一種半導(dǎo)體器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種形成銅金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)避免多孔 低k介電層受到損傷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，銅金屬互連層之間的電容性串音的影響日益顯 著。為了解決電容性串音的問(wèn)題，在銅金屬互連層之間布置多孔低k介電層是一種很好的 解決問(wèn)題的方式。
[0003] 對(duì)于半導(dǎo)體器件中的邏輯電路而言，銅金屬互連層的層數(shù)達(dá)到數(shù)層乃至十?dāng)?shù)層， 每一層銅金屬互連層分別形成于相應(yīng)的銅金屬互連結(jié)構(gòu)。如圖IA所示，在形成有前端器件 的半導(dǎo)體襯底100上形成有自下而上層疊的蝕刻停止層101和多孔低k介電層102,通過(guò)干 法蝕刻在多孔低k介電層102中形成有與所述前端器件連通的銅金屬互連結(jié)構(gòu)103,其由通 孔103a和溝槽103b構(gòu)成。然后，實(shí)施濕法清洗，以去除所述蝕刻產(chǎn)生的殘留物和雜質(zhì)。接 著，如圖IB所示，通過(guò)物理氣相沉積在銅金屬互連結(jié)構(gòu)103的側(cè)壁和底部形成銅金屬擴(kuò)散 阻擋層104。然后，依次形成銅金屬種子層和銅金屬互連層。
[0004] 用于多孔低k介電層102的機(jī)械強(qiáng)度較差，因此，在上述工藝過(guò)程中，實(shí)施的干法 蝕刻、濕法清洗和物理氣相沉積都會(huì)對(duì)多孔低k介電層102造成損傷，進(jìn)而改變多孔低k介 電層102的k值(介電常數(shù))，導(dǎo)致器件性能的下降。
[0005] 因此，需要提出一種方法，以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體 襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成蝕刻停止層和多孔低k介電層；在所述多孔低k介電 層中形成銅金屬互連結(jié)構(gòu)；在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的側(cè)壁和底部沉積形成銅金屬擴(kuò)散阻擋 層；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底實(shí)施后處理過(guò)程，以修復(fù)受到損傷的所述多孔低k介電層，并提升所 述多孔低k介電層的機(jī)械強(qiáng)度。
[0007] 進(jìn)一步，所述后處理過(guò)程的實(shí)施步驟包括：將所述半導(dǎo)體襯底置于DEMS的氛圍 中，以修復(fù)形成所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)受到損傷的所述多孔低k介電層；對(duì)所述半導(dǎo)體襯 底實(shí)施紫外光或紅外線輻照處理，以使所述多孔低k介電層的介電常數(shù)回復(fù)到形成所述銅 金屬互連結(jié)構(gòu)之前的數(shù)值；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底實(shí)施氬等離子體轟擊處理，以提升所述多孔 低k介電層的機(jī)械強(qiáng)度。
[0008] 進(jìn)一步，所述 DEMS 的流量為 100-5000sccm，溫度為 100-500°C。
[0009] 進(jìn)一步，所述紫外光輻照的功率大于100W、波長(zhǎng)為150-400nm，所述紅外線輻照的 功率為50-3000W、波長(zhǎng)大于400nm。
[0010] 進(jìn)一步，所述氬等離子體轟擊的功率為100-3000W，壓力為0· 1-lOTorr，所述氬等 離子體的流量為l〇〇_3000sccm。
[0011] 進(jìn)一步，形成所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述多孔低k介電層上形成自 下而上層疊的緩沖層和硬掩膜層；在所述硬掩膜層中形成用作所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)中的溝 槽的圖案的第一開口，以露出所述緩沖層；在所述緩沖層和所述多孔低k介電層中形成用 作所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)中的通孔的圖案的第二開口；以所述硬掩膜層為掩膜，同步蝕刻所 述緩沖層和所述多孔低k介電層，以在所述多孔低k介電層中形成所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0012] 進(jìn)一步，在所述蝕刻結(jié)束之后，還包括去除通過(guò)所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)露出的蝕刻 停止層以及實(shí)施蝕刻后處理的步驟。
[0013] 進(jìn)一步，實(shí)施所述后處理過(guò)程之后，還包括在所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)中填充銅金屬 互連層的步驟。
[0014] 進(jìn)一步，實(shí)施所述填充之前，還包括在所述銅金屬擴(kuò)散阻擋層上形成銅金屬種子 層的步驟。
[0015] 進(jìn)一步，實(shí)施所述填充之后，還包括執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出所述多孔低k介 電層的步驟
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，在沉積形成所述銅金屬擴(kuò)散阻擋層之后，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底實(shí)施后 處理過(guò)程，可以修復(fù)形成所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)受到損傷的所述多孔低k介電層，提升多 孔低k介電層的機(jī)械強(qiáng)度，避免器件性能的下降。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0018] 附圖中：
[0019] 圖IA示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成連通前端器件層的銅金屬互連結(jié)構(gòu)之后的器件的 示意性剖面圖；
