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)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法。
技術(shù)背景半導(dǎo)體技術(shù)向小線寬技術(shù)節(jié)點邁進的同時，IC業(yè)界選用銅和低介電常數(shù) (Low K)材料作為減小O丄kim及其以下技術(shù)節(jié)點的互連電阻電容(RC)延 遲的關(guān)鍵解決方法，由于銅具有易擴散、難刻蝕等特點，引入了鑲嵌工藝 (Damascene)。專利申請?zhí)枮?2128694.9的中國專利公開了 一種鑲嵌工藝， 其制造方法為首先在形成有金屬導(dǎo)線層的半導(dǎo)體基底上沉積第一覆蓋層，所 述第一覆蓋層可以是碳化硅，氮化硅中的一種，該第一覆蓋層作為基底中金 屬導(dǎo)電層的阻擋保護層，也作為后續(xù)步驟中形成連接孔的刻蝕停止層；在所 述第一覆蓋層上形成金屬間介質(zhì)層，在所述金屬間介質(zhì)層上依次形成第二覆 蓋層和掩膜層，通過一系列的光刻刻蝕工藝在所述金屬間介質(zhì)層上形成溝槽 和連接孔。通過刻蝕將所述連接孔底部的刻蝕停止層材料去除至露出所述金 屬導(dǎo)線層?，F(xiàn)有鑲嵌工藝一般用氟硅玻璃、黑鉆石(black diamond)等低介電常數(shù) 的作為金屬間介質(zhì)層材料，摻氮的碳化硅(Nitrogen doped SIC，NDC)作為刻 蝕停止層材料。所述形成刻蝕停止層工藝如圖l所示將半導(dǎo)體基底送入工 藝腔，室打開氣閥，通入氨氣(S100);然后打開射頻源,并繼續(xù)通入氨氣， 通過氨氣對所述基底表面進行處理(S110);接著，減小氨氣流量，調(diào)節(jié)射 頻源功率為800W + Z-100W;再接著，保持腔室溫度及射頻源功率不變，向腔 室通入氦氣對所述基底表面進行預(yù)處理(S120)，通過氦氣預(yù)處理可以增加 形成的刻蝕停止層與下層介質(zhì)層的粘附性，減少剝離缺陷；然后，向反應(yīng)腔 室中通入TMS和氨氣，同時繼續(xù)通入輔助氣體氦氣，保持腔室溫度和高射頻 源功率基本不變，所述TMS和氨氣反應(yīng)生成碳化硅(S130),部分氮氣被束 縛在所述碳化硅膜層中形成含氮的碳化硅，氮氣有助于抑止所述氮化硅膜層 中載流子遷移率，增加介電常數(shù)，減小漏電流；完成沉積后，停止向工藝腔 供應(yīng)TMS和氨氣，通過泵浦裝置將反應(yīng)的副產(chǎn)物抽走(S140)。上述鑲嵌工藝的刻蝕停止層的沉積過程存在以下缺陷由于氨氣預(yù)處理過程會使下層金屬導(dǎo)線例如銅表面的氧化銅被去除，使銅表面露出，在進行 氦氣預(yù)處理時，在高能射頻能量作用下，氦氣等離子體直接作用在銅表面并 在下層金屬導(dǎo)線中形成耦合電流，由于等離子體轟擊的能量高密度大，因而 形成的耦合電流較大，該耦合電流沿著所述金屬導(dǎo)線向下直接流向器件層并 施加在柵極之上，造成柵極擊穿，從而引起器件電性失敗。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)制造方法中刻蝕停止層沉積時在下層金屬導(dǎo)線中形成耦合電流的問題。為達到上述目的，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)體基底中形成有導(dǎo)電層；將所述半導(dǎo)體基底表面 曝露于惰性氣體氣體等離子體環(huán)境中；將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于氨氣等 離子環(huán)境中；在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上形 成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層中形成連接孔和/或溝槽。所述惰性氣體可以是氦氣、氬氣中的一種。 所述惰性氣體的流量為100至1100sccm。 所述惰性氣體等離子體射頻源的功率為700至1200瓦。 所述半導(dǎo)體基底表面曝露于惰性氣體等離子體環(huán)境中的時間為5至15秒。所述氨氣等離子體射頻源功率為300至1000瓦。 所述氨氣的流量為800至1200sccm。所述半導(dǎo)體基底表面曝露于氨氣等離子體環(huán)境中的時間為10至30秒。 所述惰性氣體等離子體和氨氣等離子體環(huán)境的壓力為3至6托。 所述第一介質(zhì)層可以是氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳硅氧化合物、摻氮碳化硅中的一種或其組合。所述第二介質(zhì)層為黑鉆;5、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。該方法進一步包括在所述連接孔和/或溝槽中沉積金屬層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 本發(fā)明中首先用惰性氣體等離子體對基底表面進行預(yù)處理，然后用氨氣 等離子體進行表面預(yù)處理，接著沉積刻蝕停止層于所述基底之上，沉積的刻 蝕停止層與基底具有很好的粘附性，形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)具有很好的物理穩(wěn)定性和電性穩(wěn)定性；由于惰性氣體等離子體表面處理不會破壞或去除銅導(dǎo)電層表面的氧化 銅，在惰性氣體等離子體表面處理過程中高能的等離子也不會在銅導(dǎo)電層中 有耦合電流產(chǎn)生，避免了生成耦合電流對基底中的器件層的擊穿等破壞現(xiàn)象。


