互連結構的製作方法
2023-08-02 21:52:26
專利名稱：互連結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種集成電路器件製造エ藝，尤其涉及ー種互連線結構的製作方法。
背景技術：
低介電常數(Low-K)的電介質被廣泛地被用於超大規模集成電路中，以減小寄生電容，多孔型Low-K材料被認為是應用45nm及以下集成電路的最有前景的材料。然而，超低介電常數(Ultra Low-K, ULK)具有壓強小於3GPa的彈性模量，這ー特性極大地影響了ULK/Cu互連的集成電路的性能。致孔劑(Porous Generator, Porogens)是用於在電介質中增加多孔率的物質,致 孔劑經過一系列的去除エ藝後在電介質中形成孔洞，從而降低電介質總的介電常數。含有致孔劑的ULK材質沉積於襯底上，繼續以紫外線(UV)照射エ藝去除大部分致孔劑，從而形成多孔介質層。最近,具有高彈性模量的Low-K材料已經初步研製成功,然而隨著Low-K材料的孔隙率不斷提高，甚至高於50%時，其K值的降低不可避免地導致機械強度隨之降低。在製作互連結構過程中，在電介質層上方沉積導電材料以及進行化學機械研磨過程中，低介質常數的電介質層的機械強度低，常常因機械壓カ導致坍塌、損壞，從而影響互連結構的性能。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種提高互連結構中電介質層機械強度的方法，從而達到減小在製作過程中電介質層損壞率，提高互連結構性能的目的。為解決上述問題，本發明提供一種互連結構的製作方法，包括以下步驟提供一村底，在所述襯底上依次沉積形成阻擋層、低介電常數的介質層以及硬掩膜層，所述介質層中分布有致孔劑；刻蝕形成至少一通槽，所述通槽包括第一通槽和第二通槽，所述第一通槽貫穿所述阻擋層和部分介質層，所述第二通槽貫穿部分介質層和硬掩膜層，所述第二通槽的截面寬度大於第一通槽的截面寬度；對所述襯底進行第一次紫外線輻射，以去除所述介質層中第二通槽下方的介質層中的致孔劑；沉積擴散阻擋層於所述通槽內表面及所述硬掩膜層表面，並沉積導電材料填充所述通槽中；進行化學機械研磨，直至去除所述硬掩膜層；對所述襯底進行第二次紫外線輻射，以去除所述介質層中剩餘的致孔劑。進ー步的，所述第一次紫外線輻射的時間為Imin 5min，溫度為200°C 300°C。所述第二次紫外線輻射的時間為Imin 5min，溫度為200°C 300°C。進ー步的，所述阻擋層的材料為氮化矽、碳化矽、氮碳化矽其中ー種或其組合。所述介質層的材料為碳摻雜氧化矽、介孔矽或有機聚合物多孔介質。所述硬掩膜層的材料為氧化矽。所述擴散阻擋層的材料為鉭，氮化鉭、鈦、氮化鈦其中ー種或其組合。所述導電材料為銅、鋁、鎢其中ー種或其組合。
綜上所述，本發明所述互連結構的製作方法，在形成通槽後對所述襯底進行第一次紫外線輻射，去除所述第二通槽下方介質層中的致孔劑，包括介質層中其餘致孔劑，以在後續沉積導電材料及進行化學機械研磨過程中分擔機械壓力，從而提高所述介質層的機械強度，降低介質層的損壞率，提高性能。
圖I為本發明一實施例中所述互連結構製作方法的簡要流程示意圖。圖2 圖8為本發明一實施例中所述互連結構製作方法的流程結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進ー步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便於說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。在下面的說明中，描述了很多具體細節，諸如特定結構、部件、材料、尺寸、處理步驟和技木，以提供對本發明的理解。然而，本領域技術人員應該理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明。在其他情況中，為了避免模糊本發明，沒有詳細描述公知的結構或處理步驟。應當理解為，當作為層、區域或襯底元件成為在另一元件「上」或「上方」吋，其可以直接在另一元件上或者也可以存在中間元件。