專利名稱：用于導(dǎo)線間電介質(zhì)材料除去的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體器件。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及除去導(dǎo)線間的電介質(zhì)材料。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片處理過程中，有時候期望從金屬線之間除去電介質(zhì)材料。該電介質(zhì) 材料可能是碳摻雜氧化硅，比如有機硅酸鹽玻璃(0SG)、來自Applied Materials的Black Diamond、來自 ASMInternational N. V.的 Aurora 禾口來自 Novellus Systems 的 Coral。碳 的摻雜降低了電容或介電常數(shù)(k)?？梢允褂酶碗娙莸碾娊橘|(zhì)代替除去的碳摻雜氧化硅， 以進一步減少電容。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前述以及相應(yīng)于本發(fā)明的目的，在一個實施方式中，提供一種用于除去 金屬接觸間的碳摻雜氧化硅的方法。通過除去碳摻雜物將該碳摻雜氧化硅層轉(zhuǎn)化為氧化硅 層。相對于該碳摻雜氧化硅和該金屬接觸選擇性地濕法蝕刻轉(zhuǎn)化的氧化硅層，其在金屬接 觸間形成缺口。在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)形式中，提供一種用于除去金屬接觸間的碳摻雜氧化硅的 方法。通過除去碳摻雜物將該碳摻雜氧化硅層轉(zhuǎn)化為氧化硅層。使用包含氟化氫的蝕刻劑， 相對于該碳摻雜氧化硅選擇性地濕法蝕刻轉(zhuǎn)化的氧化硅層，其在金屬接觸間形成縱橫比至 少為1的缺口，其中該金屬接觸遭受該濕法蝕刻。在該濕法蝕刻之后使用該金屬接觸作為 掩模干法蝕刻該碳摻雜氧化硅以在特征中形成缺口。下面在發(fā)明的詳細(xì)說明中，結(jié)合以下各圖，對本發(fā)明的這些和其它特征進行更加 詳細(xì)的描述。


本發(fā)明是以附圖中各圖中的實施例的方式進行描繪的，而不是通過限制的方式， 其中類似的參考標(biāo)號指示類似的元件，其中圖1是本發(fā)明的一個實施方式的高水平流程圖。圖2A-2D是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式處理的堆棧的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖中描繪的一些優(yōu)選實施方式，對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。在下面的描 述中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，顯然，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部仍然可以實施。在其它情況下，沒有對已 知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。為了便于理解，圖1顯示了本發(fā)明的一個實施方式中使用的用于除去金屬接觸 (contact)間的碳摻雜氧化硅的處理的高水平流程圖。通過除去碳摻雜物將碳摻雜氧化硅
4層轉(zhuǎn)化為氧化硅(步驟104)。提供濕法蝕刻以將轉(zhuǎn)化的氧化硅層蝕刻掉，其在各金屬接觸 之間形成缺口(步驟108)?？梢詧?zhí)行可選的附加步驟。一個可選步驟是至少再一次重復(fù)上述步驟(步驟 112)。一個替代的可選步驟是使用該金屬接觸作為掩模進行該碳摻雜氧化硅層的后續(xù) 的干法蝕刻(步驟116)。一個后續(xù)步驟可以是使用具有比該碳摻雜氧化硅更低的電容的電 介質(zhì)材料填充該缺口。實施例為了便于理解本發(fā)明的一個實施例，圖2A-D顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式 處理的堆棧200的一部分的橫截面示意圖。圖2A是具有襯底210的堆棧200的橫截面示意 圖，該襯底可以是晶片或某種其它層，在上面提供碳摻雜氧化硅的層間電介質(zhì)(ILD)220。在 此實施例中，該碳摻雜氧化硅是有機硅酸鹽玻璃。在其它的實施方式中，該碳摻雜氧化硅可
