全部在一整合蝕刻中的金屬硬掩模的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于在介電層中形成半導(dǎo)體觸頭的方法。部分通孔通過(guò)通孔掩模被蝕刻到介電層中。溝槽通過(guò)溝槽掩模被蝕刻到介電層中，其中蝕刻溝槽完成并過(guò)蝕刻通孔以拓寬通孔的底部。溝槽或通孔的頂部被整圓。
【專利說(shuō)明】全部在一整合蝕刻中的金屬硬掩模

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及介電層中的通孔和溝槽的形成。更具體地，本發(fā)明涉及利用溝槽金屬硬掩模來(lái)形成通孔和溝槽。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體晶片處理過(guò)程中，通孔和溝槽的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)被蝕刻到介電層中。接著用導(dǎo)電材料填充該雙鑲嵌結(jié)構(gòu)以形成觸頭。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)上述工藝以及根據(jù)本發(fā)明的目的，一種用于在介電層中形成導(dǎo)電觸頭的方法被提供。部分通孔(partial vias)通過(guò)通孔掩模被蝕刻到所述介電層中。溝槽通過(guò)溝槽掩模被蝕刻到所述介電層中，其中蝕刻所述溝槽完成且過(guò)蝕刻所述通孔以拓寬通孔的底部。溝槽或通孔的頂部被整圓(round)。
[0004]在本發(fā)明的另一表現(xiàn)中，一種用于在形成疊層的在置于置于通孔掩模下面的溝槽掩模下面的介電層中形成導(dǎo)電觸頭的方法被提供。部分通孔(partial vias)通過(guò)通孔掩模被蝕刻到所述介電層中。溝槽掩模暴露。溝槽通過(guò)溝槽掩模被蝕刻到所述介電層中，其中蝕刻所述溝槽完成并過(guò)蝕刻所述通孔以拓寬通孔的底部。溝槽或通孔的頂部被整圓到整平線(planarizat1n line)以上。用導(dǎo)電材料填充所述通孔和溝槽。所述疊層被整平到所述整平線。
[0005]下面，在本發(fā)明的詳細(xì)描述中，結(jié)合隨后的附圖，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些特征以及其它特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]在附圖中，本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例的方式而非限制的方式進(jìn)行闡釋，其中類同的附圖標(biāo)記指代類同的元素，且其中:
[0007]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的高階流程圖。
[0008]圖2A-2G是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式加工的疊層的示意圖。
[0009]圖3是沿著圖2G的切割線3-3的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]現(xiàn)在將參考附圖中所示的本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)描述本發(fā)明。在接下來(lái)的描述中，闡述了若干具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下被實(shí)施。另一方面，公知的工藝步驟和結(jié)構(gòu)沒(méi)有被詳細(xì)描述以免不必要地模糊本發(fā)明。
[0011]為方便理解，圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中所使用的工藝的高階流程圖。襯底被提供有介電層，在該介電層上放置溝槽掩模，在該溝槽掩模上放置通孔掩模(步驟104)。溝槽掩模可以是硬掩模，其中整平層將溝槽掩模與通孔掩模分開(kāi)。通孔通過(guò)通孔掩模被部分蝕刻到介電層中(步驟108)。溝槽掩模暴露(步驟112)。溝槽被蝕刻到介電層中，同時(shí)通孔完成且被過(guò)蝕刻(步驟116)。過(guò)蝕刻通孔可增加通孔底部的寬度。溝槽或通孔的頂部被整圓，這在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中包括在頂角(top corner)上琢面(faceting)或使頂角傾斜(sloping)(步驟120)。用導(dǎo)電材料填充通孔和溝槽以形成觸頭(步驟124)。介電層被整平到整平目標(biāo)(planarizat1n target)(步驟128)。
