)採用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化 矽層；5)於所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中塗覆光刻膠，曝光並去除所述刻蝕窗口內的 光刻膠；6)去除所述刻蝕窗口內的氮化矽層；7)刻蝕所述刻蝕窗口內的八甲基環四矽氧烷 層、低k介質層及NDC層形成大馬士革結構。本發明通過對八甲基環四矽氧烷層進行處理 於表面形成氮化矽層，避免後續工藝中光刻膠與其反應而導致刻蝕停止的問題，從而改善 線路斷裂的缺陷。本發明步驟簡單，適用於工業生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 圖1顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟1)所呈現的 結構示意圖。
[0031] 圖2?圖3顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟2)所 呈現的結構示意圖。
[0032] 圖4顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟3)所呈現的 結構示意圖。
[0033] 圖5?圖6顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟4)所 呈現的結構示意圖。
[0034] 圖7?圖8顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟5)所 呈現的結構示意圖。
[0035] 圖9顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟6)所呈現的 結構示意圖。
[0036] 圖10顯示為本發明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟7)所呈現的 結構示意圖。
[0037] 元件標號說明
[0038] 101 NDC 層
[0039] 102 低k介質層
[0040] 103 八甲基環四矽氧烷層
[0041] 104 氮化矽層
[0042] 105 硬掩膜層
[0043] 106 金屬層
[0044] 107 光刻圖形
[0045] 108 刻蝕窗口
[0046] 109 光刻膠
[0047] 110 大馬士革結構
【具體實施方式】
[0048] 以下通過特定的具體示例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0049] 請參閱圖1?圖10。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數 目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態也可能更為複雜。
[0050] 如圖1?圖10所示，本實施例提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方 法，至少包括以下步驟：
[0051] 如圖1所示，首先進行步驟1 )，於NDC層101表面依次形成低k介質層102及八甲 基環四娃氧燒層103。
[0052] 作為示例，所述低k介質層102為多孔低k介質層。
[0053] 如圖2?圖3所示，然後進行步驟2)，對所述八甲基環四矽氧烷層103進行N等離 子體處理，於其表面形成氮化矽層104。
[0054] 作為示例，產生N等離子體所採用的氣體為NH3、N2及N 20的一種或一種以上，氣體 流量為100?2000sccm。
[0055] 進一步地，N等離子體處理所採用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
[0056] 作為示例，在N等離子體處理後還包括Ar等離子體處理的步驟。
[0057] 進一步地，Ar等離子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流 量為 100 ?2000sccm。
[0058] 在一具體的實施過程中，首先通入流量為lOOOsccm的NH3氣體，控制氣壓為2torr 下以1000W功率產生N等離子體並對所述八甲基環四矽氧烷層103進行反應，於其表面產 生一層氮化矽層104,然後通入lOOOsccm的Ar氣，控制氣壓為2torr下以1000W功率對所 述氮化矽層104進行處理。
[0059] 當然，在其他的實施過程中，也可以採用其他含N氣體產生N等離子體以對所述八 甲基環四矽氧烷層103進行處理形成氮化矽層104,並不限於此處所列舉的幾種。
[0060] 如圖4所示，接著進行步驟3)，於所述氮化矽層104表面依次形成硬掩膜層105及 金屬層106 ;
[0061] 作為示例，所述硬掩膜層105為正矽酸乙酯層。
[0062] 作為示例，所述金屬層106為金屬銅層，可以採用電鍍、濺射、氣相外延等方法形 成。
[0063] 如圖5?圖6所示，然後進行步驟4)，採用光刻工藝去除部分的金屬層106及硬掩 膜層105形成刻蝕窗口 108,露出所述氮化矽層104。
[0064] 具體地，先於所述金屬層106表面製作光刻圖形107,然後刻蝕以去除部分發的金 屬層106及硬掩膜層105形成刻蝕窗口 108。
[0065] 當然，也可以在刻蝕所述硬掩膜層105時保留部分的硬掩膜層105,厚度可以為 5nm左右，再通過後續的刻蝕過程將該剩餘的部分硬掩膜層105去除。
[0066] 如圖7?圖8所示，接著進行步驟5)，於所述金屬層106表面及所述刻蝕窗口 108 中塗覆光刻膠109,曝光並去除所述刻蝕窗口 108內的光刻膠109。
