專利名稱：鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造4支術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝線寬的日益減小，業(yè)界選用銅代替鋁作為后段的互連材 料，相應(yīng)的選用低介電常數(shù)材料作為絕緣材料，由于銅難以刻蝕且極易擴(kuò)散， 業(yè)界引入鑲嵌工藝，克服難以刻蝕的缺點(diǎn)，并引入阻擋層阻擋銅在低介電常
數(shù)材料中的擴(kuò)散。專利申請(qǐng)?zhí)枮?2106882.8的中國(guó)專利公開(kāi)了 一種鑲嵌工藝， 圖1至圖4為所述公開(kāi)的鑲嵌工藝的制造方法剖面示意圖。
如圖1所示，提供一具有金屬導(dǎo)線層的基底IOO，所述金屬導(dǎo)線層材質(zhì)可 以是銅。在所述基底100上形成第一介質(zhì)層102,所述第一介質(zhì)層102用于覆蓋 基底100中的金屬導(dǎo)線層的銅表面，以避免所述銅表面曝露于空氣中或其它腐 蝕性化學(xué)制程中，其形成的方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD), 其厚度為30至100nm。
在所述第一介質(zhì)層102上形成第二介質(zhì)層104,所述第二介質(zhì)層104為低介 電常數(shù)材料。在所述第二介質(zhì)層104上形成一抗反射層106,所述抗反射層106 可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)材料。在所述抗反射層106上形成一光刻膠層108，通過(guò)曝 光顯影形成連接孔開(kāi)口圖案IIO。
如圖2所示，以所述光刻膠層108為罩幕，通過(guò)刻蝕將所述連接孔開(kāi)口圖 案11 O轉(zhuǎn)移到所述第二介質(zhì)層104中形成連接孔11 Oa，所述連接孔11 Oa底部露出 所述第一介質(zhì)層102表面。
如圖3所示，通過(guò)灰化和濕法清洗去除所述光刻膠層108和抗反射層106。
在所述連接孔11 Oa中和第二介質(zhì)層104上旋涂光刻膠并形成溝槽圖案，然 后通過(guò)刻蝕將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)移到所述第二介質(zhì)層104中，形成如圖4所示的 溝槽112。如圖5所示，通過(guò)刻蝕移除所述連接孔110a底部的第一介質(zhì)層102。 并去除所述形成有溝槽圖案的光刻膠。
在所述溝槽112和連接孔110a中填充導(dǎo)電材料例如銅即形成銅鑲嵌結(jié)構(gòu)。
上述鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝中，包含有兩步去除光刻膠的步驟，即在形成 所述連^r孔11 Oa后和形成所述溝槽112后。去除光刻"交的方法為灰化和濕法清
洗，其主要步驟為首先對(duì)所述半導(dǎo)體基底表面的光刻膠進(jìn)行第一步等離子 體灰化，等離子體氣體為氧氣，并添加輔助氣體氬氣，其中氧氣流量為 200sccm，氬氣的流量為500sccm，產(chǎn)生所述等離子體的射頻源功率為300w, 環(huán)境壓力為20mT，等離子體灰化的時(shí)間為10s;接著對(duì)所述半導(dǎo)體基底表面的 光刻膠進(jìn)行第二步等離子體灰化，本步驟中等離子體氣體為氧氣，流量為 400sccm，射頻源功率為300w,環(huán)境壓力為15mT,時(shí)間為20s;然后，用濃硫 酸和雙氧水的混合溶液進(jìn)行濕法清洗，以去除光刻l交的殘?jiān)?br> 在銅作為互連金屬的鑲嵌結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層為低介電常數(shù)的材料，其硬度 相對(duì)較小，在用上述方法去處光刻膠過(guò)程中，等離子體的離子轟擊會(huì)對(duì)金屬 間介質(zhì)層造成損傷，從而造成所述金屬間介質(zhì)層的擊穿電壓降低，器件的穩(wěn) 定性下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，以解決現(xiàn)有鑲 嵌結(jié)構(gòu)制造工藝中在去除光刻膠時(shí)造成介質(zhì)層損傷的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供 一半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上旋涂光刻 膠層，并圖形化形成開(kāi)口圖案；刻蝕所述開(kāi)口圖案底部的介質(zhì)層，在所述介 質(zhì)層中形成開(kāi)口；通過(guò)氧氣等離子體灰化去除所述光刻膠層。
產(chǎn)生所述氧氣等離子體的氧氣的流量為400至800sccm。
產(chǎn)生所述氧氣等離子體的射頻源功率為200至400W，偏置功率為300至 500W。
所述氧氣等離子體環(huán)境的壓力為10至30mT。 所述氧氣等離子體灰化的時(shí)間為10至30s。
該方法還包括用氫氟酸、氨水和極性有才幾溶劑的混合溶液進(jìn)行濕法清洗 的步驟。
