專利名稱：一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法。
背景技術(shù)：
集成電路誕生以來(lái)，人們一直使用鋁作為集成電·路的引線材料。由于鋁具有成本低，技術(shù)成熟，引線工藝方便簡(jiǎn)單，黏附力較強(qiáng)，容易刻蝕，與P型和N型半導(dǎo)體易形成良好的歐姆接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此鋁引線一直得以應(yīng)用。但是，隨著集成電路特征尺寸的不斷變小，由于鋁引線的電阻和分布寄生效應(yīng)而造成的信號(hào)延遲和功耗損失已經(jīng)成為集成電路進(jìn)一步提高速度的主要障礙。鋁異于發(fā)生電遷移；在3001左右的工藝溫度下，鋁薄膜上會(huì)形成突起，穿透相鄰互連線之間的電介質(zhì)絕緣層導(dǎo)致短路。到了 0. ISym以下工藝，鋁的電阻率及抗電遷移能力已經(jīng)不能滿足要求。因此，選擇其它互連材料成為亞四分之一微米以下集成電路工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)的首要內(nèi)容。目前，在0.13 y m以及更先進(jìn)的后段工藝，銅互連憑借其更低的電阻率和更好的抗電遷移性能而廣泛作為鋁互連所替代。銅互連工藝的完成可以采用金屬硬掩膜層的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用該工藝可以減小低介電常數(shù)層間介電質(zhì)在干法時(shí)刻過(guò)程中造成的損傷，減小了光阻的用量，并且該薄膜是犧牲層，不會(huì)在最終的產(chǎn)品中存留，從而該工藝廣泛的應(yīng)用于65nm以下的銅互連中。通常米用MOCVD (Metal Organic CVD)或 PVD (Physical Vapor Deposition)或ALD (Atomic Layer Deposition)的方法來(lái)制備作為金屬硬掩膜層的氮化鈦薄膜。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氮化鈦薄膜的應(yīng)力很高，約為-I. 4GPa，具有較高應(yīng)力的氮化鈦薄膜會(huì)對(duì)其下方的低介電常數(shù)薄膜產(chǎn)生一定作用而導(dǎo)致其發(fā)生變形，從而影響產(chǎn)品的良率，如圖9所示。目前解決該問(wèn)題的方法為通過(guò)調(diào)整沉積氮化鈦薄膜參數(shù)，而改變薄膜的應(yīng)力，進(jìn)而減小該薄膜對(duì)于其下方低介電常數(shù)薄膜力的作用，提高產(chǎn)品良率。但是，對(duì)氮化鈦薄膜沉積參數(shù)的調(diào)整，雖然使得薄膜的應(yīng)力有所減小，卻使得該薄膜的電阻率均勻性有所影響，進(jìn)而會(huì)影響到其后續(xù)的蝕刻等制程。因此，尋求一種既能夠降低該薄膜的應(yīng)力，又能夠使得薄膜的其他性能不受太大的影響的方法是本行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。故針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本案設(shè)計(jì)人憑借從事此行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)，積極研究改良，于是有了發(fā)明一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，采用傳統(tǒng)的方法對(duì)氮化鈦薄膜沉積參數(shù)的調(diào)整，雖然使得薄膜的應(yīng)力有所減小，卻使得該薄膜的電阻率均勻性有所影響，進(jìn)而會(huì)影響到其后續(xù)的蝕刻等制程的缺陷提供一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，包括執(zhí)行步驟SI :提供襯底，所述襯底用于支撐包括具有所述金屬硬掩膜層的膜系，所述金屬硬掩膜層為氮化鈦薄膜；執(zhí)行步驟S2 :在所述襯底上沉積膜系的金屬硬掩膜層及所述金屬硬掩膜層之前段工藝膜層；執(zhí)行步驟S3 :對(duì)所述膜系的金屬硬掩膜層進(jìn)行熱退火處理；執(zhí)行步驟S4 :在所述膜系之金屬硬掩膜層上繼續(xù)沉積二氧化硅薄膜；執(zhí)行步驟S5 :在所述二氧化硅薄膜上設(shè)置抗反射層，以及光阻層，并進(jìn)行溝道曝光、溝道；過(guò)孔曝光、刻蝕；刻蝕；襯墊開(kāi)口 ；籽晶層沉積、銅互連，以及化學(xué)機(jī)械拋光等工藝實(shí)現(xiàn)銅互連。 