有效控制過刻蝕量的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種有效控制過刻蝕量的方法，提供一自下而上依次包括襯底、刻蝕停止層、層間介質(zhì)層及硬掩模的測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述刻蝕停止層的厚度與待刻蝕器件中的一致，然后采用預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)所述測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，形成若干用于互連的盲孔；再測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌，若所述盲孔的下表面低于所述刻蝕停止層的下表面，且所述盲孔的下表面與所述刻蝕停止層下表面的之間的距離小于或等于預(yù)設(shè)過刻蝕量，則采用所述預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)待刻蝕器件進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明不需要通過特殊制樣增厚刻蝕停止層，且不需要預(yù)鍍銅層，過刻蝕量的檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，顯著降低了工藝調(diào)整的成本；且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線上刻蝕工藝，有效控制互連通孔的過刻蝕量，保證產(chǎn)品的良率。
【專利說明】有效控制過刻蝕量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種工藝調(diào)整方法，特別是涉及一種有效控制 過刻蝕量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路CMOS技術(shù)按照摩爾定律而高速發(fā)展，互連延遲逐漸取代器件延遲 成為影響芯片性能的關(guān)鍵因素。互連之間的寄生電容和互連電阻造成了信號(hào)的傳輸延遲。 由于銅具有較低的電阻率，優(yōu)越的抗電遷移特性和高的可靠性，能夠降低金屬的互連電阻， 進(jìn)而減小總的互連延遲效應(yīng)，現(xiàn)已由常規(guī)的鋁互連改變?yōu)榈碗娮璧你~互連。同時(shí)降低互連 之間的電容同樣可以減小延遲，而寄生電容C正比于電路層絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)k，因 此使用低k材料作為不同電路層的絕緣介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si0 2介質(zhì)已成為滿足高速芯片的 發(fā)展的需要。因此銅/低K介質(zhì)體系逐漸取代了傳統(tǒng)的Al/Si02體系成為了業(yè)界的主流。
[0003] 在多層不限立體結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)層間介質(zhì)層之間通常包括刻蝕停止層，刻蝕停止層 的作用是使溝槽或通孔的刻蝕深度得以精確控制及一致化。若沒有刻蝕停止層，由于干法 刻蝕的不均勻性、微負(fù)載效應(yīng)及深寬比效應(yīng)等，會(huì)使得刻蝕深度難以控制及不一致。刻蝕停 止層還具有阻擋銅擴(kuò)散的功能。但是刻蝕停止層會(huì)增加導(dǎo)線間的電容和層間電容，當(dāng)工藝 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到28納米，在半導(dǎo)體后線（back-end of line, BE0L)中，為了減小RC (resistance capacitance delay)延遲，已廣泛采用低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)作為層間介質(zhì)，刻蝕停止層 (Etch Stop Layer, ESL)的厚度也不斷減小。
[0004] 在金屬互連線的布線工藝中，現(xiàn)普遍采用雙大馬士革結(jié)構(gòu)工藝：先在介質(zhì)層中開 出互連溝槽和通孔，然后通過電鍍或化學(xué)鍍銅在互連溝槽和通孔中淀積銅，再利用化學(xué)機(jī) 械拋光（CMP)將過填的銅磨去?？涛g的互連通孔貫穿刻蝕停止層并落在下一層銅表面，必 要的過刻蝕可以保證后續(xù)沉積的銅互連線與下層的銅能夠接觸，然而由于刻蝕停止層的厚 度很薄，控制過刻蝕量顯得尤為重要，因?yàn)檫^多的過刻蝕會(huì)對(duì)下層的銅形成損傷，在其中形 成空洞等缺陷，弱化銅互連線與其之間的連接，使器件的可靠性降低。
[0005] -種傳統(tǒng)的檢測(cè)通孔過刻蝕量的方法是通過兩倍或三倍增厚超低k介質(zhì)與下層 銅之間的刻蝕停止層厚度，并檢測(cè)刻蝕的深度來確定過刻蝕量，然而這種方法需要將生產(chǎn) 線上沉積刻蝕停止層的工藝重復(fù)兩遍或三遍，測(cè)試結(jié)構(gòu)需要特殊制成，不能使用正常工藝 流程的產(chǎn)品去判斷，因此非常不方便，且不能進(jìn)行線上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種有效控制過刻蝕量的 方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于刻蝕停止層很薄，過多的過刻蝕會(huì)損傷下層的銅且現(xiàn)有的 檢測(cè)過刻蝕量的方法非常不方便的問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種有效控制過刻蝕量的方法，至 少包括以下步驟：
[0008] SI :提供一測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)自下而上依次包括襯底、刻蝕停止層、層間介 質(zhì)層及硬掩模；所述刻蝕停止層的厚度與待刻蝕器件中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的厚度相同；
