CN102446815B - 形成互连沟槽以及通孔的方法及形成互连结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种形成互连沟槽以及通孔的方法以及形成互连结构的方法，形成互连沟槽以及通孔包括：提供基底，所述基底上形成有具有铜插栓的介质层，所述铜插栓上形成有帽层；在所述具有铜插栓的介质层的表面以及所述帽层的表面上形成刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上形成介质层；在所述介质层形成互连沟槽以及通孔；用酸清洗所述互连沟槽以及通孔；干法刻蚀去除覆盖在所述帽层表面上的刻蚀停止层。之后，用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔；将所述互连沟槽以及通孔处于臭氧气体以及水蒸气氛围中；用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔。本发明的方法不会腐蚀帽层，而且可以修复损伤的介质层。

Description

形成互连沟槽以及通孔的方法及形成互连结构的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及形成互连沟槽以及通孔以及互连结构的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体器件越来越向小的方向发展。在32纳米(nm)以下工艺中，后端工艺(backendofline，BEOL)中存在电迁徙(electronicmigrate，EM)问题，为了解决电迁徙问题，现有的解决方法为在铜插栓上形成钴钨磷(CoWP)，以防止电迁徒问题。

形成钴钨磷后，继续在铜插栓上形成与铜插栓连接的互连结构时，需要在覆盖了钴钨磷的铜插栓上形成互连沟槽和通孔(利用双镶嵌工艺)。

参考图1a～图1d，现有技术中，在形成钴钨磷后，利用双镶嵌工艺，在覆盖了钴钨磷的铜插栓上形成互连沟槽和通孔方法为：参考图1a，在具有铜插栓11的介质层10上形成刻蚀停止层12，覆盖介质层10以及铜插栓11上的帽层111，该帽层111的材料为钴钨磷，该钴钨磷材料的帽层111可以有效防止电迁徒；然后在刻蚀停止层12上形成超低k(k＜2.5)介质层13，在超低k介质层13上形成硬掩膜层14，并在该硬掩膜层14形成沟槽141，定义出之后形成的互连沟槽的形状。参考图1b，在硬掩膜层14上形成抗反射层15，然后在抗反射层15上形成光刻胶层16，并对光刻胶层16进行光刻形成开口161，定义出之后形成的通孔。参考图1c，以具有开口161的光刻胶层16为掩膜，刻蚀所述抗反射层15，硬掩膜层14以及超低k介质层13的一部分，形成开口162。参考图1d，去除光刻胶层16、抗反射层15；结合参考图1a，以具有沟槽141的硬掩膜层14为刻蚀图形，继续刻蚀所述超低k介质层13，对应沟槽141形成互连沟槽21，对应开口162形成通孔22，并刻蚀去除刻蚀停止层13暴露出以钴钨磷为材料的帽层111。

在形成互连沟槽21以及通孔22后，用稀释的氢氟酸(DHF)清洗所述互连沟槽21以及通孔22，以去除在刻蚀形成互连沟槽以及通孔的过程中，形成的聚合物。然而在清洗互连沟槽21以及通孔22时，氢氟酸会腐蚀钴钨磷以及铜。而且，以上所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，在刻蚀形成互连沟槽以及通孔时，所用的方法为干法刻蚀，干法刻蚀过程中等离子体轰击介质层时，会损伤超低k介质层，造成k值的升高。

现有技术中有许多关于形成互连沟槽以及通孔的方法，例如公开号为CN101055421A的中国专利申请公开的方法，然而，均没有解决以上所述的问题。

发明内容

本发明解决的问题是半导体工艺中形成互连沟槽以及通孔的方法，钴钨磷以及铜被腐蚀的问题；

本发明解决的另一个问题为超低k介质层被损伤的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种形成互连沟槽以及通孔的方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有具有铜插栓的介质层，所述铜插栓上形成有帽层；

在所述具有铜插栓的介质层的表面以及所述帽层的表面上形成刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上形成介质层；