可選的，所述膜系從下向上依次包括第一低介電常數(shù)薄膜、含氮的碳化硅薄膜、第二層低介電常數(shù)薄膜、二氧化硅薄膜、金屬硬掩膜層，以及二氧化硅薄膜?？蛇x的，所述金屬硬掩膜層之前段工藝膜層包括依次沉積第一低介電常數(shù)薄膜、含氮的碳化硅薄膜、第二層低介電常數(shù)薄膜，以及二氧化硅薄膜?？蛇x的，所述金屬硬掩膜層采用MOCVD或PVD或ALD的方法沉積?？蛇x的，所述金屬硬掩膜層的熱退火溫度為30(T50(TC?？蛇x的，所述熱退火時(shí)間為6(Tl20s?？蛇x的，所述熱退火工藝在N2、H2氛圍下進(jìn)行。可選的，所述第一低介電常數(shù)薄膜為SiCOH，所述含氮的碳化硅薄膜為SiCN，所述第二層低介電常數(shù)薄膜為SiCOH，所述二氧化硅薄膜為二氧化硅薄膜。綜上所述，使用本發(fā)明所述銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法可以在不影響金屬硬掩膜層的電阻率均勻性的前提下降低所述金屬硬掩膜層的應(yīng)力，減小所述金屬硬掩膜層下層薄膜由于受到所述金屬硬掩膜層的高應(yīng)力而產(chǎn)生變形現(xiàn)象發(fā)生的可能性。


圖I所示為本發(fā)明用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法的流程圖；圖2所述為在所述襯底上沉積的具有金屬硬掩膜層的膜系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為膜系經(jīng)過(guò)溝道曝光、刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為膜系經(jīng)過(guò)過(guò)孔曝光、刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為膜系經(jīng)過(guò)刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為膜系經(jīng)過(guò)襯墊開(kāi)口后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為膜系經(jīng)過(guò)籽晶層沉積、銅互連后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為銅層經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9所示為現(xiàn)有高應(yīng)力的金屬硬掩膜層對(duì)低電介質(zhì)層產(chǎn)生影響的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，圖I所示為本發(fā)明用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法的流程圖。所述用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，包括以下步驟執(zhí)行步驟SI :提供襯底，所述襯底用于支撐包括具有所述金屬硬掩膜層10的膜系I。所述金屬硬掩膜層10為氮化鈦薄膜。列舉地，所述膜系I從下向上依次包括第一低介電常數(shù)薄膜11、含氮的碳化硅薄膜12、第二層低介電常數(shù)薄膜13、二氧化硅薄膜14、金屬硬掩膜層10，以及二氧化硅薄膜15。執(zhí)行步驟S2 :在所述襯底上沉積膜系I的金屬硬掩膜層10及所述金屬硬掩膜層10之前段工藝膜層。列舉地，所述金屬硬掩膜層10之前段工藝膜層包括依次沉積第一低介電常數(shù)薄膜11、含氮的碳化硅薄膜12、第二層低介電常數(shù)薄膜13，以及二氧化硅薄膜14。非限制地，所述金屬硬掩膜層10采用MOCVD或PVD或ALD的方法沉積，例如通過(guò)如下MOCVD 反應(yīng)制備所述金屬硬掩膜層 10，Ti[N(CH3)2]4 — TiN+HN(CH3) 2+other Hydrocarbons。執(zhí)行步驟S3 :對(duì)所述膜系I的金屬硬掩膜層10進(jìn)行熱退火處理。非限制地，所述金屬硬掩膜層10的熱退火溫度為300 500°C。