一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟：1）于NDC層表面形成低k介質(zhì)層及八甲基環(huán)四硅氧烷層；2）對(duì)八甲基環(huán)四硅氧烷層進(jìn)行N等離子體處理，于其表面形成氮化硅層；3）于氮化硅層表面形成硬掩膜層及金屬層；4）去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口；5）于金屬層表面及刻蝕窗口中涂覆光刻膠，去除刻蝕窗口內(nèi)的光刻膠；6）去除刻蝕窗口內(nèi)的氮化硅層；7）刻蝕刻蝕窗口內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷層、低k介質(zhì)層及NDC層形成大馬士革結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)八甲基環(huán)四硅氧烷層進(jìn)行處理于表面形成氮化硅層，避免后續(xù)工藝中光刻膠與其反應(yīng)而導(dǎo)致刻蝕停止的問(wèn)題，從而改善線路斷裂的缺陷。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體金屬互連工藝，特別是涉及一種改善金屬互連工藝中線路 斷裂缺陷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸在不斷縮小。
[0003] 當(dāng)晶體管的特征尺寸進(jìn)入到130納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，由于鋁的高電阻特性，銅互 連逐漸替代鋁互連成為金屬互連的主流，現(xiàn)在廣泛采用的銅導(dǎo)線的制作方法是大馬士革工 藝的鑲嵌技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)銅導(dǎo)線和通孔銅的成形。
[0004] 然而，事實(shí)證明，在制作銅線互連的過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)銅線斷裂等缺陷，究其原 因，是由于制作銅線互連時(shí)，需要進(jìn)行多次刻蝕，而這些刻蝕的窗口是非常窄的，難以保證 刻蝕進(jìn)程的完整性。
[0005] 現(xiàn)有的一種銅線互連的工藝包括步驟：
[0006] 步驟一，于氮摻雜的碳化硅NDC層表面依次制作多孔的低k介質(zhì)薄膜、八甲基環(huán)四 硅氧烷層、硬掩膜層、及金屬層；
[0007] 步驟二，于所述金屬層表面形成光刻圖形，并對(duì)所述金屬層及所述硬掩膜層進(jìn)行 刻蝕形成刻蝕窗口，此步驟必須保留一定厚度的硬掩膜層，一般至少為5nm的厚度；
[0008] 步驟三，于所述金屬層表面及所述刻蝕窗口內(nèi)涂覆光刻膠，這種光刻膠一般含有 NH3成分，然后曝光去除所述刻蝕窗口中的光刻膠；
[0009] 步驟四，于所述刻蝕窗口內(nèi)的硬掩膜層、低k介質(zhì)薄膜及NDC層中刻蝕出大馬士革 結(jié)構(gòu)。
[0010] 在以上的方法中，由于步驟二的刻蝕深度很難控制，非常容易直接將所述硬掩膜 層完全刻蝕掉，露出下方的八甲基環(huán)四硅氧烷層，這種情況下，在步驟三涂覆光刻膠時(shí)，光 刻膠內(nèi)的NH 3會(huì)與所述八甲基環(huán)四硅氧烷層反應(yīng)形成Si-NHx化合物，使步驟四中正常的刻 蝕程序停止進(jìn)行，從而影響后續(xù)工藝的進(jìn)行，最終導(dǎo)致銅線的斷裂。
[0011] 可見，提供一種可以改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法實(shí)屬必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 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改善金屬互連工藝中 線路斷裂缺陷的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬互連工藝中線路容易出現(xiàn)斷裂缺陷的問(wèn) 題。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂 缺陷的方法，至少包括以下步驟：
[0014] 1)于NDC層表面依次形成低k介質(zhì)層及八甲基環(huán)四娃氧燒層；
[0015] 2)對(duì)所述八甲基環(huán)四硅氧烷層進(jìn)行N等離子體處理，于其表面形成氮化硅層；
[0016] 3)于所述氮化硅層表面依次形成硬掩膜層及金屬層；
[0017] 4)采用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化硅 層；
[0018] 5)于所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中涂覆光刻膠，曝光并去除所述刻蝕窗口內(nèi) 的光刻膠；
[0019] 6)去除所述刻蝕窗口內(nèi)的氮化硅層；
[0020] 7)刻蝕所述刻蝕窗口內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷層、低k介質(zhì)層及NDC層形成大馬士 革結(jié)構(gòu)。
[0021] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2) 中，產(chǎn)生N等離子體所采用的氣體為NH 3、N2及N20的一種或一種以上，氣體流量為100? 2000sccm〇
[0022] 進(jìn)一步地，N等離子體處理所采用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
[0023] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2) 在N等離子體處理后還包括Ar等離子體處理的步驟。
[0024] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，Ar等離 子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流量為100?2000sccm。
[0025] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，步驟6) 中，采用CF4等離子體對(duì)所述氮化硅層進(jìn)行刻蝕以將其去除。
[0026] 進(jìn)一步地，刻蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF4氣體流量為100? 2000sccm〇
[0027] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，所述低 k介質(zhì)層為多孔低k介質(zhì)層。
