CN104425363B - 互连线的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种互连线的形成方法,包括:提供基底;在所述基底上形成导电层;在所述导电层上形成含Ta扩散阻挡层;在所述含Ta扩散阻挡层上形成图形化的光刻胶;以所述图形化的光刻胶为掩膜,使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层,刻蚀至含Ta扩散阻挡层下表面,形成图形化的含Ta扩散阻挡层;以所述图形化的光刻胶和图形化的含Ta扩散阻挡层为掩膜,刻蚀所述导电层,形成互连线。由本发明提供的方法制备得到的互连线可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域,特别涉及到一种互连线的形成方法。
背景技术
由于Al的电阻率低,及其与硅和硅片制造工艺的兼容性,因此它被选择作为集成电路的主要互连材料。然而,Al有众所周知的电迁徙引起的可靠性问题。由于动量从传输电流的电子转移,引起Al原子在导体中移动,在大电流密度的情形下,电子和Al原子碰撞,引起Al原子逐渐移动。最终引起断路等可靠性问题。
使用AlCu合金可以有效遏制电迁徙现象,甚至使用Cu代替Al来制作互连结构。但是由于Cu扩散速率大,容易导致介质层漏电等问题。
现有技术中,形成AlCu互连线的方法包括:
参考图1,提供基底1,在所述基底1上由下至上依次形成TaN层2,AlCu层3、TaN层4、底部抗反射层5和图形化的光刻胶6。
其中,TaN层4作为刻蚀所述AlCu层3的掩膜,而且还可以作为AlCu层3的扩散阻挡层,防止AlCu层3中的Cu扩散进入后续在AlCu层3上形成的互连结构中。
TaN层2作为粘合层,使AlCu层3与基底1形成良好的接触,TaN层2还可以作为AlCu层3的扩散阻挡层,防止AlCu层3中的Cu扩散进入基底1中。
底部抗反射层5可以减小光刻胶在光刻工艺中产生的光反射效应,以实现精细图案的精确转移。
参考图2,以所述图形化的光刻胶6为掩膜,刻蚀所述底部抗反射层5,形成图形化的底部抗反射层51。
在具体实施例中,底部抗反射层5为SiON层,刻蚀所述底部抗反射层5的方法为使用Cl2和CHF3等离子体进行刻蚀。
参考图3,以所述图形化的光刻胶6和图形化的底部抗反射层51为掩膜,刻蚀所述AlCu层3和TaN层4,形成互连线31和图形化的TaN层41。
刻蚀所述AlCu层3和TaN层4的方法为使用Cl2、BCl3和CHF3的等离子体进行刻蚀。
参考图4,刻蚀所述TaN层2,形成图形化的TaN层21。
刻蚀所述TaN层2的方法为使用Cl2、BCl3和CHF3的等离子体进行刻蚀。
参考图5,刻蚀部分所述基底1,以保证TaN层2被刻蚀穿。
参考图6,去除所述图形化的光刻胶6和图形化的底部抗反射层51。
实验发现,图形化的TaN层41上表面形成很多刻蚀残渣10,导致互连线31与后续在图形化的TaN层41上形成的其他互连结构接触不良等问题,引起互连结构的可靠性问题。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中,互连结构的存在可靠性问题。
为解决上述问题,本发明提供一种互连线的形成方法,包括:
提供基底;
在所述基底上形成导电层;
在所述导电层上形成含Ta扩散阻挡层;
在所述含Ta扩散阻挡层上形成图形化的光刻胶;
以所述图形化的光刻胶为掩膜,使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层,刻蚀至含Ta扩散阻挡层下表面,形成图形化的含Ta扩散阻挡层;
以所述图形化的光刻胶和图形化的含Ta扩散阻挡层为掩膜,刻蚀所述导电层,形成互连线。
可选的,所述含Ta扩散阻挡层为Ta层、TaN层中的一层或两层。
