專利名稱：導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路的制作是極其復(fù)雜的過程，其目的在于將特定電路所需的各種電 子組件和線路，縮小制作在小面積的硅片上，并且各個組件必須藉由適當(dāng)?shù)膬?nèi)連導(dǎo)線來作 電性連接，才能發(fā)揮所期望的功能。 隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展，內(nèi)部的電路密度越來越 大，所含元件數(shù)量不斷增加，使得晶片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的互連線 (Interco皿ect)。因此，為了配合元件縮小后所增加的互連線需求，兩層以上的多層金屬互 連線的設(shè)計，便成為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所必須采用的方法。目前，不同金屬層之間(或 底層晶體管與金屬互連線之間)的導(dǎo)通，是通過在兩層金屬層之間(或底層晶體管與金屬 互連線之間)的絕緣層挖一開口并填入導(dǎo)電材料，形成導(dǎo)通兩金屬層的各種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(如 接觸孔、通孔或雙鑲嵌結(jié)構(gòu))而實現(xiàn)的。該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量對于電路的性能影響很大， 如果導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成質(zhì)量較差，會導(dǎo)致電路整體電阻值上升，嚴(yán)重時器件將不能正常工作。
圖1到圖4是說明現(xiàn)有的一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)——通孔的器件剖面示意圖。其中，圖1 為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成層間介質(zhì)層后的器件剖面示意圖，如圖1所示，在襯底100內(nèi) 已形成了下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110，為了實現(xiàn)該層電路與上層電路間的電連接，需要在其上形成通 孔。通常，先在襯底100上生長一層刻蝕停止層101，其可以為氮化硅層或碳化硅層。該刻 蝕停止層101的刻蝕速率要明顯低于層間介質(zhì)層102，以確保在刻蝕通孔開口時能較為均 勻地停止于該刻蝕停止層101內(nèi)。然后，在該刻蝕停止層101上再生長用于層間電絕緣的 層間介質(zhì)層102。 圖2為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖，如圖2所示，利 用光刻工藝在層間介質(zhì)層102表面上定義通孔圖形105。 圖3為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成通孔開口后的器件剖面示意圖，如圖3所示， 用光刻膠定義通孔圖形105后，可以利用干法刻蝕技術(shù)在層間介質(zhì)層102內(nèi)形成通孔開口 107。由于下層的刻蝕停止層101的刻蝕速率要遠小于層間介質(zhì)層102的刻蝕速率，本步刻 蝕會停止于刻蝕停止層101內(nèi)。 圖4為現(xiàn)有的通孔形成過程中去除刻蝕停止層后的器件剖面示意圖，如圖4所示， 層間介質(zhì)層102刻蝕完成后，還需要將通孔開口 107底部殘留的刻蝕停止層101去除，以曝 露下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)IIO，本步驟通?？煞Q為停止層去除步驟(LRM， Liner Removal)。
本步的LRM步驟通常是利用干法刻蝕工藝實現(xiàn)，實際操作中，本步刻蝕過程較難 控制，常出現(xiàn)一些缺陷如在刻蝕停止層的側(cè)壁處(即通孔側(cè)壁下方處)出現(xiàn)凹陷問題 (undercut或pull back)，如圖4中凹陷120所示；或者是刻蝕停止層101未被完全去除， 下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110未完全曝露等問題。圖5為利用現(xiàn)有的形成方法形成通孔時在側(cè)壁處出 現(xiàn)凹陷問題的器件剖面圖，如圖5所示，在刻蝕停止層處的側(cè)壁出現(xiàn)了凹陷510。
尤其是65nm以下技術(shù)節(jié)點中，刻蝕停止層101通常由較為薄弱的摻氮的碳化硅形 成，其對工藝控制的要求更為嚴(yán)格，本步刻蝕出現(xiàn)上述缺陷的問題也更為嚴(yán)重。而一旦出現(xiàn) 該類缺陷問題，將直接影響到后面通孔(或說導(dǎo)電結(jié)構(gòu))的形成質(zhì)量，進而影響到集成電路 內(nèi)的電連接質(zhì)量，令器件的性能變差甚至失效。 于2008年7月30日公開的公開號為CN101231968A的中國專利申請公開了一種 鑲嵌內(nèi)連線結(jié)構(gòu)與雙鑲嵌工藝，其利用四氟化碳及三氟化氮氣體等離子體為LRM中的刻蝕 氣體，以解決鑲嵌結(jié)構(gòu)中由于對不準(zhǔn)而導(dǎo)致的在下層介質(zhì)層中形成凹槽的問題。但該申請 對于上述因LRM步驟控制不當(dāng)而在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)缺陷的問題沒有提出有效的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法，以改善現(xiàn)有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或焊盤內(nèi)易出 現(xiàn)缺陷的現(xiàn)象。
