專利名稱：一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法。
背景技術(shù)：
目前，在40納米及其以下節(jié)點的半導(dǎo)體后段制程(Back End Of Line，簡稱BEOL)一倍設(shè)計規(guī)格的雙大馬士革結(jié)構(gòu)(1XDD)工藝中，超低介電常數(shù)(Ultra-low K，簡稱ULK)材質(zhì)配合金屬硬質(zhì)掩模(Metal Hard Mask ,簡稱MHM)的結(jié)構(gòu)被越來越多的采用。由于考慮到40納米及其以下技術(shù)節(jié)點的后段制程對金屬絕緣性的高要求(低介電常數(shù)材料)，業(yè)界大多采用5 15納米氮化鈦(TiN)層上下結(jié)合加以20 40納米的氧化層作為硬質(zhì)掩膜，且在該硬質(zhì)掩膜的下面就是介電常數(shù)K值為2. 4 2. 6的超低介電常數(shù)層。
圖1-5為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計規(guī)格的雙大馬士革工藝的流程結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1-5所示，首先，在制備有銅(Cu)金屬層12的介電質(zhì)11的上表面上從下至上順序依次覆蓋有停止層(stop layer) 13、ULK層14、第一氧化物層15、TiN層16、第二氧化物層17和墊氧化物層(Pad 0X) 18，采用光刻、刻蝕工藝依次刻蝕墊氧化物層(Pad 0X) 18、第二氧化物層17和TiN層16，并部分去除第一氧化物層15，于剩余的墊氧化物層(Pad 0X) 181、剩余的第二氧化物層171、剩余的TiN層161和剩余的第一氧化物層151中形成溝槽結(jié)構(gòu)19 ;然后，沉積PV層20充滿溝槽結(jié)構(gòu)19并覆蓋剩余的墊氧化物層(Pad 0X) 181的上表面，涂布光刻膠，曝光、顯影后形成具有通孔結(jié)構(gòu)21的光阻22，并以該光阻22為掩膜刻蝕進行通孔刻蝕工藝后，去除光阻22和剩余的PV層；最后，以剩余的墊氧化物層181和剩余的第二氧化物層171為掩膜刻蝕進行溝槽刻蝕工藝，并將通孔的底部打通至銅金屬層12中，進而形成溝槽23。圖6為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計規(guī)格的雙大馬士革工藝的中形成的缺陷的放大結(jié)構(gòu)示意圖；如圖6所示，由于ULK層為含有大量氣孔(porous)的特殊結(jié)構(gòu)，在蝕刻過程中等離子體(plasma)在垂直向下的蝕刻的同時，在側(cè)向上對會對ULK造成較大的損傷，而且隨著蝕刻時間的推進，首先接觸到等離子體的側(cè)面的損傷就越大，即越靠近第一氧化物層的ULK的損失越多。在蝕刻工藝完成后，最后剩余的ULK層142在與最后剩余的第一氧化物層152結(jié)合的地方24會形成一個顯著的缺陷，通常稱之為“KINK”，一般達到KINK的值能達到5nm，造成該缺陷會嚴重降低后續(xù)埋層(barrier)及Cu的填充效果和研磨結(jié)果，造成產(chǎn)品良率的見底。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明揭示了一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，主要是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，以改善雙大馬士革工藝中的KINK缺陷。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，包括以下步驟
步驟SI :在一制備有底部金屬的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上表面上，從下至上順序依次沉積介電質(zhì)層、氧化物層和金屬層；
步驟S2 :刻蝕所述金屬層至所述氧化物層中，形成溝槽圖形；
步驟S3 :以剩余的金屬層為掩膜，在高壓力高射頻的環(huán)境下，采用CO/N2混合氣體為主刻蝕氣體刻蝕剩余的氧化物層至所述介電質(zhì)層中，形成溝槽結(jié)構(gòu)；其中，該所述溝槽結(jié)構(gòu)位于剩余的介電質(zhì)層中的底部和側(cè)邊上形成有C-N保護層；
步驟S4 :繼續(xù)刻蝕保護層和剩余的介電質(zhì)層至所述底部金屬中。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括底部介質(zhì)層和停止層，所述底部金屬貫穿所述底部介質(zhì)層，所述停止層覆蓋所述底部金屬和所述底部介質(zhì)層的上表面，所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層覆蓋所述停止層的上表面。 上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述金屬層的材質(zhì)為TiN。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，氧化物層的材質(zhì)為SiON。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述步驟S3和所述步驟S4中的刻蝕工藝時間比為I :2。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述步驟S3中的刻蝕工藝條件為壓力300mT，射頻功率為500W, CO =N2為200 :150。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述步驟S3中的刻蝕時間為IOs0上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述介電質(zhì)層的介電常數(shù)為
2.3_2· 6 ο上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述步驟S4的刻蝕條件為常規(guī)的溝槽刻蝕工藝條件。上述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其中，所述底層金屬的材質(zhì)為銅。綜上所述，本發(fā)明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,N2在已經(jīng)開出的溝槽的側(cè)壁上形成C-N保護層，該保護層在后續(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。


