一種第一層金屬溝槽刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種第一層金屬溝槽刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路制程在不斷發(fā)展，器件的特征尺寸也不斷減小，納米級以及次納米級技 術(shù)節(jié)點日益成熟。從45/40nm技術(shù)節(jié)點開始，后段工藝制程中介電材料ILD基本使用孔隙 率較大的低k(Low-k)介電質(zhì)薄膜，其機械性能隨空隙率增大而相應(yīng)地大為減弱。有研究證 明，介電材料的機械性質(zhì)在CMP后缺陷產(chǎn)生過程中扮演重要角色，具體是指：提高介電材料 表面的機械性質(zhì)能顯著較少CMP造成的機械損傷。因此業(yè)界據(jù)此引入新的集成方案：使用 金屬硬掩模層（MHM)作為掩蔽，然后在Low-k的介電材料ILD中進行第一層金屬溝槽干法 刻蝕，第一層金屬填充和CMP，以減小實際k值（krff)與ILD的體材料k值，即剛完成淀積后 的k值之間的差異，以提高集成方案的品質(zhì)因數(shù)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的方法為：在孔隙率較大的低k(Low-k)薄膜上方先淀積一層很薄的介 電保護層（DPL)，其材料可以是SiC或者Si02/Si0N，然后淀積金屬硬掩模層（MHM)，隨后再 進行第一層金屬溝槽干法刻蝕，第一層金屬填充和CMP。有試驗數(shù)據(jù)證明，采用上述集成方 案，其品質(zhì)因數(shù)Ak = kd/k均有減小。
[0004] 如附圖Ia~Ic所示，現(xiàn)有工藝流程在前層接觸孔108的WCMP完成后，第一層金 屬溝槽刻蝕的具體步驟為：
[0005] I. CVD生長由SICN構(gòu)成的第一層金屬的刻蝕停止層（stop layer) 106 ;
[0006] 2. CVD生長Low-k介電質(zhì)層105,在其上方生長由SION構(gòu)成介電保護層104 ;
[0007] 3. PVD淀積TiN為金屬硬掩模層（MHM) 103 ;
[0008] 4. CVD生長由SION構(gòu)成氧化層硬掩膜層102 ;涂BARC 101和光刻膠100并進行金 屬硬掩模層（MHM)干法刻蝕；
[0009] 5.去光刻膠，以金屬硬掩模層（MHM)為掩模層繼續(xù)做第一層金屬溝槽干法刻蝕。
[0010] 其中，前層接觸孔CT的ILD 107介質(zhì)材料為Si02。
[0011] 其中，步驟2中第一層金屬的刻蝕停止層其作用，一方面是防止low-k材質(zhì)被金屬 硬掩模層污染，另一方面也作為金屬硬掩模層的停止層，還能夠增強Low-k介電質(zhì)層的機 械性能。
[0012] 其中，步驟4中涂BARC和光刻膠并顯影形成第一層金屬溝槽圖形后進行的金屬硬 掩模層（MHM)干法刻蝕，反應(yīng)停止在金屬硬掩模層（MHM)下方的SION介電保護層中，按第 一層金屬溝槽圖形刻蝕，完全穿透并打開金屬硬掩模層（MHM)。
[0013] 如附圖2所示，左邊圖例為硅片中間區(qū)域結(jié)構(gòu)，右邊圖例為硅片邊緣區(qū)域結(jié)構(gòu)。以 硅片中間區(qū)域結(jié)構(gòu)為例，現(xiàn)有技術(shù)的第一層金屬溝槽刻蝕工藝一般分為3個步驟，第一步 刻蝕金屬硬掩模層IOlc下邊的介電保護層102c和大部分的Low-k介電質(zhì)層103c，第二步 采用光學終點監(jiān)測方法來刻蝕剩余的Low-k介電質(zhì)層和由SiCN構(gòu)成的刻蝕停止層104c， 第三步是刻蝕Si02構(gòu)成的接觸孔ILD介質(zhì)105c，使接觸孔106c上端W有部分顯露在ILD 外部，以確保第一層金屬填入后能夠與接觸孔有很好的聯(lián)結(jié)，一般接觸孔ILD的刻蝕量為 1 50 ~ 300A。由于現(xiàn)有工藝的第二步刻蝕采用光學終點監(jiān)測的方法，能保證一旦刻完SiCN 便立即停止刻蝕，所以第二步刻蝕的刻蝕均勻性和負載效應(yīng)比較好。而第三步刻蝕通常由 時間控制，其刻蝕效果直接決定了第一層金屬溝槽刻蝕負載效應(yīng)。負載效應(yīng)是等離子體濃 度和刻蝕速率的相關(guān)性。干法刻蝕在硅片中間區(qū)域的刻蝕速率往往大于其在邊緣區(qū)域刻蝕 速率，于是存在負載效應(yīng)，其結(jié)果會導(dǎo)致硅片中間區(qū)域刻蝕掉的ILD比邊緣區(qū)域多，也就是 針對同樣的第一層金屬溝槽結(jié)構(gòu)，在硅片中間區(qū)域刻蝕后留下的溝槽體積將大于其在硅片 邊緣區(qū)域，比較附圖2中的左右圖例，由于存在負載效應(yīng)，左邊圖例中接觸孔106c上端W顯 露在ILD外的高度大于圖中右邊圖例中接觸孔106e上端W的部分。