為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟 提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底； 在所述襯底上依次形成刻蝕停止層和層間介質(zhì)層； 在所述層間介質(zhì)層上定義導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形； 以所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口 ；
刻蝕所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在 15sccm至25sccm之間5 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口內(nèi)填充金屬，形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。 其中，在刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還對所述襯底進行了原位氫等離子體處理。 本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的另一種焊盤的形成方法，包括步驟
提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；
在所述襯底上形成刻蝕停止層；
在所述刻蝕停止層上形成鈍化層；
在所述鈍化層上定義焊盤開口圖形； 以所述焊盤開口圖形為掩膜，刻蝕所述鈍化層形成焊盤開口 ； 刻蝕所述焊盤開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在 15sccm至25sccm之間5 在所述焊盤開口內(nèi)覆蓋鋁金屬，形成焊盤。 其中，在刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還對所述襯底進行了原位氫等離子體處理。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法，對去除刻蝕停止層時的刻蝕工藝進行了優(yōu) 化，使用氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氣作為刻蝕氣體，并將氧氣流量嚴(yán)格限制在15至25sccm之間。 一方面使得層間介質(zhì)層或鈍化層與刻蝕停止層間的選擇比最為合適，另一方面還可以利用 氧氣在刻蝕過程中對聚合物的多少進行調(diào)整，從上述兩個方面確保得到更為理想的導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)開口或焊盤開口的側(cè)壁形狀。此外，還可以利用氧氣在刻蝕的同時清除部分聚合物，使得
4刻蝕過程中僅有少量聚合物沉積在開口底部或基本沒有，從而得到更為干凈的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口或焊盤開口。利用本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法，可以提高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或焊盤的形成質(zhì)量，有效改善器件的電性能。 本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法的其中一個實施例中，還在刻蝕去除刻蝕停止層后加入了原位氫等離子體處理步驟，對刻蝕過程中可能被部分氧化的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面進行去氧化處理，進一步提高了導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或焊盤的形成質(zhì)量，進一步改善了器件的電性能。


圖1為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成層間介質(zhì)層后的器件剖面示意圖； 圖2為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖； 圖3為現(xiàn)有的通孔形成過程中形成通孔開口后的器件剖面示意圖； 圖4為現(xiàn)有的通孔形成過程中去除刻蝕停止層后的器件剖面示意圖； 圖5為利用現(xiàn)有的形成方法形成通孔時在側(cè)壁處出現(xiàn)凹陷問題的器件剖面圖； 圖6為說明本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法的流程圖； 圖7至圖9為說明本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法的器件剖面示意圖； 圖10為說明本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法的流程圖； 圖11至圖16為說明本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法的器件剖面示意圖； 圖17為利用本發(fā)明第二實施例方法形成的焊盤開口剖面圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。 本發(fā)明的處理方法可以被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，并且可利用許多適當(dāng)?shù)牟牧?br> 制作，下面是通過具體的實施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域
內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。 其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為了便于說
明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定，此