[0009] S2:在所述硬掩模上形成預(yù)設(shè)刻蝕圖案，然后采用預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)所述測(cè)試結(jié)構(gòu) 進(jìn)行刻蝕，在所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中形成若干用于互連的盲孔；
[0010] S3:測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌，若所述盲孔的下表面低于所述刻蝕停 止層的下表面，且所述盲孔的下表面與所述刻蝕停止層下表面的之間的距離小于或等于預(yù) 設(shè)過刻蝕量，則采用所述預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)待刻蝕器件進(jìn)行刻蝕，若不滿足，則進(jìn)入步驟S4 ;
[0011] S4 :調(diào)節(jié)所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的參數(shù)，并重復(fù)步驟S1~S3。
[0012] 可選地，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中的刻蝕停止層與所述待刻蝕器件中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的 制備工藝相同。
[0013] 可選地，于所述步驟S3中，采用掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡測(cè)試刻蝕后的 測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌。
[0014] 可選地，于所述步驟S4中，所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的參數(shù)包括刻蝕時(shí)間。
[0015] 可選地，所述刻蝕為等離子體刻蝕。
[0016] 可選地，所述層間介質(zhì)的材料為低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k〈3,所 述超低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。
[0017] 可選地，所述襯底的材料為低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k〈3,所述超 低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。
[0018] 可選地，所述刻蝕停止層的厚度范圍是20(Γ400埃。
[0019] 如上所述，本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的測(cè) 試結(jié)構(gòu)中刻蝕停止層的厚度與實(shí)際器件中的一致，其制備工藝與實(shí)時(shí)線上待刻蝕器件中對(duì) 應(yīng)的刻蝕停止層的制備工藝相同，且不需要預(yù)鍍銅層，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，降低了工藝調(diào)整的成 本。本發(fā)明能夠有效控制互連通孔的過刻蝕量，降低對(duì)下層銅的損傷，保證銅互連線與下層 銅之間有效連接，提高器件的可靠性，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線上刻蝕工藝，保證產(chǎn)品的良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1顯示為本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法的流程圖。
[0021] 圖2顯示為本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法中測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022] 圖3顯示為本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法中在測(cè)試結(jié)構(gòu)中形成盲孔的示意圖。
[0023] 元件標(biāo)號(hào)說明
[0024] S1 ?S4 步驟
[0025] 1 襯底
[0026] 2刻蝕停止層
[0027] 3層間介質(zhì)層
[0028] 4硬掩模
[0029] 5 盲孔

【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0031] 請(qǐng)參閱圖1至圖3。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0032] 首先請(qǐng)參閱圖1，如圖所示，顯示為本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法的流程圖， 本發(fā)明的有效控制過刻蝕量的方法至少包括以下步驟：
[0033] 步驟S1 :請(qǐng)參閱圖2,如圖所示，提供一測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)自下而上依次包 括襯底1、刻蝕停止層2、層間介質(zhì)層3及硬掩模4 ;所述刻蝕停止層2的厚度與待刻蝕器件 中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的厚度相同；