圖1為現(xiàn)有一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的刻蝕停止層制造方法的流程圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法流程圖； 圖3至圖15為根據(jù)本發(fā)明實施例的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法剖面示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的.特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。氣體等離子表面預(yù)處理，接著進行氨氣等離子體預(yù)處理，然后在所述半導(dǎo)體 基底表面沉積第一介質(zhì)層，即刻蝕停止層，通過惰性氣體等離子體預(yù)處理的 基底與所述刻蝕停止層具有很好的粘附性；接著在所述第一介質(zhì)層上沉積第 二介質(zhì)層，并在所述第二介質(zhì)層中形成連接孔和/或溝槽。本發(fā)明方法在用氨 氣表面預(yù)處理之前對所述基底表面用惰性氣體等離子體進行預(yù)處理，然后再 形成刻蝕停止層，惰性氣體^離子體不會破壞金屬導(dǎo)線表面的氧化銅，因而 不會在所述金屬導(dǎo)線中產(chǎn)成耦合電流。圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的制造方法流程圖。如圖2所示，首先提供一半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底上形成有導(dǎo)電 層(S200)。所述導(dǎo)電層可以是金屬連線也可以是連接插塞，導(dǎo)電層可以是鋁、 銅、鴒、鈦、金、銀、鉭等金屬材料，也可以是多晶硅，金屬硅化物。將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于惰性氣體等離子體環(huán)境中(S210)。所述惰 性氣體可以是氦氣、氬氣中的一種，氣體的流量為100至1100sccm,等離子 體射頻源的功率為700至1200瓦。所述惰性氣體等離子體環(huán)境的壓力為3至 6托，所述半導(dǎo)體基底表面曝露于惰性氣體等離子體環(huán)境中的時間為5至15
秒。通過惰性氣體等離子對基底表面預(yù)處理可以改善基底表面與后續(xù)工藝沉 積的刻蝕停止層之間的粘附性。將所述經(jīng)過惰性氣體等離子體表面預(yù)處理的半導(dǎo)體基底在氨氣等離子環(huán)境中進行預(yù)處理(S220 )。所述氨氣等離子體射頻源功率為300至1000瓦， 氨氣的流量為800至1200sccm。所述半導(dǎo)體基底表面曝露于氨氣等離子體環(huán) 境中的時間為10至30s，所述氨氣等離子體環(huán)境的壓力為3至6托。通過氨 氣表面處理，去除基底中銅金屬導(dǎo)線表面的氧化銅。在所述半導(dǎo)體基底上沉積第一介質(zhì)層(S230 )。所述第一介質(zhì)層可以是氧 化硅、碳化硅、氮化硅、碳硅氧化合物、摻氮碳化硅中的一種或其組合。形 成的方法為物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積。在所述第一介質(zhì)層上沉積第二介質(zhì)層(S240 )。所述第二介質(zhì)層為黑鉆石 (black d i amond )、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。其沉積方式為物理氣相沉積或化學(xué)氣相 沉積。所述第二介質(zhì)層即鑲嵌結(jié)構(gòu)的金屬間介質(zhì)層。通過一 系列的光刻和刻蝕工藝在所述第二介質(zhì)層中形成連接孔和/或溝 槽(S250 )。所述在連接孔和溝槽中填充金屬材料。本發(fā)明方法形成中，首先用惰性氣體等離子體對基底表面進行預(yù)處理， 然后用氨氣等離子體進行表面預(yù)處理，接著沉積刻蝕停止層于所述基底之上， 沉積的刻蝕停止層與基底具有很好的粘附性，在惰性氣體等離子體表面處理 過程中也不會有耦合電流產(chǎn)生，因而不會破還基底中的器件層。圖3至圖15為根據(jù)本發(fā)明實施例的制造方法剖面示意圖。如圖3所示，首先提供--半導(dǎo)體基底200，在所述半導(dǎo)體基底200中形成 有導(dǎo)電層201。所述導(dǎo)電層201可以是金屬連線也可以是連接插塞，用于連接 基底200中的半導(dǎo)體器件。所述導(dǎo)電層201可以是鋁、銅、鎢、鈦、金、銀、 鉭等金屬材料，也可以是多晶硅，金屬硅化物。如圖4所示，將所述半導(dǎo)體基底200表面曝露惰性氣體等離子體203環(huán) 境中。所述惰性氣體可以是氦氣、氬氣中的一種，氣體的流量為100至 1100sccm,射頻源的功率為700至1200瓦，所述第一等離子體環(huán)境的壓力為 3至6托，曝露于惰性氣體離子體203環(huán)境中的時間為5至15秒。等離子體 對所述基底200表面進行轟擊的過程會破壞或重組基底200表面材料的化學(xué)
