[發(fā)明專利]基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法及制造的產(chǎn)品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410276464.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN105336666B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海洋;王冬江;黃瑞軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張東梅

本發(fā)明公開了一種基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法及制造的產(chǎn)品。該方法對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞很小且對(duì)后續(xù)清洗工藝更堅(jiān)固，從而使得從干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長。該方法包括：在襯底上依次形成超低K電介質(zhì)層和金屬硬掩膜層；圖案化金屬硬掩膜層，以在金屬硬掩膜層中形成開口；以及蝕刻開口位置的超低K電介質(zhì)層，其中所述蝕刻工藝的蝕刻氣體包括溴化物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法及制造的產(chǎn)品。

背景技術(shù)

用于形成互連的已知工藝包括“鑲嵌工藝”(damascene process)。在一般的鑲嵌工藝中，使用光刻膠作為掩膜蝕刻電介質(zhì)層以形成開口，該開口包括通孔和溝槽。然后去除光刻膠，用導(dǎo)電材料填充該開口以便形成用于互連的通孔和跡線。

由于器件密度和連線密度的增加、線寬減小，導(dǎo)致阻容(RC)耦合增大，從而使信號(hào)傳輸延時(shí)、干擾噪聲增強(qiáng)和功耗增大，這給超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。

利用金屬或金屬化合物作為硬掩膜層可有利于形成更小臨界尺寸的互連通孔和跡線。

同時(shí)，在生產(chǎn)線的后端采用超低K電介質(zhì)(Ultra-low-k Dielectrics)作為層間電介質(zhì)層，可減少半導(dǎo)體芯片上晶體管間連接導(dǎo)線的延誤率，獲得較低的RC延遲。目前的低介電常數(shù)(K)材料K值為3.0，而介電常數(shù)(K)值不大于2.6的電介質(zhì)可被稱為超低K電介質(zhì)。采用超低K電介質(zhì)無疑有助于芯片整體效能的提高。

目前已知基于氟(F)的刻蝕工藝用于形成超低K雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)?zhí)枮?01010285728.5的中國專利申請(qǐng)中介紹了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中利用四氟化碳蝕刻超低K電介質(zhì)。在基于氟的蝕刻過程中，等離子體活性基與被蝕刻的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的聚合物并隨氣流離開。然而，在蝕刻之后，在晶片上仍然會(huì)殘留一部分聚合物，因此需要后續(xù)的清洗工藝來去除聚合物殘留，使得這種基于氟的刻蝕工藝不可避免地會(huì)導(dǎo)致超低K電介質(zhì)層的損壞，使輪廓彎曲或臨界尺寸增加。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于金屬硬掩膜在超低K電介質(zhì)中進(jìn)行蝕刻的過程的剖面示意圖。

如圖1A所示，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成超低K電介質(zhì)層110和金屬硬掩膜層120。如圖1B所示，通過常用的蝕刻工藝在金屬硬掩膜120中形成開口。如圖1C所示，以金屬硬掩膜120作為掩膜層，通過基于F的干法蝕刻工藝對(duì)超低K電介質(zhì)層110進(jìn)行蝕刻，以在超低K電介質(zhì)層110中形成開口。然后利用DHF溶液對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行清洗，以便去除在超低K電介質(zhì)層110的蝕刻期間形成的殘留在晶片100上的基于F的聚合物，其中DHF溶液可包括H₂O，HF。

在實(shí)際制造過程中，對(duì)超低K電介質(zhì)層110的干法蝕刻過程和利用DHF清洗過程之間有一定的等待時(shí)間。由于基于TiN的硬掩膜方法對(duì)基于F的聚合物敏感，因此要求干法刻蝕和濕法清洗之間的等待時(shí)間必須很短，否則基于F的殘留聚合物將會(huì)在晶片結(jié)構(gòu)中造成缺陷，并且使后續(xù)的間隙填充開口劣化。

因此，需要一種形成超低k互連的方法，其能夠減小對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞，獲得更加堅(jiān)固的蝕刻結(jié)構(gòu)，從而使得從干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法，該制造方法對(duì)超低K電介質(zhì)的損壞很小且對(duì)后續(xù)清洗工藝而言更堅(jiān)固，從而使得從干法蝕刻至濕法清洗之間的等待時(shí)間能夠延長。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于金屬硬掩膜的超低K互連的制造方法，包括：a)在襯底上依次形成超低K電介質(zhì)層和金屬硬掩膜層；b)圖案化金屬硬掩膜層，以在金屬硬掩膜層中形成開口；以及c)蝕刻開口位置的超低K電介質(zhì)層，其中所述蝕刻工藝的蝕刻氣體包括溴化物。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前述方法的蝕刻工藝是利用HBr、氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w的干法蝕刻工藝。