可选的,刻蚀所述含Ta扩散阻挡层的工艺条件为:压强为4-10mTorr,使Cl2和He等离子体化的功率为400-700W,Cl2的流速为60-90sccm,He的流速为0.1-90sccm。
可选的,所述导电层为AlCu层。
可选的,刻蚀所述导电层的方法为Cl2、BCl3和CHF3的等离子体刻蚀。
可选的,在所述基底上形成导电层前,在所述基底上形成粘合层,所述导电层形成在所述粘合层上。
可选的,所述粘合层为含Ta材料层;或者,
所述粘合层为含Ti材料层。
可选的,所述含Ta材料层为Ta层、TaN层中的一层或两层。
可选的,刻蚀所述粘合层的方法为Cl2、BCl3和CHF3的等离子体刻蚀。
可选的,刻蚀所述导电层时,刻蚀停止于所述导电层下表面,或者停止于所述基底内。
可选的,在所述含Ta扩散阻挡层上形成图形化的光刻胶前,在所述含Ta扩散阻挡层上形成底部抗反射层,所述图形化的光刻胶形成在所述底部抗反射层上。
可选的,所述底部抗反射层为SiON层。
可选的,刻蚀所述底部抗反射层的方法为Cl2和CHF3的等离子体刻蚀。
可选的,Cl2和CHF3的体积比为9:1-16:1。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
本技术方案使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层,由于He的相对原子质量小,轰击图形化的光刻胶的作用小,轰击出的光刻胶较少;而且由于没有使用BCl3作为刻蚀气体,不会产生含B聚合物。因此产生很少的残渣,提高了互连线的可靠性。
附图说明
图1至图6是现有技术中互连线形成方法各步骤的示意图;
图7至图15是本发明具体实施例中互连线形成方法各步骤的示意图。
具体实施方式
图形化的TaN层41上表面形成很多刻蚀残渣10的原因是:参考图3,刻蚀所述AlCu层3和TaN层4时,Cl2、BCl3和CHF3等离子体会轰击TaN层4,轰击出TaN;Cl2、BCl3和CHF3等离子体也会轰击图形化的光刻胶6,轰击出光刻胶。
轰击出的光刻胶与轰击出的TaN发生反应,生成含Ta和B(来自BCl3等离子体)的聚合物,这些含Ta和B的聚合物由于不具有挥发性而沉积在图形化的光刻胶6上表面,还会附着在刻蚀各材料层后形成的窗口侧壁。
参考图6,去除所述图形化的光刻胶6和图形化的底部抗反射层51后,由于含Ta和B的聚合物为非挥发性物质,图形化的光刻胶6上表面的含Ta和B的聚合物转移至图形化的TaN层41上表面,即为刻蚀残渣10。
刻蚀残渣10的存在,会导致后续在图形化的TaN层41上形成的互连结构接触不良,而且残渣10容易吸水。这些都会导致互连结构存在可靠性问题。
现有技术中,也有使用TiN层代替TaN层2和TaN层4的技术方案,含Ti的聚合物为挥发性物质,不会形成含Ti聚合物的残渣,而且由于含B的聚合物可以利用湿法去除,所以不会形成残渣10。
但是TiN层不能有效的阻止Cu的扩散,而且由于没有非挥发性物质附着在刻蚀各材料层后形成的窗口侧壁,导致互连线31形貌不好。最终也会引起互连线的可靠性问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种互连线的形成方法,包括:
参考图7,提供基底110。
所述基底110可以为Si基底、Ge基底、GeSi基底或者本领域所熟知的其他半导体基底。
在具体实施例中,所述基底110还包括插塞、互连线等半导体器件。后续形成的互连线与所述插塞连接。
参考图8,在所述基底110上形成粘合层120。
形成所述粘合层120的方法可以为化学气相沉积法、物理气相沉积法或原子层沉积法。
所述粘合层120的作用是使后续形成的AlCu层与基底110形成良好的接触,粘合层120还可以作为AlCu层的扩散阻挡层,防止AlCu层中的Cu扩散进入基底110。
在具体实施例中,所述粘合层120为含Ta材料层,如Ta层或TaN层,或者为Ta层和TaN层。
在其他实施例中,所述粘合层120也可以为TiN层。
