專利名稱：雙金屬鑲嵌互連的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造微電子器件的方法，更具體地，涉及一種制造微電子器件的雙金屬鑲嵌互連(dual damascene interconnection)的方法。
背景技術(shù)：
隨著能夠用于生產(chǎn)高速和高度集成邏輯器件的技術(shù)的快速進(jìn)步和發(fā)展，制造小型化晶體管的新技術(shù)也已獲得了發(fā)展。隨著晶體管集成水平的提高，互連也變得越來(lái)越小。結(jié)果，互連延遲的問(wèn)題更加嚴(yán)重，阻止了高速邏輯器件的獲得。
考慮到上述因素，使用具有更低電阻和更高電遷移(EM)容限的銅，而不是使用傳統(tǒng)上和常用于互連大規(guī)模集成(LSI)半導(dǎo)體器件的鋁合金，作為互連材料的互連已獲得了積極的開(kāi)發(fā)。然而，銅相對(duì)來(lái)說(shuō)比較難蝕刻，并且易于氧化。相應(yīng)的，已開(kāi)發(fā)出一種雙金屬鑲嵌工藝來(lái)形成這樣的銅互連。
該雙金屬鑲嵌工藝包括形成具有在絕緣層上形成的上部互連的溝槽，以及將上部互連連接到下部互連或襯底的通孔，并且用銅填充溝槽和通孔。然后使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝對(duì)形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面化。
該雙金屬鑲嵌工藝除可用于形成金屬線路外，還可用于形成位線或字線。特別是在雙金屬鑲嵌工藝中，還可以同時(shí)形成在多層金屬線路結(jié)構(gòu)中連接上部金屬線路和下位金屬線路的通孔。而且雙金屬鑲嵌過(guò)程便利了進(jìn)一步的處理，因?yàn)樵陔p金屬鑲嵌工藝中由金屬線路所造成的臺(tái)階差異(stepdifference)被消除了。
雙金屬鑲嵌過(guò)程可以粗略地分成通孔優(yōu)先(via-first)工藝和溝槽優(yōu)先(trench-first)工藝。在通孔優(yōu)先工藝中，通孔是通過(guò)利用攝影術(shù)和蝕刻法蝕刻電介質(zhì)而首先形成的，接著通過(guò)進(jìn)一步蝕刻電介質(zhì)，在通孔的頂部形成溝槽。相反的，在溝槽優(yōu)先工藝中，溝槽是首先形成的，通孔是隨后形成的。兩者之中，通孔優(yōu)先工藝獲得了更普遍的使用。
下文中，制造雙重金屬互連的傳統(tǒng)方法將通過(guò)參考圖1A至圖2B進(jìn)行描述。
圖1A和圖1B是顯示雙金屬鑲嵌互連傳統(tǒng)制造方法的階段的橫截面圖。在一些傳統(tǒng)金屬鑲嵌工藝中，當(dāng)進(jìn)行溝槽蝕刻以形成溝槽時(shí)，是使用硬掩模作為蝕刻掩模的。參考圖1A，界定溝槽170的硬掩模150是在金屬間電介質(zhì)(IMD)層140上被構(gòu)圖的。當(dāng)使用硬掩模150作為蝕刻掩模對(duì)IMD層140進(jìn)行干法蝕刻時(shí)，由于在形成溝槽170時(shí)等離子體內(nèi)的離子轟擊，硬掩模150可能被部分蝕刻。特別是在硬掩模150的邊緣部分(圖1A中的A)積極地進(jìn)行干法蝕刻，這樣界定了溝槽170最后的尺寸，形成了具有圓形邊緣的輪廓。結(jié)果，位于硬掩模150邊緣部分A下面、對(duì)應(yīng)于溝槽170的上部的IMD層140也被蝕刻了，使得該輪廓有圓形的邊緣。圓形的輪廓導(dǎo)致互連的臨界尺寸(CD)減小。
參考圖1B，在IMD層140中形成溝槽170后，通常進(jìn)行回蝕工藝來(lái)清除硬掩模150以及通過(guò)通孔160暴露的蝕刻停止層130。在機(jī)械回蝕工藝180期間，除了硬掩模150和蝕刻停止層130外，溝槽170的IMD層140的暴露部分(圖1B所示的部分B)也被蝕刻，增大了輪廓的圓度。結(jié)果，形成的互連的臨界尺寸會(huì)被進(jìn)一步減小。在圖1A和圖1B中，附圖標(biāo)記110和120分別指的是襯底和下部互連線。
圖2A是圖1A所顯示的橫截面圖的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，圖2B是圖1B所顯示的橫截面圖的SEM照片。參考圖2A，在干法蝕刻形成溝槽的過(guò)程中，硬掩模210被蝕刻了，這導(dǎo)致了所顯示的圓邊輪廓的形成。參考圖2B，當(dāng)進(jìn)行回蝕工藝清除圖2A中顯示的硬掩模210，并清除通過(guò)通孔暴露的蝕刻停止層230時(shí)，也會(huì)在溝槽的上邊邊緣部分220進(jìn)行蝕刻，致使輪廓變得更圓。