鍵例如共價鍵或配位鍵，從而減小了基底200表面的膜內(nèi)應(yīng)力，更有助于基底200表面與其它的膜層粘結(jié)。同時用惰性氣體等離子體203進行表面處理 也可以去除基底200表面的污染物及雜質(zhì)顆粒，減小污染物及雜質(zhì)顆粒給膜 層之間粘結(jié)帶來的缺陷。如圖5所示，經(jīng)過惰性氣體等離子體表面處理后，再對所述半導(dǎo)體基底 進行氨等離子體205表面處理。所述氨氣等離子體射頻源功率為300至1000 瓦，氨氣的流量為800至1200sccm，所述氨氣等離子體環(huán)境的壓力為3至6 托。氨氣等離子體處理的時間為10至30秒。通過氨氣表面處理，去除基底 中銅金屬導(dǎo)線表面的氧化銅.所述氨等離子體表面處理和惰性氣體表面處理 可以在同一個反應(yīng)腔室(chamber)中進行。如圖6所示，在所述半導(dǎo)體基底200上形成第一介質(zhì)層202,所述第一介 質(zhì)層為碳化硅、氧化硅、氮化硅、碳氮氧化合物(SiOC)、摻氮碳化硅(NDC) 中的一種或其組合。其形成的方式為物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積，厚度為 300至800埃。該第一介質(zhì)層202即為后續(xù)工藝中形成連接孔的刻蝕終點檢測 層，即刻蝕停止層(Etch stop layer )。以所述#^氮碳化硅(NDC )為例，所 述形成第一介質(zhì)層202可以和前述惰性氣體等離子表面處理、氨氣等離子體 表面處理在同一個腔室中進行。所述半導(dǎo)體基底200完成惰性氣體等離子表 面處理、氨氣等離子體表面處理后，向工藝腔中通入反應(yīng)物質(zhì)例如氨氣和三 曱基甲硅烷基(TMS)，所述所述TMS的流量為300至400sccm，所述氨氣的流 量為600至800sccm,反應(yīng)室溫度可以為300至400。C,本實施例中為350°C, 壓力為3. 7 4乇，射頻源功率為800至1000W,反應(yīng)時間約為10至30秒。所述 第一介質(zhì)層202的沉積過程和前述惰性氣體等離子表面處理、氨氣等離子體 表面處理過程整合在一起較為詳細步驟如下第一步打開腔室，將所述半導(dǎo) 體基底200送入工藝腔，調(diào)節(jié)腔室溫度為350°C,射頻源的功率為700至1200 瓦，環(huán)境的壓力為3至6托，向所述工藝腔中通入氦氣，流量為100至1100sccm， 持續(xù)時間為5至15秒。第二步，停止向工藝腔供給氦氣，并向工藝腔中通入 氨氣(氨氣的流量為800至1200sccm),射頻源功率調(diào)為300至1000瓦，保持 腔室溫度為350°C,環(huán)境的壓力為3至6托，氨氣等離子表面處理的時間為 10秒至30秒；第三步，減小氨氣流量至30至60sccm,設(shè)置射頻源功率為800W + /-100W;第四步，向反應(yīng)腔室中通入TMS和氨氣，TMS的流量為300至 400sccm,氨氣的流量為600至800sccm， j呆持腔室溫度，提高射頻源功率為 800至IOOOW，所述TMS和氨氣反應(yīng)生成碳化硅，部分氮氣被束縛在所述碳化 硅膜層中形成含氮的碳化硅氮氣有助于抑止所述氮化硅膜層中栽流子遷移 率，增加介電常數(shù)，減小漏電流；完成沉積后，停止向工藝腔供應(yīng)TMS和氨 氣，通過泵浦裝置將反應(yīng)的副產(chǎn)物抽走。如圖7所示，在所述第--介質(zhì)層202上形成第二介質(zhì)層204。所述第二介 質(zhì)層2(M為黑鉆石(black (;iamond， BD )、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。其形成的方式為 物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積。本實施例中所述第二介質(zhì)層204為黑鉆石。形成所述第一介質(zhì)層202和第二介質(zhì)層204之后，在所述第二介質(zhì)層204 上需要形成連接孔和溝槽，包括先形成溝槽后形成連接孔(trench first), 先形成連接孔后形成溝槽("a first),同時形成溝槽和連接孔等幾種不同 的制造工藝。本實施例以先形成連接孔后形成溝槽情況為例。如圖8所示，在所述第二介質(zhì)層204上旋涂抗反射層206，在所述抗反射 層上旋涂光刻膠208,通過膝光顯影形成連接孔圖案210。如圖9所示，通過 刻蝕將所述連接孔圖案210轉(zhuǎn)移到所述第二介質(zhì)層204中形成連接孔210a, 刻蝕至露出所述第一介質(zhì)層202表面為止。所述第一介質(zhì)層202作為形成連 接孔210a的刻蝕終點檢測層，能夠保護半導(dǎo)體基底200表面不受損傷。如圖IO所示，通過氧氣等離子(02 plasmar)灰化(ashing)移除所述光 刻膠208和抗反射層206,然后進行濕法清洗。如圖ll所示，在所述連接孔 210a中和第二介質(zhì)層204上形成一犧牲層212。所述犧牲層212可以是 DUO (Deep Ultraviolet Light Absorbing Oxide)或其它抗反射材料。如圖12所示，在所述犧牲層212上旋涂光刻膠214,然后通過軟烤(soft bake )、曝光(exposure )、曝光后烘烤(PEB)、顯影(Develop)、石更烤(hard bake) 等工藝生成溝槽圖案216。,圖13所示，通過刻蝕將所述光刻膠214中的溝 槽圖案216轉(zhuǎn)移到所述第二介質(zhì)層204中形成溝槽216a。如圖14所示，通過灰化及化學(xué)清洗去除所述光刻膠214和犧牲層212。 刻蝕將所述連接孔210a底部的第一介質(zhì)層202移除，露出所述半導(dǎo)體基底200 的表面。移除的方法為干法刻蝕(dry etch)。如圖15所示，在所述連接孔210a和溝槽216a中填充金屬材料，例如銅，