所述介質(zhì)層為氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑鉆石中 的一種或其組合。
該方法進(jìn)一步包括在旋涂光刻膠之前在所述介質(zhì)層上形成抗反射層。 該方法進(jìn)一步包括在所述開(kāi)口中填充金屬材料。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明方法通過(guò)氧氣等離子體灰化來(lái)去除所述介質(zhì)層上的光刻膠層，產(chǎn) 生所述氧氣等離子體的氧氣的流量較大，提高了灰化速度，縮短了高能離子 對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊時(shí)間，且大的氧氣流量有助于減少或消除在介質(zhì)層表面
的光刻膠殘留；另外所述氧氣等離子體環(huán)境壓力較低，并引入偏置功率，以 減輕氧氣等離子體對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊，減小離子轟擊對(duì)所述介質(zhì)層的損傷， 有助于保持介質(zhì)層的擊穿電壓，從而提高了形成的器件的穩(wěn)定性。


圖1至圖5為現(xiàn)有一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示 意圖6為本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的實(shí)施例的流程圖7至圖16為本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法的實(shí)施例的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)
的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
在本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝中通過(guò)氧氣等離子體灰化去除形成于低介 電常數(shù)介質(zhì)層上的光刻膠層，氧氣的流量較大，壓力較低，以減輕或消除在 氧氣等離子體灰化過(guò)程中的離子轟擊對(duì)介質(zhì)層的損傷，保持介質(zhì)層的擊穿電 壓，從而提高形成的器件的穩(wěn)定性。
圖6為本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝的實(shí)施例的流程圖。
如圖6所示，首先，提供一半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底中形成有導(dǎo) 電層(S100)。所述半導(dǎo)體基底可以是多晶硅、單晶硅、非晶硅、絕緣層上硅 (SOI)、砷化稼、硅鍺化合物等材料，所述導(dǎo)電層材料可以是銅、鋁、鈦、 氮化鈦、鴒中的一種或其組合。
在所述半導(dǎo)體基底上形成阻擋層，在所述阻擋層上形成介質(zhì)層(S110); 所述阻擋層包括氮化硅、碳氮硅化合物、氧氮硅化合物中的一種或其組合。 所述阻擋層的形成方法為物理氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、低壓 化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積、原子層沉積中的一種。所述 介質(zhì)層為黑鉆石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氧化硅、 氮化硅、碳化硅中的一種或其組合。形成所述介質(zhì)層的方法為物理氣相沉積、
化學(xué)氣相沉積中的一種。
在所述介質(zhì)層上旋涂光刻膠層，并通過(guò)曝光顯影形成開(kāi)口圖案，所述開(kāi)
口圖案底部露出所述介質(zhì)層表面(S120)。
以所述光刻膠層為刻蝕掩模層，刻蝕所述開(kāi)口圖案底部的介質(zhì)層，在所 述介質(zhì)層中形成開(kāi)口 (S130);所述開(kāi)口底部露出所述阻擋層，繼續(xù)刻蝕所述 開(kāi)口底部的阻擋層，以去除所述開(kāi)口底部的阻擋層，本實(shí)施例中所述開(kāi)口為 溝槽和/或連接孔。
在所述介質(zhì)層中形成開(kāi)口后，將所述帶有光刻膠層的半導(dǎo)體基底置于氧 氣等離子體環(huán)境中，通過(guò)氧氣等離子體灰化去除所述光刻膠層(S140)。所述 氧氣等離子體的環(huán)境的壓力為10至30mT,產(chǎn)生所述氧氣等離子體的氧氣的流 量為400至800sccm，射頻源功率為200至400W，偏置功率為300至500W; 本實(shí)施例中所述氧氣流量為600sccm,射頻源功率為300W,偏置功率為400W， 通過(guò)射頻能量使得氧氣分子分解為氧原子，所述氧原子很快與所述光刻膠層 中的碳、氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO、 C02, H20，并通過(guò)排氣系統(tǒng)抽走。所述 氧氣等離子體灰化的時(shí)間為10至30s，通過(guò)氧氣等離子體灰化可去除所述介 質(zhì)層上的光刻膠層。進(jìn)一步的，通過(guò)氬氟酸、氨水和極性有機(jī)溶劑的混合溶 液對(duì)所述介質(zhì)層表面進(jìn)行濕法清洗，去除光刻膠殘留。在所述介質(zhì)層中的開(kāi) 口中填充金屬材料例如銅即形成互連線。