如上所述，在為形成溝槽170所進(jìn)行的干法蝕刻中，以及在為清除硬掩模150和蝕刻停止層130所進(jìn)行的回蝕工藝180中，IMD層140被部分蝕刻，因?yàn)樵谑褂玫入x子體的機(jī)械蝕刻的情況下，IMD層140相對(duì)于硬掩模150的蝕刻選擇性時(shí)并不高。結(jié)果，所最終形成的溝槽170的寬度超過(guò)了閾值，因此溝槽170的尺寸無(wú)法被準(zhǔn)確地控制。
在這種情況下，互連的CD被減小，這可能會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的漏電流的增大，或者甚至潛在地造成互連的短路。為了克服這些問(wèn)題，互連材料在通孔160和溝槽170中形成后，另外還需進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)對(duì)器件進(jìn)行平面化，以便保證互連能獲得令人滿意的CD。然而，過(guò)度的CMP可能導(dǎo)致總制造時(shí)間增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低和其他不希望的后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供了一種制造雙重金屬向器互連的方法，它可以保證獲得可靠的溝槽輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造雙金屬鑲嵌互連的方法，包括(a)在襯底上形成下部互連部件；(b)在下部互連部件上形成電介質(zhì)層；(c)在電介質(zhì)層上形成硬掩模；(d)使用硬掩模作為蝕刻掩模，在電介質(zhì)層中形成通孔；(e)通過(guò)對(duì)硬掩模進(jìn)行構(gòu)圖，來(lái)形成界定溝槽的溝槽硬掩模；(f)形成與通孔相連的溝槽，在其中通過(guò)使用溝槽硬掩模作為蝕刻掩模部分蝕刻電介質(zhì)層來(lái)形成上部互連線；(g)使用濕法蝕刻清除溝槽硬掩模；以及(h)通過(guò)用互連材料填充溝槽和通孔來(lái)形成上部互連線。
在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模的形成使用了從由SiN、SiC、BCB、Ta、TaN、Ti、TiN、Al2O3、BN及其組合所構(gòu)成的組中選擇的材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模形成2000?；蚋蟮暮穸?。
在另一個(gè)實(shí)施例中，操作(g)包括在溝槽硬掩模相對(duì)于電介質(zhì)層的蝕刻選擇性等于或大于2000∶1的條件下進(jìn)行濕法蝕刻。在另一個(gè)實(shí)施例中，濕法蝕刻是利用磷酸溶液進(jìn)行的。在另一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模是利用BN形成的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在操作(b)之前，在下部互連部件上形成蝕刻停止層，其中操作(d)包括使用硬掩模作為蝕刻掩模在電介質(zhì)層中形成暴露蝕刻停止層的通孔；且在操作(h)之前，通過(guò)清除被通孔暴露的蝕刻停止層暴露下部互連線。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在操作(b)之前，在下部互連線上形成蝕刻停止層，其中操作(d)包括使用硬掩模作為蝕刻掩模在電介質(zhì)層中形成暴露蝕刻停止層的通孔；且操作(g)包括通過(guò)單次濕法蝕刻工藝同時(shí)清除被通孔暴露的蝕刻停止層和溝槽硬掩模，暴露下部互連部件。
在另一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻停止層和溝槽硬掩模是使用同樣的材料形成的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，操作(c)包括在電介質(zhì)層上形成硬掩模層，在硬掩模層上形成界定通孔的光致抗蝕劑圖案，以及使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模對(duì)硬掩模層進(jìn)行構(gòu)圖，開(kāi)且操作(d)包括通過(guò)使用光致抗蝕劑圖案和硬掩模作為蝕刻掩模干法蝕刻電介質(zhì)層來(lái)形成通孔。