在所述介质层形成互连沟槽以及通孔；

用酸清洗所述互连沟槽以及通孔；

干法刻蚀去除覆盖在所述帽层表面上的刻蚀停止层。

可选的，在干法刻蚀去除覆盖在钴钨磷表面上的刻蚀停止层后，还包括：

用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔；

将所述互连沟槽以及通孔处于臭氧气体以及水蒸气氛围中；

用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔。

可选的，所述帽层的材料为钴钨磷。

可选的，在所述介质层形成互连沟槽以及通孔包括：

在所述介质层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成沟槽；

在所述具有沟槽的硬掩膜层上形成抗反射层；

在所述抗反射层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，定义出开口图形；

以所述图形化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述抗反射层、硬掩膜层以及部分介质层，形成开口；

去除所述图形化的光刻胶层和抗反射层；

以所述具有沟槽的硬掩膜层为刻蚀图形，继续刻蚀所述介质层，对应所述沟槽在所述介质层形成互连沟槽，对应所述开口在介质层形成通孔。

可选的，所述用紫外线照射互连沟槽以及通孔的时间为1分钟～5分钟。

可选的，所述用紫外线照射互连沟槽以及通孔为：在真空条件下，用紫外线照射互连沟槽以及通孔。

可选的，所述臭氧气体以及水蒸气的温度为50℃～100℃。

可选的，所述用酸清洗互连沟槽以及通孔为：用氢氟酸清洗互连沟槽以及通孔。

可选的，所述介质层的介电常数小于2.5。

可选的，所述钴钨磷的厚度小于200埃。

可选的，所述刻蚀停止层的材料选自碳化硅、掺氮碳化硅。

本发明还提供一种形成互连结构的方法，包括用以上所述的方法形互连沟槽以及通孔；

在所述互连沟槽以及通孔内填充金属形成互连结构。

可选的，所述金属为铜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明形成互连沟槽以及通孔的方法，在介质层中形成互连沟槽以及通孔的过程中，并没有去除刻蚀停止层，这样在用酸清洗互连沟槽以及通孔时，由于刻蚀停止层覆盖在帽层(在具体实施例中帽层的材料为钴钨磷)上，将帽层与酸隔离，因此不会腐蚀帽层以及铜。解决了现有技术中，用酸清洗互连沟槽以及通孔时，酸会腐蚀钴钨磷以及铜的问题。

在具体实施例中，在形成互连沟槽及通孔之后再去除刻蚀停止层，然后，利用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔，修复被损伤的介质层，在所述互连沟槽以及通孔内通入臭氧气体以及水蒸气，利用臭氧氧化在干法刻蚀去除刻蚀停止层时形成的聚合物，然后用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔，清洗掉被氧化的聚合物。解决了现有技术中，介质层受损伤的技术问题。

附图说明

图1a～图1d是现有技术形成互连沟槽以及通孔的方法；

图2为本发明具体实施方式的形成互连沟槽以及通孔的方法的流程图；

图3a～图3g为本发明具体实施例的形成互连沟槽和通孔的剖面结构示意图；

图3h为本发明具体实施例的在互连沟槽和通孔内填充金属的剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方式的形成互连沟槽以及通孔的方法，在介质层中形成互连沟槽以及通孔的过程中，并没有去除刻蚀停止层，刻蚀停止层将帽层与酸隔离，因此酸不会腐蚀帽层以及铜。之后再去除刻蚀停止层，然后，再处理互连沟槽以及通孔，处理方法为：利用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔，在所述互连沟槽以及通孔内通入臭氧气体以及水蒸气，然后用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔。

为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图2为本发明具体实施方式的形成互连沟槽以及通孔的方法的流程图，参考图2，本发明具体实施方式的形成互连沟槽以及通孔的方法，包括：

步骤S1，提供基底，所述基底上形成有铜插栓，所述铜插栓上形成有帽层；

步骤S2，在所述具有铜插栓的介质层的表面以及所述帽层的表面上形成刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上形成介质层；