實(shí)施例
[0012]在本發(fā)明的實(shí)施例中，襯底被提供有介電層，在該介電層上放置通孔掩模，在該通孔掩模上放置溝槽掩模(步驟104)。圖2A是具有上面已形成接觸層208的襯底204的疊層200的剖視圖。在接觸層208之上是蝕刻停止層或阻擋層212。在接觸層208內(nèi)是觸頭216。介電層220已被形成在蝕刻停止層212之上。在該實(shí)施例中，蝕刻停止層212是氮摻雜碳化硅(SiCN)襯墊。圖案化的溝槽掩模224已被形成在介電層220之上。在該實(shí)施例中，圖案化的溝槽掩模224是硬掩模。例如，圖案化的溝槽掩模224是氮化鈦(TiN)。整平層228被形成在圖案化的溝槽掩模224之上。圖案化的通孔掩模232被形成在整平層228之上。圖案化的通孔掩模232可以由光刻膠或一些其它材料制成。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，附加層可被添加到各個(gè)層和掩模之間或者各個(gè)層可被其它層替代或者層可被移除。
[0013]通孔通過(guò)通孔掩模232被部分蝕刻到介電層220中。圖2B是在通孔240已被部分蝕刻到介電層220中之后的疊層200的剖視圖。在該實(shí)施例中，通孔側(cè)壁稍微變尖細(xì)(taper)。可用于蝕刻部分通孔的配方的實(shí)例提供由C4F8、CF4、N2、Ar和O2組成的通孔蝕刻氣體。室壓被維持在20到60毫托(mTorr)之間。晶片溫度被維持在50°C到100°C之間。
[0014]接著，溝槽掩模224暴露(步驟112)。在一實(shí)施例中，剩余的通孔掩模232和整平層228被同時(shí)移除以暴露溝槽掩模224。在另一實(shí)施例中，通孔掩模232可在部分通孔的蝕刻過(guò)程中被移除，而整平層228在溝槽掩模224的暴露過(guò)程中被移除。圖2C是在通孔掩模232和整平層228已被移除以暴露溝槽掩模224之后的疊層200的剖視圖?？捎糜诒┞稖喜垩谀５呐浞降膶?shí)例提供由CO2和O2組成的剝離氣體。室壓被維持在20到60mTorr之間。晶片溫度被維持在50°C到100°C之間。
[0015]溝槽通過(guò)圖案化的溝槽掩模被蝕刻到介電層中，這也完成并過(guò)蝕刻通孔以拓寬通孔的底部(步驟116)。圖2D示出了在溝槽244被蝕刻且通孔240被過(guò)蝕刻之后的疊層200，拓寬了通孔240的底部，形成較少變尖細(xì)且更垂直的側(cè)壁。在該實(shí)施例中，通孔具有圓形橫截面，其中溝槽沿著到頁(yè)(page)中的線具有線性橫截面，每個(gè)溝槽連接多個(gè)通孔。優(yōu)選地，用于形成溝槽和過(guò)蝕刻通孔的蝕刻比部分通孔蝕刻更有選擇性。較少選擇性的部分通孔蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于這樣的蝕刻比較快。更有選擇性的溝槽蝕刻和通孔過(guò)蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于這樣的蝕刻提供較少變尖細(xì)的更垂直的側(cè)壁?？捎糜谖g刻溝槽和過(guò)蝕刻通孔的配方的實(shí)例提供由C4F8、CF4, N2, Ar和O2組成的溝槽蝕刻氣體。20到60mTorr的室壓被提供。晶片溫度被維持在50°C到100°C之間。
[0016]溝槽的頂部被整圓(步驟120)。圖2E示出了溝槽244的頂部252已被整圓之后的疊層。所述整圓發(fā)生在整平目標(biāo)線或平面248之上。優(yōu)選地，在整平目標(biāo)線248以下不發(fā)生整圓。因?yàn)樗鲰敳吭谡侥繕?biāo)線或平面248之上被整圓，所以在整平目標(biāo)線248之上的溝槽244的頂部252的側(cè)壁薄(shallow)于整平目標(biāo)線248之下的側(cè)壁。在該實(shí)施例中，溝槽的頂部252在蝕刻停止層212的開(kāi)口過(guò)程中被整圓。更優(yōu)選地，整圓和蝕刻停止開(kāi)口是兩個(gè)步驟的工藝。在這種配方的實(shí)例中，包括CF4、C4F8、N2和Ar的整圓氣體被提供。整圓氣體被形成為等離子體?？ūP(pán)溫度被維持在50°C到100°C之間。
[0017]通孔和溝槽被填充(步驟124)。在該實(shí)施例中，用含銅導(dǎo)體填充溝槽和通孔。圖2F示出了用含銅導(dǎo)體256填充通孔240和溝槽244之后的疊層200。用于填充溝槽和通孔的一種示例性配方提供銅電鍍。在該實(shí)施例中，首先，阻擋層被形成在通孔和溝槽的壁上。接著，種子層被形成在阻擋層上。電壓被施加到種子層，通孔和溝槽被置于含銅酸浴中。含銅金屬被沉積在種子層上的溝槽和通孔中。在其它實(shí)施例中，可以使用無(wú)電鍍銅沉積。
