CN113506768A - 后端结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种后端结构的形成方法，包括：通过铝沉积设备在二氧化硅层上沉积氮化钛，形成硬掩模层，二氧化硅层形成于第二层间介质上，第二层间介质形成于碳氮化硅层上，碳氮化硅层形成于第一层间介质上，第一层间介质内形成有铜连线；进行刻蚀，打开铜连线上方的硬掩模层，形成第一通孔；进行刻蚀，将第一通孔刻蚀至第二层间介质中的目标深度，形成第二通孔；进行刻蚀，使第二通孔下方的铜连线暴露，形成第三通孔，第三通孔用于形成后端结构中的铝垫；其中，在进行沉积氮化钛的过程中的反应气体包括氮气和氩气，氮气的气体流量为15SCCM至45SCCM，氩气的气体流量为50SCCM至150SCCM。本申请的方案提高了铝沉积设备沉积硬掩模层的厚度的均匀性。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种可进行后端(back end of line，BEOL)结构的形成方法。
背景技术
铝沉积(Al pad)工艺是在铜(Cu)连线上沉积铝层，为后续的封装准备焊盘。为了隔离铜连线和铝层，通常需要沉积阻挡层(barrier layer)，同时，还需要形成粘着层(gluelayer)和金属抗反射(anti-reflection coating，ARC)层，因此，该工艺涉及的薄膜层较多，涉及的设备腔体种类较多且复杂。
在铝沉积工艺中，在形成铝层的通孔时，通常会引入硬掩模层(hard mask，例如，氮化钛薄膜)，硬掩模层的作用是保护疏松多孔的层间介质(inter-layer dielectrics，ILD)材料(其通常是低介电常数(k)的材料)免受刻蚀中的等离子体以及光阻的破坏，同时，硬掩模层相对层间介质材料的刻蚀选择比更高，可以形成更好的垂直形貌，有利于缩小器件的关键尺寸(critical dimension，CD)。
相关技术中，由于通过铝沉积设备沉积得到的硬掩模层的均匀性较差，因此硬掩模层的沉积和铝沉积是在不同的设备中进行，因此其工艺复杂度较大。
发明内容
本申请提供了一种后端结构的形成方法，可以解决相关技术中提供的后端结构的制造工艺中硬掩模层的沉积和铝沉积是在不同的设备中进行所导致的工艺复杂度较大的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种后端结构的形成方法，包括：
通过铝沉积设备在二氧化硅(SiO2)层上沉积氮化钛(TiN)，形成硬掩模层，所述二氧化硅层形成于第二层间介质上，所述第二层间介质形成于碳氮化硅(SiCN)层上，所述碳氮化硅层形成于第一层间介质上，所述第一层间介质内形成有铜连线；
进行刻蚀，打开所述铜连线上方的硬掩模层，形成第一通孔；
进行刻蚀，将所述第一通孔刻蚀至所述第二层间介质中的目标深度，形成第二通孔；
进行刻蚀，使所述第二通孔下方的铜连线暴露，形成第三通孔，所述第三通孔用于形成所述后端结构中的铝垫；
其中，在进行沉积氮化钛的过程中的反应气体包括氮气和氩气，氮气的气体流量为15标准状态毫升/分(standard cubic centimeter per minute，SCCM)至45SCCM，氩气的气体流量为50SCCM至150SCCM。
可选的，在进行沉积氮化钛的过程中，抽气阀的开关位于中间。
可选的，在进行沉积氮化钛的过程中，通过基座加热和红外加热进行预热。
可选的，所述铝沉积设备包括外红外灯和内红外灯，所述外红外灯设置于所述内红外灯的外侧；
在红外加热过程中，所述内红外灯的电流小于所述外红外灯的电流。
可选的，所述进行刻蚀，使所述第二通孔下方的铜连线暴露之后，还包括：
通过所述铝沉积设备沉积阻挡层；
通过所述铝沉积设备在所述阻挡层上沉积粘着层；
通过所述铝沉积设备在所述黏着层上沉积铝层；
通过所述铝沉积设备在所述铝层上沉积ARC层。
可选的，所述阻挡层包括钽(Ta)层和氮化钽(TaN)层。
可选的，所述粘着层包括钛(Ti)层和氮化钛层。
可选的，所述ARC层包括钛层和氮化钛层。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过在半导体器件的后端结构的形成过程中，对硬掩模层沉积中的反应气体及其流量进行调节，提高了铝沉积设备沉积硬掩模层的厚度的均匀性，实现了通过铝沉积设备进行硬掩模层沉积，降低了工艺复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个示例性实施例提供的后端结构的形成方法的流程图；
图2至图7是本申请一个示例性实施例提供的后端结构的形成示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的后端结构的形成方法的流程图，该方法包括：
步骤101，通过铝沉积设备在二氧化硅层上沉积氮化钛，形成硬掩模层，二氧化硅层形成于第二层间介质上，第二层间介质形成于碳氮化硅层上，碳氮化硅层形成于第一层间介质上，第一层间介质内形成有铜连线，在进行沉积氮化钛的过程中的反应气体包括氮气和氩气，氮气的气体流量为15SCCM至45SCCM，氩气的气体流量为50SCCM至150SCCM。
其中，该铝沉积设备可以是北方华创公司出品的Al Pad AX30型设备。
通过在将反应气体设置为氮气和氩气，将氮气的气体流量为15SCCM至45SCCM(例如，其可以是20SCCM、25SCCM或29SCCM)，氩气的气体流量为50SCCM至150SCCM(例如，其可以是70SCCM、80SCCM或92SCCM)，能够提高铝沉积设备沉积氮化钛的厚度的均匀性。可选的，在进行沉积氮化钛的过程中，使抽气阀的开关位于中间，能够更进一步提高硬掩模层的厚度的均匀性。