外，在實際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。 為了提高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(或焊盤)的形成質(zhì)量，本發(fā)明對導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(或焊盤)的形成
方法進行了改進，提出了一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟 提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底； 在所述襯底上依次形成刻蝕停止層和層間介質(zhì)層； 在所述層間介質(zhì)層上定義導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形； 以所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口 ；
刻蝕所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在15sccm至25sccm之間5 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口內(nèi)填充金屬，形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。 其中，所述刻蝕過程中加入的含碳氟氣體的流量在30sccm至80sccm之間。且在
5所述刻蝕過程中還加入了惰性氣體，所述惰性氣體的流量可以在150sccm至250sccm之間。
其中，刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還進行了原位氫等離子體處理，且所述原位 氫等離子體處理時通入氫氣的流量在300sccm至800sccm之間。 其中，所述刻蝕及原位氫等離子體處理過程中的腔室壓力在5mTorr至20mTorr之 間。 本發(fā)明還提出了一種焊盤的形成方法，包括步驟
提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；
在所述襯底上形成刻蝕停止層；
在所述刻蝕停止層上形成鈍化層；
在所述鈍化層上定義焊盤開口圖形； 以所述焊盤開口圖形為掩膜，刻蝕所述鈍化層形成焊盤開口 ； 刻蝕所述焊盤開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在 15sccm至25sccm之間5 在所述焊盤開口內(nèi)覆蓋鋁金屬，形成焊盤。 其中，所述刻蝕過程中加入的含碳氟氣體的流量在30sccm至80sccm之間。 其中，刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還對所述襯底進行了原位氫等離子體處理，
所述原位氫等離子體處理時通入氫氣的流量在300sccm至800sccm之間。其中，所述刻蝕及原位氫等離子體處理過程中的腔室壓力在5mTorr至20mTorr之間。 本發(fā)明提出的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或焊盤的形成方法主要是對其中去除刻蝕停止層的步驟 (LRM步驟)進行了工藝優(yōu)化，將傳統(tǒng)方法中通入的氫氣改為氧氣，且將氧氣的流量嚴(yán)格控 制在15至25sccm，實現(xiàn)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口 (或焊盤開口)的側(cè)壁形狀良好，殘留聚合物較少，進 而實現(xiàn)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(或焊盤)形成質(zhì)量的提高。 本發(fā)明中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具體可以包含多種結(jié)構(gòu)，如接觸孔、通孔或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)等中 的任一種。下面通過第一實施例詳細介紹利用本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成方法形成通孔的具體 過程。 第一實施例 圖6為說明本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法的流程圖，圖7至圖9為說明本發(fā) 明第一實施例的通孔形成方法的器件剖面示意圖，下面結(jié)合圖6至圖9對本發(fā)明的第一實 施例進行詳細說明。 步驟601 :提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底。 本實施例中襯底內(nèi)已形成的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為銅金屬連線結(jié)構(gòu)，其可以與再下一層 的金屬連線結(jié)構(gòu)相連通，也可以與下層的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相連通。
步驟602 :在所述襯底上依次形成刻蝕停止層和層間介質(zhì)層。 圖7為本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法中形成層間介質(zhì)層后的器件剖面示意 圖，如圖7所示，在襯底700內(nèi)已形成了下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710，在形成了下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710的襯 底上又依次形成了刻蝕停止層701和層間介質(zhì)層702。 因器件密集度不同的區(qū)域之間以及中心區(qū)域和邊緣區(qū)域之間的刻蝕速率有較大 差別；或因刻蝕去除的各層在沉積時出現(xiàn)了厚度不均勻一致的情況，都會導(dǎo)致同一襯底上