在另一個(gè)實(shí)施例中，操作(e)包括使用界定溝槽的光致抗蝕劑圖案來(lái)形成溝槽硬掩模，以及清除光致抗蝕劑圖案；且操作(f)包括通過(guò)使用溝槽硬掩模作為蝕刻掩模，在電介質(zhì)層相對(duì)于溝槽硬掩模的蝕刻選擇性等于或大于30∶1的條件下，對(duì)電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻來(lái)形成溝槽。
在另一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模是使用BN形成的，且電介質(zhì)層是使用氧化物層形成的。在另一個(gè)實(shí)施例中，干法蝕刻是使用CxFy和CxHyFz之一作為主要蝕刻氣體進(jìn)行的。在另一個(gè)實(shí)施例中，上部互連線是銅互連線。在另一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層是使用FSG和SiOC之一形成的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造雙金屬鑲嵌互連的方法，包括(a)在襯底上形成下部互連部件；(b)在下部互連部件上形成蝕刻停止層；(c)在蝕刻停止層上形成電介質(zhì)層；(d)在電介質(zhì)層上形成BN硬掩模；(e)通過(guò)使用BN硬掩模作為蝕刻掩模在電介質(zhì)層中形成暴露蝕刻停止層的通孔，；(f)通過(guò)對(duì)BN硬掩模進(jìn)行構(gòu)圖，形成界定溝槽的溝槽硬掩模；(g)形成與通孔相連的溝槽，在其中通過(guò)使用溝槽硬掩模作為蝕刻掩模部分地蝕刻電介質(zhì)層，形成上部互連線；(h)通過(guò)使用磷酸溶液進(jìn)行濕法蝕刻，清除溝槽硬掩模；(i)通過(guò)清除被通孔暴露的蝕刻停止層，暴露下部互連部件；以及(j)通過(guò)用互連材料填充溝槽和通孔形成上部互連線。
在一個(gè)實(shí)施例中，操作(d)包括在電介質(zhì)層上形成BN硬掩模，在BN硬掩模層上形成界定通孔的光致抗蝕劑圖案，以及使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模對(duì)BN硬掩模進(jìn)行構(gòu)圖；且操作(e)包括通過(guò)使用光致抗蝕劑圖案和BN硬掩模作為蝕刻掩模對(duì)電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻形成暴露蝕刻停止層的通孔。
在另一個(gè)實(shí)施例中，操作(f)包括使用界定溝槽的光致抗蝕劑圖案，形成溝槽硬掩模，以及清除光致抗蝕劑圖案；且操作(g)包括通過(guò)使用溝槽硬掩模作為蝕刻掩模，在電介質(zhì)層相對(duì)于溝槽硬掩模的蝕刻選擇性等于或大于30∶1的條件下，對(duì)電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻來(lái)形成溝槽。
在另一個(gè)實(shí)施例中，干法蝕刻是通過(guò)使用CxFy和CxHyFz之一作為主要蝕刻氣體進(jìn)行的。在另一個(gè)實(shí)施例中，上部互連線是銅互連線。在另一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層是使用FSG和SiOC之一形成的。


本發(fā)明的上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)參考附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，將會(huì)變得更加明顯，其中圖1A和圖1B是顯示雙金屬鑲嵌互連傳統(tǒng)制造方法的階段的橫截面圖；圖2A和圖2B分別為圖1A和1B所示的橫截面圖的掃描電子顯微鏡(SEM)影像；以及圖3A至圖3I是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造雙金屬鑲嵌互連方法的階段的截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明及其制造方法的優(yōu)點(diǎn)和特征可以通過(guò)參考優(yōu)選實(shí)施例和附圖的下列詳細(xì)描述得到更好的了解。然而本發(fā)明可以多種不同的形式實(shí)施，不能被認(rèn)為局限于所述的實(shí)施例中。相反提供這些實(shí)施例能夠使本發(fā)明披露的徹底和完整，并能夠充分地將本發(fā)明傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在整個(gè)說(shuō)明中，相同的附圖標(biāo)記均指示相同的元件。