[0018]疊層200被整平(步驟128)。在該實(shí)施例中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)被用來(lái)將疊層200整平到整平目標(biāo)線或平面248。圖2G示出了在疊層被整平到整平目標(biāo)線或平面248之后的疊層。圖3是疊層200的沿著圖2G的切割線3-3的剖視圖。圖3中的視圖更清楚地示出了溝槽244的線性剖視圖和通孔240的剖視圖。
[0019]所得的結(jié)構(gòu)提供了具有基本上垂直的側(cè)壁的溝槽和通孔。填充溝槽244和通孔240的導(dǎo)電金屬256形成導(dǎo)電觸頭和互連體。對(duì)于28nm的柵⑶而言，已發(fā)現(xiàn)整圓溝槽的頂部移除了角且提供了允許改進(jìn)的沉積的更寬的開(kāi)口以用于填充通孔和溝槽。角的移除還減少了突出部分(overhang)，從而改進(jìn)了沉積。還發(fā)現(xiàn)更寬的開(kāi)口增加了觸頭之間的滲漏。通過(guò)只拓寬溝槽在整平目標(biāo)以上的頂部以及然后移除整平目標(biāo)以上的疊層，導(dǎo)電材料的填充被改進(jìn)但不增加滲漏。另外，使用較小選擇性的蝕刻來(lái)部分蝕刻通孔以及然后使用較高選擇性的蝕刻來(lái)蝕刻溝槽和過(guò)蝕刻通孔的組合實(shí)現(xiàn)了較快的提供垂直側(cè)壁的蝕刻工藝。本發(fā)明的實(shí)施例避免了彎曲。本發(fā)明的實(shí)施例提供了更好的魯棒性和額外的控制，這可用于調(diào)整參數(shù)以減少條紋或彎曲或者提供其它有益效果。
[0020]可以使用附加工藝來(lái)完成半導(dǎo)體器件的形成。
[0021]雖然本發(fā)明已就若干優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但還有落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的變更方式、置換方式、修改方式和各種替代等同方式。還應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)施本發(fā)明的方法和裝置有許多替代方式。因此，意圖在于將接下來(lái)所附的權(quán)利要求書(shū)解釋為包括落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的變更方式、置換方式和各種替代等同方式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在介電層中形成導(dǎo)電觸頭的方法，其包括: 通過(guò)通孔掩模將部分通孔蝕刻到所述介電層中； 通過(guò)溝槽掩模將溝槽蝕刻到所述介電層中，其中蝕刻所述溝槽完成并過(guò)蝕刻所述通孔以拓寬所述通孔的底部；以及 整圓所述溝槽或通孔的頂部。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部使位于所述通孔的底部的蝕刻停止層開(kāi)口。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括: 用含銅導(dǎo)電材料填充所述通孔和溝槽；以及 將所述通孔、溝槽和介電層整平到整平目標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部不整圓所述溝槽和通孔在所述整平目標(biāo)之下的部分。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部提供了50°C到100°c之間的靜電卡盤(pán)溫度，且其中蝕刻所述溝槽比蝕刻所述部分通孔更有選擇性。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部進(jìn)一步包括提供包括CF4、C4F8和N2的氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氣體進(jìn)一步包括Ar。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中溝槽圖案化硬掩模在所述介電層之上，且其中整平層在所述溝槽圖案化硬掩模和介電層之上，且其中通孔圖案化掩模在所述整平層之上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部使得位于所述溝槽或通孔的頂部的側(cè)壁具有與位于所述整平目標(biāo)的側(cè)壁不同的斜率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括在蝕刻部分通孔之后且在蝕刻溝槽之前暴露所述溝槽掩模。