6不同區(qū)域的刻蝕結(jié)果不一致。為了避免上述問題，確保后面刻蝕層間介質(zhì)層702時能得到較為均勻一致的刻蝕結(jié)果，可以在沉積層間介質(zhì)層702之前先在襯底上形成一層刻蝕停止層701。該刻蝕停止層701選用的材料需要與其后形成的層間介質(zhì)層702選用的材料不同，且刻蝕速率要慢得多。 本實施例中，層間介質(zhì)層702選用了低介電常數(shù)的氧化硅材料，如，可以是黑鉆石(BD)材料，則刻蝕停止層701可以選用氮化硅、氮氧化硅或碳化硅等材料。具體在本實施例中，選用了氮化硅材料，其在氧化硅的刻蝕條件下具有較低的刻蝕速率，可以確保對層間介質(zhì)層702的刻蝕能較為均勻一致地停止于刻蝕停止層701中，防止下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710受到損傷。 通常情況下，刻蝕停止層701的厚度可以設(shè)置在300A至600A之間，層間介質(zhì)層
702的厚度則至少需要在3000A以上，如5000A、8000A、15000A等。其中，具體的刻蝕停
止層701的厚度的設(shè)置與其和層間介質(zhì)層702的刻蝕速率差、層間介質(zhì)層702的刻蝕深度
等有關(guān)。當(dāng)二者的刻蝕速率差較大或?qū)娱g介質(zhì)層702的刻蝕深度較小時，可以將刻蝕停止
層701的厚度設(shè)置得較小，反之則需要設(shè)置得較大。 步驟603 :在所述層間介質(zhì)層上定義通孔開口圖形。 在層間介質(zhì)層702上覆蓋光刻膠，再利用光刻工藝形成通孔開口圖形。 步驟604 :以所述通孔開口圖形為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成通孔開口 。 圖8為本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法中形成通孔開口后的器件剖面示意圖，
如圖8所示，利用光刻膠形成的通孔開口圖形為掩膜，刻蝕層間介質(zhì)層702，在其內(nèi)形成通
孔開口 707。由于刻蝕停止層701的刻蝕速率要遠小于層間介質(zhì)層702的刻蝕速率，本步刻
蝕會停止于刻蝕停止層701內(nèi)。 本步刻蝕完成后，在襯底上通常會殘留部分光刻膠705，在形成的通孔開口 707側(cè)壁上也會附著一些聚合物。接著，可以進行去除殘留光刻膠705及本步刻蝕中產(chǎn)生的聚合物(圖中未示出)的操作。該操作通常可以利用微波在較高溫度下進行，也可以利用專門的灰化去膠機進行。 在去除殘留的光刻膠705后，還可以加入一步濕法清洗步驟，以去除光刻膠殘渣及殘留的聚合物。該清洗操作可以利用SC1清洗液完成。 步驟605 :刻蝕所述通孔開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在15至25sccm之間。 本步刻蝕可以利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(Inductive CoupledPlasma， ICP)完成。 本實施例中，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中通孔中易出現(xiàn)的缺陷，對刻蝕機理進行了深入分析。認(rèn)為出現(xiàn)缺陷的原因是現(xiàn)有技術(shù)中利用含碳氟氣體及氫氣作為刻蝕氣體，雖然在刻蝕過程中加入氫氣在一定程度上可以增大層間介質(zhì)層702和刻蝕停止層701之間的選擇比，但是，其通常會導(dǎo)致刻蝕時產(chǎn)生的聚合物等難以去除，使得形成的通孔開口質(zhì)量較差，器件電性能也受到明顯影響。 為此，本實施例中使用氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氣作為刻蝕氣體，但采用氧氣后，層間介質(zhì)層702和刻蝕停止層701之間的選擇比較難控制，易出現(xiàn)缺陷。 現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕中通入氧氣的流量通常會較小或較大，如在刻蝕氮化硅等材料時有時會通入少量氧氣，其常用流量也僅在10sccm左右，甚至更小，以得到較大的刻蝕 速率。但實驗發(fā)現(xiàn)，在去除刻蝕停止層701時，若氧氣用量較少，則刻蝕停止層701(本實施 例中為氮化硅材料)的刻蝕速率會過快于層間介質(zhì)層702 (本實施例中為氧化硅材料)，因 此，若采用現(xiàn)有的刻蝕氮化硅的常規(guī)用量，則會形成圖5中所示的凹陷510。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕去除光刻膠時通常會選擇較大的氧氣流量，如在數(shù)百 sccm以上。但實際操作中發(fā)現(xiàn)，如果氧氣用量太多，氮化硅的蝕刻速率會小于氧化硅，此時， 為了確保作為刻蝕停止層701的氮化硅材料被完全刻蝕去除，會有更多的由氧化硅材料形 成的層間介質(zhì)層702被去除(注意到此時層間介質(zhì)層702上已沒有光刻膠保護，其會損失 較多)，而層間介質(zhì)層702的厚度是有要求的，不能過薄，這就使得刻蝕去除刻蝕停止層701 時只能設(shè)置較小的過刻蝕率(過刻蝕時間與主刻蝕時間之間比值)，結(jié)果很容易導(dǎo)致有部 分通孔未刻蝕到位，使通孔電阻值較大，器件電性能較差。 但經(jīng)過實驗分析后，發(fā)現(xiàn)如果采用某一小范圍內(nèi)的氧氣流量仍可以得到滿意的結(jié) 果。如，將氧氣流量嚴(yán)格限制在15至25sccm之間，一方面可以得到較為合適的層間介質(zhì)層 702與刻蝕停止層701之間的刻蝕選擇比，另一方面還可以因引入氧氣而實現(xiàn)在刻蝕過程 中對聚合物的多少的調(diào)整，從而從上述兩個方面確保了能得到更為理想的通孔開口 。