[0067] -般來說，所述光刻膠109內含有NH3成分，由於該光刻膠109塗覆時，具有氮化 矽層104作為阻擋層，故光刻膠109內的NH3並不會與所述八甲基環四矽氧烷層103反應 形成Si-NHx化合物，避免了該Si-NHx化合物會使後續的刻蝕程序停止進行的缺陷，從而保 證了後續工藝的正常進行，改善了後續銅線互連工藝中銅線斷裂的問題。
[0068] 如圖9所示，然後進行步驟6)，去除所述刻蝕窗口 108內的氮化矽層104。
[0069] 作為示例，採用CF4等離子體對所述氮化矽層104進行刻蝕以將其去除。
[0070] 具體地，採用CF4等離子體刻蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF 4 氣體流量為100?2000sccm。本步驟先將之前形成的氮化矽層104去除，保證後續刻蝕工 藝的正常進行。
[0071] 如圖10所示，最後進行步驟7)，刻蝕所述刻蝕窗口 108內的八甲基環四矽氧烷層 103、低k介質層102及NDC層101形成大馬士革結構110。
[0072] 綜上所述，本發明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟： 1)於NDC層101表面依次形成低k介質層102及八甲基環四娃氧燒層103 ;2)對所述八甲 基環四矽氧烷層103進行N等離子體處理，於其表面形成氮化矽層104 ;3)於所述氮化矽層 104表面依次形成硬掩膜層105及金屬層106 ;4)採用光刻工藝去除部分的金屬層106及硬 掩膜層105形成刻蝕窗口 108,露出所述氮化矽層104 ;5)於所述金屬層106表面及所述刻 蝕窗口 108中塗覆光刻膠109,曝光並去除所述刻蝕窗口 108內的光刻膠109 ;6)去除所述 刻蝕窗口 108內的氮化矽層104 ;7)刻蝕所述刻蝕窗口 108內的八甲基環四矽氧烷層103、 低k介質層102及NDC層101形成大馬士革結構110。本發明通過對八甲基環四矽氧烷層 103進行處理於表面形成氮化矽層104,避免後續工藝中光刻膠109與其反應而導致刻蝕停 止的問題，從而改善線路斷裂的缺陷。本發明步驟簡單，適用於工業生產。所以，本發明有 效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0073] 上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1. 一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於，至少包括以下步驟： 1) 於NDC層表面依次形成低k介質層及八甲基環四矽氧烷層； 2) 對所述八甲基環四矽氧烷層進行N等離子體處理，於其表面形成氮化矽層； 3) 於所述氮化矽層表面依次形成硬掩膜層及金屬層； 4) 採用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化矽層； 5) 於所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中塗覆光刻膠，曝光並去除所述刻蝕窗口內的光 刻膠； 6) 去除所述刻蝕窗口內的氮化矽層； 7) 刻蝕所述刻蝕窗口內的八甲基環四矽氧烷層、低k介質層及NDC層形成大馬士革結 構。
2. 根據權利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：步 驟2)中，產生N等離子體所採用的氣體為NH 3、N2及N20的一種或一種以上，氣體流量為 100 ?2000sccm〇
3. 根據權利要求2所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：N等 離子體處理所採用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
4. 根據權利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：步 驟2)在N等離子體處理後還包括Ar等離子體處理的步驟。
5. 根據權利要求4所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：Ar 等離子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流量為100?2000sccm。
6. 根據權利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：步 驟6)中，採用CF4等離子體對所述氮化矽層進行刻蝕以將其去除。
7. 根據權利要求6所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：刻 蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF 4氣體流量為100?2000sccm。
8. 根據權利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：所 述低k介質層為多孔低k介質層。
9. 根據權利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特徵在於：所 述硬掩膜層為正矽酸乙酯層。
【文檔編號】H01L21/768GK104112700SQ201310138681
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月18日 優先權日:2013年4月18日
【發明者】周鳴 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司