但是如果后续在粘合层120上形成的互连线用于连接Cu插塞(如硅穿通孔(Through Silicon Via,TSV)中形成的Cu插塞),为了防止Cu插塞中的Cu扩散进入互连线中,所述粘合层120最好为含Ta材料层。
参考图9,在所述粘合层120上形成AlCu层130。
在具体实施例中,形成所述AlCu层130的方法可以为物理气相沉积或者原子层沉积。
所述AlCu层130图形化后形成互连线。
参考图10,在所述AlCu层130上形成含Ta扩散阻挡层140。
所述含Ta扩散阻挡层140为Ta层、TaN层中的一层或两层。
形成所述含Ta扩散阻挡层140的方法可以为化学气相沉积法、物理气相沉积法或原子层沉积法。
所述含Ta扩散阻挡层140可以作为刻蚀所述AlCu层130的掩膜,还可以阻止所述AlCu层130中的Cu扩散进入后续形成的与互连线接触的其他互连结构。
参考图11,在所述含Ta扩散阻挡层140上形成底部抗反射层150。
在具体实施例中,所述底部抗反射层150为SiON层。
所述底部抗反射层150用于减小光刻形成图形化的光刻胶过程中的反射效应,以实现精细图案的精确转移。
形成所述底部抗反射层150的方法可以为化学气相沉积法、物理气相沉积法或原子层沉积法。
参考图12,在所述底部抗反射层150上形成图形化的光刻胶160。
参考图13,以所述图形化的光刻胶160为掩膜,刻蚀所述底部抗反射层150和所述含Ta扩散阻挡层140,形成图形化的底部抗反射层151和图形化的含Ta扩散阻挡层141。
所述刻蚀停止于含Ta扩散阻挡层140下表面。
在具体实施例中,刻蚀所述底部抗反射层150的方法为Cl2和CHF3的等离子体刻蚀。其中,Cl2和CHF3的体积比为9:1-16:1。
刻蚀所述含Ta扩散阻挡层140的方法为Cl2和He等离子体刻蚀。
在具体实施例中,刻蚀所述含Ta扩散阻挡层140的工艺条件为:压强为4-10mTorr(毫托),使Cl2和He等离子体化的功率为400-700W,Cl2的流速为60-90sccm(标况毫升每分),He的流速为0.1-90sccm。
本实施例使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层140,由于He的相对原子质量小,轰击图形化的光刻胶160的作用小,轰击出的光刻胶很少;而且由于没有使用BCl3作为刻蚀气体,不会产生含B聚合物。由于轰击出的光刻胶很少,所以轰击出的光刻胶与轰击出的TaN发生反应形成的含Ta聚合物也很少。综上所述,使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层140时,产生很少的残渣,提高了后续形成的互连线的可靠性。
参考图14,以所述图形化的光刻胶160、图形化的底部抗反射层151和图形化的含Ta扩散阻挡层141为掩膜,刻蚀所述导电层130和粘合层120,形成互连线131和图形化的粘合层121。
在具体实施例中,刻蚀所述导电层130和粘合层120的方法为Cl2、BCl3和CHF3的等离子体刻蚀。
BCl3的相对分子质量较He的相对原子质量大,可以轰击出更多的光刻胶;而且BCl3可以与轰击出的光刻胶发生反应,生成非挥发性的含B聚合物。
所述含B聚合物会沉积到图形化的光刻胶160上表面,但所述含B聚合物可以使用湿法去除,不会影响互连线131的可靠性。
在本实施例中,粘合层120的材料为含Ta材料层,轰击出的含Ta材料层与轰击出的光刻胶发生反应,生成非挥发性的含Ta聚合物。含Ta聚合物不能使用湿法去除。
但所述粘合层120与图形化的光刻胶6上表面之间的距离较大,生成含Ta聚合物的位置离所述图形化的光刻胶6上表面较远,所以所述含Ta聚合物难以沉积到图形化的光刻胶6上表面,不会影响互连线的可靠性。
所述含Ta聚合物和所述含B聚合物都会附着在互连线131的侧壁,防止互连线131的横向刻蚀,有助于得到形貌良好的互连线131。