此外，還可以利用氧氣在刻蝕的同時清除部分聚合物，使得刻蝕過程中僅有少量 聚合物沉積在開口底部或基本沒有，從而得到更為干凈的通孔開口。利用本實施例中的通 孔形成方法，可以提高通孔的形成質(zhì)量，有效改善器件的電性能。 優(yōu)化后的本步刻蝕的工作條件可以設(shè)置為將待刻蝕的襯底放入等離子體刻蝕設(shè) 備中，抽真空，通入刻蝕氣體及輔助氣體，在室溫下(通常為25t:左右)進行等離子體刻 蝕處理。其中，腔室壓力可以設(shè)置在5至20mTorr之間，如為5mTorr、 10mTorr、 15mTorr或 20mTorr等；刻蝕功率調(diào)節(jié)至200至600W之間，如為200W、300W、400W或600W等。
刻蝕過程中通入的氧氣流量嚴(yán)格控制在15至25sccm之間，如為15sccm、 18sccm、 22sccm或25sccm等。同時通入的含碳氟的刻蝕氣體，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3等，流量 設(shè)置在30至80sccm之間，如為30sccm、40sccm、50sccm、60sccm、70sccm或80sccm等。
本實施例中，該階段還加入了輔助氣體，如氬氣，其流量可以在150至250sccm之 間，如為150sccm、180sccm、200sccm或250sccm等。該輔助氣體一方面可以調(diào)節(jié)腔室內(nèi)刻 蝕氣體的濃度，進而改變刻蝕速率；另一方面也可以用來調(diào)整腔室的壓力，令其保持在設(shè)定 值。 圖9為本發(fā)明第一實施例的通孔形成方法中去除刻蝕停止層后的器件剖面示意 圖，如圖9所示，去除刻蝕停止層701后，原本殘留的光刻膠705被去除，通孔開口 707底部 的刻蝕停止層701被去除。 在刻蝕去除刻蝕停止層701后，本實施例中還加入了一步原位的氫等離子體處理 步驟，以對刻蝕過程中可能被部分氧化的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710的表面進行去氧化處理，進一 步提高通孔的形成質(zhì)量。 本實施例中，該步與去除刻蝕停止層701在同一刻蝕設(shè)備中完成的原位氫等離子 體處理步驟的工藝條件如下維持腔室的溫度不變，腔室壓力仍可設(shè)置在5至20mTorr之 間，刻蝕功率也可以與上一階段保持相同，如可以仍保持在200至600W之間，如為200W、 300W、400W或600W等。停止上一階段通入的刻蝕氣體及輔助氣體，改為僅通入氫氣，其流量可以設(shè)置在300至800sccm之間，如為300sccm、500sccm、600sccm或800sccm等。
本實施例中，在刻蝕去除刻蝕停止層701時，還可以加一定的偏置電壓(bias power),以令腔室內(nèi)的等離子體的轟擊具有一定的方向性，提高去除光刻膠或刻蝕停止層 的效率(該偏置電壓通?？梢栽O(shè)置在100至200W之間)。而在進行氫等離子體處理時，通 孔開口 707底部已曝露出下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710，且其目的僅在于利用氫等離子體對該下層導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)710表面進行去氧化處理。為防止氫等離子體損傷已曝露在外的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)710， 本實施例中，在該步氫等離子體處理步驟中未施加偏置電壓。
步驟606 :在所述通孔開口內(nèi)填充金屬，形成通孔。 本實施例中，在該通孔開口內(nèi)填充的金屬可以是銅金屬、鎢金屬或鋁金屬等。其既 可以利用物理氣相沉積的方法形成，也可以利用電鍍的方法形成。 在本發(fā)明的其它實施例中，還可以利用本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成方法形成接觸孔
或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)等其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，具體地，可以利用上述去除通孔結(jié)構(gòu)中的刻蝕停止層的方
法去除接觸孔或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的刻蝕停止層，同樣可以達到提高接觸孔或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形
成質(zhì)量，提高器件電性能的目的。其具體實施步驟與思路均和本實施例相似，在本發(fā)明第一
實施例的啟示下，這一應(yīng)用的延伸對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是易于理解和實現(xiàn)的，在
此不再贅述。
第二實施例 圖10為說明本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法的流程圖，圖11至圖16為說明本 發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法的器件剖面示意圖，下面結(jié)合圖IO至圖16對本發(fā)明的第 二實施例進行詳細說明。
步驟1001 :提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底； 本實施例中襯底內(nèi)已形成的銅導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為頂層的銅金屬連線結(jié)構(gòu)，其可以與下層 的銅金屬連線結(jié)構(gòu)相連通，也可以與下層的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相連通。
