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1、(10)申请公布号 CN 104112700 A (43)申请公布日 2014.10.22 CN 104112700 A (21)申请号 201310138681.3 (22)申请日 2013.04.18 H01L 21/768(2006.01) (71)申请人 中芯国际集成电路制造 （上海） 有限 公司 地址 201203 上海市浦东新区张江路 18 号 (72)发明人 周鸣 (74)专利代理机构 上海光华专利事务所 31219 代理人 余明伟 (54) 发明名称 一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方 法 (57) 摘要 本发明提供一种改善金属互连工艺中线路断 裂缺陷的方法， 包括步骤 ：。
2、 1） 于 NDC 层表面形成 低 k 介质层及八甲基环四硅氧烷层 ； 2） 对八甲基 环四硅氧烷层进行 N 等离子体处理， 于其表面形 成氮化硅层 ； 3） 于氮化硅层表面形成硬掩膜层及 金属层 ； 4） 去除部分的金属层及硬掩膜层形成刻 蚀窗口 ； 5） 于金属层表面及刻蚀窗口中涂覆光刻 胶， 去除刻蚀窗口内的光刻胶 ； 6） 去除刻蚀窗口 内的氮化硅层 ； 7） 刻蚀刻蚀窗口内的八甲基环四 硅氧烷层、 低 k 介质层及 NDC 层形成大马士革结 构。本发明通过对八甲基环四硅氧烷层进行处理 于表面形成氮化硅层， 避免后续工艺中光刻胶与 其反应而导致刻蚀停止的问题， 从而改善线路断 裂的缺陷。
3、。本发明步骤简单， 适用于工业生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104112700 A CN 104112700 A 1/1 页 2 1. 一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于， 至少包括以下步骤 ： 1） 于 NDC 层表面依次形成低 k 介质层及八甲基环四硅氧烷层 ； 2） 对所述八甲基环四硅氧烷层进行 N 等离子体处理， 于其表面形成氮化硅层 ； 3） 于所述氮化硅层表面依次形成硬掩膜层及金属层 ； 。
4、4） 采用光刻工艺去除部分的金属层及硬掩膜层形成刻蚀窗口， 露出所述氮化硅层 ； 5） 于所述金属层表面及所述刻蚀窗口中涂覆光刻胶， 曝光并去除所述刻蚀窗口内的光 刻胶 ； 6） 去除所述刻蚀窗口内的氮化硅层 ； 7） 刻蚀所述刻蚀窗口内的八甲基环四硅氧烷层、 低 k 介质层及 NDC 层形成大马士革结 构。 2. 根据权利要求 1 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 步 骤 2） 中， 产生 N 等离子体所采用的气体为 NH3、 N2及 N2O 的一种或一种以上， 气体流量为 100 2000sccm。 3.根据权利要求2所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法，。
5、 其特征在于 ： N等 离子体处理所采用的气压为 0.1 7torr， 功率为 200 2000W。 4. 根据权利要求 1 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 步 骤 2） 在 N 等离子体处理后还包括 Ar 等离子体处理的步骤。 5. 根据权利要求 4 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： Ar 等离子体处理的气压为 0.1 7torr， 功率为 200 2000W， 气体流量为 100 2000sccm。 6. 根据权利要求 1 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 步 骤 6） 中， 采用 CF4等离子体对所述氮。
6、化硅层进行刻蚀以将其去除。 7. 根据权利要求 6 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 刻 蚀的气压为 1 10mtorr， 功率为 200 2000W， CF4气体流量为 100 2000sccm。 8. 根据权利要求 1 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 所 述低 k 介质层为多孔低 k 介质层。 9. 根据权利要求 1 所述的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 其特征在于 ： 所 述硬掩膜层为正硅酸乙酯层。 权 利 要 求 书 CN 104112700 A 2 1/5 页 3 一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法 技术领域 0。
