[發(fā)明專利]一種改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210343445.0
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102881639A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃君;張瑜;蓋晨光
• 申請（專利權(quán)）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: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法。

背景技術(shù)

目前，在40納米及其以下節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體后段制程（Back?End?Of?Line?，簡稱BEOL）一倍設(shè)計(jì)規(guī)格的雙大馬士革結(jié)構(gòu)（1XDD）工藝中，超低介電常數(shù)（Ultra-low?K，簡稱ULK）材質(zhì)配合金屬硬質(zhì)掩模（Metal?Hard?Mask?，簡稱MHM）的結(jié)構(gòu)被越來越多的采用。

由于考慮到40納米及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的后段制程對金屬絕緣性的高要求（低介電常數(shù)材料），業(yè)界大多采用5～15納米氮化鈦（TiN）層上下結(jié)合加以20～40納米的氧化層作為硬質(zhì)掩膜，且在該硬質(zhì)掩膜的下面就是介電常數(shù)K值為2.4～2.6?的超低介電常數(shù)層。

圖1-5為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計(jì)規(guī)格的雙大馬士革工藝的流程結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1-5所示，首先，在制備有銅（Cu）金屬層12的介電質(zhì)11的上表面上從下至上順序依次覆蓋有停止層（stop?layer）13、ULK層14、第一氧化物層15、TiN層16、第二氧化物層17和墊氧化物層（Pad?OX）18，采用光刻、刻蝕工藝依次刻蝕墊氧化物層（Pad?OX）18、第二氧化物層17和TiN層16，并部分去除第一氧化物層15，于剩余的墊氧化物層（Pad?OX）181、剩余的第二氧化物層171、剩余的TiN層161和剩余的第一氧化物層151中形成溝槽結(jié)構(gòu)19；然后，沉積PV層20充滿溝槽結(jié)構(gòu)19并覆蓋剩余的墊氧化物層（Pad?OX）181的上表面，涂布光刻膠，曝光、顯影后形成具有通孔結(jié)構(gòu)21的光阻22，并以該光阻22為掩膜刻蝕進(jìn)行通孔刻蝕工藝后，去除光阻22和剩余的PV層；最后，以剩余的墊氧化物層181和剩余的第二氧化物層171為掩膜刻蝕進(jìn)行溝槽刻蝕工藝，并將通孔的底部打通至銅金屬層12中，進(jìn)而形成溝槽23。

圖6為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計(jì)規(guī)格的雙大馬士革工藝的中形成的缺陷的放大結(jié)構(gòu)示意圖；如圖6所示，由于ULK層為含有大量氣孔（porous）的特殊結(jié)構(gòu)，在蝕刻過程中等離子體（plasma）?在垂直向下的蝕刻的同時(shí)，在側(cè)向上對會對ULK造成較大的損傷，而且隨著蝕刻時(shí)間的推進(jìn)，首先接觸到等離子體的側(cè)面的損傷就越大，即越靠近第一氧化物層的ULK的損失越多。在蝕刻工藝完成后，最后剩余的ULK層142在與最后剩余的第一氧化物層152結(jié)合的地方24會形成一個(gè)顯著的缺陷，通常稱之為“KINK”，一般達(dá)到KINK的值能達(dá)到5nm，造成該缺陷會嚴(yán)重降低后續(xù)埋層（barrier）及Cu的填充效果和研磨結(jié)果，造成產(chǎn)品良率的見底。

雖然，現(xiàn)今的蝕刻工藝在不斷的改進(jìn)，通過采用低功率高度同向性等離子體以及外加直流偏壓等改善措施來改善KINK缺陷，但由于的改善往往跟通孔（VIA）底部的關(guān)鍵尺寸（CD）做大的要求背道而馳，使得KINK缺陷成為當(dāng)前半導(dǎo)體雙大馬士革結(jié)構(gòu)的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明揭示了一種改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法，主要是通過在金屬硬質(zhì)掩膜層與超低介電常數(shù)介電質(zhì)層之間設(shè)置低介電常數(shù)介電質(zhì)層以改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的工藝。??

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法，其中，包括以下步驟：

步驟S1：沉積超低介電常數(shù)介電質(zhì)層覆蓋一制備有底部金屬的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上表面后，再沉積一低電常數(shù)介電質(zhì)層覆蓋所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層的上表面；

步驟S2：從下至上順便依次沉積金屬硬質(zhì)掩膜層和墊氧化物層覆蓋所述低介電常數(shù)介電質(zhì)層的上表面；

步驟S3：打開所述金屬硬質(zhì)掩膜后，采用光刻、刻蝕工藝于所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層中形成通孔結(jié)構(gòu)；

步驟S4：采用溝槽刻蝕工藝形成溝槽，并貫通所述通孔結(jié)構(gòu)的底部至所述底部金屬中，形成通孔后，去除所述低介電常數(shù)介電質(zhì)層。

上述的改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括底部介質(zhì)層和停止層，所述底部金屬貫穿所述底部介質(zhì)層，所述停止層覆蓋所述底部金屬和所述底部介質(zhì)層的上表面，所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層覆蓋所述停止層的上表面。

上述的改善雙大馬士革工藝中KINK缺陷的方法，其中，所述金屬硬質(zhì)掩膜層包括第一氧化物層、金屬層和第二氧化物層，所述第一氧化物層覆蓋所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層的上表面，所述金屬層覆蓋所述第一氧化物的上表面，所述第二氧化物層覆蓋所述金屬層的上表面。