圖11為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中提供的襯底的剖面示意圖，如圖11 所示，在襯底1101內(nèi)已形成了導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102，本實施例中，襯底1101內(nèi)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102為 與下層的銅金屬連線結(jié)構(gòu)相連通的頂層金屬連線結(jié)構(gòu)，其可以由銅金屬形成。
步驟1002 :在所述襯底上形成刻蝕停止層。 因器件密集度不同的區(qū)域之間以及中心區(qū)域和邊緣區(qū)域之間的刻蝕速率有較大
差別；或因刻蝕去除的各層在沉積時出現(xiàn)了厚度不均勻一致的情況，都會導(dǎo)致同一襯底上
不同區(qū)域的刻蝕結(jié)果不一致。為了避免上述問題，確保后面刻蝕鈍化層時能得到較為均勻
一致的刻蝕結(jié)果，可以在沉積鈍化層之前先在襯底上形成一層刻蝕停止層。 圖12為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中形成刻蝕停止層后的器件剖面示意
圖，如圖12所示，在襯底上形成了刻蝕停止層1103，該刻蝕停止層1103選用的材料需要與
鈍化層選用的材料不同，且刻蝕速率要慢得多。 本實施例中，鈍化層選用了氧化硅材料，則刻蝕停止層1103可以選用氮化硅、氮 氧化硅或碳化硅等材料。具體在本實施例中，選用了氮化硅材料，其在氧化硅的刻蝕條件下 具有較低的刻蝕速率，可以確保對鈍化層的刻蝕能較為均勻一致地停止于刻蝕停止層1103 中，防止下層的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102受到損傷。 通常情況下，刻蝕停止層1103的厚度可以設(shè)置在300A至600A之間。具體的刻蝕停止層的厚度的設(shè)置與其和鈍化層的刻蝕速率差、鈍化層的刻蝕深度等有關(guān)。當(dāng)二者的刻 蝕速率差較大或鈍化層的刻蝕深度較小時，可以將刻蝕停止層的厚度設(shè)置得較小，反之則 需要設(shè)置得較大。
步驟1003 :在所述刻蝕停止層上形成鈍化層。 圖13為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中形成鈍化層后的器件剖面示意圖， 如圖13所示，在刻蝕停止層1103上形成了鈍化層1105。該鈍化層的作用是在襯底上的 非電連接區(qū)域形成絕緣介質(zhì)層，以保護非電連接區(qū)域，并將各焊盤隔離開。該鈍化層1105
通?？梢杂裳趸杌虻趸璨牧闲纬?，其厚度通常至少需要在3000A以上，如5000A、 8000A、 15000A等。
步驟1004 :在所述鈍化層上形成焊盤開口圖形。 在鈍化層1105上覆蓋光刻膠，再利用光刻工藝形成焊盤開口圖形。 步驟1005 :刻蝕所述鈍化層形成焊盤開口 。 圖14為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中形成焊盤開口后的器件剖面示意 圖，如圖14所示，利用光刻膠形成的焊盤開口圖形為掩膜，刻蝕鈍化層1105，在其內(nèi)形成焊 盤開口 1108。在本步刻蝕完成后，在襯底上仍會殘留部分光刻膠1106，且在焊盤開口 1108 的側(cè)壁上會附著一些聚合物1110。 接著，可以進行去除殘留光刻膠1106及本步刻蝕中產(chǎn)生的聚合物1110的操作。該 操作通?？梢岳梦⒉ㄔ谳^高溫度下進行，也可以利用專門的灰化去膠機進行。
在去除殘留的光刻膠1106后，還可以加入一步濕法清洗步驟，以去除光刻膠殘渣 及殘留的聚合物。該清洗操作可以利用SC1清洗液完成。 步驟1006 :刻蝕所述焊盤開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣 流量在15至25sccm之間。 本步刻蝕可以利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(Inductive CoupledPlasma， ICP)完 成。 本實施例中，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中焊盤中易出現(xiàn)的缺陷，對刻蝕機理進行了深入 分析。使用氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氣作為刻蝕氣體，并對氧氣的流量進行了嚴(yán)格的控制。
現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕中通入氧氣的流量通常會較小或較大，如在刻蝕氮化硅等材 料時有時會通入少量氧氣，其常用流量也僅在10sccm左右，甚至更小，以得到較大的刻蝕 速率。但實驗發(fā)現(xiàn)，在去除刻蝕停止層1103時，若氧氣用量較少，則刻蝕停止層1103(本實 施例中為氮化硅材料)的蝕刻速率會過快于鈍化層1105(本實施例中為氧化硅材料)，因 此，若采用現(xiàn)有的刻蝕氮化硅的常規(guī)用量，則會形成圖5中所示的凹陷510。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕去除光刻膠時通常會選擇較大的氧氣流量，如在數(shù)百 sccm以上。但實際操作中發(fā)現(xiàn)，如果氧氣用量太多，氮化硅的蝕刻速率會小于氧化硅，此 時，為了確保作為刻蝕停止層1103的氮化硅材料被完全刻蝕去除，會有更多的由氧化硅材 料形成的鈍化層1105被去除(注意到此時鈍化層1105上已沒有光刻膠保護，其會損失較 多)，而鈍化層1105的厚度是有要求的，不能過薄，這就使得刻蝕去除刻蝕停止層1103時只 能設(shè)置較小的過刻蝕率(過刻蝕時間與主刻蝕時間之間比值)，結(jié)果很容易導(dǎo)致有部分焊 盤開口未刻蝕到位，使焊盤開口的電阻值較大，器件電性能較差。 本實施例中將氧氣流量嚴(yán)格限制在15至25sccm之間，一方面可以得到較為合適