圖1-5為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計規(guī)格的雙大馬士革工藝的流程結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)的半導(dǎo)體后段制程一倍設(shè)計規(guī)格的雙大馬士革工藝的中形成的缺陷的放大結(jié)構(gòu)示意 圖7-10為本發(fā)明一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法的流程結(jié)構(gòu)示意 圖11為本發(fā)明一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法中形成的缺陷的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明
圖7-10為本發(fā)明一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法的流程結(jié)構(gòu)示意 如圖7-10所示，本發(fā)明一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法
首先，在制備有底部銅金屬32的底部介質(zhì)層31的上表面從下至上順序依次沉積材質(zhì)為NDC等的停止層33、介電常數(shù)為2. 3-2. 6的介電質(zhì)層34、材質(zhì)為碳硅氧氫化物(SiCOH)的氧化物層35和材質(zhì)為TiN的金屬層36，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。其次，采用光刻、刻蝕工藝，刻蝕金屬層36至氧化物層35中，形成如圖8所示的貫穿剩余金屬層361至剩余氧化物層351中的溝槽圖形37。之后，進行第一步刻蝕工藝，以剩余金屬層361為掩膜，在壓力為300mT、射頻功率為500W環(huán)境條件下，采用200 :150的CO =N2為主包含F(xiàn)等氣體的混合氣體，對剩余氧化物層351和介電質(zhì)層34進行IOs的刻蝕工藝，形成如圖9所示的溝槽結(jié)構(gòu)38 ;由于，在刻蝕工藝中，CO吸收主反應(yīng)氣體F的同時,N2與介電質(zhì)層中的C進行反應(yīng)，于溝槽結(jié)構(gòu)的底部和側(cè)壁上生成C-N保護層39 ;其中，溝槽結(jié)構(gòu)38貫穿剩余金屬層361和再次刻蝕剩余氧化物層352至剩余介電質(zhì)層341。最后，進行第二步刻蝕工藝，采用常規(guī)的溝槽刻蝕工藝條件，進行20s的刻蝕工藝，以刻蝕剩余的介電質(zhì)層341和停止層33至底部金屬32中，形成如圖10所示的溝槽40 ；其中，溝槽40貫穿剩余金屬層361、再次刻蝕剩余氧化物層352、再次刻蝕剩余介電質(zhì)層342和剩余停止層331至剩余底部金屬321中。圖11為本發(fā)明一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法中形成的缺陷的放大結(jié)構(gòu)示意圖；如圖11所示，由于在進行第一步刻蝕工藝時形成的C-N保護層39，該保護層39在第二步刻蝕工藝時會保護側(cè)壁不被較多刻蝕，使得溝槽刻蝕工藝后形成的KINK缺陷41的值為2. 5nm左右，即有效的改善了刻蝕工藝中的KINK缺陷。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例提出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，N2在已經(jīng)開出的溝槽的側(cè)壁上形成C-N保護層,該保護層在后續(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。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟SI :在一制備有底部金屬的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上表面上，從下至上順序依次沉積介電質(zhì)層、氧化物層和金屬層； 步驟S2 :刻蝕所述金屬層至所述氧化物層中，形成溝槽圖形； 步驟S3 :以剩余的金屬層為掩膜，在高壓力高射頻的環(huán)境下，采用CO/N2混合氣體為主刻蝕氣體刻蝕剩余的氧化物層至所述介電質(zhì)層中，形成溝槽結(jié)構(gòu)；其中，該所述溝槽結(jié)構(gòu)位于剩余的介電質(zhì)層中的底部和側(cè)邊上形成有C-N保護層； 步驟S4 :繼續(xù)刻蝕保護層和剩余的介電質(zhì)層至所述底部金屬中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括底部介質(zhì)層和停止層，所述底部金屬貫穿所述底部介質(zhì)層，所述停止層覆蓋所述底部金屬和所述底部介質(zhì)層的上表面，所述超低介電常數(shù)介電質(zhì)層覆蓋所述停止層的上表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述金屬層的材質(zhì)為TiN。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，氧化物層的材質(zhì)為SiON。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述步驟S3和所述步驟S4中的刻蝕工藝時間比為I :2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述步驟S3中的刻蝕工藝條件為壓力300mT，射頻功率為500W，CO =N2為200 :150。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述步驟S3中的刻蝕時間為10s。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述介電質(zhì)層的介電常數(shù)為2. 3-2.6。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述步驟S4的刻蝕條件為常規(guī)的溝槽刻蝕工藝條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法，其特征在于，所述底層金屬的材質(zhì)為銅。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種改善雙大馬士革工藝中缺陷的方法。本發(fā)明提出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，N2在已經(jīng)開出的溝槽的側(cè)壁上形成C-N保護層，該保護層在后續(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。
文檔編號H01L21/768GK102881583SQ20121034366
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者黃君, 張瑜, 蓋晨光 申請人:上海華力微電子有限公司