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 用含銅導(dǎo)電材料填充所述通孔和溝槽；以及 將所述通孔、溝槽和介電層整平到整平目標(biāo)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部不整圓所述通孔在所述整平目標(biāo)之下的部分。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部提供了50°C到100°C之間的靜電卡盤(pán)溫度。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部進(jìn)一步包括提供包括CF4、C4F8和N2的氣體。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述氣體進(jìn)一步包括Ar。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中溝槽圖案化硬掩模在所述介電層之上，且其中整平層在所述溝槽圖案化硬掩模和介電層之上，且其中通孔圖案化掩模在所述整平層之上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括在蝕刻部分通孔之后且在蝕刻溝槽之前暴露所述溝槽掩模。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部使得位于所述溝槽或通孔的頂部的側(cè)壁具有與位于所述整平目標(biāo)的側(cè)壁不同的斜率。
19.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括: 用含銅導(dǎo)電材料填充所述通孔和溝槽；以及 將所述通孔、溝槽和介電層整平到整平目標(biāo)。
20.如權(quán)利要求1-2和19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部不整圓所述溝槽和通孔在所述整平目標(biāo)之下的部分。
21.如權(quán)利要求1-2和19-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部提供了 50°C到100°C之間的靜電卡盤(pán)溫度，且其中蝕刻所述溝槽比蝕刻所述部分通孔更有選擇性。
22.如權(quán)利要求1-2和19-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部進(jìn)一步包括提供包括CF4、C4F8和N2的氣體。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述氣體進(jìn)一步包括Ar。
24.如權(quán)利要求1-2和19-23中任一項(xiàng)所述的方法，其中溝槽圖案化硬掩模在所述介電層之上，且其中整平層在所述溝槽圖案化硬掩模和介電層之上，且其中通孔圖案化掩模在所述整平層之上。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其進(jìn)一步包括在蝕刻部分通孔之后且在蝕刻溝槽之前暴露所述溝槽掩模。
26.如權(quán)利要求1-2和19-25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述整圓所述溝槽或通孔的頂部使得位于所述溝槽或通孔的頂部的側(cè)壁具有與位于所述整平目標(biāo)的側(cè)壁不同的斜率。
27.一種用于在形成疊層的在置于置于通孔掩模下面的溝槽掩模下面的介電層中形成導(dǎo)電觸頭的方法，其包括: 通過(guò)所述通孔掩模將部分通孔蝕刻到所述介電層中； 暴露所述溝槽掩模； 通過(guò)所述溝槽掩模將溝槽蝕刻到所述介電層中，其中蝕刻所述溝槽完成并過(guò)蝕刻所述通孔以拓寬所述通孔的底部； 整圓所述溝槽或通孔在整平線以上的頂部； 用導(dǎo)電材料填充所述通孔和溝槽；以及 將所述疊層整平到所述整平線。
【文檔編號(hào)】C23F1/02GK104302811SQ201280072908
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月2日
【發(fā)明者】程宇, 黃舉文, 裴慧遠(yuǎn), 劉建剛, 崔英辰, 王亮 申請(qǐng)人:朗姆研究公司