7、001 本发明涉及一种半导体金属互连工艺， 特别是涉及一种改善金属互连工艺中线路 断裂缺陷的方法。 背景技术 0002 随着半导体芯片的集成度不断提高， 晶体管的特征尺寸在不断缩小。 0003 当晶体管的特征尺寸进入到 130 纳米技术节点之后， 由于铝的高电阻特性， 铜互 连逐渐替代铝互连成为金属互连的主流， 现在广泛采用的铜导线的制作方法是大马士革工 艺的镶嵌技术， 从而实现铜导线和通孔铜的成形。 0004 然而， 事实证明， 在制作铜线互连的过程中， 通常会出现铜线断裂等缺陷， 究其原 因， 是由于制作铜线互连时， 需要进行多次刻蚀， 而这些刻蚀的窗口是非常窄的， 难以保证 刻蚀进程的完。
8、整性。 0005 现有的一种铜线互连的工艺包括步骤 ： 0006 步骤一， 于氮掺杂的碳化硅NDC层表面依次制作多孔的低k介质薄膜、 八甲基环四 硅氧烷层、 硬掩膜层、 及金属层 ； 0007 步骤二， 于所述金属层表面形成光刻图形， 并对所述金属层及所述硬掩膜层进行 刻蚀形成刻蚀窗口， 此步骤必须保留一定厚度的硬掩膜层， 一般至少为 5nm 的厚度 ； 0008 步骤三， 于所述金属层表面及所述刻蚀窗口内涂覆光刻胶， 这种光刻胶一般含有 NH3成分， 然后曝光去除所述刻蚀窗口中的光刻胶 ； 0009 步骤四， 于所述刻蚀窗口内的硬掩膜层、 低k介质薄膜及NDC层中刻蚀出大马士革 结构。 00。
9、10 在以上的方法中， 由于步骤二的刻蚀深度很难控制， 非常容易直接将所述硬掩膜 层完全刻蚀掉， 露出下方的八甲基环四硅氧烷层， 这种情况下， 在步骤三涂覆光刻胶时， 光 刻胶内的 NH3会与所述八甲基环四硅氧烷层反应形成 Si-NHx 化合物， 使步骤四中正常的刻 蚀程序停止进行， 从而影响后续工艺的进行， 最终导致铜线的断裂。 0011 可见， 提供一种可以改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法实属必要。 发明内容 0012 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种改善金属互连工艺中 线路断裂缺陷的方法， 用于解决现有技术中金属互连工艺中线路容易出现断裂缺陷的问 题。 0013。
10、 为实现上述目的及其他相关目的， 本发明提供一种改善金属互连工艺中线路断裂 缺陷的方法， 至少包括以下步骤 ： 0014 1） 于 NDC 层表面依次形成低 k 介质层及八甲基环四硅氧烷层 ； 0015 2） 对所述八甲基环四硅氧烷层进行 N 等离子体处理， 于其表面形成氮化硅层 ； 0016 3） 于所述氮化硅层表面依次形成硬掩膜层及金属层 ； 说 明 书 CN 104112700 A 3 2/5 页 4 0017 4） 采用光刻工艺去除部分的金属层及硬掩膜层形成刻蚀窗口， 露出所述氮化硅 层 ； 0018 5） 于所述金属层表面及所述刻蚀窗口中涂覆光刻胶， 曝光并去除所述刻蚀窗口内 的光刻。
11、胶 ； 0019 6） 去除所述刻蚀窗口内的氮化硅层 ； 0020 7） 刻蚀所述刻蚀窗口内的八甲基环四硅氧烷层、 低 k 介质层及 NDC 层形成大马士 革结构。 0021 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， 步骤 2） 中， 产生 N 等离子体所采用的气体为 NH3、 N2及 N2O 的一种或一种以上， 气体流量为 100 2000sccm。 0022 进一步地， N 等离子体处理所采用的气压为 0.1 7torr， 功率为 200 2000W。 0023 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， 步骤 2） 在 N 等离子体处理后还包。
12、括 Ar 等离子体处理的步骤。 0024 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， Ar 等离 子体处理的气压为 0.1 7torr， 功率为 200 2000W， 气体流量为 100 2000sccm。 0025 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， 步骤 6） 中， 采用 CF4等离子体对所述氮化硅层进行刻蚀以将其去除。 0026 进一步地， 刻蚀的气压为110mtorr， 功率为2002000W， CF4气体流量为100 2000sccm。 0027 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， 所述低 k 介质层为。
13、多孔低 k 介质层。 0028 作为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法的一种优选方案， 所述硬 掩膜层为正硅酸乙酯层。 0029 如上所述， 本发明提供一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 包括步骤 ： 1） 于 NDC 层表面依次形成低 k 介质层及八甲基环四硅氧烷层 ； 2） 对所述八甲基环四硅氧烷 层进行 N 等离子体处理， 于其表面形成氮化硅层 ； 3） 于所述氮化硅层表面依次形成硬掩膜 层及金属层 ； 4） 采用光刻工艺去除部分的金属层及硬掩膜层形成刻蚀窗口， 露出所述氮化 硅层 ； 5） 于所述金属层表面及所述刻蚀窗口中涂覆光刻胶， 曝光并去除所述刻蚀窗口内的 光刻。