所述熱退火時(shí)間為60 120s。所述熱退火工藝在N2、H2氛圍下進(jìn)行。執(zhí)行步驟S4 :在所述膜系I之金屬硬掩膜層10上繼續(xù)沉積二氧化硅薄膜15。執(zhí)行步驟S5 :在所述二氧化硅薄膜15上設(shè)置抗反射層16，以及光阻層17，并進(jìn)行溝道曝光、溝道；過(guò)孔曝光、刻蝕；刻蝕；襯墊開(kāi)口 ；籽晶層沉積、銅互連，以及化學(xué)機(jī)械拋光等工藝實(shí)現(xiàn)銅18的互連。請(qǐng)參閱圖2，并結(jié)合參閱圖1，圖2所述為在所述襯底上沉積的具有金屬硬掩膜層10的膜系I的結(jié)構(gòu)示意圖。所述膜系I從下向上依次包括第一低介電常數(shù)薄膜11、含氮的碳化硅薄膜12、第二層低介電常數(shù)薄膜13、二氧化硅薄膜14、金屬硬掩膜層10，以及二氧化硅薄膜15。其中，所述金屬硬掩膜層10為氮化鈦薄膜。所述金屬硬掩膜層10并進(jìn)行熱退火處理。所述第一低介電常數(shù)薄膜11為SiCOH。所述含氮的碳化硅薄膜12為SiCN。所述第二層低介電常數(shù)薄膜13為SiCOH。所述二氧化硅薄膜15為二氧化硅薄膜。在本發(fā)明中，非限制地，所述金屬硬掩膜層10的熱退火溫度為30(T50(TC。所述熱退火時(shí)間為6(T120s。所述熱退火工藝在N2、H2氛圍下進(jìn)行。本發(fā)明所述金屬硬掩膜層10經(jīng)過(guò)熱退火處理后，該膜層10產(chǎn)生重結(jié)晶和熱回流，膜層10的平整度得到改善；利用N2和H2混合氣體并可以去除所述金屬硬掩膜層10中殘留的C、0等雜質(zhì)，釋放薄膜的內(nèi)應(yīng)力。使用本發(fā)明所述銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法可以在不影響金屬硬掩膜層10的電阻率均勻性的前提下降低所述金屬硬掩膜層10的應(yīng)力，減小所述金屬硬掩膜層10下層薄膜由于受到所述金屬硬掩膜層10的高應(yīng)力而產(chǎn)生變形現(xiàn)象發(fā)生的可能性。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，圖3所示為膜系I經(jīng)過(guò)溝道曝光、刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為膜系I經(jīng)過(guò)過(guò)孔曝光、刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為膜系I經(jīng)過(guò)刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6所示為膜系I經(jīng)過(guò)襯墊開(kāi)口后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7所示為膜系I經(jīng)過(guò)籽晶層沉積、銅互連后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8所示為銅層經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光后的結(jié)構(gòu)示意圖。首先，在所述襯底上沉積膜系I的金屬硬掩膜層10及所述金屬硬掩膜層10之前段工藝膜層。列舉地，所述金屬硬掩膜層10之前段工藝膜層包括依次沉積第一低介電常數(shù)薄膜11、含氮的碳化硅薄膜12、第二層低介電常數(shù)薄膜13，以及二氧化硅薄膜14。然后，對(duì)所述膜系I的金屬硬掩膜層10進(jìn)行熱退火處理。再次，在所述膜系I之金屬硬掩膜層10上繼續(xù)沉積二氧化硅薄膜15。最后，在所述二氧化硅薄膜15上設(shè)置抗反射層16，以及光阻層17，并進(jìn)行溝道曝光、溝道；過(guò)孔曝光、刻蝕；刻蝕；襯墊開(kāi)口 ；籽晶層沉積、銅互連；以及機(jī)械拋光等工藝實(shí)現(xiàn)銅18的互連。綜上所述，使用本發(fā)明所述銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法可以在不影響金屬硬掩膜層的電阻率均勻性的前提下降低所述金屬硬掩膜層的應(yīng)力，減小所述金屬硬掩膜層下層薄膜由于受到所述金屬硬掩膜層的高應(yīng)力而產(chǎn)生變形現(xiàn)象發(fā)生的可能性。