[0028] 作為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法的一種優(yōu)選方案，所述硬 掩膜層為正硅酸乙酯層。
[0029] 如上所述，本發(fā)明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟： 1)于NDC層表面依次形成低k介質(zhì)層及八甲基環(huán)四硅氧烷層；2)對(duì)所述八甲基環(huán)四硅氧烷 層進(jìn)行N等離子體處理，于其表面形成氮化硅層；3)于所述氮化硅層表面依次形成硬掩膜 層及金屬層；4)采用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化 硅層；5)于所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中涂覆光刻膠，曝光并去除所述刻蝕窗口內(nèi)的 光刻膠；6)去除所述刻蝕窗口內(nèi)的氮化硅層；7)刻蝕所述刻蝕窗口內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷 層、低k介質(zhì)層及NDC層形成大馬士革結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)八甲基環(huán)四硅氧烷層進(jìn)行處理 于表面形成氮化硅層，避免后續(xù)工藝中光刻膠與其反應(yīng)而導(dǎo)致刻蝕停止的問(wèn)題，從而改善 線路斷裂的缺陷。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟1)所呈現(xiàn)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2?圖3顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟2)所 呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖4顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟3)所呈現(xiàn)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖5?圖6顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟4)所 呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖7?圖8顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟5)所 呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖9顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟6)所呈現(xiàn)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖10顯示為本發(fā)明的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法步驟7)所呈現(xiàn)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0038] 101 NDC 層
[0039] 102 低k介質(zhì)層
[0040] 103 八甲基環(huán)四硅氧烷層
[0041] 104 氮化硅層
[0042] 105 硬掩膜層
[0043] 106 金屬層
[0044] 107 光刻圖形
[0045] 108 刻蝕窗口
[0046] 109 光刻膠
[0047] 110 大馬士革結(jié)構(gòu)

【具體實(shí)施方式】
[0048] 以下通過(guò)特定的具體示例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)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(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)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(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0049] 請(qǐng)參閱圖1?圖10。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)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。
[0050] 如圖1?圖10所示，本實(shí)施例提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方 法，至少包括以下步驟：
[0051] 如圖1所示，首先進(jìn)行步驟1 )，于NDC層101表面依次形成低k介質(zhì)層102及八甲 基環(huán)四娃氧燒層103。
[0052] 作為示例，所述低k介質(zhì)層102為多孔低k介質(zhì)層。
[0053] 如圖2?圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，對(duì)所述八甲基環(huán)四硅氧烷層103進(jìn)行N等離 子體處理，于其表面形成氮化硅層104。
[0054] 作為示例，產(chǎn)生N等離子體所采用的氣體為NH3、N2及N 20的一種或一種以上，氣體 流量為100?2000sccm。
[0055] 進(jìn)一步地，N等離子體處理所采用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
[0056] 作為示例，在N等離子體處理后還包括Ar等離子體處理的步驟。
[0057] 進(jìn)一步地，Ar等離子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流 量為 100 ?2000sccm。
[0058] 在一具體的實(shí)施過(guò)程中，首先通入流量為lOOOsccm的NH3氣體，控制氣壓為2torr 下以1000W功率產(chǎn)生N等離子體并對(duì)所述八甲基環(huán)四硅氧烷層103進(jìn)行反應(yīng)，于其表面產(chǎn) 生一層氮化硅層104,然后通入lOOOsccm的Ar氣，控制氣壓為2torr下以1000W功率對(duì)所 述氮化硅層104進(jìn)行處理。
[0059] 當(dāng)然，在其他的實(shí)施過(guò)程中，也可以采用其他含N氣體產(chǎn)生N等離子體以對(duì)所述八 甲基環(huán)四硅氧烷層103進(jìn)行處理形成氮化硅層104,并不限于此處所列舉的幾種。