根據(jù)本發(fā)明的制造雙金屬鑲嵌互連的方法可以用來(lái)制造微電子器件，例如高密度集成電路(IC)半導(dǎo)體裝置、處理器、微機(jī)電裝置(MEM)、光電子裝置以及顯示裝置。本發(fā)明特別對(duì)中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、CPU和DSP的組合、應(yīng)用關(guān)鍵性IC(ASIC)、邏輯器件、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)以及其它要求高速性能的裝置更加有用。
在以下將要描述的本發(fā)明實(shí)施例中，暴露下部互連線的開(kāi)口被稱為通孔，形成上部互連線所的區(qū)域被稱為溝槽。此外，通孔優(yōu)先的雙金屬鑲嵌工藝是作為范例使用的，其中通孔的尺寸即使在發(fā)生失準(zhǔn)(misalignment)的情況下保持不變；然而，本發(fā)明同樣適用于溝槽優(yōu)先的工藝。
下文將通過(guò)參考圖3A至圖3I描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3A至圖3I是按照本發(fā)明的實(shí)施例制造雙金屬鑲嵌的方法的階段的橫截面圖。
參考圖3A，制備襯底310，在其上執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙金屬鑲嵌互連的制造方法。襯底310有下部互連部件，例如互連線320。舉例來(lái)說(shuō)，襯底310可以是硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、鎵砷襯底、硅鍺襯底、陶瓷襯底、石英襯底或者用于顯示器的玻璃襯底。襯底310上可以有很多數(shù)量的有源器件和無(wú)源器件。下部互連線320可以通過(guò)使用一些互連材料，如銅、銅合金、鋁和鋁合金中的任一種來(lái)形成?？紤]到低電阻，優(yōu)選使用銅來(lái)形成下部互連線320。而且，優(yōu)選地，下部互連線320的表面已被平面化。
參考圖3B，蝕刻停止層330、金屬間電介質(zhì)(IMD)層340和硬掩模層350在具有下部互連線320的襯底310的整個(gè)表面上依次形成。參考圖3C，界定通孔的光致抗蝕劑圖案355在硬掩模層350上形成。
形成硬掩模層330是為了防止下部互連線320暴露給后續(xù)蝕刻工藝，即用于形成通孔的干法蝕刻工藝和用于形成溝槽的干法蝕刻工藝，并如此防止下部互連線320的電性能受損傷。相應(yīng)的，蝕刻停止層330是使用相對(duì)于其上形成的IMD層340具有大蝕刻選擇性的材料形成的。蝕刻停止層330優(yōu)選使用以SiC、SiN、SiCN、SiON、SiC/N基材料、氮化硼(BN)之一以及他們的組合來(lái)形成，這些材料具有4-5的介電常數(shù)?？紤]到對(duì)整個(gè)IMD層340的介電常數(shù)的影響，形成的蝕刻停止層330應(yīng)當(dāng)盡量薄，且應(yīng)當(dāng)足夠的厚以滿意地執(zhí)行其功能。除蝕刻停止功能外，當(dāng)襯底310中的下部互連線320使用銅來(lái)形成時(shí)，蝕刻停止層330還可以阻止銅擴(kuò)散。
IMD層340可以使用具有極佳熱穩(wěn)定性和低介電常數(shù)的低介電常數(shù)材料來(lái)形成。優(yōu)選使用低介電常數(shù)材料形成IMD層340，以防止下部互連線320和將要形成的上部互連線之間的信號(hào)RC遲延，并且抑制干擾和功耗。形成的IMD層340可以有充分的厚度以便在其中形成通孔和溝槽，并且可以使用具有低介電常數(shù)(即低-k)的有機(jī)聚合體和摻雜氧化物層之一來(lái)形成。摻雜氧化物層可以包括，例如，摻氟氧化物(或FSG)層、摻碳氧化物層、硅氧化物層、HSQ(氫倍半硅氧烷)(SiO:H)層、MSQ層(甲基倍半硅氧烷)(SiO:CH3)和a-SiOC(SiOC:H)層。具有低介電常數(shù)的有機(jī)聚合物可以包括聚烯丙醚樹(shù)脂、氟化物樹(shù)脂、硅氧烷共聚物、聚烯丙醚氟化物樹(shù)脂、聚五氟苯乙烯、聚四氟苯乙烯樹(shù)脂、氟聚酰亞胺樹(shù)脂、聚萘氟化物以及多晶硅硅化物樹(shù)脂?；蛘?，IMD層340也可以通過(guò)使用現(xiàn)有的含有大量碳的SiO2膜來(lái)形成，即SiOC膜。SiOC膜可以通過(guò)使用甲基硅烷、脫甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷等作為源來(lái)形成。