在本实施例中,刻蚀停止于粘合层120的下表面。
在其他实施例中,因为粘合层120导电,为了确保粘合层120被完全刻蚀以防止短路等问题,刻蚀也可以停止于所述基底110内。
参考图15,去除所述图形化的光刻胶160和图形化的底部抗反射层151。
以上实施例以形成有粘合层120为例,对互连线的形成方法进行描述。
在其他实施例中,如果导电层130与基底110具有良好的粘合性,也可以不形成所述粘合层120。
以上实施例以形成有底部抗反射层150为例,对互连线的形成方法进行描述。
在其他实施例中,也可以不形成所述底部抗反射层150。
以上实施例以互连线的材料是AlCu为例,对互连线的形成方法进行描述。
在其他实施例中,互连线的材料也可以为本领域所熟知的任意导电材料。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种互连线的形成方法,其特征在于,包括:
提供基底;
在所述基底上形成导电层;
在所述导电层上形成含Ta扩散阻挡层;
在所述含Ta扩散阻挡层上形成图形化的光刻胶;
以所述图形化的光刻胶为掩膜,使用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层,刻蚀至含Ta扩散阻挡层下表面,形成图形化的含Ta扩散阻挡层,采用Cl2和He等离子体刻蚀所述含Ta扩散阻挡层以减少轰击出的光刻胶与轰击出的TaN发生反应形成的含Ta聚合物;
以所述图形化的光刻胶和图形化的含Ta扩散阻挡层为掩膜,刻蚀所述导电层,形成互连线。
2.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,所述含Ta扩散阻挡层为Ta层、TaN层中的一层或两层。
3.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,刻蚀所述含Ta扩散阻挡层的工艺条件为:
压强为4-10mTorr,使Cl2和He等离子体化的功率为400-700W,Cl2的流速为60-90sccm,He的流速为0.1-90sccm。
4.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,所述导电层为AlCu层。
5.如权利要求4所述的互连线的形成方法,其特征在于,刻蚀所述导电层的方法为Cl2、BCl3和CHF3的等离子体刻蚀。
6.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,在所述基底上形成导电层前,在所述基底上形成粘合层,所述导电层形成在所述粘合层上。
7.如权利要求6所述的互连线的形成方法,其特征在于,所述粘合层为含Ta材料层;或者,
所述粘合层为含Ti材料层。
8.如权利要求7所述的互连线的形成方法,其特征在于,所述含Ta材料层为Ta层、TaN层中的一层或两层。
9.如权利要求8所述的互连线的形成方法,其特征在于,刻蚀所述粘合层的方法为Cl2、BCl3和CHF3的等离子体刻蚀。
10.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,刻蚀所述导电层时,刻蚀停止于所述导电层下表面,或者停止于所述基底内。
11.如权利要求1所述的互连线的形成方法,其特征在于,在所述含Ta扩散阻挡层上形成图形化的光刻胶前,在所述含Ta扩散阻挡层上形成底部抗反射层,所述图形化的光刻胶形成在所述底部抗反射层上。
12.如权利要求11所述的互连线的形成方法,其特征在于,所述底部抗反射层为SiON层。
13.如权利要求12所述的互连线的形成方法,其特征在于,刻蚀所述底部抗反射层的方法为Cl2和CHF3的等离子体刻蚀。
14.如权利要求13所述的互连线的形成方法,其特征在于,Cl2和CHF3的体积比为9:1-16:1。
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