[0020] 圖IB示出了在圖IA中示出的銅金屬互連結(jié)構(gòu)中形成銅金屬擴(kuò)散阻擋層之后的器 件的示意性剖面圖；
[0021] 圖2A-圖2H為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器 件的示意性剖面圖；
[0022] 圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。
[0024] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出 的形成銅金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)避免多孔低k介電層受到損傷的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不 限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然 而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0025] 應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)"包含"和/或"包括"時(shí)，其指明存在所 述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整 體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0026] [示例性實(shí)施例]
[0027] 下面，參照?qǐng)D2A-圖2H和圖3來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法形成銅金屬 互連結(jié)構(gòu)時(shí)避免多孔低k介電層受到損傷的主要步驟。
[0028] 參照?qǐng)D2A-圖2H，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所 分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0029] 首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200,采用化學(xué)氣相沉積工藝在半導(dǎo)體襯底 200上依次形成蝕刻停止層201、多孔低k介電層202、緩沖層203和硬掩膜層204。
[0030] 在半導(dǎo)體襯底200上形成有前端器件，為了簡(jiǎn)化，圖例中未予示出。所述前端器件 是指實(shí)施半導(dǎo)體器件的后端制造工藝（BEOL)之前形成的器件，在此并不對(duì)前端器件的具體 結(jié)構(gòu)進(jìn)行限定。所述前端器件包括柵極結(jié)構(gòu)，作為一個(gè)示例，柵極結(jié)構(gòu)包括自下而上依次層 疊的柵極介電層和柵極材料層。在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成有側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在側(cè)壁結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底200中形成有源/漏區(qū)，在源/漏區(qū)之間是溝道區(qū)；在柵極結(jié)構(gòu)的頂部以及源/漏 區(qū)上形成有自對(duì)準(zhǔn)硅化物。
[0031] 蝕刻停止層201的材料優(yōu)選SiCN、SiC或SiN，其作為后續(xù)蝕刻多孔低k介電層202 以在其中形成連通所述前端器件的銅金屬互連結(jié)構(gòu)的通孔部分的蝕刻停止層的同時(shí)，可以 阻止形成于所述銅金屬互連結(jié)構(gòu)的銅金屬擴(kuò)散到所述前端器件所在的層間介電層。
[0032] 多孔低k介電層202的形成包括以下步驟：在蝕刻停止層201上沉積低k介電層， 其構(gòu)成材料可以選自本領(lǐng)域常見(jiàn)的具有低k值(介電常數(shù)小于4. 0)的材料，包括但不限于 k值為2. 6-2. 9的娃酸鹽化合物（Hydrogen Silsesquioxane,簡(jiǎn)稱為HSQ)、k值為2. 8的 HOSP? (Honeywell公司制造的基于有機(jī)物和硅氧化物的混合體的低介電常數(shù)材料）以及k 值為2. 65的SiLK? (Dow Chemical公司制造的一種低介電常數(shù)材料)等等；采用紫外福照 或者加熱等方法使低k介電層多孔化，以形成多孔低k介電層202,由于需要實(shí)施多孔化過(guò) 程，因此，在沉積低k介電層的過(guò)程中，需要添加造孔劑前體，例如C ltlH16(ATRP)。
[0033] 緩沖層203包括自下而上依次堆疊的過(guò)渡材料層203a和TEOS (正硅酸乙酯）層 203b，過(guò)渡材料層203a的作用是增加多孔低k介電層202的構(gòu)成材料和TEOS之間的附著 力，TEOS層203b的作用是在后續(xù)研磨填充于連通所述前端器件的銅金屬互連結(jié)構(gòu)中的銅 金屬時(shí)避免機(jī)械應(yīng)力對(duì)多孔低k介電層202的多孔化結(jié)構(gòu)造成損傷。過(guò)渡材料層203a的 構(gòu)成材料包括SiN、SiC或SiOC。
[0034] 硬掩膜層204包括自下而上依次堆疊的金屬硬掩膜層204a和氧化物硬掩膜層 204b，這種雙層硬掩膜層的結(jié)構(gòu)能夠保證雙重圖形化或者多重圖形化的工藝精度，保證于 硬掩膜層204中所需形成的全部圖形的深度及側(cè)壁輪廓的一致性，即先將具有不同特征尺 寸的圖案形成在氧化物硬掩膜層204b中，再以氧化物硬掩膜層204b為掩膜蝕刻金屬硬掩 膜層204a于硬掩膜層204中制作所需形成的圖形。金屬硬掩膜層204a的構(gòu)成材料包括 TiN、BN或者其組合，優(yōu)選TiN ;氧化物硬掩膜層204b的構(gòu)成材料包括Si02、Si0N等，且要求 其相對(duì)于金屬硬掩膜層204a的構(gòu)成材料具有較好的蝕刻選擇比。
[0035] 接著，如圖2B所示，在硬掩膜層204中形成第一開口 205,以露出下方的緩沖層 203。所述第一開口 205對(duì)應(yīng)連通所述前端器件的銅金屬互連結(jié)構(gòu)的通孔部分的圖案，其可 以包括多個(gè)具有不同特征尺寸的圖形。
[0036] 根據(jù)所需形成的圖形的情況，需兩次或多次實(shí)施所述通孔圖案的構(gòu)圖過(guò)程，每次 實(shí)施均包括以下步驟：在氧化物硬掩膜層204b上依次形成ODL層(有機(jī)介質(zhì)層)、BARC層 (底部抗反射涂層）和PR層(光刻膠層);對(duì)PR層進(jìn)行光刻、