在本發明中，所述互連結構的製作方法應用於後端(BEOL)エ藝的單鑲嵌結構或雙鑲嵌結構。圖I為本發明一實施例中所述互連結構製作方法的簡要流程示意圖。圖2 圖8為本發明一實施例中所述互連結構製作方法的流程結構示意圖。結合圖1，在本實施例中，所述互連結構的製造方法包括以下步驟步驟SOl :如圖2所示，提供一村底100，在所述襯底100上依次沉積形成阻擋層101、低介電常數的介質層103以及硬掩膜層105，所述介質層103中分布有致孔劑107。其中，所述襯底100可以為絕緣材料,例如有機絕緣體、無機絕緣體或包括上述材料的多層組合；導電材料，例如多晶娃、金屬、金屬合金、金屬娃化物、金屬氮化物或包括上述材料的多層組合；當所述襯底100包括絕緣材料和導電材料的組合時，襯底可以代表多層互連結構的前一互連層；半導體材料，可以為例如Si、SiGe、SiGeC、SiC、Ge合金、GaAs、InAs.InP和其他III/V或II/VI族化合物半導體均可使用等，所述襯底100為半導體材料時，襯底100上可製造一個或多個例如CMOS器件(互補金屬氧化物半導體器件)的半導體器件。所述阻擋層101的材料為氮化矽、碳化矽、氮碳化矽其中ー種或其組合，用於層間絕緣。所述介質層103的材料為碳摻雜氧化矽、介孔矽或有機聚合物多孔介質，所述低介電常數(Low-K)的介質層的介電常數通常小於4，在本實施例中以介電常數小於2. 5的超低介電常數(Ultra Low-K)的介質層為佳。所述硬掩膜層105的材料為氧化矽。所述致孔劑可以為例如矽油致孔劑等材料，當紫外線輻射時，致孔劑分解後在介質層103中形成分布的空隙，提高介質層103的孔隙率，進而降低介質層103的介電常數。此外，所述阻擋層101、介質層103和硬掩膜層105的厚度依據器件需求及所使用的沉積エ藝而變化。步驟S02 :如圖3所示，刻蝕形成至少一通槽201，所述通槽201包括第一通槽201a和第二通槽201b，所述第一通槽201a貫穿所述阻擋層101和部分介質層103，所述第二通槽201b貫穿部分介質層103和硬掩膜層105，所述第二通槽201b的截面寬度大於第一通槽201a的截面寬度；所述通槽201在橫截面呈T字形，在後續填充導體材料後，在第一通槽201a中形成通孔插塞，在第二通槽201b中形成導線段。步驟S03 :如圖4所示，對所述襯底100進行第一次紫外線輻射301，以去除所述介質層103中第二通槽201b下方的致孔劑，致孔劑107去除處形成孔洞203 ;所述第一次紫 外線福射301的時間為Imin 5min,溫度為200°C 300°C。由於介質層通槽201以外處上方覆蓋有硬掩膜層105，故第一次紫外線輻射照射到第二通槽201b下方的介質層103，並使該處介質層中的致孔劑107分解，在該處形成孔洞203，位於硬掩膜層105下方的介質層103中的致孔劑107依然保留，從而在後續沉積形成導電材料及化學機械研磨步驟中，分擔機械壓力，從而提高介質層103的機械強度，降低介質層103損壞率，提高性能。步驟S04 :如圖5所示，沉積擴散阻擋層材料109於所述通槽201內表面及所述硬掩膜層105表面，所述擴散阻擋層109的材料可以為鉭(Ta)，氮化鉭(TaN)Ji (Ti)、氮化鈦(TiN)其中ー種或其組合，其中較佳的為鉭與氮化鉭的組合鉭具有良好的防導電材料擴散的性能，形成於靠近導電材料的內層，氮化鉭具有與介質材料良好的結合性，形成於靠近介質層103的外層，此外其他可以用作防止導電材料經擴散進入介質層103的材料都在本發明的思想範圍內，所述擴散阻擋層109的厚度依據器件需求及所使用的沉積エ藝而變化。接著，如圖6所示，沉積導電材料111填充所述通槽201中；所述導電材料111為銅、鋁、鎢其中ー種或其組合。在本實施例中較佳的為銅與銅合金(例如AlCu)，上述沉積過程採用常用的沉積エ藝，例如CVD(化學氣相沉積)、PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)、濺射、化學溶液沉積或鍍エ藝等，其中較佳的為鍍エ藝。步驟S05 :如圖7所示，進行化學機械研磨，直至去除所述硬掩膜層105 ;在通槽201中形成導電連線113及位於導電連線113和介質層103之間的擴散阻擋層115，所述導電連線113包括垂向設置的通孔插塞和其上橫向的導電線段。