14、胶 ； 6） 去除所述刻蚀窗口内的氮化硅层 ； 7） 刻蚀所述刻蚀窗口内的八甲基环四硅氧烷 层、 低 k 介质层及 NDC 层形成大马士革结构。本发明通过对八甲基环四硅氧烷层进行处理 于表面形成氮化硅层， 避免后续工艺中光刻胶与其反应而导致刻蚀停止的问题， 从而改善 线路断裂的缺陷。本发明步骤简单， 适用于工业生产。 附图说明 0030 图 1 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 1） 所呈现的 结构示意图。 0031 图 2 图 3 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 2） 所 呈现的结构示意图。 0032 图 4 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路。
15、断裂缺陷的方法步骤 3） 所呈现的 说 明 书 CN 104112700 A 4 3/5 页 5 结构示意图。 0033 图 5 图 6 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 4） 所 呈现的结构示意图。 0034 图 7 图 8 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 5） 所 呈现的结构示意图。 0035 图 9 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 6） 所呈现的 结构示意图。 0036 图 10 显示为本发明的改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法步骤 7） 所呈现的 结构示意图。 0037 元件标号说明 0038 101 NDC 层 。
16、0039 102 低 k 介质层 0040 103 八甲基环四硅氧烷层 0041 104 氮化硅层 0042 105 硬掩膜层 0043 106 金属层 0044 107 光刻图形 0045 108 刻蚀窗口 0046 109 光刻胶 0047 110 大马士革结构 具体实施方式 0048 以下通过特定的具体示例说明本发明的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 0049 请参阅图 1 图 10。
17、。需要说明的是， 本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本发明的基本构想， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、 形状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变， 且其 组件布局型态也可能更为复杂。 0050 如图 1 图 10 所示， 本实施例提供一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方 法， 至少包括以下步骤 ： 0051 如图 1 所示， 首先进行步骤 1） ， 于 NDC 层 101 表面依次形成低 k 介质层 102 及八甲 基环四硅氧烷层 103。 0052 作为示例， 所述低 k 介质层 102 为多孔低 k 介质层。 0。
18、053 如图2图3所示， 然后进行步骤2） ， 对所述八甲基环四硅氧烷层103进行N等离 子体处理， 于其表面形成氮化硅层 104。 0054 作为示例， 产生 N 等离子体所采用的气体为 NH3、 N2及 N2O 的一种或一种以上， 气体 流量为 100 2000sccm。 说 明 书 CN 104112700 A 5 4/5 页 6 0055 进一步地， N 等离子体处理所采用的气压为 0.1 7torr， 功率为 200 2000W。 0056 作为示例， 在 N 等离子体处理后还包括 Ar 等离子体处理的步骤。 0057 进一步地， Ar 等离子体处理的气压为 0.1 7torr， 功。
19、率为 200 2000W， 气体流 量为 100 2000sccm。 0058 在一具体的实施过程中， 首先通入流量为1000sccm的NH3气体， 控制气压为2torr 下以 1000W 功率产生 N 等离子体并对所述八甲基环四硅氧烷层 103 进行反应， 于其表面产 生一层氮化硅层 104， 然后通入 1000sccm 的 Ar 气， 控制气压为 2torr 下以 1000W 功率对所 述氮化硅层 104 进行处理。 0059 当然， 在其他的实施过程中， 也可以采用其他含N气体产生N等离子体以对所述八 甲基环四硅氧烷层 103 进行处理形成氮化硅层 104， 并不限于此处所列举的几种。 。