本發(fā)明方法通過(guò)氧氣等離子體灰化來(lái)去除所述介質(zhì)層上的光刻膠層，產(chǎn) 生所述氧氣等離子體的氧氣的流量較大，提高了灰化速度，縮短了高能離子 對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊時(shí)間，且大的流量氧氣有助于減少或消除在介質(zhì)層表面 的光刻膠殘留；另外所述氧氣等離子體環(huán)境壓力較低，并引入偏置功率，以 減輕氧氣等離子體對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊，減小離子轟擊對(duì)所述介質(zhì)層的損傷， 有助于保持介質(zhì)層的擊穿電壓，從而提高了形成的器件的穩(wěn)定性。
下面以雙鑲嵌結(jié)構(gòu)為例對(duì)本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)行詳細(xì)描述，需 要說(shuō)明的是，本發(fā)明方法也適用于單鑲嵌結(jié)構(gòu)。圖7至圖16為本發(fā)明鑲嵌結(jié) 構(gòu)的制造方法的實(shí)施例的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
步驟一，如圖7所示，提供一半導(dǎo)體基底200,在所述半導(dǎo)體基底200中 形成有器件層和導(dǎo)電層200b。所述半導(dǎo)體基底200可以是多晶硅、單晶硅、 非晶硅、絕緣層上硅(SOI)、砷化稼、硅鍺化合物等材料，所述器件層可以是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。所述導(dǎo)電層200b材料可以是銅、鋁、鈦、氮化 鈦、鵠中的一種或其組合。
步驟二，如圖8所示，首先，對(duì)所述具有器件層的半導(dǎo)體基底200進(jìn)行 等離子體表面預(yù)處理。通過(guò)等離子體表面預(yù)處理可以減少或消除基底表面的 污染物，改善所述半導(dǎo)體基底200表面材質(zhì)的性質(zhì)，增強(qiáng)后續(xù)工藝形成的阻 擋層和所述半導(dǎo)體基底200表面的粘附性。
在完成對(duì)所述半導(dǎo)體基底200表面的等離子體預(yù)處理后，在所述半導(dǎo)體 基底200表面上沉積一阻擋層202。沉積所述阻擋層202的方法為物理氣相沉 積、低壓化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué) 氣相沉積、原子層沉積中的一種。所述阻擋層202為氮化硅、氮硅氧化合物、 摻氮碳化硅中的一種或其組合，沉積所述阻擋層202的反應(yīng)氣體為氨氣、硅 烷、TEOS、 二氯二氫硅、氧化二氮、氮?dú)庵械囊环N或其組合。沉積的阻擋層 202厚度為20至80nm。
如圖9所示，在所述阻擋層202上形成介質(zhì)層204。所述介質(zhì)層204為黑 鉆石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃中的一種或其組合。形 成所述介質(zhì)層204的方法為物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積。所述介質(zhì)層204 可以是一層或多層。
形成所述介質(zhì)層204后，需要在所述介質(zhì)層204中形成溝槽和/或連接孔， 本實(shí)施例以形成溝槽和連接孔，且先形成連接孔后形成溝槽的情況為例進(jìn)行 說(shuō)明。
步驟三，如圖IO所示，在所述介質(zhì)層204上旋涂抗反射層206，在所述 抗反射層206上旋涂第一光刻膠層208，通過(guò)曝光顯影等工藝形成第一開(kāi)口圖 案210。
步驟四，如圖ll所示，以所述第一光刻膠層208為阻擋材料，刻蝕所述 抗反射層206和介質(zhì)層204,在所述介質(zhì)層204中形成連接孔210a,所述連接 孔210a底部露出所述阻擋層202表面。
步驟五，如圖12所示，在所述介質(zhì)層204中形成開(kāi)口后，將所述帶有第 一光刻膠層208的半導(dǎo)體基底至于氧氣等離子體環(huán)境中，通過(guò)氧氣等離子體 灰化去除所述第一光刻膠層208和抗反射層206。所述氧氣等離子體的環(huán)境的 壓力為10至30mT,產(chǎn)生所述氧氣等離子體的氧氣的流量為400至800sccm，射頻源功率為200至400W，偏置功率為300至500W;本實(shí)施例中所述氧氣流 量為600sccm,射頻源功率為300W，偏置功率為400W，通過(guò)射頻能量佳:得氧 氣分子分解為氧原子，所述氧原子很快與光刻膠中的碳、氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 生成CO、 C02, H20，并通過(guò)排氣系統(tǒng)凈皮抽走。所述氧氣等離子體灰化的時(shí)間 為10至30s,通過(guò)氧氣等離子體的灰化可去除所述介質(zhì)層上的光刻膠層。進(jìn) 一步的，通過(guò)氫氟酸、氨水和極性有機(jī)溶劑的混合溶液對(duì)所述介質(zhì)層表面進(jìn) 行濕法清洗，去除光刻膠殘留。
