CN103646919B - 双大马士革结构的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双大马士革结构的制造方法，其包括半导体结构上形成沟槽；形成沟槽两侧的通孔；以金属掩膜层为掩膜，刻蚀沟槽下的部分低介电常数层，形成圆弧型或斜边型斜面，并打开通孔，形成双大马士革结构；以含有CF4的气体并以高偏置功率对具有圆弧型或斜边型斜面的低介电常数层进行刻蚀，形成Z字型斜面。本发明通过预处理形成具有小尺寸斜面的低介电常数层边缘，随后进一步刻蚀以增大斜面尺寸，最终得到大尺寸斜面，本发明提高了双大马士革结构后续沉积能力，并提高了半导体元器件的可靠性性能。

Description

双大马士革结构的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种双大马士革结构的制造方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，半导体器件特征尺寸越来越小，半导体后段铜制程取代了铝制程，低介电常数材质（如硅、氧、碳、氢元素组成的SiOCH的黑钻石（blackdiamond，BD）、氮掺杂的碳化硅（NdopedSiC，NDC）等）取代了传统氧化硅成为主流工艺。在铜双大马士革制备工艺中，由于低介电常数材质的多孔率、材质疏松等特性，使其内在击穿强度明显低于传统的氧化硅材质，其可靠性性能明显不及传统氧化硅。因此，对刻蚀低介电常数材质的双大马士革结构提出更高的要求。
研究表明，双大马士革结构的可靠性与斜面（Chamfer）的尺寸和形貌强相关。图1和图2是现有双大马士革结构中斜面的两种基本形貌。图1是圆弧型斜面91，这种刻蚀工艺需要较高的聚合物保护斜面的形貌，使其表面光滑，但所得斜面尺寸比较小，而且不利于后续PVD淀积金属阻挡层（TaN、Ta）和铜籽晶层。图2中的是斜边型斜面92，相对于圆弧型斜面，此种斜面能够获得相对较大的尺寸，且便于后续物理气相沉积（PVD）金属阻挡层（TaN、Ta）和铜籽晶层；但随着特征尺寸的减小，以及对工艺要求的不断提高，此斜面仍不足以完全符合工艺要求，以保证元器件的可靠性性能。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有大尺寸斜面（Chamfer）的双大马士革结构的制造方法，以提高后续物理气相沉积（PVD）金属阻挡层（TaN、Ta）和铜籽晶层的沉积能力，并提高半导体元器件的可靠性性能。
本发明提供一种双大马士革结构的制造方法，其包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体结构，其自下而上依次具有阻挡层、低介电常数层、金属掩膜层和顶层；
步骤S02，在该半导体结构之上依次涂覆第一抗反射层和第一光刻胶，图案化该第一光刻胶，以形成沟槽图形；
步骤S03，依次刻蚀去除该沟槽图形内的第一抗反射层、顶层、金属掩膜层和部分低介电常数层，之后去除该第一光刻胶，形成沟槽；
步骤S04，在步骤S03得到的半导体结构之上涂覆第二抗反射层和第二光刻胶，图形化该第二光刻胶，以形成沟槽两侧的通孔图形；
步骤S05，依次刻蚀去除该通孔图形内的第二抗反射层、顶层、金属掩膜层和部分低介电常数层，之后去除该第二光刻胶，形成沟槽两侧的通孔；
步骤S06，以金属掩膜层为掩膜，刻蚀沟槽下的部分低介电常数层，形成圆弧型或斜边型斜面，并打开通孔，形成双大马士革结构；
步骤S07，以含有CF4的气体并以高偏置功率对具有圆弧型或斜边型斜面的低介电常数层进行刻蚀，形成Z字型斜面。
进一步地，步骤S07中所用的偏置电压的功率为300-500瓦。
进一步地，步骤S07中所用的CF4流量为200-400标准立方厘米/分钟；该偏置电压为2-13MHz；刻蚀反应腔体内的压力为40-100毫托；刻蚀时间为20-40秒。
进一步地，步骤S03、步骤S05和步骤S06的刻蚀介质是含有CXHY的气体。
进一步地，步骤S06中刻蚀介质含有C4F8。
进一步地，步骤S06的刻蚀介质还含有O2、N2、Ar。
进一步地，步骤S03中刻蚀介质含有C2H4，步骤S05中刻蚀介质含有C4F8和CH2F2。
进一步地，步骤S03的刻蚀介质还含有Cl2、O2、Ar，步骤S05的刻蚀介质还含有N2、Ar。
进一步地，该顶层是二氧化硅、该金属掩膜层是TiN，该低介电常数层是BD、该阻挡层是NDC，它们通过化学气相沉积或物理气相沉积依次沉积，该抗反射层的材质可以是BARC（BottomAnti-ReflectiveCoating，底部抗反射层）。
本发明提出了一种双大马士革结构的制造方法，通过对具有圆弧型或斜边型斜面的低介电常数层以高偏置功率进行刻蚀，形成Z字型斜面，从而增加斜面尺寸。本发明提高了双大马士革结构后续物理气相沉积（PVD）金属阻挡层（TaN、Ta）和铜籽晶层的沉积能力，并提高了半导体元器件的可靠性性能。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是现有双大马士革结构中斜面的第一种基本形貌；
图2是现有双大马士革结构中斜面的第二种基本形貌；
图3a至3g是本发明第一实施例各步骤的结构示意图。
具体实施方式
第一实施例
请参阅图3a至图3g，本实施例的双大马士革结构的制造方法，其包括以下步骤。
步骤S01，提供一半导体结构，其自下而上依次通过化学气相沉积工艺（CVD）沉积NDC阻挡层11、BD低介电常数层12、TiN金属掩膜层13和二氧化硅顶层14，如图3a所示。
步骤S02，在该半导体结构之上依次涂覆第一抗反射层15和第一光刻胶16，图案化该第一光刻胶16，以形成沟槽图形，如图3a所示。
其中，该沟槽图形是朝与纸面相垂直的方向延伸的。
步骤S03，依次刻蚀去除该沟槽图形内的第一抗反射层15、顶层14、金属掩膜层13和10%厚度的低介电常数层12，之后去除该第一光刻胶16，形成沟槽2，如图3b所示。
其中，该沟槽2是朝与纸面相垂直的方向延伸的一段凹形槽。本步骤中，刻蚀介质选用50Cl2/20O2/10C2H4/200Ar（组分中数字代表体积份数，下同）。
步骤S04，在步骤S03得到的半导体结构之上涂覆第二抗反射层17和第二光刻胶18，图形化该第二光刻胶18，以形成沟槽两侧的通孔图形，如图3c所示。
其中，该通孔图形是图3c中从上而下延伸的。
步骤S05，依次刻蚀去除该通孔图形内的第二抗反射层17、顶层14、金属掩膜层13和部分低介电常数层12，保留20%厚度的低介电常数层12，之后去除该第二光刻胶18，形成沟槽两侧的通孔3，如图3d所示，图中虚线为沟槽2的底面。
本步骤中，刻蚀介质选用5C4F8/5CH2F2/300N2/300Ar。
其中，该通孔3是图3d中从上而下延伸的。图3e是沿图3d中A-A方向的剖面图，可以看到，步骤S05之后，沟槽2两侧为通孔3，露出了矩形的低介电常数层121。
步骤S06，以金属掩膜层13为掩膜，刻蚀沟槽2下的部分低介电常数层121，形成圆弧型斜面41，并打开通孔3，形成双大马士革结构，如图3f所示。
本步骤中，刻蚀介质选用50C4F8/25O2/100N2/1000Ar。
步骤S07，以含有CF4的气体并以高偏置功率对具有圆弧型或斜边型斜面的低介电常数层进行刻蚀，形成Z字型斜面42，如图3g所示。
其中，本步骤中所用的偏置电压的功率为400瓦；CF4流量为300标准立方厘米/分钟；该偏置电压为10MHz；刻蚀反应腔体内的压力为80毫托；刻蚀时间为30秒。通过本步骤的刻蚀可以调节圆弧型斜面41的形貌和尺寸，得到Z字型斜面42，具有较圆弧型斜面41更大的尺寸，提高了双大马士革结构后续的沉积能力，从而提高器件的可靠性性能。