IMD層340可以通過(guò)使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、高密度等離子體CVD(HDP-CVD)、大氣壓CVD(APCVD)或者旋涂來(lái)形成。形成的IMD層340的厚度可以是3000-20000，優(yōu)選厚度是6000-7000。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然IMD層340的厚度可以做不同的變化。
硬掩模350在隨后的溝槽蝕刻工藝中，被用作蝕刻掩模來(lái)界定溝槽。因此，硬掩模350優(yōu)選使用相對(duì)于IMD層340具有高蝕刻選擇性的材料來(lái)形成，溝槽是在IMD層340中形成的。硬掩模350可以包括SiN、SiC、苯并環(huán)丁烯(BCB)、Ta、TaN、Ti、TiN、Al2O3、BN和它們的組合之一。在隨后的溝槽蝕刻工藝中被用作蝕刻掩模的硬掩模層350，其形成的厚度優(yōu)選至少為1000，以防止位于硬掩模層350下面的IMD層340被蝕刻。形成的硬掩模層350的厚度應(yīng)當(dāng)便于在隨后的濕法蝕刻工藝中被令人滿意地清除。
光致抗蝕劑圖案355的形成是通過(guò)淀積適合248nm或更短波長(zhǎng)光源的光致抗蝕劑，以及使用界定通孔的光掩模進(jìn)行曝光和顯影來(lái)進(jìn)行的。
參考圖3D，使用光致抗蝕劑圖案355作為蝕刻掩模進(jìn)行干法蝕刻以構(gòu)圖硬掩模350，由此形成硬掩模351。IMD層340是通過(guò)使用光致抗蝕劑圖案355和硬掩模351作為蝕刻掩模被蝕刻的，由此形成通孔360。在此，蝕刻工藝一直進(jìn)行至蝕刻停止層330被暴露為止。反應(yīng)離子蝕刻(RIE)可以被用于干法蝕刻工藝。調(diào)節(jié)反應(yīng)離子蝕刻的條件，以便只有硬掩模351和IMD層340被有選擇地蝕刻，而不蝕刻蝕刻停止層330。
通孔360可以用填充物(沒(méi)有顯示)進(jìn)行填充，以在隨后的蝕刻和清洗工藝中保護(hù)和通孔360相鄰的下部互連線320。填充物可以使用例如HSQ或SOG的材料進(jìn)行旋涂形成。填充物可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的材料和方法來(lái)形成，對(duì)此并無(wú)限制。
參考圖3E，清除用作蝕刻掩模來(lái)形成通孔360的光致抗蝕劑圖案355。為了清除光致抗蝕劑圖案355，執(zhí)行O2灰化工藝或以H2基的等離子體工藝，然后使用剝離器(striper)。其后，在硬掩模351上形成了界定溝槽的光致抗蝕劑圖案365。光致抗蝕劑圖案355的形成是通過(guò)淀積適合248nm或更短波長(zhǎng)光源的光致抗蝕劑，以及使用界定溝槽的光掩模進(jìn)行曝光和顯影進(jìn)行的。
參考圖3F，使用光致抗蝕劑圖案365作為蝕刻掩模干法蝕刻硬掩模351，由此形成溝槽硬掩模352。在此，干法蝕刻一直進(jìn)行至IMD層340被暴露為止。RIE可以被于干法蝕刻，并且調(diào)整反應(yīng)離子蝕刻的條件，以便只有硬掩模351被有選擇性地蝕刻，而不蝕刻IMD層340。通過(guò)執(zhí)行O2灰化工藝或者H2基的等離子工藝，然后再使用剝離器，清除光致抗蝕劑圖案365。
圖3G顯示了形成溝370的階段。使用溝槽硬掩模352作為蝕刻掩模，IMD層340被干法蝕刻至預(yù)定厚度，由此形成溝槽370。為了干法蝕刻，進(jìn)行RIE，使用CxFy或CxHyFz作為主要蝕刻氣體以及與如Ar的惰性氣體混合的氣體或者與惰性氣體和O2、N2和COx至少之一混合的氣體。優(yōu)選IMD層340相對(duì)于溝槽硬掩模352的蝕刻選擇性是30∶1。當(dāng)溝槽硬掩模352使用BN形成且IMD層340使用含有SiO2、SiOF、SiOC等的氧化物層形成時(shí)，在干法蝕刻工藝中可以獲得高的蝕刻選擇性。
