刻蝕終止層的製作方法
2023-05-22 20:24:36
專利名稱：刻蝕終止層的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種刻蝕終止層的製作方法。
背景技術：
目前，在半導體器件的後段(back-end-of-line，BE0L)工藝中，製作半導體集成電路時，半導體器件層形成之後，需要在半導體器件層之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣材料層，這就需要對上述絕緣材料層製造溝槽(trench)和連接孔，然後在上述溝槽和連接孔內沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。絕緣材料層包括刻蝕終止層，例如氮化矽層，還包括形成在刻蝕終止層上的低介電常數(Low-K)材料層，例如含有矽、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鑽石 (black diamond, BD)或者摻有氟離子的矽玻璃(FSG)。現有技術中，銅互連層可以為三層，包括頂層、中間層及底層銅互連層，在實際工藝製程中，可根據不同需要設置多層銅互連層。如果是在多層銅互連層的情況下，可以按要求複製多層中間層銅互連層，有時也會按需要複製兩層頂層銅互連層。具有三層銅互連層的半導體器件結構示意圖如圖1所示。圖中絕緣材料層下是半導體器件層，圖中未顯示。圖中每層銅互連層包括刻蝕終止層101，以及沉積於其上的低介電常數材料層102 ；由溝槽和連接孔形成的銅互連線103掩埋在絕緣材料層中，用於連接各個銅互連層。在這種銅互連工藝中，刻蝕終止層氮化矽膜具有約7的相對介電常數，增加了整個銅互連層的相對介電常數，從而使銅互連線間的寄生電容增加，因此會導致信號延遲或功耗增加的缺陷。所以現有一種做法為將氮化矽膜刻蝕終止層替換為具有較低介電常數的雙層刻蝕終止層。所述雙層刻蝕終止層，還可以用作防止銅擴散的阻擋層。包括第一刻蝕終止層和第二刻蝕終止層，第一刻蝕終止層的形成主要是在沉積反應腔內通入三甲基矽烷(TMS)和氨氣，其介電常數為5. 0，稱為摻氮的碳化矽；第二刻蝕終止層的形成主要是在沉積反應腔內通入TMS、氨氣和乙烯(C2H4),其介電常數為3. 8，稱為含碳量較高的摻氮碳化矽，這兩層刻蝕終止層材質基本相同，只是第二刻蝕終止層的含碳量高一些，所以這兩層刻蝕終止層之間具有較好的粘結力，組合起來大大降低了刻蝕終止層的介電常數值。其中第二刻蝕終止層的形成通入C2H4，由於含碳量的提高，進一步降低了介電常數，但同時較高的含碳量導致該層表面具有孔狀結構，使得低介電常數材料層BD與第二刻蝕終止層之間的粘接力比較差，通過透射電子顯微鏡(TEM，Transmission Electron Microscope)下的樣品切片發現 BD與刻蝕終止層之間出現裂縫(crack)，嚴重影響器件的性能。
發明內容
有鑑於此，本發明解決的技術問題是提高刻蝕終止層與低介電常數材料層之間的粘結力。為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的
本發明公開了一種刻蝕終止層的製作方法，應用於半導體器件的後段互連層製作工藝中，所述刻蝕終止層包括三層的疊層，位於低介電常數材料層之間，形成於沉積反應腔內，該方法包括在低介電常數材料層的表面依次沉積第一刻蝕終止層和第二刻蝕終止層；所述第一刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入三甲基矽烷TMS和氨氣；所述第二刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS、氨氣和乙烯C2H4 ；在第二刻蝕終止層的表面沉積第三刻蝕終止層；所述第三刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS和氨氣。形成所述第三刻蝕終止層時，沉積反應腔內的壓力為3 5毫託mtorr ；高頻射頻功率為100 300瓦；低頻射頻功率為0 ；沉積反應腔內通入TMS的流量為100 300標準立方釐米每分鐘(sccm)；沉積反應腔內通入氨氣的流量為400 600sCCm。形成所述第三刻蝕終止層的厚度為300 500埃，材料為摻氮的碳化矽層。由上述的技術方案可見，本發明為提高刻蝕終止層與低介電常數材料層之間的粘結力，在第二刻蝕終止層的表面沉積第三刻蝕終止層，該第三刻蝕終止層為通入TMS和氨氣形成的較薄的膜層，同樣具有較低的介電常數，但由於沒有通入C2H4，所以該第三刻蝕終止層與低介電常數材料層接觸具有較好的粘結力。
