[發(fā)明專利]雙大馬士革結(jié)構(gòu)的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310631357.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103646921A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳敏;楊渝書;王一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陶金龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件特征尺寸越來(lái)越小，半導(dǎo)體后段銅制程取代了鋁制程，低介電常數(shù)材質(zhì)（如硅、氧、碳、氫元素組成的SiOCH的黑鉆石（black?diamond，BD）、氮摻雜的碳化硅（N?doped?SiC，NDC）等）取代了傳統(tǒng)氧化硅成為主流工藝。在銅雙大馬士革制備工藝中，由于低介電常數(shù)材質(zhì)的多孔率、材質(zhì)疏松等特性，使其內(nèi)在擊穿強(qiáng)度明顯低于傳統(tǒng)的氧化硅材質(zhì)，其可靠性性能明顯不及傳統(tǒng)氧化硅。因此，對(duì)刻蝕低介電常數(shù)材質(zhì)的雙大馬士革結(jié)構(gòu)提出更高的要求。

研究表明，雙大馬士革結(jié)構(gòu)的可靠性與斜面（Chamfer）的尺寸和形貌強(qiáng)相關(guān)。圖1和圖2是現(xiàn)有雙大馬士革結(jié)構(gòu)中斜面的兩種基本形貌。圖1是圓弧型斜面91，這種刻蝕工藝需要較高的聚合物保護(hù)斜面的形貌，使其表面光滑，但所得斜面尺寸比較小，而且不利于后續(xù)PVD淀積金屬阻擋層（TaN、Ta）和銅籽晶層。圖2中的是斜邊型斜面92，相對(duì)于圓弧型斜面，此種斜面能夠獲得相對(duì)較大的尺寸，且便于后續(xù)物理氣相沉積（PVD）金屬阻擋層（TaN、Ta）和銅籽晶層；但隨著特征尺寸的減小，以及對(duì)工藝要求的不斷提高，此斜面仍不足以完全符合工藝要求，以保證元器件的可靠性性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有大尺寸斜面（Chamfer）的雙大馬士革結(jié)構(gòu)的制造方法，以提高后續(xù)物理氣相沉積（PVD）金屬阻擋層（TaN、Ta）和銅籽晶層的沉積能力，并提高半導(dǎo)體元器件的可靠性性能。

本發(fā)明提供一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括以下步驟：

步驟S01，提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其自下而上依次具有阻擋層、低介電常數(shù)層、金屬掩膜層和頂層；

步驟S02，在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上依次涂覆第一抗反射層和第一光刻膠，圖案化該第一光刻膠，以形成溝槽圖形；

步驟S03，依次刻蝕去除該溝槽圖形內(nèi)的第一抗反射層、頂層、金屬掩膜層和部分低介電常數(shù)層，之后去除該第一光刻膠，形成溝槽；

步驟S04，在步驟S03得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上涂覆第二抗反射層和第二光刻膠，圖形化該第二光刻膠，以形成溝槽兩側(cè)的通孔圖形；

步驟S05，依次刻蝕去除該通孔圖形內(nèi)的第二抗反射層、頂層、金屬掩膜層和部分低介電常數(shù)層，之后去除該第二光刻膠，形成溝槽兩側(cè)的通孔；

步驟S06，通過(guò)干法刻蝕，預(yù)處理該溝槽下低介電常數(shù)層的邊緣，形成小尺寸斜面；

步驟S07，以金屬掩膜層為掩膜，刻蝕溝槽下的部分低介電常數(shù)層，并打開通孔，形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)，且使斜面尺寸變大。

進(jìn)一步地，步驟S07中刻蝕溝槽下的部分低介電常數(shù)層達(dá)到溝槽深度要求的30-70%，且步驟S07之后還包括：步驟S08，通過(guò)干法刻蝕，繼續(xù)處理該溝槽下低介電常數(shù)層的斜面，使斜面尺寸繼續(xù)變大；步驟S09，以金屬掩膜層為掩膜，刻蝕溝槽下的部分低介電常數(shù)層以達(dá)到溝槽深度要求，使斜面尺寸進(jìn)一步變大，并得到大尺寸斜面。

進(jìn)一步地，步驟S06中干法刻蝕是使用含有CF₄和Ar的混合氣體。

進(jìn)一步地，步驟S06所用的CF₄流量為80-120標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘；所用的Ar流量為80-120標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘；在刻蝕反應(yīng)腔體內(nèi)進(jìn)行的壓力為50-80毫托；在刻蝕反應(yīng)腔體內(nèi)的時(shí)間為10-30秒；所用的高頻功率為200-400瓦，低頻功率為200-400瓦。

進(jìn)一步地，步驟S08中干法刻蝕是使用含有CF₄和Ar的混合氣體。

進(jìn)一步地，步驟S08所用的CF₄流量為80-120標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘；所用的Ar流量為80-120標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘；在刻蝕反應(yīng)腔體內(nèi)進(jìn)行的壓力為50-80毫托；在刻蝕反應(yīng)腔體內(nèi)的時(shí)間為10-30秒；所用的高頻功率為200-400瓦，低頻功率為200-400瓦。

進(jìn)一步地，步驟S03中是刻蝕去除1-20%厚度的低介電常數(shù)層。

進(jìn)一步地，步驟S05中是刻蝕去除后保留10-30%厚度的低介電常數(shù)層。

進(jìn)一步地，步驟S03、步驟S05、步驟S07和步驟S09的刻蝕介質(zhì)是含有C_XH_Y的氣體。