可以用蝕刻時(shí)間控制或者中間蝕刻停止層來(lái)控制溝槽370的深度。蝕刻時(shí)間控制是控制為形成具有預(yù)定深度的溝槽370而執(zhí)行的干法蝕刻的時(shí)間長(zhǎng)度的工藝。當(dāng)使用中間蝕刻停止層(未示出)方法時(shí)，蝕刻停止層在IMD層340中的一垂直位置形成，該垂直位置和溝槽370的底部相對(duì)應(yīng)的，以便事先形成干法蝕刻的終點(diǎn)。
在形成溝槽370的干法蝕刻過(guò)程中，當(dāng)IMD層340被蝕刻時(shí)，溝槽硬掩模352的邊緣部分也被蝕刻了，導(dǎo)致形成了如圖3G所顯示的圓形輪廓。溝槽硬掩模352優(yōu)選具有1000或者更大的厚度，以便防止位于溝槽硬掩模352下面的IMD層340在干法蝕刻的過(guò)程中被蝕刻，并因此防止輪廓在溝槽370的邊緣被圓形化。
參考圖3H，使用濕法蝕刻清除溝槽硬掩模352。為了在溝槽硬掩模352被濕法蝕刻時(shí)最小化對(duì)形成溝槽370和通孔360的IMD層340的蝕刻，優(yōu)選使用溝槽硬掩模352相對(duì)于IMD層340的蝕刻選擇性等于或者大于2000∶1的蝕刻劑。在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)使用磷酸(H3PO4)作為蝕刻劑來(lái)清除溝槽硬掩模352時(shí)，可以獲得等于或者大于5000∶1的、使用BN所形成的溝槽硬掩模352相對(duì)于使用氧化物層所形成的IMD層340的蝕刻選擇性。當(dāng)使用濕法蝕刻以高蝕刻選擇性清除溝槽硬掩模352時(shí)，只有溝槽硬掩模352被選擇性地清除了，而沒(méi)有影響到溝槽370和通孔360的輪廓。
同時(shí)被通孔360暴露的蝕刻停止層330也被清除，以暴露下部互連線320。干法蝕刻或濕法蝕刻可以用來(lái)清除蝕刻停止層330，但優(yōu)選執(zhí)行干法蝕刻直至下部互連線320被暴露。為了干法蝕刻，可以在這樣的條件下進(jìn)行RIE，以便蝕刻停止層330可以被選擇性地蝕刻，而不影響下部互連線320。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，由通孔360暴露的溝槽硬掩模352和蝕刻停止層330可以如上所述依次清除，但是本發(fā)明并未將其限于該實(shí)施例。比如，溝槽硬掩模352和蝕刻停止層330可以通過(guò)單次濕法蝕刻工藝清除。在這種情況下，溝槽硬掩模352和蝕刻停止層330可以使用同樣的材料形成。
參考圖3I，在其中暴露了下部互連線320且形成了通孔360和溝槽370的IMD層340中形成導(dǎo)電層，接著進(jìn)行平面化，由此形成上部互連線380。因?yàn)闇喜塾惭谀?52是使用濕法蝕刻清除的，溝槽370上面部分的輪廓會(huì)保持其初始垂直的形狀，不會(huì)導(dǎo)致上面討論的和傳統(tǒng)方法相關(guān)的圓形輪廓。因此，在IMD層340中形成導(dǎo)電層后進(jìn)行平面化時(shí)，沒(méi)有必要為了保證互連的臨界尺寸(CD)進(jìn)行過(guò)多的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。
形成導(dǎo)電層所使用的材料可以是鋁(Al)、鋁合金(Al-alloy)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鎢(W)和鉬(Mo)中的至少一種。導(dǎo)電層可以通過(guò)使用濺鍍導(dǎo)電材料和回流的方法、CVD方法或者電鍍的方法來(lái)形成。當(dāng)使用電鍍方法時(shí)，要求籽層(seed layer)要在電解的過(guò)程中保持流動(dòng)。
而且，在上部互連線380形成前，可以形成擴(kuò)散阻擋層。特別是在金屬鑲嵌工藝中使用銅時(shí)，由于Cu導(dǎo)電材料的擴(kuò)散，擴(kuò)散阻擋層在防止IMD層340熱特性退化方面有根本作用。擴(kuò)散阻擋層可以使用Ta、TaN、TiN、WN、TaC、WC、TiSiN和TaSiN中的至少一種，通過(guò)使用物理氣相淀積(PVD)、CVD和原子層積淀(ALD)中的一種方法來(lái)形成。