圖1為具有三層銅互連層的半導體器件結構示意圖；圖2為本發明具有三層刻蝕終止層的半導體器件結構示意圖；圖3為本發明具有三層刻蝕終止層的半導體器件互連層的製作方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例， 對本發明進一步詳細說明。本發明的核心思想是，為提高刻蝕終止層與低介電常數材料層之間的粘結力，在第二刻蝕終止層的表面沉積第三刻蝕終止層，該第三刻蝕終止層為通入TMS和氨氣形成的較薄的膜層，同樣具有較低的介電常數，但由於沒有通入C2H4，所以該第三刻蝕終止層與低介電常數材料層接觸具有較好的粘結力。本發明刻蝕終止層包括三層的疊層，其形成方法包括以下步驟步驟11、在低介電常數材料層102的表面依次沉積第一刻蝕終止層201和第二刻蝕終止層202 ；步驟12、在第二刻蝕終止層202的表面沉積第三刻蝕終止層203。圖2為本發明具有三層刻蝕終止層的半導體器件結構示意圖。其中，第一刻蝕終止層201和第二刻蝕終止層202的形成均為現有技術內容，具體為向沉積反應腔內通入TMS 和氨氣形成第一刻蝕終止層201 ；向沉積反應腔內通入TMS、氨氣和C2H4形成第二刻蝕終止層202。形成第三刻蝕終止層203時，在低壓下，向沉積反應腔內通入TMS和氨氣，TMS流量為100 300標準立方釐米每分鐘(sccm)，氨氣流量為400 600sccm，高頻射頻功率為 100 300瓦，低頻射頻功率為0，沉積反應腔內壓力為3 5毫託(mtorr)。為與其上面的低介電常數材料層具有良好的粘結力，形成的第三刻蝕終止層的厚度比較薄，在300 500埃。如上所述，如果刻蝕終止層的含碳量較高的話，雖然能夠降低刻蝕終止層的介電常數，但會導致與低介電常數材料層之間的粘結力較差，根據上述工藝條件形成的第三刻蝕終止層，具體通入TMS和氨氣，形成摻氮的碳化矽層，其含碳量不高，且其介電常數值仍然為5.0，因此在沒有增加整個互連層的相對介電常數的前提下，又提高了與其上的低介電常數材料層的粘結力。綜上，在形成三層的刻蝕終止層之後，在所述刻蝕終止層表面再次沉積低介電常數材料層102，對低介電常數材料層進行刻蝕，刻蝕停止在刻蝕終止層上，形成現有的雙大馬士革(dual damascene)結構。一般採用先形成連接孔再形成溝槽(via first)的雙大馬士革技術形成連接孔和溝槽，還可以有先形成溝槽再形成連接孔(trench first)的技術， 以及自對準(klf-Aligned)的技術等等。經過TEM測試發現，本發明的刻蝕終止層與低介電常數材料層之間沒有出現crack，具有良好的粘結力。本發明具有三層刻蝕終止層的半導體器件互連層的製作方法的流程示意圖如圖3 所示，其包括以下步驟步驟31、在半導體器件層上沉積形成三層的疊層刻蝕終止層；步驟32、在所述三層的疊層刻蝕終止層的表面沉積形成低介電常數材料層，例如 BD、FSG 等；步驟33、定義溝槽和連接孔的位置，刻蝕低介電常數材料層，所述刻蝕停止在三層的疊層刻蝕終止層上，形成溝槽和連接孔。至此，形成了半導體器件的某一互連層。由於本發明的刻蝕終止層與低介電常數材料層之間的粘結力大大提高，所以經過本發明的方法形成的半導體器件的性能也大大提
尚ο以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
權利要求
1.一種刻蝕終止層的製作方法，所述刻蝕終止層包括三層的疊層，位於低介電常數材料層之間，該方法包括在低介電常數材料層的表面依次沉積第一刻蝕終止層和第二刻蝕終止層；所述第一刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入三甲基矽烷TMS和氨氣；所述第二刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS、氨氣和乙烯C2H4 ；在第二刻蝕終止層的表面沉積第三刻蝕終止層；所述第三刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS和氨氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成所述第三刻蝕終止層時， 沉積反應腔內的壓力為3 5毫託mtorr ；高頻射頻功率為100 300瓦；低頻射頻功率為0 ；沉積反應腔內通入TMS的流量為100 300標準立方釐米每分鐘sccm ；沉積反應腔內通入氨氣的流量為400 600SCCm。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，形成所述第三刻蝕終止層的厚度為 300 500埃，材料為摻氮的碳化矽層。
全文摘要
本發明提供了一種刻蝕終止層的製作方法，所述刻蝕終止層包括三層的疊層，位於低介電常數材料層之間，該方法包括在低介電常數材料層的表面依次沉積第一刻蝕終止層和第二刻蝕終止層；所述第一刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入三甲基矽烷TMS和氨氣；所述第二刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS、氨氣和乙烯C2H4；在第二刻蝕終止層的表面沉積第三刻蝕終止層；所述第三刻蝕終止層的形成方法為向沉積反應腔內通入TMS和氨氣。採用本發明的方法形成的刻蝕終止層提高了刻蝕終止層與低介電常數材料層之間的粘結力。
文檔編號H01L21/768GK102299101SQ201010218369
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25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