[0014] 第一層金屬溝槽刻蝕后的負載效應(yīng)（指硅片中間和邊緣的差異）會影響第一層金 屬的填充，也就是影響第一層金屬工藝參數(shù)的均勻度，而第一層金屬的工藝參數(shù)對整個后 段影響較大，所以就需要平衡溝槽負載效應(yīng)和溝槽形貌兩個方面。業(yè)界就是通過調(diào)節(jié)第三 步刻蝕中的干法刻蝕參數(shù)來平衡溝槽形貌和溝槽負載效應(yīng)的，其理想的最優(yōu)方案便是調(diào)整 第三步刻蝕，使其在不影響第一層金屬溝槽形貌或?qū)喜坌蚊灿绊懽钚〉耐瑫r優(yōu)化溝槽 負載效應(yīng)。
[0015] 理想的最優(yōu)方案在實際工藝中卻難以實現(xiàn)。其原因在于，上述針對第三步干法刻 蝕調(diào)節(jié)主要是變動刻蝕程序中的參數(shù)，包括氣壓，DC偏壓，刻蝕氣流等，希望通過單純的改 變以上單個參數(shù)或多個參數(shù)的組合改善等離子在刻蝕腔體內(nèi)的整體均勻性和方向性，達到 均衡硅片中中間區(qū)域和邊緣區(qū)域的刻蝕速率的目的。然而上述參數(shù)同時也是影響溝槽形貌 的主要參數(shù)，例如，氣壓和刻蝕氣體流量的變動會直接影響刻蝕速率；DC偏壓的變化是等 離子平面密度分布的主要原因；氣壓和刻蝕氣體流量和DC偏壓的變化組合更是直接影響 等離子刻蝕轟擊的方向，會改變溝槽側(cè)壁的垂直角度，溝槽開口線寬大小等，繼而改變溝槽 形貌。因此希望通過調(diào)節(jié)第三步刻蝕中的干法刻蝕參數(shù)來平衡溝槽形貌和溝槽負載效應(yīng)， 很難魚和熊掌，兩者兼得，往往是采取各自讓步的折中方案。這對于對技術(shù)要求日益提高的 現(xiàn)代集成電路制程不是最優(yōu)方案。
[0016] 實際操作中，溝槽形貌相對比較容易達到工藝要求，而在不影響溝槽形貌的情況 下，因為機臺的不同特性、設(shè)置等因素，負載效應(yīng)往往較難達到工藝要求。因此需要開發(fā)一 種新的集成方案，在不影響第一層金屬溝槽形貌的同時更好的優(yōu)化負載效應(yīng)，以達到保證 第一層金屬的工藝參數(shù)的一致性，進而優(yōu)化整個器件工藝參數(shù)均一性的最終目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在不影響第一層金屬溝槽形貌的同時更好的優(yōu)化 負載效應(yīng)，以達到保證第一層金屬的工藝參數(shù)的一致性，進而優(yōu)化整個器件工藝參數(shù)均一 性的最終目的。
[0018] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種第一層金屬溝槽刻蝕方法，采用干法刻 蝕和濕法刻蝕結(jié)合的方法完成第一層金屬溝槽刻蝕，達到不影響溝槽形貌的同時優(yōu)化負載 效應(yīng)的結(jié)果。
[0019] 本發(fā)明提出一種第一層金屬溝槽刻蝕方法，硅片前道制程中接觸孔層的ILD介質(zhì) 為Si02,且已完成接觸孔的W CMP，其步驟包括：
[0020] 步驟SOI :淀積第一層金屬溝槽刻蝕停止層；
[0021 ] 步驟S02 :淀積Low-k介電質(zhì)層，淀積金屬硬掩模層刻蝕停止層；
[0022] 步驟S03 :淀積金屬硬掩模層；
[0023] 步驟S04 :光刻第一層金屬溝槽圖形；
[0024] 步驟S05 :干法刻蝕金屬硬掩膜層并去膠；
[0025] 步驟S06 :光刻第一層金屬收縮溝槽圖形；
[0026] 步驟S07 :干法刻蝕Low-k介電質(zhì)層和第一層金屬溝槽刻蝕停止層，并去膠；
[0027] 步驟S08:濕法刻蝕接觸孔ILD，并硅片清洗。
[0028] 可選的，步驟SOl所述第一層金屬溝槽刻蝕停止層為CVD淀積生成的含N的SiC 薄膜SiCN，厚度為I 00 ~ 250Λ;
[0029] 可選的，步驟S02所述Low-k介電質(zhì)層薄膜的厚度為1,5:00 ~ 3000Λ，金屬硬掩模 層刻蝕停止層為SION薄膜層，厚度為I 00 ~ 3(H)A,兩種薄膜均由CVD淀積生成；
[0030] 可選的，步驟S03所述金屬硬掩模層為TiN，由PVD形成，厚度為1:00 ~ 3??)Α;
[0031] 可選的，步驟S04所述光刻第一層金屬溝槽圖形在涂鋪BARC和光刻膠前由CVD淀 積SION作為氧化層硬掩膜層；
[0032] 優(yōu)選的，所述氧化層硬掩膜層SION厚度為〗()()~3()〇Α;
[0033] 可選的，步驟S05所述金屬掩膜層干法刻蝕停止在金屬硬掩模層刻蝕停止層中；
[0034] 可選的，步驟S06所述第一層金屬收縮溝槽圖形與步驟S04所述第一層金屬溝槽 圖形版圖相同，