20、0060 如图4所示， 接着进行步骤3） ， 于所述氮化硅层104表面依次形成硬掩膜层105及 金属层 106 ； 0061 作为示例， 所述硬掩膜层 105 为正硅酸乙酯层。 0062 作为示例， 所述金属层 106 为金属铜层， 可以采用电镀、 溅射、 气相外延等方法形 成。 0063 如图5图6所示， 然后进行步骤4） ， 采用光刻工艺去除部分的金属层106及硬掩 膜层 105 形成刻蚀窗口 108， 露出所述氮化硅层 104。 0064 具体地， 先于所述金属层 106 表面制作光刻图形 107， 然后刻蚀以去除部分发的金 属层 106 及硬掩膜层 105 形成刻蚀窗口 108。 00。
21、65 当然， 也可以在刻蚀所述硬掩膜层 105 时保留部分的硬掩膜层 105， 厚度可以为 5nm 左右， 再通过后续的刻蚀过程将该剩余的部分硬掩膜层 105 去除。 0066 如图 7 图 8 所示， 接着进行步骤 5） ， 于所述金属层 106 表面及所述刻蚀窗口 108 中涂覆光刻胶 109， 曝光并去除所述刻蚀窗口 108 内的光刻胶 109。 0067 一般来说， 所述光刻胶 109 内含有 NH3成分， 由于该光刻胶 109 涂覆时， 具有氮化 硅层 104 作为阻挡层， 故光刻胶 109 内的 NH3 并不会与所述八甲基环四硅氧烷层 103 反应 形成Si-NHx化合物， 避免了。
22、该Si-NHx化合物会使后续的刻蚀程序停止进行的缺陷， 从而保 证了后续工艺的正常进行， 改善了后续铜线互连工艺中铜线断裂的问题。 0068 如图 9 所示， 然后进行步骤 6） ， 去除所述刻蚀窗口 108 内的氮化硅层 104。 0069 作为示例， 采用 CF4等离子体对所述氮化硅层 104 进行刻蚀以将其去除。 0070 具体地， 采用 CF4等离子体刻蚀的气压为 1 10mtorr， 功率为 200 2000W， CF4 气体流量为 100 2000sccm。本步骤先将之前形成的氮化硅层 104 去除， 保证后续刻蚀工 艺的正常进行。 0071 如图 10 所示， 最后进行步骤 7）。
23、 ， 刻蚀所述刻蚀窗口 108 内的八甲基环四硅氧烷层 103、 低 k 介质层 102 及 NDC 层 101 形成大马士革结构 110。 0072 综上所述， 本发明提供一种改善金属互连工艺中线路断裂缺陷的方法， 包括步骤 ： 1） 于 NDC 层 101 表面依次形成低 k 介质层 102 及八甲基环四硅氧烷层 103 ； 2） 对所述八甲 基环四硅氧烷层 103 进行 N 等离子体处理， 于其表面形成氮化硅层 104 ； 3） 于所述氮化硅层 104表面依次形成硬掩膜层105及金属层106 ； 4） 采用光刻工艺去除部分的金属层106及硬 掩膜层 105 形成刻蚀窗口 108， 露出所。
24、述氮化硅层 104 ； 5） 于所述金属层 106 表面及所述刻 说 明 书 CN 104112700 A 6 5/5 页 7 蚀窗口 108 中涂覆光刻胶 109， 曝光并去除所述刻蚀窗口 108 内的光刻胶 109 ； 6） 去除所述 刻蚀窗口 108 内的氮化硅层 104 ； 7） 刻蚀所述刻蚀窗口 108 内的八甲基环四硅氧烷层 103、 低 k 介质层 102 及 NDC 层 101 形成大马士革结构 110。本发明通过对八甲基环四硅氧烷层 103进行处理于表面形成氮化硅层104， 避免后续工艺中光刻胶109与其反应而导致刻蚀停 止的问题， 从而改善线路断裂的缺陷。本发明步骤简单， 。
25、适用于工业生产。所以， 本发明有 效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 0073 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰或改变。因 此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变， 仍应由本发明的权利要求所涵盖。 说 明 书 CN 104112700 A 7 1/5 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104112700 A 8 2/5 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104112700 A 9 3/5 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104112700 A 10 4/5 页 11 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104112700 A 11 5/5 页 12 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 104112700 A 12 。