CN102446841B - 一种低应力金属硬掩膜层的制备方法 - Google Patents

一种低应力金属硬掩膜层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种低应力金属硬掩膜层的制备方法。本发明一种低应力金属硬掩膜层的制备方法，通过增加反应腔体内通入的氮气和氩气气流量，增大反应腔体内的压力，和在氮化钛金属硬掩膜层生长过程中进行加热，相当于采用退火工艺，从而于整体上有效的降低了氮化钛金属硬掩膜层的应力。

Description

一种低应力金属硬掩膜层的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路及其制造领域，尤其涉及一种低应力金属硬掩膜层的制备方法。
背景技术
随着半导体器件集成度的持续增加以及与其相关的临界尺寸的持续减小，铜后道互连工艺中互连线（contact）和金属层（metal）1中的通孔尺寸也越来越小，其深宽比却维持不变或更大，使得后道互连工艺的难度越来越大。尤其是在65nm及其以下工艺中，随着光刻胶厚度的减小，只用光刻胶作阻挡层进行通孔刻蚀的工艺难度也越来越高。
因此，人们引入硬掩膜层（Metalhardmask），以提高刻蚀过程中与介质层之间的选择比，从而形成形貌良好的通孔。其中，金属硬掩膜层的材质主要为氮化钛（TiN），因为氮化钛与介质层间的大选择比以及其在化学机械研磨时能有效的进行终点控制，所以使得氮化钛成为后道互连硬掩膜层材料的最终选择，且采用氮化钛的金属硬掩膜层的厚度还可以相对减薄，有利于后续刻蚀工艺的延展。
但是采用氮化钛的金属硬掩膜层也会带来一些新的问题，因为氮化钛为金属氮化物，其在光刻过程中很容易引起交叉污染，还有就是一般的工艺条件下，采用氮化钛的金属硬掩膜层的应力非常大，如300A的厚度下，其应力达到1.4Mpa以上，易引起如图1所示互连线11的弯曲，而在光刻刻蚀之后弯曲的互连线下面就会形成空隙，从而导致严重的缺陷问题，降低了产品的良率。
因此，如何制备低应力的氮化钛金属硬掩膜层成为当前一种迫切的需求；但目前已有的解决方案主要通过增大腔体内的气压和降低能量，能使氮化钛金属硬掩膜的应力减少至600Mpa左右，依然不能满足工艺的需求。
发明内容
本发明公开了一种低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，在一腔体内，通入氮气和氩气的混合气体，采用物理气相沉积方法，通过加热于一基底上沉积金属硬掩膜层。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，金属硬掩膜层的材质为氮化钛（TiN）。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，金属硬掩膜层的厚度为200-500A。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，通入的氮气的流量为150-250sccm，氩气的流量为100-200sccm。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，腔体内的气压大于1.1托。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，进行物理气相沉积时，直流能量为4000-8000瓦。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，进行物理气相沉积的时间为30-80s。
上述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其中，进行物理气相沉积时，腔体内的温度为250-400℃。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种低应力金属硬掩膜层的制备方法，通过增加反应腔体内通入的氮气和氩气气流量，增大反应腔体内的压力，和在氮化钛金属硬掩膜层生长过程中进行加热，相当于采用退火工艺，从而于整体上有效的降低了氮化钛金属硬掩膜层的应力。
附图说明
图1是本发明背景技术中金属硬掩膜层应力致使互连线弯曲的结构示意图；
图2-3是本发明低应力金属硬掩膜层的制备方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图2-3是本发明低应力金属硬掩膜层的制备方法的结构示意图。如图2-3所示，本发明一种低应力金属硬掩膜层的制备方法：
在65nm及其以下工艺中，在腔体2内，首先，通入氮气和氩气的混合气体，其中，通入的氮气流量为150-250sccm，氩气流量为100-200sccm，使得腔体2内的气压达到1.1托以上，即通过增加反应腔体内通入的氮气和氩气气流量，以增大腔体2内的压力。
然后，采用物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition）工艺，于晶片21上沉积材质为氮化钛（TiN）的金属应掩膜层22；其中，在进行物理气相沉积工艺时，加热使腔体2内的温度至250-400℃之间，进行30-80s的反应，使生成的金属应掩膜层22的厚度在200-500A之间。由于，腔体2内的压力增大，从而改变了生成的金属硬掩膜层22的形貌，使之由连续的颗粒状（grain）转变为分立的针状物，释放部分金属硬掩膜层22的应力；而在氮化钛金属硬掩膜层生长过程中进行了加热，则相当于对金属硬掩膜层22进行了退火工艺，以进一步释放氮化钛金属硬掩膜层上的应力。
进一步的，在进行物理气相沉积工艺时，直流能量为4000-8000瓦。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种低应力金属硬掩膜层的制备方法，通过增加反应腔体内通入的氮气和氩气气流量，增大了反应腔体内的压力，从而改变了采用物理气相淀积生成的氮化钛金属硬掩膜层的形貌，使之由连续的颗粒状（grain）转变为分立的针状物，从而释放了氮化钛金属硬掩膜层的应力；而在氮化钛金属硬掩膜层生长过程中进行加热，则相当于退火工艺，进一步释放了氮化钛金属硬掩膜层的应力。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (5)

1.一种低应力金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，在一腔体内，通入氮气和氩气的混合气体，采用物理气相沉积方法生成金属硬掩膜层形貌，将金属硬掩膜层由连续的颗粒状转变为分立的针状物，且在金属硬掩膜层生长过程中进行加热，释放了金属硬掩膜层的应力，
其中，进行物理气相沉积时，腔体内的温度为250-400℃；
所述金属硬掩膜层的材质为氮化钛；
所通入的氮气的流量为150-250sccm，氩气的流量为100-200sccm。
2.根据权利要求1所述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，金属硬掩膜层的厚度为
3.根据权利要求1所述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，腔体内的气压大于1.1托。
4.根据权利要求1所述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，进行物理气相沉积时，直流能量为4000-8000瓦。
5.根据权利要求1所述的低应力金属硬掩膜层的制备方法，其特征在于，进行物理气相沉积的时间为30-80s。
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