可选的，在进行沉积氮化钛的过程中，通过基座加热和红外加热进行预热。铝沉积设备的腔室中具有基座和红外灯，其中，基座具有加热功能，红外灯设置于基座上方，其包括内红外灯和设置于内红外灯的外侧的外红外灯。当进行沉积时，晶圆放置于基座上，同时开启基座的加热功能和红外灯，通过基座加热和红外加热的方式，在Degas(将基片预热，同时去除基片上吸附的水蒸气及其它易挥发杂质的工序)步骤时对晶圆进行预热，能够提升器件阻值和应力的均匀性。可选的，在红外加热过程中，内红外灯的电流小于外红外灯的电流(例如，内红外电流的大小为15％，外红外电流的大小为75％)。
在进行沉积氮化钛的过程中，当进行预设个数的晶圆的沉积后，会对腔室进行清洁，可将铝沉积设备的腔室清洁的模式设置为“推进(pull)”模式，即，在沉积过程中，当铝沉积设备中的多个腔室中的一个腔室在进行腔室清洁时，其它腔室进行沉积过程中的其它步骤，不进行腔室清洁，从而解决了多个腔室同时进行清洁时会造成的设备卡顿现象，提高了工艺的稳定性。
步骤102，进行刻蚀，打开铜连线上方的硬掩模层，形成第一通孔。
参考图2，其示出了采用光刻工艺在硬掩模层上覆盖光阻的剖面示意图；参考图3，其示出了进行刻蚀后的形成第一通孔的剖面示意图；参考图4，其示出了形成第一通孔后去除光阻的剖面示意图。
如图2所示，第一层间介质210中形成有铜连线211，第一层间介质210上形成有二氧化硅层220，二氧化硅层220上形成有第二层间介质230，第二层间介质230上形成有碳氮化硅层240，碳氮化硅层240上形成有步骤101中形成的硬掩模层250。可在硬掩模层250上旋涂光阻300，对目标区域(即图2中光阻300中形成通孔所对应的区域)进行曝光，进行显影。
如图3和图4所示，进行刻蚀，去除目标区域的硬掩模层250，使目标区域的碳氮化硅层240暴露，形成第一通孔301后，去除光阻300。
步骤103，进行刻蚀，将第一通孔刻蚀至第二层间介质中的目标深度，形成第二通孔。
参考图5，其示出了采用光刻工艺在硬掩模层上覆盖光阻的剖面示意图；参考图6，其示出了形成第二通孔的剖面示意图。
如图5和图6所示，可在硬掩模层250上旋涂光阻300，对目标区域(即图5中光阻300中形成通孔所对应的区域)进行曝光，进行显影后，进行刻蚀，将第一通孔301刻蚀至第二层间介质230中的目标深度，形成第二通孔302后，去除光阻300。
步骤104，进行刻蚀，使第二通孔下方的铜连线暴露，形成第三通孔，第三通孔用于形成后端结构中的铝垫。
参考图7，其示出了刻蚀形成第三通孔的剖面示意图。如图7所示，可通过普遍性刻蚀，使第二通孔302下方的铜连线211暴露，形成第三通孔303，其用于在后续的工序中形成后端结构中的铝垫。
综上所述，本申请实施例中，通过在半导体器件的后端结构的形成过程中，对硬掩模层沉积中的反应气体及其流量进行调节，提高了铝沉积设备沉积硬掩模层的厚度的均匀性，实现了通过铝沉积设备进行硬掩模层沉积，降低了工艺复杂度。
可选的，本申请实施例中，在步骤104之后，还可以包括：通过铝沉积设备沉积阻挡层；通过铝沉积设备在阻挡层上沉积粘着层；通过铝沉积设备在黏着层上沉积铝层；通过铝沉积设备在铝层上沉积ARC层。其中，形成的铝层填充第三303，其可以作为铝垫；阻挡层可包括钽层和氮化钽层，粘着层可包括钛层和氮化钛层，ARC层可包括钛层和氮化钛层。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种后端结构的形成方法，其特征在于，包括：
通过铝沉积设备在二氧化硅层上沉积氮化钛，形成硬掩模层，所述二氧化硅层形成于第二层间介质上，所述第二层间介质形成于碳氮化硅层上，所述碳氮化硅层形成于第一层间介质上，所述第一层间介质内形成有铜连线；
进行刻蚀，打开所述铜连线上方的硬掩模层，形成第一通孔；
进行刻蚀，将所述第一通孔刻蚀至所述第二层间介质中的目标深度，形成第二通孔；
进行刻蚀，使所述第二通孔下方的铜连线暴露，形成第三通孔，所述第三通孔用于形成所述后端结构中的铝垫；
其中，在进行沉积氮化钛的过程中的反应气体包括氮气和氩气，氮气的气体流量为15SCCM至45SCCM，氩气的气体流量为50SCCM至150SCCM。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行沉积氮化钛的过程中，抽气阀的开关位于中间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行沉积氮化钛的过程中，通过基座加热和红外加热进行预热。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铝沉积设备包括外红外灯和内红外灯，所述外红外灯设置于所述内红外灯的外侧；
在红外加热过程中，所述内红外灯的电流小于所述外红外灯的电流。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述进行刻蚀，使所述第二通孔下方的铜连线暴露之后，还包括：
通过所述铝沉积设备沉积阻挡层；
通过所述铝沉积设备在所述阻挡层上沉积粘着层；
通过所述铝沉积设备在所述黏着层上沉积铝层；
通过所述铝沉积设备在所述铝层上沉积ARC层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阻挡层包括钽层和氮化钽层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘着层包括钛层和氮化钛层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述ARC层包括钛层和氮化钛层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |