一种形成双大马士革结构中刻蚀阻挡层的方法 【技术领域】
本发明属于集成电路制造工艺技术领域，具体涉及在双大马士革结构中形成所需要的刻蚀阻挡层的方法。
背景技术
随着集成电路的不断发展，晶体管的最小线宽不断缩小，目前先进的工艺已经达到0.09μm技术就是指线条间最小间距为0.09微米。在线宽不断缩小的同时，为了减小电路的RC延迟时间，采用了铜作为后道的金属连线，并使用介电常数小的材料作为金属线之间的绝缘层。
由于铜的干法刻蚀技术始终不成熟，所以传统上用于形成Al金属布线的刻蚀技术对于铜来说是不适用的。为此一种新的称为大马士革结构的布线方式被开发出来。在刻蚀出来的介质沟槽和通孔中淀积铜后，再通过CMP技术将多余的铜去除，就形成了与Al线一样的金属连线。为了减少RC延迟，还要求包围铜线、铜栓塞的介质材料的介电常数尽可能低，同时又有一定的机械性能，并能够抗刻蚀，抵抗一定的高温等等。
当前形成双大马士革结构主要有三个方案：先刻蚀通孔再刻蚀沟槽、先刻蚀沟槽再刻蚀通孔、自对准双大马士革结构。为了能够很好地刻蚀出孔和槽，在两层lowk(低介电常数)材料之间通常需要加入一个刻蚀阻挡层，以保证能够分别形成孔和槽。形成刻蚀阻挡层的方法通常是专门采用一道CVD工序淀积的。当然也可以不加这层阻挡层，通过有效地控制干法刻蚀，分别形成孔和槽，但是这对于刻蚀的控制来说是非常困难的。传统的刻蚀阻挡层，大致有SiO2、SiN和SiC，其介电常数都很大，而且是通过另外的CVD设备淀积的，既多了一道工序，又提高了后道介质的k值。
【发明内容】
本发明的目的在于提出一种新的形成双大马士革结构中刻蚀阻挡层的方法。在制备通孔一级介质材料的同时完成刻蚀阻挡层的形成。
本发明的特点是：在形成双大马士革结构中刻蚀阻挡层的工艺中，当通孔一级的lowk材料是无机材料时，在CVD淀积通孔一级lowk材料的最后阶段，通入一些与成膜反应气体不同的其它气体，使表面形成与基体材料性质不同的膜，以形成与通孔一级lowk材料相比性质不同的刻蚀阻挡层；而当通孔一级的lowk材料是有机材料时，在旋涂通孔一级的lowk材料结束后，或在烘焙过程中，或在膜完全固化前通过离子注入或等离子体处理等方式使表面变性，形成与基体材料性质不同的膜，从而形成刻蚀阻挡层，且其介电常数随膜质的不同而变化。上述与基体材料性质不同的膜的介电常数k可为4~9。
实现该工艺的主要步骤是：
(1)使用PECVD的方法在硅片表面淀积无机介质材料；
(2)在CVD淀积的结尾阶段，加入含N气体，形成刻蚀阻挡层SiON；
(3)使用spin-on的方法在硅片表面涂敷有机lowk材料，或者使用CVD方法在硅片表面淀积无机lowk材料，作为沟槽一级lowk材料；
(4)在槽一级lowk材料表面涂光刻胶；并完成孔的光刻和刻蚀；
(5)在去胶后，再次涂上光刻胶，完成沟槽的光刻和刻蚀；
(6)淀积铜后，通过CMP将多余的铜去除。
或者
(1)使用Spin-on的方法在硅片表面淀积有机介质材料；
(2)随后在含N的等离子体中进行15-25分钟氮化处理或者N离子注入，形成刻蚀阻挡层SiON；
(3)使用spin-on的方法在硅片表面涂敷有机lowk材料，或者使用CVD方法在硅片表面淀积无机lowk材料，作为沟槽一级lowk材料；
(4)在槽一级lowk材料表面涂光刻胶；并完成孔的光刻和刻蚀；
(5)在去胶后，再次涂上光刻胶，完成沟槽的光刻和刻蚀；
(6)淀积铜后，通过CMP将多余的铜去除。
本发明提出在对通孔一级的(无机)lowk介质进行CVD淀积时，在淀积的结尾阶段，通入另外一些气体，如在SiO为基的lowk材料时，在大部分厚度的lowk材料淀积完成后，加入少许的含N气体，如N