本領(lǐng)域技術(shù)人員均應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權(quán)利要求書(shū)及 等同物的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明涵蓋這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法包括 執(zhí)行步驟Si:提供襯底，所述襯底用于支撐包括具有所述金屬硬掩膜層的膜系，所述金屬硬掩膜層為氮化鈦薄膜； 執(zhí)行步驟S2 :在所述襯底上沉積膜系的金屬硬掩膜層及所述金屬硬掩膜層之前段工藝膜層； 執(zhí)行步驟S3 :對(duì)所述膜系的金屬硬掩膜層進(jìn)行熱退火處理； 執(zhí)行步驟S4 :在所述膜系之金屬硬掩膜層上繼續(xù)沉積二氧化硅薄膜； 執(zhí)行步驟S5 :在所述二氧化硅薄膜上設(shè)置抗反射層，以及光阻層，并進(jìn)行溝道曝光、溝道；過(guò)孔曝光、刻蝕；刻蝕；襯墊開(kāi)口 ；籽晶層沉積、銅互連，以及化學(xué)機(jī)械拋光等工藝實(shí)現(xiàn)銅互連。
2.如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述膜系從下向上依次包括第一低介電常數(shù)薄膜、含氮的碳化硅薄膜、第二層低介電常數(shù)薄膜、二氧化硅薄膜、金屬硬掩膜層，以及二氧化硅薄膜。
3.如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層之前段工藝膜層包括依次沉積第一低介電常數(shù)薄膜、含氮的碳化硅薄膜、第二層低介電常數(shù)薄膜，以及二氧化硅薄膜。
4.如權(quán)利要求I所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層采用MOCVD或PVD或ALD的方法沉積。
5.如權(quán)利要求I 4任一權(quán)利要求所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的熱退火溫度為30(T50(TC。
6.如權(quán)利要求I 4任一權(quán)利要求所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述熱退火時(shí)間為60 120s。
7.如權(quán)利要求I 4任一權(quán)利要求所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述熱退火工藝在N2、H2氛圍下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求f4任一權(quán)利要求所述的用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，其特征在于，所述第一低介電常數(shù)薄膜為SiCOH，所述含氮的碳化硅薄膜為SiCN，所述第二層低介電常數(shù)薄膜為SiCOH，所述二氧化硅薄膜為二氧化硅薄膜。
全文摘要
一種用于銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法，包括提供襯底；在所述襯底上沉積膜系的金屬硬掩膜層及所述金屬硬掩膜層之前段工藝膜層；對(duì)所述膜系的金屬硬掩膜層進(jìn)行熱退火處理；在所述膜系之金屬硬掩膜層上繼續(xù)沉積二氧化硅薄膜；在所述二氧化硅薄膜上設(shè)置抗反射層，以及光阻層，并進(jìn)行溝道曝光、溝道；過(guò)孔曝光、刻蝕；刻蝕；襯墊開(kāi)口；籽晶層沉積、銅互連，以及化學(xué)機(jī)械拋光等工藝實(shí)現(xiàn)銅互連。使用本發(fā)明所述銅互連的金屬硬掩膜層的制備方法可以在不影響金屬硬掩膜層的電阻率均勻性的前提下降低所述金屬硬掩膜層的應(yīng)力，減小所述金屬硬掩膜層下層薄膜由于受到所述金屬硬掩膜層的高應(yīng)力而產(chǎn)生變形現(xiàn)象發(fā)生的可能性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102709232SQ201210208918
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者徐強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司