10的鈍化層1105與刻蝕停止層1103之間的刻蝕選擇比，另一方面還可以因引入氧氣而實現(xiàn) 在刻蝕過程中對聚合物的多少的調(diào)整，從而從上述兩個方面確保了能得到更為理想的焊盤 開口。 此外，還可以利用氧氣在刻蝕的同時清除部分聚合物，使得刻蝕過程中僅有少量 聚合物沉積在開口底部或基本沒有，從而得到更為干凈的焊盤開口。利用本實施例中的焊 盤形成方法，可以提高焊盤的形成質(zhì)量，有效改善器件的電性能。 優(yōu)化后的本步刻蝕的工作條件可以設(shè)置為將待刻蝕的襯底放入等離子體刻蝕設(shè) 備中，抽真空，通入刻蝕氣體及輔助氣體，在室溫下(通常為25t:左右)進行等離子體刻 蝕處理。其中，腔室壓力可以設(shè)置在5至20mTorr之間，如為5mTorr、 10mTorr、 15mTorr或 20mTorr等；刻蝕功率調(diào)節(jié)至200至600W之間，如為200W、300W、400W或600W等。
刻蝕過程中通入的氧氣流量嚴(yán)格控制在15至25sccm之間，如為15sccm、 18sccm、 22sccm或25sccm等。同時通入的含碳氟的刻蝕氣體，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3等，流量 設(shè)置在30至80sccm之間，如為30sccm、40sccm、50sccm、60sccm、70sccm或80sccm等。
本實施例中，該階段還加入了輔助氣體，如氬氣，其流量可以在150至250sccm之 間，如為150sccm、180sccm、200sccm或250sccm等。該輔助氣體一方面可以調(diào)節(jié)腔室內(nèi)刻 蝕氣體的濃度，進而改變刻蝕速率；另一方面也可以用來調(diào)整腔室的壓力，令其保持在設(shè)定 值。 圖15為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中去除刻蝕停止層后的器件剖面示意 圖，如圖15所示，去除刻蝕停止層1103后，原本殘留的光刻膠1106被去除，焊盤開口 1108 底部的刻蝕停止層1103被去除。 在刻蝕去除刻蝕停止層1103后，本實施例中還加入了一步原位的氫等離子體處 理步驟，以對刻蝕過程中可能被部分氧化的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面進行去氧化處理，進一步 提高焊盤的形成質(zhì)量。 本實施例中，該步與去除刻蝕停止層1103在同一刻蝕設(shè)備中完成的原位氫等離 子體處理步驟的工藝條件如下維持腔室的溫度不變，腔室壓力仍可設(shè)置在5至20mTorr 之間，刻蝕功率也可以與上一階段保持相同，如可以仍保持在200至600W之間，如為200W、 300W、400W或600W等。停止上一階段通入的刻蝕氣體及輔助氣體，改為僅通入氫氣，其流量 可以設(shè)置在300至800sccm之間，如為300sccm、500sccm、600sccm或800sccm等。
本實施例中，在刻蝕去除刻蝕停止層時，還可以加一定的偏置電壓(bias power), 以令腔室內(nèi)的等離子體的轟擊具有一定的方向性，提高去除光刻膠或刻蝕停止層的效率 (該偏置電壓通?？梢栽O(shè)置在100至200W之間)。而在進行氫等離子體處理時，焊盤開口 1108底部已曝露出下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102，且其目的僅在于利用氫等離子體對該下層導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)1102表面進行去氧化處理。為防止氫等離子體損傷已曝露在外的下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102，本 實施例中，在該步氫等離子體處理步驟中未施加偏置電壓。 在刻蝕后，還可以再加入一步濕法清洗步驟，該步清洗可采用SC1等清洗液進行， 其可以將上步處理后仍殘留的少量聚合物清洗去除。本實施例中采取了氫等離子體處理對 下層的銅導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面進行了去氧化，確保焊盤開口 1108底部曝露的銅導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102表 面基本沒有形成氧化銅，因此，本步清洗不會導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中因氧化銅被去除而導(dǎo)致銅導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)1102表面粗糙的問題。
本實施例中，為防止金屬銅擴散至焊盤中，在銅的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102與鋁焊盤間可以 先形成一層阻擋層1107，即在所述鈍化層上和所述焊盤開口內(nèi)依形貌覆蓋一層阻擋層。
該阻擋層1107可以采用Ta， W， Ti以及它們的氮化物TiN， WN， TaN等材料形成。 經(jīng)過本實施例的氫等離子體處理后，位于阻擋層1107下的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)1102表面光滑，阻擋層 1107的覆蓋質(zhì)量得到了提高，可以更好地阻止銅金屬擴散至焊盤內(nèi)。