2、NH
3。从而在表面形成与基体材料不同的薄膜SiON，甚至用完全不同气体制备出性质完全不同的膜，也就是原位形成如SiC、SiN等介质。而当使用有机lowk材料时，在旋涂结束后的烘焙过程中，可以通入少量令表面改性的气体，如含N的气体，N
2、NH
3，甚至某些能在烘焙的温度下发生分解的高分子气体；或者通过离子注入的方法或等离子体分解后的气体对(没有完全固化的)lowk材料进行处理，如N注入和含N等离子体处理，使表面发生改性，形成类似SiON这样的材料，从而令表面形成与基体材料不同地薄膜。
在进行沟槽一级lowk材料的淀积时，可以选用与通孔一级lowk材料相同的材料或者其它适合的材料，从而获得足够的刻蚀选择比。这样既可以根据需要通过选择气体和处理的方法，对材料的介电常数进行调节。也可以减少一道工序。
而进行沟槽和通孔的光刻、刻蚀、去胶等工艺与现在所采用的技术没有什么差异。
这样的工艺充分利用了不同材料的不同特性，做到了简化工艺，并且对于刻蚀工艺的控制也很有好处，此外通过调节气体的流量、离子注入的剂量和等离子体处理时相应基团的浓度对lowk材料的k值进行一定范围的调节。
附图说明(下面以先刻蚀通孔，再刻蚀沟槽为例)
图1是硅基片表面淀积孔一级lowk介质材料后的示意图；
图2是经过处理后表面形成刻蚀阻挡层后的示意图；
图3是硅基片表面淀积槽一级lowk介质材料后的示意图；
图4是完成通孔刻蚀后的示意图；
图5是完成沟槽刻蚀后的示意图；
图6是铜淀积完成后，再经过CMP后形成的大马士革结构的横截面示意图。
图中标号：1为包括前道工艺晶体管在内的硅基片；2为孔一级的lowk介质材料，3为经过的表面处理(不同的反应气体、烘焙过程中通入的气体，离子注入或者等离子体处理)，4为形成的刻蚀阻挡层，5为槽一级的lowk介质材料，6为光刻胶，7为铜栓塞，8为铜线。
【具体实施方式】
实施例1，下面以先刻蚀通孔，再刻蚀沟槽为例，在通孔一级lowk材料使用CVD方法淀积
本发明的实施过程为：
1.使用PECVD的方法在硅片表面淀积无机介质材料(比如SiOF)，厚度为600-1000nm左右，见图1；
2.在CVD淀积的结尾阶段，停止通入含F气体，加入10-20％含N气体，形成刻蚀阻挡层SiON，见图2；
3.使用spin-on的方法在硅片表面涂敷有机lowk材料(比如SiLK)，或者使用CVD方法在硅片表面淀积无机lowk材料，，比如SiOF，作为沟槽一级lowk材料，厚度为400-800nm左右，见图3。
4.然后在槽一级lowk材料表面涂光刻胶；并完成孔的光刻和刻蚀，见图4。
5.在去胶后，再次涂上光刻胶，完成沟槽的光刻和刻蚀，见图5。
6.淀积铜后，通过CMP将多余的铜去除，见图6。
实施例2(下面以先刻蚀通孔，再刻蚀沟槽为例，在通孔一级lowk材料使用spin-on方法淀积)
1、使用Spin-on的方法在硅片表面淀积有机介质材料(比如SiLK)600-1000nm左右，见图1；
2、随后在含N的等离子体中进行15-25min氮化处理或者N离子注入，形成刻蚀阻挡层SiON；
3、使用spin-on的方法在硅片表面涂敷有机lowk材料(比如SiLK)，或者使用CVD方法在硅片表面淀积无机lowk材料，比如SiOF，作为沟槽一级lowk材料，厚度为400-800nm左右，见图3；
4、在槽一级lowk材料表面涂光刻胶；并完成孔的光刻和刻蚀，见图4；
5、在去胶后，再次涂上光刻胶，完成沟槽的光刻和刻蚀，见图5；
6、淀积铜后，通过CMP将多余的铜去除，见图6。