[0060] 如圖4所示，接著進(jìn)行步驟3)，于所述氮化硅層104表面依次形成硬掩膜層105及 金屬層106 ;
[0061] 作為示例，所述硬掩膜層105為正硅酸乙酯層。
[0062] 作為示例，所述金屬層106為金屬銅層，可以采用電鍍、濺射、氣相外延等方法形 成。
[0063] 如圖5?圖6所示，然后進(jìn)行步驟4)，采用光刻工藝去除部分的金屬層106及硬掩 膜層105形成刻蝕窗口 108,露出所述氮化硅層104。
[0064] 具體地，先于所述金屬層106表面制作光刻圖形107,然后刻蝕以去除部分發(fā)的金 屬層106及硬掩膜層105形成刻蝕窗口 108。
[0065] 當(dāng)然，也可以在刻蝕所述硬掩膜層105時(shí)保留部分的硬掩膜層105,厚度可以為 5nm左右，再通過(guò)后續(xù)的刻蝕過(guò)程將該剩余的部分硬掩膜層105去除。
[0066] 如圖7?圖8所示，接著進(jìn)行步驟5)，于所述金屬層106表面及所述刻蝕窗口 108 中涂覆光刻膠109,曝光并去除所述刻蝕窗口 108內(nèi)的光刻膠109。
[0067] -般來(lái)說(shuō)，所述光刻膠109內(nèi)含有NH3成分，由于該光刻膠109涂覆時(shí)，具有氮化 硅層104作為阻擋層，故光刻膠109內(nèi)的NH3并不會(huì)與所述八甲基環(huán)四硅氧烷層103反應(yīng) 形成Si-NHx化合物，避免了該Si-NHx化合物會(huì)使后續(xù)的刻蝕程序停止進(jìn)行的缺陷，從而保 證了后續(xù)工藝的正常進(jìn)行，改善了后續(xù)銅線互連工藝中銅線斷裂的問(wèn)題。
[0068] 如圖9所示，然后進(jìn)行步驟6)，去除所述刻蝕窗口 108內(nèi)的氮化硅層104。
[0069] 作為示例，采用CF4等離子體對(duì)所述氮化硅層104進(jìn)行刻蝕以將其去除。
[0070] 具體地，采用CF4等離子體刻蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF 4 氣體流量為100?2000sccm。本步驟先將之前形成的氮化硅層104去除，保證后續(xù)刻蝕工 藝的正常進(jìn)行。
[0071] 如圖10所示，最后進(jìn)行步驟7)，刻蝕所述刻蝕窗口 108內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷層 103、低k介質(zhì)層102及NDC層101形成大馬士革結(jié)構(gòu)110。
[0072] 綜上所述，本發(fā)明提供一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，包括步驟： 1)于NDC層101表面依次形成低k介質(zhì)層102及八甲基環(huán)四娃氧燒層103 ;2)對(duì)所述八甲 基環(huán)四硅氧烷層103進(jìn)行N等離子體處理，于其表面形成氮化硅層104 ;3)于所述氮化硅層 104表面依次形成硬掩膜層105及金屬層106 ;4)采用光刻工藝去除部分的金屬層106及硬 掩膜層105形成刻蝕窗口 108,露出所述氮化硅層104 ;5)于所述金屬層106表面及所述刻 蝕窗口 108中涂覆光刻膠109,曝光并去除所述刻蝕窗口 108內(nèi)的光刻膠109 ;6)去除所述 刻蝕窗口 108內(nèi)的氮化硅層104 ;7)刻蝕所述刻蝕窗口 108內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷層103、 低k介質(zhì)層102及NDC層101形成大馬士革結(jié)構(gòu)110。本發(fā)明通過(guò)對(duì)八甲基環(huán)四硅氧烷層 103進(jìn)行處理于表面形成氮化硅層104,避免后續(xù)工藝中光刻膠109與其反應(yīng)而導(dǎo)致刻蝕停 止的問(wèn)題，從而改善線路斷裂的缺陷。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有 效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0073] 上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因 此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于，至少包括以下步驟： 1) 于NDC層表面依次形成低k介質(zhì)層及八甲基環(huán)四硅氧烷層； 2) 對(duì)所述八甲基環(huán)四硅氧烷層進(jìn)行N等離子體處理，于其表面形成氮化硅層； 3) 于所述氮化硅層表面依次形成硬掩膜層及金屬層； 4) 采用光刻工藝去除部分的金屬層及硬掩膜層形成刻蝕窗口，露出所述氮化硅層； 5) 于所述金屬層表面及所述刻蝕窗口中涂覆光刻膠，曝光并去除所述刻蝕窗口內(nèi)的光 刻膠； 6) 去除所述刻蝕窗口內(nèi)的氮化硅層； 7) 刻蝕所述刻蝕窗口內(nèi)的八甲基環(huán)四硅氧烷層、低k介質(zhì)層及NDC層形成大馬士革結(jié) 構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：步 驟2)中，產(chǎn)生N等離子體所采用的氣體為NH 3、N2及N20的一種或一種以上，氣體流量為 100 ?2000sccm〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：N等 離子體處理所采用的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：步 驟2)在N等離子體處理后還包括Ar等離子體處理的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：Ar 等離子體處理的氣壓為0. 1?7torr，功率為200?2000W，氣體流量為100?2000sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：步 驟6)中，采用CF4等離子體對(duì)所述氮化硅層進(jìn)行刻蝕以將其去除。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：刻 蝕的氣壓為1?lOmtorr，功率為200?2000W，CF 4氣體流量為100?2000sccm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：所 述低k介質(zhì)層為多孔低k介質(zhì)層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互連工藝中線路斷裂缺陷的方法，其特征在于：所 述硬掩膜層為正硅酸乙酯層。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104112700SQ201310138681
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司