步驟六，如圖13所示，在所述連接孔210a中和介質(zhì)層204上旋涂犧牲層 212,所述犧牲層212可以是光刻膠、抗反射材料等。在所述犧牲層212上旋 涂第二光刻膠層214,并曝光顯影生成第二開(kāi)口圖案216。
步驟七，如圖14所示，通過(guò)刻蝕將所述溝槽圖案216轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層 204中形成溝槽216a,去除所述第二光刻膠層214和犧牲層212。去除所述第 二光刻膠層214的方法和去除所述第一光刻膠層208的方法相同。如圖15所 示，刻蝕所述連接孔210a底部的阻擋層202至所述導(dǎo)電層200b表面露出。 如圖16所示，在所述連4矣孔210a和溝槽216a中填充金屬材料，例如銅，形 成銅的鑲嵌結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明方法通過(guò)氧氣等離子體灰化來(lái)去除所述介質(zhì)層上的光刻膠層，且 本發(fā)明中產(chǎn)生所述氧氣等離子體的氧氣的流量較大，可提高灰化速度，縮短 高能離子對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊時(shí)間，且大流量的氧氣有助于減少或消除在介 質(zhì)層表面的光刻膠殘留；另外所述氧氣等離子體環(huán)境壓力較低，并引入偏置 功率，以減輕氧氣等離子體對(duì)介質(zhì)層表面的轟擊，減小離子轟擊對(duì)所述介質(zhì) 層的損傷，有助于保持介質(zhì)層的擊穿電壓，從而提高了形成的器件的穩(wěn)定性。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成開(kāi)口圖案；刻蝕所述開(kāi)口圖案底部的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成開(kāi)口；通過(guò)氧氣等離子體灰化去除所述光刻膠層。
2、 如權(quán)利要求l所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于產(chǎn)生所述氧氣等離子體的氧氣的流量為400至800sccm。
3、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于產(chǎn)生所述氧氣等離子體的射頻源功率為200至400W，偏置功率為300至500W。
4、 如權(quán)利要求l所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述氧氣等離子體環(huán)境的壓力為10至30mT。
5、 如權(quán)利要求l所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述氧氣等離子體灰化的時(shí)間為10至30s。
6、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該方法還包括用氫氟酸、氨水和極性有機(jī)溶劑的混合溶液進(jìn)行濕法清洗的步驟。
7、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述介質(zhì)層為氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑鉆石中的一種或其組合。
8、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括在旋涂光刻膠之前在所述介質(zhì)層上形成抗反射層。
9、 如權(quán)利要求l所屬的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括在所述開(kāi)口中填充金屬材料。
全文摘要
一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成開(kāi)口圖案；刻蝕所述開(kāi)口圖案底部的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成開(kāi)口；通過(guò)氧氣等離子體灰化去除所述光刻膠層。本發(fā)明方法能夠減小在去除所述介質(zhì)層上的光刻膠時(shí)離子轟擊對(duì)所述介質(zhì)層的轟擊損傷，提高擊穿電壓和器件的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101202231SQ20061014732
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者乒 劉, 趙林林, 馬擎天 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司