[0034] 具體的，本實(shí)施例中，首先提供與實(shí)時(shí)生產(chǎn)線上相同的晶片，但不用經(jīng)過預(yù)鍍銅。 需要指出的是，此處所謂相同的晶片是指所述晶片經(jīng)歷了與待刻蝕器件鍍銅之前相同的工 藝流程，所述晶片上可包括制作好的部件，本實(shí)施例中，所述襯底1為下一層層間介質(zhì)，其 下還可具有下一層銅互連等結(jié)構(gòu)。所述襯底1的材料為低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k 介質(zhì)滿足k〈3,所述超低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。然后采用實(shí)時(shí)線上刻蝕停止層的制備工藝在所 述襯底1上制備出刻蝕停止層2,即所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中的刻蝕停止層2與實(shí)時(shí)生產(chǎn)線上待刻蝕 器件中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的厚度相同。然后再采用與實(shí)時(shí)線上待刻蝕器件中對(duì)應(yīng)的上一層 層間介質(zhì)層、硬掩模的制備工藝在所述刻蝕停止層2上依次形成層間介質(zhì)層3及硬掩模4。 因此，所述襯底1上的刻蝕停止層2、層間介質(zhì)層3及硬掩模4的厚度分別與待刻蝕器件中 的刻蝕停止層、上一層層間介質(zhì)層及硬掩模厚度相同，只是所述待刻蝕器件的刻蝕停止層 下具有預(yù)鍍的銅層，而所述測(cè)試結(jié)構(gòu)的刻蝕停止層下為襯底。所述襯底1、刻蝕停止層2、層 間介質(zhì)層3及硬掩模4共同形成本發(fā)明的測(cè)試結(jié)構(gòu)。
[0035] 具體的，所述層間介質(zhì)3的材料為低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k〈3， 所述超低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。所述刻蝕停止層的厚度范圍是20(Γ400埃。
[0036] 本發(fā)明的測(cè)試結(jié)構(gòu)無(wú)需通過特殊制樣增厚刻蝕停止層2的厚度，且不用經(jīng)過預(yù)鍍 銅，在后續(xù)的刻蝕過程中，過刻蝕程度能夠直接在所述襯底1中反映出來。
[0037] 步驟S2:請(qǐng)參閱圖3,如圖所示，在所述硬掩模4上形成預(yù)設(shè)刻蝕圖案，然后采用預(yù) 設(shè)刻蝕條件對(duì)所述測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，在所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中形成若干用于互連的盲孔5 ;
[0038] 具體的，所述刻蝕為等離子體刻蝕。本實(shí)施例中采用C4F8作為反應(yīng)氣體刻蝕所述 層間介質(zhì)3和所述刻蝕停止層2。在其它實(shí)施例中，所述刻蝕氣體還可以是CF 4、CHF3等。
[0039] 在實(shí)際器件的互連通孔的刻蝕中，適量的過刻蝕可以保證銅互連線與下層的銅層 之間能夠連接。由于刻蝕停止層的厚度很薄，在實(shí)際的待刻蝕器件中很容易過刻蝕太多，而 銅很難被刻蝕，過多的等離子體轟擊會(huì)損傷下層的銅層，在其中形成空洞等缺陷，從而弱化 銅互連線與銅層之間的連接，降低器件的可靠性。并且由于刻蝕的不穩(wěn)定性，先前設(shè)好的刻 蝕條件可能不適合當(dāng)前的情況。因此需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)線上的過刻蝕量，以便調(diào)整刻蝕工 藝條件，保證廣品的良率。
[0040] 本發(fā)明中，所述預(yù)設(shè)刻蝕條件包括刻蝕氣體流量、刻蝕功率、刻蝕時(shí)間等刻蝕參 數(shù)。在其它刻蝕參數(shù)不變的情況下，刻蝕出的盲孔深度與刻蝕時(shí)間正相關(guān)，刻蝕時(shí)間越長(zhǎng)， 盲孔5的深度越深。因此對(duì)過刻蝕量的控制的關(guān)鍵在于調(diào)整刻蝕時(shí)間，以避免刻蝕時(shí)間太 長(zhǎng)引起太多的過刻蝕對(duì)器件造成不良影響。
[0041] 本發(fā)明的測(cè)試結(jié)構(gòu)中，所述刻蝕停止層2以下為襯底1，如上所述，其材料為低k介 質(zhì)或超低k介質(zhì)，很容易被刻蝕，從而可以根據(jù)其被刻蝕的厚度確定過刻蝕量。
[0042] 步驟S3 :測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌，若所述盲孔5的下表面低于所述 刻蝕停止層2的下表面，且所述盲孔5的下表面與所述刻蝕停止層2下表面的之間的距離 小于或等于預(yù)設(shè)過刻蝕量，則采用所述預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)待刻蝕器件進(jìn)行刻蝕，若不滿足，則 進(jìn)入步驟S4 ;
[0043] 具體的，采用掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面 形貌。本實(shí)施例中，將刻蝕后測(cè)試結(jié)構(gòu)切片，然后采用掃描電子顯微鏡測(cè)試其縱截面形貌， 并得到所述盲孔5的過刻蝕量。需要指出的是，切片時(shí)，通過掃描電子顯微鏡或透射電子顯 微鏡配合聚焦離子束置樣來保證切在盲孔上，此技術(shù)為本領(lǐng)域的公知常識(shí)，此處不再贅述。
[0044] 為了保證必要的過刻蝕，必須滿足盲孔5的下表面到達(dá)所述刻蝕停止層2以下，但 又不能超過預(yù)設(shè)過刻蝕量。超過預(yù)設(shè)過刻蝕量，在實(shí)際的器件制作中會(huì)對(duì)下層的銅產(chǎn)生損傷， 影響器件的可靠性。因此，若所述盲孔5的下表面高于或齊平于所述刻蝕停止層2的下表面， 或所述盲孔5的下表面與所述刻蝕停止層2下表面的之間的距離大于預(yù)設(shè)過刻蝕量，就需要 調(diào)整預(yù)設(shè)刻蝕條件，以保證線上產(chǎn)品的良率。調(diào)節(jié)的方法請(qǐng)參見下面關(guān)于步驟S4的說明。
[0045] 步驟S4 :調(diào)節(jié)所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的參數(shù)，并重復(fù)步驟S1~S3。