步驟1007 :在所述焊盤開口內(nèi)覆蓋鋁金屬，形成焊盤。 圖16為本發(fā)明第二實施例的焊盤形成方法中形成焊盤后的器件剖面示意圖，如 圖16所示，利用物理氣相沉積(PVD，Physical V即orD印osition)的方法，如濺射鋁靶的方 法，在形成阻擋層1107后的襯底上覆蓋鋁金屬。然后，利用光刻的方法在其上形成焊盤圖 形；接著，利用刻蝕方法以光刻膠的焊盤圖形為掩膜刻蝕形成焊盤1111。經(jīng)過本實施例的 上述處理，所形成的焊盤質(zhì)量得到了明顯提高，不僅側(cè)壁形狀良好，也沒有再出現(xiàn)銅金屬擴 散至鋁焊盤內(nèi)的現(xiàn)象。 圖17為利用本發(fā)明第二實施例方法形成的焊盤開口剖面圖，其在去除刻蝕停止 層時所用氧氣流量為20sccm，腔室壓力在10mTorr，刻蝕氣體CF4流量在50sccm左右，刻蝕 功率為40W。在此條件下刻蝕形成的焊盤開口如圖17中圓圈1701所示，刻蝕停止層與鈍化 層間側(cè)壁基本保持了平滑的形狀，所形成的焊盤開口側(cè)壁形狀良好，提高了焊盤的形成質(zhì) 本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括步驟提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；在所述襯底上依次形成刻蝕停止層和層間介質(zhì)層；在所述層間介質(zhì)層上定義導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形；以所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口；刻蝕所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在15sccm至25sccm之間；在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口內(nèi)填充金屬，形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕過程中加入的含碳氟氣體的 、流量在30sccm至80sccm之間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕過程中還加入了惰性氣體。
4. 如權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于所述惰性氣體的流量在150sccm至 250sccm之間。
5. 如權(quán)利要求l所述的形成方法，其特征在于刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還進行 了原位氫等離子體處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于所述原位氫等離子體處理時通入氫氣 的流量在300sccm至800sccm之間。
7. 如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕及原位氫等離子體處理過程 中的腔室壓力在5mTorr至20mTorr之間。
8. 如權(quán)利要求l所述的形成方法，其特征在于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括接觸孔、通孔或雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)中的任一種。
9. 一種焊盤的形成方法，其特征在于，包括步驟 提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底； 在所述襯底上形成刻蝕停止層； 在所述刻蝕停止層上形成鈍化層； 在所述鈍化層上定義焊盤開口圖形；以所述焊盤開口圖形為掩膜，刻蝕所述鈍化層形成焊盤開口 ；刻蝕所述焊盤開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在15sccm 至25sccm之間；在所述焊盤開口內(nèi)覆蓋鋁金屬，形成焊盤。
10. 如權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕過程中加入的含碳氟氣體的 、流量在30sccm至80sccm之間。
11. 如權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于刻蝕去除所述刻蝕停止層之后，還對 所述襯底進行了原位氫等離子體處理。
12. 如權(quán)利要求11所述的形成方法，其特征在于所述原位氫等離子體處理時通入氫 氣的流量在300sccm至800sccm之間。
13. 如權(quán)利要求11所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕及原位氫等離子體處理過 程中的腔室壓力在5mTorr至20mTorr之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成方法，包括步驟提供已形成下層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底；在所述襯底上依次形成刻蝕停止層和層間介質(zhì)層；在所述層間介質(zhì)層上定義導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形；以所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口圖形為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口；刻蝕所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口底部的刻蝕停止層，且所述刻蝕過程中加入的氧氣流量在15sccm至25sccm之間；在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)開口內(nèi)填充金屬，形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還對應(yīng)公開了一種焊盤形成方法。利用本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及焊盤的形成方法，可以提高導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或焊盤的形成質(zhì)量，有效改善器件的電性能。
文檔編號H01L21/768GK101728317SQ20081022480
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者孫武, 張海洋, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司