CN116504715A - 金属互连结构的制作方法 - Google Patents

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CN116504715A CN202310631259.5A CN202310631259A CN116504715A CN 116504715 A CN116504715 A CN 116504715A CN 202310631259 A CN202310631259 A CN 202310631259A CN 116504715 A CN116504715 A CN 116504715A
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姜慧琴
郭振强
黄鹏
何亚川
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Abstract

本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种金属互连结构的制作方法。所述金属互连结构的制作方法包括以下步骤：在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽；向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；清洗所述介质层，去除刻蚀副产物；再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；向所述互连槽中填充金属层。该金属互连结构的制作方法，可以解决相关技术中低介电常数材料的介质层TDDB变差的问题。

Description

金属互连结构的制作方法
技术领域
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种金属互连结构的制作方法。
背景技术
低介电常数材料由于其固有的低介电系数，可产生较低的电容值，因此已被广泛应用于半导体制造技术领域，如在后段工艺中作为形成金属互连线或金属互连孔的介质层材料。
但是随着器件的特征尺寸的不断减小，尤其是形成有金属互连线或金属互连孔的介质层采用超低介电常数材料时，特别是介质层的TDDB(Time Dependent DielectricBreakdown,时变击穿效应)更会显著。
相关技术采用基于金属硬掩模的双大马士革一体化刻蚀工艺，使用含氟气体CF4或CF8作为刻蚀气体以刻蚀介质层形成金属互连线槽。但是在上述一体化刻蚀过程中，刻蚀气体与介质层反应形成大量的四氟化硅，并吸附在金属互连线槽的表面。该四氟化硅与反应腔中的水气发生会反应形成大量氟化氢的挥发物，从而对低介电常数材料的介质层造成损伤，进而导致介质层的TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown,时变击穿效应)变差，导致介质层的击穿电压变差。
发明内容
本申请提供了一种金属互连结构的制作方法，可以解决相关技术中低介电常数材料的介质层TDDB变差的问题。
为了解决背景技术中所述的技术问题，本申请提供一种金属互连结构的制作方法，所述金属互连结构的制作方法包括以下步骤：
在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽；
向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
通过湿法工艺去除所述掩膜层；
再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
向所述互连槽中填充金属层。
可选地，所述向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
可选地，所述向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
检测所述反应腔中的湿度；
确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
可选地，再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
可选地，所述以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤，包括：
检测所述反应腔中的湿度；
确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
可选地，所述在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽的步骤包括：
在介质层上形成掩膜层；
通过光刻刻蚀工艺在所述掩膜层中形成图案；
在反应腔中，基于所述掩膜层的图案，刻蚀所述介质层形成互连槽。
可选地，清洗所述介质层，去除刻蚀副产物的步骤包括：
向所述介质层的表面喷淋EKC溶液，所述EKC溶液与刻蚀副产物反应，去除所述刻蚀副产物。
本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请通过通入惰性气体，以在保证该惰性气体在不发生化学反应的前提下驱逐反应腔中的水蒸气，以减少氟化氢挥发物的生成，进而避免了因介质层被损伤而影响TDDB。
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示出了本申请一实施例提供的金属互连结构的制作方法的流程图；
图2示出了在步骤S1完成后的器件剖视结构示意图。
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。
图1示出了本申请一实施例提供的金属互连结构的制作方法的流程图，从图1中可以看出该金属互连结构的制作方法包括以下步骤S1至步骤S5：
步骤S1：在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽。
可以参照图2，其示出了在步骤S1完成后的器件剖视结构示意图。
从图2中可以看出在金属互连结构的介质层100中形成用于制作金属互连线和互连孔的互连槽110，该互连槽110包括形成于介质层100中的互连孔槽111和互连线槽112。
可选地，该介质层100可以为复合层，该复合层可以包括由下至上依次层叠的氮掺杂碳化硅薄膜101、低介电常数氧化物层102、材质为氮氧化硅的缓冲层103和氮化钛层104。
示例性地，可以先在介质层上形成掩膜层，再通过光刻刻蚀工艺在所述掩膜层中形成图案，然后在反应腔中，基于所述掩膜层的图案，刻蚀所述介质层形成互连槽。其中，该掩膜层可以为光敏材料。
在反应腔中，基于所述掩膜层的图案，刻蚀所述介质层形成互连槽的过程中，可以采用包括四氟化碳或八氟化碳的含氟刻蚀气体进行刻蚀。
步骤S2：向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
在反应腔中，采用含氟刻蚀气体刻蚀介质层形成互连槽的过程，介质层中的低介电常数氧化物层会与含氟刻蚀气体反应形成四氟化硅，该四氟化硅会与反应腔中的水蒸气反应形成氟化氢挥发物，该氟化氢挥发物会与介质层反应破坏介质层，导致介质层的TDDB变差。
在本实施例中，可以先检测所述反应腔中的湿度；当确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
步骤S3：清洗所述介质层，去除刻蚀副产物。
可以向所述介质层的表面喷淋EKC溶液，所所述EKC溶液与刻蚀副产物反应，去除所述刻蚀副产物。其中EKC溶液包括氢氟酸、过氧化氢、乙二醇和水。
步骤S4：再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
由于步骤S3中通过湿法工艺去除所述掩膜层的过程可能会向反应腔中引入水蒸气，因此在步骤S3后再次向所述反应腔中通入惰性气体，以驱逐所述反应腔中的水蒸气。
本实施例中可以先检测所述反应腔中的湿度；当确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
步骤S5：向所述互连槽中填充金属层。
本申请采用在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽；向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；通过湿法工艺去除所述掩膜层；再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；向所述互连槽中填充金属层的方案，以在保证该惰性气体在不发生化学反应的前提下驱逐反应腔中的水蒸气，以减少氟化氢挥发物的生成，进而避免了因介质层被损伤而影响TDDB。
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 (7)

1.一种金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述金属互连结构的制作方法包括以下步骤：
在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽；
向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
清洗所述介质层，去除刻蚀副产物；
再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
向所述互连槽中填充金属层。
2.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
3.如权利要求2所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
检测所述反应腔中的湿度；
确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
4.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，再次向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤包括：
以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气。
5.如权利要求4所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气的步骤，包括：
检测所述反应腔中的湿度；
确定所述反应腔中的湿度大于2％时，开始以40L/min至70L/min流量向所述反应腔中通入惰性气体，驱逐所述反应腔中的水蒸气；
直到所述反应腔中的湿度小于等于2％，停止向所述反应腔中通入所述惰性气体。
6.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述在反应腔中，基于掩膜层的图案，刻蚀介质层形成互连槽的步骤包括：
在介质层上形成掩膜层；
通过光刻刻蚀工艺在所述掩膜层中形成图案；
在反应腔中，基于所述掩膜层的图案，刻蚀所述介质层形成互连槽。
7.如权利要求1所述的金属互连结构的制作方法，其特征在于，所述清洗所述介质层，去除刻蚀副产物的步骤包括：
向所述介质层的表面喷淋EKC溶液，所述EKC溶液与刻蚀副产物反应，去除所述刻蚀副产物。
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