步骤S3，在所述介质层形成互连沟槽以及通孔；

步骤S4，用酸清洗所述互连沟槽以及通孔；

步骤S5，干法刻蚀去除覆盖在钴钨磷表面上的刻蚀停止层；

步骤S6，用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔；

步骤S7，将所述互连沟槽以及通孔处于臭氧气体以及水蒸气氛围中；

步骤S8，用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔。

为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明的具体实施方式，下面结合附图以及具体实施例详细说明本发明的具体实施方式。

结合参考图2与图3a，执行步骤S1，提供基底30，所述基底30上形成有具有铜插栓311的介质层31，所述铜插栓311上形成有帽层32，在该具体实施例中，所述帽层32的材料为钴钨磷，所述钴钨磷的厚度小于200埃。在该具体实施例中，在铜插栓31上形成钴钨磷的目的是为了防止电迁徙问题。在本发明的具体实施例中，基底30包括衬底(图中未标)，在衬底中可以形成有源区和漏区，衬底和铜插栓之间还形成有其他层以及器件结构，该衬底以及衬底与铜插栓之间的其他层以及器件结构与本发明没有直接关系，因此图中并没有标出。衬底的材料可以为单晶或非晶结构的硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(SOI)；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。

结合参考图2与图3b，执行步骤S2，在所述具有铜插栓311的介质层31的表面以及所述帽层32表面上形成刻蚀停止层33，在所述刻蚀停止层33上形成介质层34。在本发明的具体实施例中，刻蚀停止层33的材料为碳化硅SiC，或者可以为本领域技术人员公知的其他材料，例如，掺氮碳化硅。刻蚀停止层33的厚度为100埃～300埃。形成刻蚀停止层33后，在刻蚀停止层33的表面上用化学气相沉积CVD沉积形成介质层34，在该具体实施例中，介质层34为超低k介质层，k＜2.5，例如黑钻石。

结合参考图2与图3c～图3f，执行步骤S3，在所述介质层34形成互连沟槽以及通孔。下面详细说明在介质层34形成互连沟槽以及通孔。本发明具体实施例的形成互连沟槽以及通孔的方法包括：参考图3c，在所述介质层34上形成硬掩膜层35，在所述硬掩膜层上形成沟槽351。参考图3d，在所述具有沟楷351的硬掩膜层35上形成抗反射层36，在所述抗反射层上形成光刻胶层37，图形化所述光刻胶层37，定义出开口371图形。参考图3e，以所述图形化的光刻胶层37为掩膜，依次刻蚀所述抗反射层36、硬掩膜层35以及部分介质层34，形成开口341。参考图3f去除所述图形化的光刻胶层37和抗反射层36；以所述具有沟槽351的硬掩膜层35为刻蚀图形，继续刻蚀所述介质层34，对应所述沟槽351在所述介质层34形成互连沟槽342，对应所述开口341在介质层34形成通孔343。

参考图3c，在所述介质层34上形成硬掩膜层35，在所述硬掩膜层上形成沟槽351。其具体方法为：在介质层34上形成硬掩膜层35，然后利用光刻、刻蚀工艺在硬掩膜层35上形成沟槽351，该沟槽351定义出之后形成的互连沟槽。在该具体实施例中，硬掩膜层35的材料为氮化钛(TiN)。在其他实施例中，硬掩膜层的材料也可以为氮化硅(SiN)。

参考图3d，在所述具有沟槽351的硬掩膜层35上形成抗反射层36，在所述抗反射层上形成光刻胶层37，图形化所述光刻胶层37，定义出开口371图形。抗反射层36防止在图形化光刻胶层37的过程中，由于光的反射而影响光刻胶层37的图形化，影响在光刻胶层37形成的图形，从而最终影响形成的器件结构。