如上所述，盡管本發(fā)明參考通孔優(yōu)先的雙金屬鑲嵌工藝進(jìn)行了上述描述，但是本發(fā)明同樣適用于溝槽優(yōu)先的雙金屬鑲嵌工藝。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考其中的優(yōu)選實(shí)施例作了特別顯示和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所界定的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，溝槽的輪廓可以可靠地復(fù)制(reproduced)，也可以保證在互連上獲得所需的CD，而無(wú)需過(guò)多的CMP工藝。因此，提供了一種性能改善了的雙金屬鑲嵌互連。
本申請(qǐng)要求享有于2004年7月29日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No.10-2004-0059888的優(yōu)先權(quán)，在此將其公開(kāi)全文引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種制造雙金屬鑲嵌互連的方法，包括(a)在襯底上形成下部互連部件；(b)在所述下部互連部件上形成電介質(zhì)層；(c)在所述電介質(zhì)層上形成硬掩模；(d)利用所述硬掩模作為蝕刻掩模在所述電介質(zhì)層中形成通孔；(e)通過(guò)構(gòu)圖所述硬掩模，形成界定溝槽的溝槽硬掩模；(f)形成和所述通孔相連接的溝槽，在其中使用所述溝槽硬掩模作為蝕刻掩模部分蝕刻所述電介質(zhì)層形成上部互連線；(g)使用濕法蝕刻清除所述溝槽硬掩模；以及(h)通過(guò)使用互連材料填充所述溝槽和通孔，形成上部互連線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硬掩模是使用從由SiN、SiC、BCB、Ta、TaN、Ti、TiN、Al2O3、BN及其組合所構(gòu)成的組中選擇的一種材料形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述硬掩模形成2000?；蚋蟮暮穸?。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中操作(g)包括在所述溝槽硬掩模相對(duì)于所述電介質(zhì)層的蝕刻選擇性等于或大于2000∶1的條件下進(jìn)行濕法蝕刻。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述濕法蝕刻是使用磷酸溶液進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述硬掩模是使用BN形成的。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括在操作(b)之前在所述下部互連部件上形成蝕刻停止層，其中操作(d)包括使用所述硬掩模作為蝕刻掩模在電介質(zhì)層中形成暴露所述蝕刻停止層的通孔；以及在操作(h)之前，通過(guò)清除被所述通孔暴露的所述蝕刻停止層，暴露所述下部互連部件。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括在操作(b)之前在所述下部互連部件上形成蝕刻停止層，其中操作(d)包括使用所述硬掩模作為蝕刻掩模在所述電介質(zhì)層中形成暴露蝕刻停止層的通孔，且操作(g)包括使用單次濕法蝕刻工藝，同時(shí)清除被所述通孔暴露的蝕刻停止層和所述溝槽硬掩模，由此暴露所述下部互連部件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述蝕刻停止層和溝槽硬掩模是使用同樣的材料形成的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中操作(c)包括在所述電介質(zhì)層上形成硬掩模層，在所述硬掩模層上形成界定所述通孔的光致抗蝕劑圖案，以及使用所述光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模構(gòu)圖所述硬掩模層；以及操作(d)包括使用所述光致抗蝕劑圖案和硬掩模作為蝕刻掩模來(lái)干法蝕刻所述電介質(zhì)層，由此形成所述通孔。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中操作(e)包括使用界定所述溝槽的光致抗蝕劑圖案來(lái)形成溝槽硬掩模，以及清除所述光致抗蝕劑圖案；且操作(f)包括使用所述溝槽硬掩模作為蝕刻掩模，在所述電介質(zhì)層相對(duì)于所述溝槽硬掩模的蝕刻選擇性等于或大于30∶1的條件下，對(duì)所述電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻，由此形成所述溝槽。