[發(fā)明專利]改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410273595.8
• 申請(qǐng)日: 2014-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN105225941A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳敏;傅海林;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): H01L21/311
• 分類號(hào): H01L21/311;H01L21/768
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 吳俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體蝕刻工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的減小，在55/40納米以下節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體后段工藝中，半導(dǎo)體后段銅制程取代鋁制程，同時(shí)低介電常數(shù)材質(zhì)(硅，氧，碳，氫元素組成的SiOCH的黑鉆石(blackdiamond，BD)；氮摻雜的碳化硅(NdopedSiC,NDC)等)取代傳統(tǒng)的氧化硅成為主流工藝。由于低介電常數(shù)材質(zhì)的多孔率，材質(zhì)疏松等特性，蝕刻過程中同向性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，即等離子體在垂直向下蝕刻的同時(shí)，在側(cè)向上會(huì)對(duì)介電層造成損傷。在傳統(tǒng)的金屬掩模板一體化刻蝕(MHMAIOetch)工藝中，由于氧化硅材質(zhì)的特殊性，其受同向性刻蝕影響較小(即側(cè)向刻蝕速率較小)，而低介電常數(shù)材質(zhì)受同向性刻蝕影響很大(即側(cè)向刻蝕速率較大)，因此在第一介電層(Low-K)和第二介電層(氧化硅)的交界處會(huì)形成一個(gè)顯著的缺陷，稱之為“Kink”，它會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)金屬阻擋層(barrier)及Cu的填充效果，進(jìn)而形成空洞(Void)，影響良率。

如圖1所示，102為阻擋層、105為金屬掩膜層、106為頂部氧化層，由于第一介電層103的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料，其受同向性刻蝕影響很大(側(cè)向刻蝕速率較大)，而第二介電層104的材質(zhì)為氧化硅，其受同向性刻蝕影響較小(側(cè)向刻蝕速率較小)，因此在刻蝕形成金屬溝槽的同時(shí)形成Kink缺陷107，由于該Kink缺陷107較為顯著，進(jìn)而嚴(yán)重影響后續(xù)阻擋層及Cu的填充效果，進(jìn)而形成空洞(Void)，影響良率。

因此，如何找到一種有效改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力研究的方向。

中國(guó)專利(公開號(hào)：CN102881583A)公開了一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，通過在溝槽刻蝕工藝中增加一步在高壓力高頻射頻環(huán)境下，以CO/N2混合氣體主蝕刻氣體的工藝步驟，利用CO吸收主反應(yīng)氣體F的同時(shí)，N2在已經(jīng)開出的溝槽的側(cè)壁上形成C-N保護(hù)層，該保護(hù)層在后續(xù)的刻蝕工藝中，能有效的改善側(cè)墻的Kink或bowing等特定缺陷，進(jìn)而有利于后續(xù)埋層及Cu填充工藝，減少填充和研磨缺陷，提高產(chǎn)品良率。

上述專利雖然改善了側(cè)墻的Kink缺陷，但與本發(fā)明改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷所采取的技術(shù)方案并不相同。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明公開一種改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中在傳統(tǒng)的金屬掩模板一體化刻蝕工藝中，由于氧化硅材質(zhì)受同向性刻蝕影響較小(側(cè)向刻蝕速率較小)，而低介電常數(shù)材質(zhì)受同向性刻蝕影響很大(側(cè)向刻蝕速率較大)，而在第一介電層(低k介質(zhì)層)和第二介電層(氧化硅)的交界處形成一個(gè)顯著的Kink缺陷，從而嚴(yán)重影響后續(xù)阻擋層及Cu的填充效果并形成空洞，進(jìn)而影響良率的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)記載了一種改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，包括如下步驟：

提供一半導(dǎo)體襯底；

于所述半導(dǎo)體襯底的上表面按照從下至上的順序依次沉積阻擋層、第一介電層、第二介電層、金屬掩膜層以及頂部氧化層；

依次刻蝕所述頂部氧化層、金屬掩膜層至第二介電層的上表面形成凹槽；

繼續(xù)以剩余的頂部氧化層和金屬掩膜層為掩膜，刻蝕所述第二介電層至第一介電層中形成溝槽；

其中，第一介電層為低K介質(zhì)層，第二介電層為抗反射膜。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述第二介電層的材質(zhì)為SiON。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述第二介電層的厚度為400-800埃。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，采用化學(xué)氣相沉積法沉積所述阻擋層、第一介電層、第二介電層和所述頂部氧化層。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，采用物理氣相沉積法沉積所述金屬掩膜層。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為摻氮的碳化硅。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述第一介電層的材質(zhì)為SiOCH。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述金屬掩膜層的材質(zhì)為TiN。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述頂部氧化層的材質(zhì)為SiO₂。

上述的改善低介電常數(shù)材質(zhì)Kink缺陷的方法，其中，所述方法還包括：繼續(xù)于所述溝槽中填充金屬的步驟。