Claims (9)

1.一种双大马士革结构的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，提供一半导体结构，其自下而上依次具有阻挡层、低介电常数层、金属掩膜层和顶层；
步骤S02，在该半导体结构之上依次涂覆第一抗反射层和第一光刻胶，图案化该第一光刻胶，以形成沟槽图形；
步骤S03，依次刻蚀去除该沟槽图形内的第一抗反射层、顶层、金属掩膜层和部分低介电常数层，之后去除该第一光刻胶，形成沟槽；
步骤S04，在步骤S03得到的半导体结构之上涂覆第二抗反射层和第二光刻胶，图形化该第二光刻胶，以形成沟槽两侧的通孔图形；
步骤S05，依次刻蚀去除该通孔图形内的第二抗反射层、顶层、金属掩膜层和部分低介电常数层，之后去除该第二光刻胶，形成沟槽两侧的通孔；
步骤S06，以金属掩膜层为掩膜，刻蚀沟槽下的部分低介电常数层，形成圆弧型或斜边型斜面，并打开通孔，形成双大马士革结构；
步骤S07，以含有CF4的气体并预设偏置电压的功率对具有圆弧型或斜边型斜面的低介电常数层进行刻蚀，形成Z字型斜面。
2.根据权利要求1所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S07中所用的偏置电压的功率为300-500瓦。
3.根据权利要求2所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S07中所用的CF4流量为200-400标准立方厘米/分钟；该偏置电压的频率为2-13MHz；刻蚀反应腔体内的压力为40-100毫托；刻蚀时间为20-40秒。
4.根据权利要求2所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S03、步骤S05和步骤S06中刻蚀介质是含有CXHY的气体。
5.根据权利要求4所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S06中刻蚀介质含有C4F8。
6.根据权利要求5所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S06的刻蚀介质还含有O2、N2、Ar。
7.根据权利要求4所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S03中刻蚀介质含有C2H4，步骤S05中刻蚀介质含有C4F8和CH2F2。
8.根据权利要求7所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：步骤S03的刻蚀介质还含有Cl2、O2、Ar，步骤S05的刻蚀介质还含有N2、Ar。
9.根据权利要求1至8任一项所述的双大马士革结构的制造方法，其特征在于：该顶层是二氧化硅、该金属掩膜层是TiN，所述顶层以及金属掩膜层通过化学气相沉积或物理气相沉积依次沉积。
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