步驟S06 :如圖8所示，對所述襯底100進行第二次紫外線輻射302，以去除所述介質層103剰餘的致孔劑107，致孔劑107去除處形成孔洞203。所述第二次紫外線輻射的時間為Imin 5min，溫度為200°C 300°C。從而將介質層103中致孔劑完全去除，形成分布的孔洞203，提高介質層103的孔隙率，降低介質層103的介質常數。綜上所述，本發明所述互連結構的製作方法，在形成通槽後對所述襯底進行第一次紫外線輻射，去除所述第二通槽下方介質層中的致孔劑，包括介質層中剰餘的致孔劑，以在後續沉積導電材料及進行化學機械研磨過程中分擔機械壓力，從而提高所述介質層的機械強度，降低介質層的損壞率，提高性能。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此 本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種互連結構的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟 提供一村底，在所述襯底上依次沉積形成阻擋層、低介電常數的介質層以及硬掩膜層，所述介質層中分布有致孔劑； 刻蝕形成至少一通槽，所述通槽包括第一通槽和第二通槽，所述第一通槽貫穿所述阻擋層和部分介質層，所述第二通槽貫穿部分介質層和硬掩膜層，所述第二通槽的截面寬度大於第一通槽的截面寬度； 對所述襯底進行第一次紫外線輻射，以去除所述第二通槽下方的介質層中的致孔劑； 沉積擴散阻擋層於所述通槽內表面及所述硬掩膜層表面，並沉積導電材料填充所述通槽中； 進行化學機械研磨，直至去除所述硬掩膜層； 對所述襯底進行第二次紫外線輻射，以去除所述介質層中剩餘的致孔劑。
2.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述第一次紫外線輻射的時間為Imin 5min，溫度為200。。 300。。。
3.如權利要求I或2所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述第二次紫外線輻射的時間為Imin 5min，溫度為200。。 300。。。
4.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述阻擋層的材料為氮化娃、碳化娃、氮碳化娃其中一種或其組合。
5.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述介質層的材料為碳摻雜氧化矽、介孔矽或有機聚合物多孔介質。
6.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述硬掩膜層的材料為氧化矽。
7.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述擴散阻擋層的材料為鉭，氮化鉭、鈦、氮化鈦其中ー種或其組合。
8.如權利要求I所述的互連結構的製作方法，其特徵在於，所述導電材料為銅、鋁、鎢其中ー種或其組合。
全文摘要
本發明涉及一種互連結構的製作方法，包括以下步驟提供一襯底，在所述襯底上依次沉積形成阻擋層、低介電常數的介質層以及硬掩膜層，所述介質層中分布有致孔劑；刻蝕形成至少一通槽；對所述襯底進行第一次紫外線輻射；沉積擴散阻擋層並沉積導電材料；進行化學機械研磨，直至去除所述硬掩膜層；對所述襯底進行第二次紫外線輻射。本發明所述互連結構的製作方法，在形成通槽後對所述襯底進行第一次紫外線輻射，去除所述第二通槽下方介質層中的致孔劑，包括介質層中其餘致孔劑，以在後續沉積導電材料及進行化學機械研磨過程中分擔機械壓力，從而提高所述介質層的機械強度，降低介質層的損壞率，提高性能。
文檔編號H01L21/768GK102655113SQ201110051918
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者鮑宇 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司