自 Applied Materials fitJ Black Diamond>5ftg ASM International N. V.白勺 Aurora 以及來自Novellus Systems的Coral。碳摻雜降低了氧化硅的電容。附加特征，比如使該 碳摻雜氧化硅成為多孔的，可以用于進一步降低該ILD的電容。金屬接觸230被形成到該 ILD 220中。在此實施方式中，該金屬接觸是銅線。在此實施方式中，該銅線具有粘著或阻 擋層240。例如，在銅線230周圍形成鉭/氮化鉭的阻擋層240。通過除去轉(zhuǎn)化的層中的大多數(shù)碳摻雜物而將該ILD層轉(zhuǎn)化為氧化硅(步驟104)。 盡管大多數(shù)碳摻雜物被從該轉(zhuǎn)化的氧化硅層中除去，但轉(zhuǎn)化的氧化硅層可能有其它摻雜 物。優(yōu)選地，從轉(zhuǎn)化的層中除去幾乎所有的碳摻雜物。更優(yōu)選地，從轉(zhuǎn)化的氧化硅層中除去 幾乎所有的其它摻雜物。在一個實施方式中，使用無氧等離子體轉(zhuǎn)化該碳摻雜氧化硅。在此實施例中，該無 氧等離子體的配方(recipe)將600sCCm H2的氣流從氣體源提供到等離子體處理室中。室 內(nèi)氣壓被保持在120毫托。向上電極提供功率為600瓦的60MHz的射頻(RF)電力，該上電 極被保持在80°C的溫度下。該襯底被支持在下電極上，該下電極被保持在20°C的溫度下。 該過程持續(xù)30秒。因為沒有向該下電極提供有直流偏置或在低頻(比如小于27MHz，更優(yōu) 選地小于2MHz)下的電力，所以此處理過程沒有偏置電力，使其成為零偏置處理。圖2B顯 示了轉(zhuǎn)化的氧化硅層244。在一個實施方式中，使用非蝕刻性無氧等離子體以將該ILD層轉(zhuǎn) 化為氧化硅以形成轉(zhuǎn)化的氧化硅層244。在該優(yōu)選實施方式中，轉(zhuǎn)化的氧化硅層244具有均勻厚度。更優(yōu)選地，轉(zhuǎn)化的氧化 硅層244具有可控的均勻厚度。在本說明書和權(quán)利要求書中，均勻厚度被定義為偏差小于 10%的厚度。在本說明書和權(quán)利要求書中，可控的均勻厚度被定義為可以控制為具有實際 深度的20%的準(zhǔn)確度的均勻厚度。在另一個實施方式中，使用紫外線燈提供紫外線照射以提供可控的均勻的轉(zhuǎn)化的 氧化硅層。在另一個實施方式中，可以使用下游的微波剝離器來提供轉(zhuǎn)化的氧化硅層。該 下游的微波剝離器提供中性基，比如氫基。在另一個實施方式中，使用電感電容等離子體 (ICP)處理提供轉(zhuǎn)化的氧化硅層，該ICP處理使用ICP室。優(yōu)選地，這種轉(zhuǎn)化過程不蝕刻該 ILD層。更優(yōu)選地，這種轉(zhuǎn)化過程使用零偏置，以防止該ILD層的蝕刻。在這些實施例中，銅經(jīng)受該轉(zhuǎn)化過程。應(yīng)當(dāng)注意，在轉(zhuǎn)化的氧化硅層244下的ILD
5220的一部分沒有被轉(zhuǎn)化。使用濕法蝕刻除去該轉(zhuǎn)化的氧化硅層(步驟108)。在本發(fā)明的一個實施方式中， 使用基于氫氟酸的濕法蝕刻(hydrogen fluoridebased wet etch)。用于濕法蝕刻該轉(zhuǎn)化 的層的配方的一個實施例是通過將樣品浸入100 1的DI-HF液體60秒來進行。優(yōu)選地， 該濕法蝕刻相對于該碳摻雜氧化硅選擇性地蝕刻該轉(zhuǎn)化的氧化硅而不破壞該金屬接觸。圖2C顯示了濕法蝕刻之后的堆棧200。在此實施方式中，該轉(zhuǎn)化的氧化硅層已經(jīng) 被除去，而ILD的未被轉(zhuǎn)化的部分沒有被蝕刻。銅接觸230和阻擋層240兩者在濕法蝕刻過 程中都是暴露的。轉(zhuǎn)化的層的除去在金屬接觸(其可以是金屬線)之間形成特征248。在 此實施方式中，這些特征248具有大于1的縱橫比(深度與寬度的比值)，因為特征248的 深度252大于特征248的寬度256。在此實施例中，該特征的深度是可控的而且是均勻的， 因為該轉(zhuǎn)化是可控的而且是均勻的。這是因為該碳摻雜氧化硅層到氧化硅層的轉(zhuǎn)化的可控 而均勻的厚度，允許可控而均勻的ILD層的濕法蝕刻除去，使用濕法蝕刻，該濕法蝕刻不損 害該銅接觸或該阻擋層?？