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述硬掩模是使用BN形成的，且所述電介質(zhì)層是使用氧化物層形成的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述干法蝕刻是使用CxFy和CxHyFz之一作為主要蝕刻氣體進(jìn)行的。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上部互連線是銅互連線。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電介質(zhì)層是使用FSG和SiOC之一形成的。
16.一種制造雙金屬鑲嵌互連的方法，包括(a)在襯底上形成下部互連部件；(b)在所述下部互連部件上形成蝕刻停止層；(c)在所述蝕刻停止層上形成電介質(zhì)層；(d)在所述電介質(zhì)層上形成BN硬掩模；(e)使用所述BN硬掩模作為蝕刻掩模在所述電介質(zhì)層中形成暴露所述蝕刻停止層的通孔；(f)通過(guò)構(gòu)圖所述BN硬掩模形成界定溝槽的溝槽硬掩模；(g)形成和所述通孔相連接的溝槽，在其中使用所述溝槽硬掩模作為蝕刻掩模部分蝕刻所述電介質(zhì)層形成上部互連線；(h)通過(guò)使用磷酸溶液進(jìn)行濕法蝕刻清除所述溝槽硬掩模；(i)通過(guò)清除被所述通孔暴露的蝕刻停止層，暴露所述下部互連部件；(j)通過(guò)使用互連材料填充所述溝槽和通孔形成上部互連線。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中操作(d)包括在所述電介質(zhì)層上形成BN硬掩模層，在所述BN硬掩模層上形成界定所述通孔的光致抗蝕劑圖案，以及使用所述光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模構(gòu)圖所述BN硬掩模；且操作(e)包括通過(guò)所述使用光致抗蝕劑圖案和BN硬掩模作為蝕刻掩模對(duì)所述電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻，形成暴露所述蝕刻停止層的通孔。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中操作(f)包括使用界定所述溝槽的光致抗蝕劑圖案形成所述溝槽硬掩模，以及清除所述光致抗蝕劑圖案；且操作(g)包括使用所述溝槽硬掩模作為蝕刻掩模，在所述電介質(zhì)層相對(duì)于所述溝槽硬掩模的蝕刻選擇性等于或大于30∶1的條件下，對(duì)所述電介質(zhì)層進(jìn)行干法蝕刻，由此形成所述溝槽。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述干法蝕刻是使用CxFy和CxHyFz之一作為主要蝕刻氣體進(jìn)行的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述上部互連線是銅互連線。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述電介質(zhì)層是使用FSG和SiOC之一形成的。
全文摘要
在一種制造雙金屬鑲嵌互連的方法中，確保了可靠的溝槽輪廓。該方法包括在襯底上形成下部互連部件，在下部互連部件上形成電介質(zhì)層，在電介質(zhì)層上形成硬掩模，通過(guò)使用硬掩模作為蝕刻掩模在電介質(zhì)層中形成通孔，通過(guò)對(duì)硬掩模進(jìn)行構(gòu)圖形成界定溝槽的溝槽硬掩模，形成和通孔相連接的溝槽，在其中使用溝槽硬掩模作為蝕刻掩模部分蝕刻電介質(zhì)層形成上部互連線，并使用濕法蝕刻清除溝槽硬掩模，以及通過(guò)使用互連材料填充溝槽和通孔來(lái)形成上部互連線。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1728358SQ200510088138
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者吳赫祥, 鄭周赫, 金一球 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社