参考图3e，以所述图形化的光刻胶层37为掩膜，依次刻蚀所述抗反射层36、硬掩膜层35以及部分介质层34，形成开口341。开口341在介质层34中的深度为整个介质层34的高度的70％以上。在本发明具体实施例中，形成所述开口341的刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺，可以使用等离子体型刻蚀设备，所述刻蚀设备的腔体压力为50毫托至100毫托，功率为300瓦至1000瓦，CF₄流量为100sccm至500sccm，氧气流量为100sccm至500sccm，刻蚀反应时间为20s至120s。

参考图3f，去除所述图形化的光刻胶层37和抗反射层36；以所述具有沟槽351的硬掩膜层35为刻蚀图形，继续刻蚀所述介质层34，对应所述沟槽351在所述介质层34形成互连沟槽342(结合参考图3c)，结合参考图3e，对应所述开口341在介质层34形成通孔343。形成所述互连沟槽342和通孔343的刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺，可以使用等离子体型刻蚀设备，所述刻蚀设备的腔体压力为50毫托至100毫托，功率为300瓦至1000瓦，CF₄流量为100sccm至500sccm，刻蚀反应时间为20s至100s。需要说明的是，在该步刻蚀工艺中并没有刻蚀掉刻蚀停止层33，该刻蚀停止层33作为阻挡层，阻止清洗互连沟槽与通孔时，钴钨磷与酸接触发生反应。

在执行完以上步骤S1～S3形成互连沟槽以及通孔后，执行步骤S4，用酸清洗所述互连沟槽以及通孔。在该具体实施例中，用酸清洗互连沟槽和通孔，使用的酸为稀释的氢氟酸(DHF)，氢氟酸的浓度为1/300-1/500。在该清洗步骤中，由于刻蚀停止层33的隔离阻挡作用，氢氟酸未与钴钨磷接触，因此氢氟酸不会腐蚀钴钨磷，从而也不会进一步腐蚀铜。需要说明的是，清洗互连沟槽以及通孔的酸不限于氢氟酸，也可以本领域技术人员公知的其他酸。

清洗完互连沟槽以及通孔后，结合参考图2与图3g，执行步骤S5，干法刻蚀去除覆盖在所述帽层32表面上的刻蚀停止层33。在该具体实施例中，即为去除覆盖在钴钨磷表面上的刻蚀停止层33，去除覆盖在钴钨磷表面上的刻蚀停止层33后，通孔343对应形成通孔343′，通孔343′暴露出钴钨磷，这样可以保证在通孔343′内填充金属铜形成铜插栓后，铜插栓与介质层31内的铜插栓311接触。在该具体实施例中，刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺，可以使用等离子体型刻蚀设备，所述刻蚀设备的腔体压力为50毫托至100毫托，功率为300瓦至1000瓦，CF₄流量为100sccm至500sccm。

在去除覆盖在钴钨磷表面上的刻蚀停止层33后，执行步骤S6，用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔。由于在对介质层进行等离子体刻蚀的过程中，等离子体会轰击介质层，造成介质层中的碳碳键(C＝C)变稀疏，造成介质层的k值升高，因此利用紫外线照射互连沟槽和通孔，修复被损伤的介质层。在该具体实施例中，在真空条件下，所述用紫外线照射互连沟槽以及通孔的时间为1分钟～5分钟。需要说明的是，用紫外线照射互连沟槽以及通孔的时间不宜过长，也不宜过短，如果时间过短，不能达到修复受损的介质层的目的，如果时间过长，紫外线可能进一步造成对介质层的损伤。

之后，执行步骤S7，将所述互连沟槽以及通孔暴露于臭氧气体以及水蒸气氛围中。具体可以为，在互连沟槽和通孔内通入臭氧气体以及水蒸气或者也可以将整个硅片置于臭氧气体以及水蒸气氛围中。这样在步骤S5中去除刻蚀停止层时产生的聚合物，就会在臭氧气体和水蒸气的氛围中由于被氧化而可以溶解于有机溶剂中。在该具体实施例中，所述臭氧气体以及水蒸气的温度为50℃～100℃。