梢蕴峁┛蛇x的后續(xù)步驟以進一步處理該堆棧。在一個實施例中，該轉(zhuǎn)化步驟和 濕法蝕刻步驟被循環(huán)重復(fù)一次或多次以進一步以均勻而可控的方式蝕刻該ALD。在另一個實施方式中，使用該金屬接觸作為掩模，使用等離子體蝕刻處理以進一 步蝕刻該ILD。在等離子體蝕刻的一個實施方式中，在蝕刻處理過程中在該接觸頂上相對 于該特征的底部選擇性地形成沉積層，以選擇性地保護該金屬接觸。在一個實施方式中，在 單一步驟中執(zhí)行沉積和蝕刻。在另一個實施方式中，提供沉積和蝕刻的多次循環(huán)交替步驟。 在一個更具體的實施例中，該沉積步驟有與該蝕刻步驟不同的氣體化學(xué)物質(zhì)，以便在該沉 積步驟和該蝕刻步驟之間調(diào)整氣體。在本發(fā)明的一個實施方式中，當(dāng)由濕法蝕刻形成的該 特征的縱橫比(該特征的深度相對于該特征的寬度的比值)大于1時，在金屬接觸頂上相 對于該特征底部的選擇性沉積更有選擇性的。因此，在此實施方式中，在干法蝕刻之前提供 轉(zhuǎn)化和濕法蝕刻的一個好處是提供縱橫比大于1的特征以允許干法蝕刻更有選擇性。這種選擇性等離子體蝕刻的一個實施例提供4個循環(huán)，其中每個循環(huán)包含3秒的 沉積和7秒的蝕刻。該沉積提供約85毫托的室內(nèi)氣壓。從氣體源向等離子體室提供350sCCm CH3F、175sccm N2和500sccm Ar的氣流。提供300瓦的60MHz的射頻電力。該蝕刻提供約 30毫托的室內(nèi)氣壓。向該室提供130SCCm CF4氣流。提供300瓦的60MHz的射頻電力。在 完成4個循環(huán)之后，提供一連串15個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括2秒CF4和H2處理，然后是3 秒C02處理。該CF4和H2處理提供75毫托的室內(nèi)氣壓。提供1000瓦的27MHz的射頻電力。 向該室提供300sccm Ar、30sccm N2、60sccm CF4和70sccm H2的氣流。該C02處理提供70 毫托的室內(nèi)氣壓。提供300瓦的27MHz的射頻電力。向該室提供300SCCm C02的氣流。圖 2D顯示了該ILD層220被進一步蝕刻后的堆棧。進一步的處理步驟可以用更低電容的電介質(zhì)填充該特征或可使用該特征作為空 氣或真空空隙。本發(fā)明提供由碳摻雜氧化硅的低k電介質(zhì)ILD支撐的金屬接觸，其中更低k 的電介質(zhì)被放在各金屬接觸之間以提供進一步減小的電容。低k電介質(zhì)的一個實施例可具 有比3.0更低的k值。更低k電介質(zhì)的一個實施例可具有比2. 5更低的k值。帶來的結(jié)構(gòu) 對金屬接觸有更少的損害，因為該轉(zhuǎn)化和濕法蝕刻處理降低了對該金屬接觸的損害。不除 去碳，濕法蝕刻該碳摻雜氧化硅是更加困難的。該碳摻雜氧化硅的存在允許剩余的ILD具有低k值。此處理還通過提供自掩模(self mask)減少了底切。在其它的實施方式中，該金屬接觸或阻擋層可包含鈷或鋁。盡管參考一些優(yōu)選實施方式描述了此發(fā)明，然而有變更、置換、修改和各種等同替 換，均落入此發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。因而， 所附權(quán)利要求的范圍意在被解讀為包括所有這些落入本發(fā)明的真實精神和范圍的變更、置 換和各種等同替換。
權(quán)利要求
一種用于除去金屬接觸間的碳摻雜氧化硅的方法，包含(a)通過除去碳摻雜物將該碳摻雜氧化硅層轉(zhuǎn)化為氧化硅層；以及(b)相對于該碳摻雜氧化硅和該金屬接觸選擇性地濕法蝕刻轉(zhuǎn)化的氧化硅層，其在金屬接觸間形成缺口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬接觸遭受濕法蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包含在該濕法蝕刻之后使用該金屬接觸作為掩 