[0046] 如上所述，在其它刻蝕參數(shù)不變的情況下，刻蝕出的盲孔深度與刻蝕時(shí)間正相關(guān)， 刻蝕時(shí)間越長(zhǎng)，盲孔5的深度越深。本實(shí)施例中通過調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)間來確定合適的刻蝕工藝。 在其它實(shí)施例中，也可以通過調(diào)節(jié)刻蝕功率等參數(shù)或其組合進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0047] 具體的，若檢測(cè)得到所述盲孔5的下表面高于或齊平于所述刻蝕停止層2的下表 面，說明盲孔5的刻蝕深度不夠，可以延長(zhǎng)所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的刻蝕時(shí)間，并重復(fù)上述步 驟S1~S3,直至刻蝕深度合適，然后采用此時(shí)的預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)線上的待刻蝕器件進(jìn)行刻 蝕。同理，若所述盲孔5的下表面與所述刻蝕停止層2下表面的之間的距離大于預(yù)設(shè)過刻 蝕量，則縮短所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的刻蝕時(shí)間，并重復(fù)上述步驟S1~S3,直至刻蝕深度合適， 然后采用此時(shí)的預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)線上的待刻蝕器件進(jìn)行刻蝕。
[0048] 通過以上步驟可以實(shí)施監(jiān)測(cè)線上的過刻蝕量，并隨時(shí)調(diào)整到最佳刻蝕條件，實(shí)現(xiàn) 對(duì)盲孔5過刻蝕量的有效控制，保證產(chǎn)品的良率。
[0049] 請(qǐng)參閱表1，顯示為本實(shí)施例中三組不同的刻蝕條件對(duì)應(yīng)的盲孔過刻蝕量。

【權(quán)利要求】
1. 一種有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于，所述有效控制過刻蝕量的方法至少包 括以下步驟： 51 :提供一測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)自下而上依次包括襯底、刻蝕停止層、層間介質(zhì)層 及硬掩模；所述刻蝕停止層的厚度與待刻蝕器件中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的厚度相同； 52 :在所述硬掩模上形成預(yù)設(shè)刻蝕圖案，然后采用預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)所述測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行 刻蝕，在所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中形成若干用于互連的盲孔； S3:測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌，若所述盲孔的下表面低于所述刻蝕停止層 的下表面，且所述盲孔的下表面與所述刻蝕停止層下表面的之間的距離小于或等于預(yù)設(shè)過 刻蝕量，則采用所述預(yù)設(shè)刻蝕條件對(duì)待刻蝕器件進(jìn)行刻蝕，若不滿足，則進(jìn)入步驟S4 ; S4 :調(diào)節(jié)所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的參數(shù)，并重復(fù)步驟S1~S3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：所述測(cè)試結(jié)構(gòu)中的 刻蝕停止層與所述待刻蝕器件中對(duì)應(yīng)的刻蝕停止層的制備工藝相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：于所述步驟S3中， 采用掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡測(cè)試刻蝕后的測(cè)試結(jié)構(gòu)的縱截面形貌。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：于所述步驟S4中， 所述預(yù)設(shè)刻蝕條件中的參數(shù)包括刻蝕時(shí)間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：所述刻蝕為等離子 體刻蝕。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：所述層間介質(zhì)的材 料為低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k〈3,所述超低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：所述襯底的材料為 低k介質(zhì)或超低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k〈3,所述超低k介質(zhì)滿足k〈2. 5。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有效控制過刻蝕量的方法，其特征在于：所述刻蝕停止層的 厚度范圍是20(Γ400埃。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104103537SQ201310113918
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月2日
【發(fā)明者】胡敏達(dá), 張城龍 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司