执行完步骤S7，将去除刻蚀停止层时产生的聚合物氧化后，执行步骤S8，用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔，在该具体实施例中，即用有机溶剂清洗互连沟槽和通孔，去除被氧化的聚合物，有机溶剂可以为环氧丙烷碳酸盐。

执行完以上的步骤S1～S8后，就完成了互连沟槽和通孔的形成步骤，之后，参考图3h，可以去除硬掩膜层，然后在互连沟槽和通孔内填充金属，例如金属铜，以形成互连结构344。

综上所述，本发明的形成互连沟槽以及通孔的方法，以及形成互连结构的方法，在刻蚀形成互连沟槽以及通孔时，保留刻蚀停止层，将刻蚀停止层作为钴钨磷的保护层，防止被酸腐蚀，之后再去除刻蚀停止层。去除刻蚀停止层后，利用紫外线修复损伤的介质层，再利用臭氧气体和水蒸气氧化去除千法刻蚀阻挡层中形成的聚合物，使之溶于有机溶剂，然后用有机溶剂清洗掉被氧化的聚合物。从而可以解决现有技术中，形成互连沟槽和通孔的方法容易腐蚀钴钨磷以及铜的缺点，以及损伤介质层的缺点。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，包括：

提供基底，所述基底上形成有具有铜插栓的介质层，所述铜插栓上形成有帽层；

在所述具有铜插栓的介质层的表面以及所述帽层的表面上形成刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上形成介质层；

在所述介质层形成互连沟槽以及通孔；形成所述互连沟槽和通孔的刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺；

用酸清洗所述互连沟槽以及通孔；干法刻蚀去除覆盖在所述帽层表面上的刻蚀停止层；

在对介质层进行等离子体刻蚀的过程中，造成介质层的k值升高；在干法刻蚀去除覆盖在帽层表面上的刻蚀停止层后，还包括：

用紫外线照射所述互连沟槽以及通孔，修复被损伤的介质层；

将所述互连沟槽以及通孔处于臭氧气体以及水蒸气氛围中，去除刻蚀停止层时产生的聚合物，会在臭氧气体和水蒸气的氛围中由于被氧化而可以溶解于有机溶剂中；所述臭氧气体以及水蒸气的温度为50℃～100℃；

用有机溶剂清洗所述互连沟槽以及通孔，去除所述被氧化的聚合物。

2.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述帽层的材料为钴钨磷。

3.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，在所述介质层形成互连沟槽以及通孔包括：

在所述介质层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成沟槽；

在所述具有沟槽的硬掩膜层上形成抗反射层；

在所述抗反射层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，定义出开口图形；

以所述图形化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述抗反射层、硬掩膜层以及部分介质层，形成开口；

去除所述图形化的光刻胶层和抗反射层；

以所述具有沟槽的硬掩膜层为刻蚀图形，继续刻蚀所述介质层，对应所述沟槽在所述介质层形成互连沟槽，对应所述开口在介质层形成通孔。

4.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述用紫外线照射互连沟槽以及通孔的时间为1分钟～5分钟。

5.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述用紫外线照射互连沟槽以及通孔为：在真空条件下，用紫外线照射互连沟槽以及通孔。

6.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述用酸清洗互连沟槽以及通孔为：用氢氟酸清洗互连沟槽以及通孔。

7.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述介质层的介电常数小于2.5。

8.如权利要求2所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述帽层的厚度小于200埃。

9.如权利要求1所述的形成互连沟槽以及通孔的方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料选自碳化硅或掺氮碳化硅。

10.一种形成互连结构的方法，其特征在于，包括用权利要求1～9任一项所述的方法形成互连沟槽以及通孔；

在所述互连沟槽以及通孔内填充金属形成互连结构。

11.如权利要求10所述的形成互连结构的方法，其特征在于，所述金属为铜。