一種改善低介電常數介質層中通孔形貌的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于半導體集成電路制造工藝技術領域，設及一種改善低介電常數介質層 中通孔形貌的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著集成電路技術的不斷發展，在進入深亞微米特征尺寸后，由半導體器件后道 互連帶來的RC延遲已成為影響器件性能的重要因素之一，其限制了集成電路頻率性能的 提高。為突破運一限制，不斷有新的互連材料被應用到半導體后道工藝中，例如低電阻率的 銅金屬和低介電常數介質的結合就可W有效改善互連線的性能。關于銅互連技術的研究及 開發迄今已有幾十年，為逐步降低電容C，不斷有新的低介電常數介質材料進入應用領域， 由此需要對各種不同的介質材料進行針對性的工藝優化及新工藝開發。
[0003] 在各種介質材料的發展過程中，通過材料結構及成份的調整，使介電常數逐漸降 低。與傳統的氧化娃材料相比，低介電常數材料質地更為疏松，其中還有孔隙，此外通常還 滲入其他雜質元素如碳W進一步降低介電常數。介質材料的上述改變帶來了一定的技術困 難，如相關結構容易塌陷變形、金屬原子在介質中更易擴散等。就工藝實現而言，在后道工 藝中，雙鑲嵌結構是相當成熟的集成方法，其基本結構為溝槽和通孔，通孔起著不同互連層 間的連通作用，其形貌對后續金屬填充工藝及器件的電學性能都有密切的關系。在低介電 常數介質材料投入應用后，由于材料本身的性質使刻蝕過程的通孔形貌控制更為困難，容 易在側壁造成過大的橫向刻蝕，形成凸肚形化owing)的通孔形貌。究其原因，主要是刻蝕 過程中不斷有一些離子側向轟擊已形成的通孔部分，使孔徑不斷增大。
[0004] 常規的介質刻蝕氣體為碳氣類，可W通過調節氣體種類、流量，W及其他相關工 藝參數，W控制反應副產物（聚合物）的產生量，從而影響所形成通孔的形貌。專利號為 7838432的美國專利提出了一種采用負偏置電壓、高副產物的刻蝕形貌控制手段，但該方法 主要通過工藝條件的調整實現期望的工藝結果，工藝開發過程比較復雜困難，且并不特別 針對低介電常數材料而開發。因此，本領域技術人員亟需提供一種改善低介電常數介質層 中通孔形貌的方法，簡化工藝流程，降低生產成本。

【發明內容】

[0005] 針對W上問題，為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種改善低介電 常數介質層中通孔形貌的方法，可對部分通孔刻蝕后的表面進行改性處理，增強其抗蝕性 能，W實現對通孔整體形貌的改善，簡化工藝流程，降低生產成本。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種改善低介電常數介質層中通孔形貌的 方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟S01，提供一半導體基底，并在其表面依次形成刻蝕停止層、復合介質層W及 抗反射介質層；
[0008] 步驟S02,在所述抗反射介質層的表面形成復合光刻層；
[0009] 步驟S03,對所述抗反射介質層W及復合介質層進行部分通孔的刻蝕；
[0010] 步驟S04,對形成的部分通孔的內壁進行表面等離子處理，W使所述部分通孔的內 壁表面形成預設厚度的第一氧化層；
[0011] 步驟S05,繼續后續通孔的刻蝕，W形成整體通孔結構。
[0012] 優選的，所述步驟SOl中，采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成所述刻蝕停 止層、復合介質層W及抗反射介質層。
[0013] 優選的，所述步驟SOl中，所述刻蝕停止層的材料為氮化娃、碳化娃或碳氮化娃中 的一種或其組合；所述復合介質層從下往上依次包括第二氧化層、第一低介電常數介質層 W及第二低介電常數介質層；所述抗反射介質層的材料為氮氧化娃。
[0014] 優選的，所述步驟S03中，所述部分通孔的刻蝕停止于所述第一低介電常數介質 層中，所述部分通孔在第一低介電常數介質層中的刻蝕深度為800~1 oooA，所述第一低 介電常數介質層的材質為黑鉆石BD II，第二低介電常數介質層的材質為黑鉆石BDI。
[0015] 優選的，所述步驟S02中，形成復合光刻層的步驟包括：
[0016] 在所述抗反射介質層表面形成碳旋涂材料層；
[0017] 在所述碳旋涂材料層表面形成含娃抗反射層；
[0018] 在所述含娃抗反射層表面涂布光刻膠層；
[0019] 圖案化所述光刻膠層，W使所述光刻膠層上形成通孔圖形。
[0020] 優選的，所述步驟S03中，所述含娃抗反射層的刻蝕氣體為CFa W及CHF 3的組合， 所述碳旋涂材料層的刻蝕氣體為C0、C〇2或其組合，所述抗反射介質層的刻蝕氣體為CF4 W及CHF3的組合，所述第一低介電常數介質層W及第二低介電常數介質層的刻蝕氣體為 及Ar的組合。
[0021] 優選的，所述步驟S04中，對所述部分通孔的內壁進行表面等離子處理的氣體為〇2 W及Ar的組合或HzW及N 2的組合。
[0022] 優選的，對所述部分通孔的內壁進行表面等離子處理的工藝參數為：〇2的流量為 100~ISOsccm, Ar的流量為50~70sccm，等離子處理的腔室壓強為50~TOmtorr, 60MHz 源功率范圍為800~900W，2MHz偏置功率范圍為200~300W，等離子處理時間為50~80 秒。