形成連接插塞210b和金屬連線216b。本發(fā)明中首先用惰性氣體等離子體對基底表面進行預(yù)處理，然后用氨氣 等離子體進行表面預(yù)處理，接著沉積刻蝕停止層于所述基底之上，沉積的刻 蝕停止層與基底具有很好的粘附性，在惰性氣體等離子體表面處理過程中也 不會有耦合電流產(chǎn)生，因而不會破還基底中的器件層。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(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和 修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
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)體基底中形成有導(dǎo)電層；將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于惰性氣體氣體等離子體環(huán)境中；將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于氨氣等離子環(huán)境中；在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層中形成連接孔和/或溝槽。
2、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述惰性氣 體可以是氦氣、氬氣中的一種。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述惰 性氣體的流量為100至1100sccm。
4、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述惰性氣 體等離子體射頻源的功率為700至1200瓦。
5、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述半導(dǎo)體 基底表面曝露于惰性氣體等離子體環(huán)境中的時間為5至15秒。
6、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述氨氣等 離子體射頻源功率為300至1000瓦。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述氨 氣的流量為800至1200sccm。
8、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述半導(dǎo)體 基底表面曝露于氨氣等離子體環(huán)境中的時間為10至30秒。
9、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述惰性氣 體等離子體和氨氣等離子體環(huán)境的壓力為3至6托。
10、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述第一 介質(zhì)層可以是氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳硅氧化合物、摻氮碳化硅中的一 種或其組合。
11、 如權(quán)利要求1所述的鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述第二 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。
12、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，該方法進一 步包括在所述連接孔和/或溝槽中沉積金屬層。
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)體基底中形成有導(dǎo)電層；將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于惰性氣體氣體等離子體環(huán)境中；將所述半導(dǎo)體基底表面曝露于氨氣等離子環(huán)境中；在所述半導(dǎo)體基底上形成第一介質(zhì)層；在所述半導(dǎo)體基底上形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層中形成連接孔和/或溝槽；本發(fā)明鑲嵌結(jié)構(gòu)制造方法中刻蝕停止層沉積時不會在下層金屬導(dǎo)線中形成耦合電流。
文檔編號H01L21/768GK101154620SQ200610116848
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者楊小明, 汪釘崇, 藍受龍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司