[發明專利]一種低應力金屬硬掩膜層的制備方法

有效

• 申請號: 201110347738.1
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102446841A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 周軍;胡彬彬;傅昶;賀忻
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及半導體集成電路及其制造領域，尤其涉及一種低應力金屬硬掩膜層的制備方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度的持續增加以及與其相關的臨界尺寸的持續減小，銅后道互連工藝中互連線（contact）和金屬層（metal）?1中的通孔尺寸也越來越小，其深寬比卻維持不變或更大，使得后道互連工藝的難度越來越大。尤其是在65nm及其以下工藝中，隨著光刻膠厚度的減小，只用光刻膠作阻擋層進行通孔刻蝕的工藝難度也越來越高。

因此，人們引入硬掩膜層（Metal?hard?mask），以提高刻蝕過程中與介質層之間的選擇比，從而形成形貌良好的通孔。其中，金屬硬掩膜層的材質主要為氮化鈦（TiN），因為氮化鈦與介質層間的大選擇比以及其在化學機械研磨時能有效的進行終點控制，所以使得氮化鈦成為后道互連硬掩膜層材料的最終選擇，且采用氮化鈦的金屬硬掩膜層的厚度還可以相對減薄，有利于后續刻蝕工藝的延展。

但是采用氮化鈦的金屬硬掩膜層也會帶來一些新的問題，因為氮化鈦為金屬氮化物，其在光刻過程中很容易引起交叉污染，還有就是一般的工藝條件下，采用氮化鈦的金屬硬掩膜層的應力非常大，如300A的厚度下，其應力達到1.4Mpa以上，易引起如圖1所示互連線11的彎曲，而在光刻刻蝕之后彎曲的互連線下面就會形成空隙，從而導致嚴重的缺陷問題，降低了產品的良率。

因此，如何制備低應力的氮化鈦金屬硬掩膜層成為當前一種迫切的需求；但目前已有的解決方案主要通過增大腔體內的氣壓和降低能量，能使氮化鈦金屬硬掩膜的應力減少至600Mpa左右，依然不能滿足工藝的需求。

發明內容

本發明公開了一種低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，在一腔體內，通入氮氣和氬氣的混合氣體，采用物理氣相沉積方法，通過加熱于一基底上沉積金屬硬掩膜層。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，金屬硬掩膜層的材質為氮化鈦（TiN）。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，金屬硬掩膜層的厚度為200-500A。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，通入的氮氣的流量為150-250sccm，氬氣的流量為100-200sccm。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，腔體內的氣壓大于1.1托。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，進行物理氣相沉積時，直流能量為4000-8000瓦。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，進行物理氣相沉積的時間為30-80s。

上述的低應力金屬硬掩膜層的制備方法，其中，進行物理氣相沉積時，腔體內的溫度為250-400℃。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明提出一種低應力金屬硬掩膜層的制備方法，通過增加反應腔體內通入的氮氣和氬氣氣流量，增大反應腔體內的壓力，和在氮化鈦金屬硬掩膜層生長過程中進行加熱，相當于采用退火工藝，從而于整體上有效的降低了氮化鈦金屬硬掩膜層的應力。

附圖說明

圖1是本發明背景技術中金屬硬掩膜層應力致使互連線彎曲的結構示意圖；

圖2-3是本發明低應力金屬硬掩膜層的制備方法的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明：

圖2-3是本發明低應力金屬硬掩膜層的制備方法的結構示意圖。如圖2-3所示，本發明一種低應力金屬硬掩膜層的制備方法：

在65nm及其以下工藝中，在腔體2內，首先，通入氮氣和氬氣的混合氣體，其中，通入的氮氣流量為150-250sccm，氬氣流量為100-200sccm，使得腔體2內的氣壓達到1.1托以上，即通過增加反應腔體內通入的氮氣和氬氣氣流量，以增大腔體2內的壓力。

然后，采用物理氣相沉積（Physical?Vapor?Deposition）工藝，于晶片21上沉積材質為氮化鈦（TiN）的金屬應掩膜層22；其中，在進行物理氣相沉積工藝時，加熱使腔體2內的溫度至250-400℃之間，進行30-80s的反應，使生成的金屬應掩膜層22的厚度在200-500A之間。由于，腔體2內的壓力增大，從而改變了生成的金屬硬掩膜層22的形貌，使之由連續的顆粒狀（grain）轉變為分立的針狀物，釋放部分金屬硬掩膜層22的應力；而在氮化鈦金屬硬掩膜層生長過程中進行了加熱，則相當于對金屬硬掩膜層22進行了退火工藝，以進一步釋放氮化鈦金屬硬掩膜層上的應力。

進一步的，在進行物理氣相沉積工藝時，直流能量為4000-8000瓦。