[0023] 優選的，對所述部分通孔的內壁進行表面等離子處理的工藝參數為：?的流量為 120~ISOsccm,成的流量為40~60sccm，等離子處理的腔室壓強30~SOmtorr, 60MHz源 功率范圍為700~900W，2MHz偏置功率范圍為200~300W，等離子處理時間為60~120 秒。
[0024] 優選的，所述步驟S05中，所述后續通孔的刻蝕氣體為CaFs、NzW及Ar的組合。
[00巧]本發明提供了一種改善低介電常數介質層中通孔形貌的方法，在部分通孔結構形 成后，對其內壁表面進行等離子處理，使其表面改性形成預設厚度的第一氧化層，從而提高 抗刻蝕性能，并維持已形成的通孔形貌，有助于改善通孔的整體形貌；本發明制造工藝簡 單，降低了生產成本，且制備方法與傳統的CMOS工藝完全兼容。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的 附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領 域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運些附圖獲得其他的附 圖。
[0027] 圖1為本發明提出的改善低介電常數介質層中通孔形貌方法的流程示意圖；
[0028] 圖2a-2e為本發明提出的形成低介電常數介質層中各工藝步驟通孔的剖面結構 示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施 方式作進一步地詳細描述。本領域技術人員可由本說明書所掲露的內容輕易地了解本發明 的其他優點與功效。本發明還可W通過另外不同的【具體實施方式】加W實施或應用，本說明 書中的各項細節也可W基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或 改變。
[0030] 上述及其它技術特征和有益效果，將結合實施例及附圖對本發明提出的改善低介 電常數介質層中通孔形貌的方法進行詳細說明。圖1為本發明提出的改善低介電常數介質 層中通孔形貌方法的流程示意圖；圖2a-2e為本發明提出的形成低介電常數介質層中各工 藝步驟通孔的剖面結構示意圖。 陽〇31] 實施例一
[0032] 請參閱圖1，本發明提供了一種改善低介電常數介質層中通孔形貌的方法，包括W 下步驟：
[0033] 步驟S01，提供一半導體基底100,并在其表面依次形成刻蝕停止層200、復合介質 層300 W及抗反射介質層400。
[0034] 請參照圖2a，具體的，本步驟中，可采用等離子體增強化學氣相沉積工藝形成刻蝕 停止層200、復合介質層300 W及抗反射介質層400。其中，刻蝕停止層200的材料為氮化 娃、碳化娃或碳氮化娃中的一種或其組合；復合介質層300從下往上依次包括第二氧化層 330、第一低介電常數介質層310 W及第二低介電常數介質層320 ;抗反射介質層400的材 料優選為氮氧化娃。
[0035] 本實施例刻蝕停止層200優選為碳氮化娃（NDC)單層薄膜，采用等離子體增強 化學氣相沉積（PECVD)工藝形成，厚度為200~300A，優選為250A。復合介質層300為氧 化層、各種低介電常數介質層等材料組合而成，在本實施例中，自下而上依次為第二氧化 層330(TEOS)，厚度為！〇0~250A，優選為！50A，用于防止刻蝕停止層200中氮元素向第 一低介電常數介質層310的擴散；其后為第一低介電常數介質層310的材質優選為黑鉆石 抓II化~2. 55)，厚度為1食觸~1孤Qi,優選為1 750A;第二低介電常數介質層320的材質 優選為黑鉆石抓I化~2. 7)，厚度為100~2日0度，優選為巧OA。抗反射介質層400優選為 氮氧化娃（SiON)薄膜，厚度為150~巧OA,優選為200/Y。
[0036] 本步驟中的半導體基底100上已完成前道工藝，即在半導體襯底上定義器件有源 區并形成隔離結構，而后形成柵極結構及源、漏區。此外，半導體基底上已形成接觸孔及第 一金屬層，或已形成N層互聯結構，本道則為第N+1層互聯介質層。
[0037] 步驟S02,在抗反射介質層400的表面形成復合光刻層500。
[0038] 請參照圖化，本步驟中，形成復合光刻層500的步驟包括：首先在抗反射介質層 400表面形成碳旋涂材料層530 ;接著在碳旋涂材料層530表面形成含娃抗反射層510 ;然 后在含娃抗反射層510表面涂布光刻膠層520 ;最后圖案化光刻膠層520, W使光刻膠層 520上形成通孔圖形。
[0039] 基于集成工藝的不同選擇，在抗反射介質層400上方可包含經圖形化的金屬硬 掩模層化ard mask),如TiN等材料，因與本發明相關性不大，圖中未予標示。根據光刻 線寬的不同，復合光刻層500可W為二層結構（底部抗反射層BARC+光刻膠）或S層結 構。本實施例的光刻相關層采用S層結構，即先旋涂一層2000A的碳旋涂材料層（spin-on carbon) 530,然后沉積380A的含娃抗反射層（Si-ARC) 510,再涂敷iOOOA的ArF光刻膠 520并作圖形化。該復合光刻層500利用碳旋涂材料層530擴大了在刻蝕過程中對線寬的 可調工藝窗口。本實施例中，通孔圖形的光刻線寬為45~55皿，選優為50皿。
[0040] 步驟S03,對抗反射介質層400 W及復合介質層500進行部分通孔的刻蝕。
[0041] 請參照圖2c，本步驟中，W所述具有通孔圖形的光刻膠層520為掩模，刻蝕其下各 層結構。部分通孔的刻蝕停止于第一低介電常數介質層310中，部分通孔在第一低介電常 數介質層310中的刻蝕深度為800~i OOOA (自上而下測量）。
[0042] 其中