模干法蝕刻該碳摻雜氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該濕法蝕刻形成縱橫比至少為1的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該濕法蝕刻使用包含氟化氫的蝕刻劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該轉(zhuǎn)化包含使該碳摻雜氧化硅遭受零偏置處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該零偏置處理是非蝕刻性的并且是紫外線曝光處 理、下游微波剝離處理、等離子體曝光處理或ICP等離子體處理的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該金屬接觸是有阻擋層的含銅接觸，其中該含銅 接觸被暴露于該碳摻雜氧化硅的轉(zhuǎn)化和該濕法蝕刻，且其中轉(zhuǎn)化該碳摻雜氧化硅層是無氧 處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中轉(zhuǎn)化該碳摻雜氧化硅將該碳摻雜氧化硅轉(zhuǎn)化到可 控的深度，從而該碳摻雜氧化硅的一部分沒有被轉(zhuǎn)化并位于該轉(zhuǎn)化的碳摻雜氧化硅下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該金屬接觸形成金屬線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中轉(zhuǎn)化該碳摻雜氧化硅將該碳摻雜氧化硅轉(zhuǎn)化到 可控的深度，從而該碳摻雜氧化硅的一部分沒有被轉(zhuǎn)化并位于該轉(zhuǎn)化的碳摻雜氧化硅下且 其中步驟a和b被循環(huán)重復(fù)多次。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該濕法蝕刻使用包含氟化氫的蝕刻劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該轉(zhuǎn)化包含使該碳摻雜氧化硅遭受零偏置處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該零偏置處理是非蝕刻性的并且是紫外線曝光 處理、下游微波剝離處理、等離子體曝光處理或ICP等離子體處理的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬接觸是有阻擋層的含銅接觸，其中該含銅 接觸被暴露于該碳摻雜氧化硅的轉(zhuǎn)化和該濕法蝕刻，且其中轉(zhuǎn)化該碳摻雜氧化硅層是無氧 處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包含在該濕法蝕刻之后使用該金屬接觸作為掩模干法蝕刻該碳摻雜氧化硅以在特征中形 成該缺口 ；以及將該金屬接觸間的特征形成到空氣或真空間隙中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包含在該濕法蝕刻之后使用該金屬接觸作為掩模干法蝕刻該碳摻雜氧化硅以在特征中形 成該缺口 ；以及用電介質(zhì)材料填充該金屬接觸之間的該特征，其中該電介質(zhì)材料具有比該碳摻雜氧化 硅的k值更低的k值。
18.一種用于除去金屬接觸間的碳摻雜氧化硅的方法，包含(a)通過除去碳摻雜物將該碳摻雜氧化硅層轉(zhuǎn)化為氧化硅層；(b)使用包含氟化氫的蝕刻劑，相對于該碳摻雜氧化硅選擇性地濕法蝕刻轉(zhuǎn)化的氧化 硅層，其在金屬接觸間形成縱橫比至少為1的缺口，其中該金屬接觸遭受該濕法蝕刻；以及(c)在該濕法蝕刻之后使用該金屬接觸作為掩模干法蝕刻該碳摻雜氧化硅以在特征中 形成該缺口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包含用電介質(zhì)材料填充該金屬接觸之間的該 特征，其中該電介質(zhì)材料具有比該碳摻雜氧化硅的k值更低的k值。
全文摘要
一種用于除去金屬接觸間的碳摻雜氧化硅的方法。通過除去碳摻雜物將該碳摻雜氧化硅層轉(zhuǎn)化為氧化硅層。相對于該碳摻雜氧化硅和該金屬接觸選擇性地濕法蝕刻轉(zhuǎn)化的氧化硅層，其在金屬接觸間形成缺口。
文檔編號H01L21/768GK101853807SQ20101015569
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者史蒂芬·M·施瑞德, 真由美·卜洛克, 竹下寬治, 羅伯特·C·赫菲特 申請人:朗姆研究公司