金属互连线的制造方法技术

本发明专利技术提供一种金属互连线的制造方法，包括：在半导体衬底上依次形成介质层及硬掩膜层；刻蚀所述硬掩膜层和介质层形成开口；湿法清洗所述开口；执行等离子处理工艺，以平滑所述开口的侧壁；在所述开口内形成金属互连线。本发明专利技术在刻蚀形成开口之后、在开口内形成金属互连线之前，增加等离子处理的步骤，平滑所述开口的侧壁，消除了底切缺陷，可改善后续膜层的填充效果，确保后续形成的金属互连线不会出现金属空洞缺陷。

Method for manufacturing metal interconnection line

The present invention provides a method for manufacturing a metal interconnect, including dielectric layer and hard mask layer are sequentially formed on a semiconductor substrate; etching the hard mask layer and the dielectric layer is formed on the opening; the opening of wet cleaning; implementation of plasma treatment, the side wall opening to the smoothing within the opening; the formation of metal interconnects. Before the invention in etching to form after the opening, the formation of metal interconnects in the opening and increase of plasma processing steps, the side wall of the opening is smooth, eliminate undercut defects, the filling effect can improve the follow-up film, ensure the subsequent formation of metal interconnect metal cavity defect does not appear.

【技术实现步骤摘要】
金属互连线的制造方法
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种金属互连线的制造方法。
技术介绍
半导体器件的制造技术飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构，集成电路中包含巨大数量的半导体元件。随着半导体器件制作技术的进一步发展，半导体器件之间的高性能、高密度连接不仅在单个互连层中进行，而且要在多层之间进行互连。因此，通常提供多层互连结构，其中多个互连层互相堆叠，并且介质层置于其间，用于连接半导体器件。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电流密度不断增大，要求的相应时间不断减小，传统铝互连线已经不能满足要求，因而，铜互连线技术逐渐取代了铝互连线技术。与铝相比，金属铜的电阻率更低，铜互连线可以降低互连线的电阻电容延迟，改善电迁移，提高器件的可靠性。然而，金属铜作为互连线材料也有缺点，随着特征尺寸持续缩小至65nm节点及以下，铜互连中化学机械研磨后的金属空洞（metalvoid）缺陷成为突出的至关重要的问题，金属空洞缺陷的存在将直接影响器件可靠性，降低产品良率。目前，主要采用以下几种方法解决金属空洞缺陷：1）优化扩散阻挡层（barrierlayer）及种子层（seedlayer）的厚度，通过扩散阻挡层和种子层厚度的增加尽可能使其表面平滑，从而消除金属空洞缺陷；2）改善扩散阻挡层及种子层的台阶覆盖效果，例如将原来的一步沉积分成几步进行，通过调整沉积工艺参数来使形成的扩散阻挡层及种子层表面平滑，然而此种方法耗时过长、不利于提高产能；3）改善电镀（ECP，电化学镀膜）的退火温度，尽可能通过晶格的重新排列来消除金属空洞缺陷；4）控制环境中的挥发性有机化合物（volatileorganiccompounds，VOC）浓度，消除开口内的气体，从而提高铜的粘附效果，消除金属空洞缺陷。然而，上述方法都不足以完全避免金属空洞缺陷的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够有效避免金属空洞缺陷的金属互连线的制造方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种金属互连线的制造方法，包括：在半导体衬底上依次形成介质层及硬掩膜层；刻蚀所述硬掩膜层和介质层形成开口；湿法清洗所述开口；执行等离子处理工艺，以平滑所述开口的侧壁；以及在所述开口内形成金属互连线。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，所述等离子处理工艺采用氮气和氢气的混合气体，氮气的流量为100~400sccm，氢气的流量为100~400sccm，腔室压力为20~100mTorr，高频功率为200~500w，低频功率为50~200w，持续时间为5~50s。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，采用氢氟酸溶液湿法清洗所述开口。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，所述湿法清洗的时间为5~30s。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，在半导体衬底上形成介质层之前，先在所述半导体衬底上形成刻蚀阻挡层。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，刻蚀所述硬掩膜层和介质层后，还刻蚀所述刻蚀阻挡层。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，采用等离子体增强或高密度等离子体化学气相沉积工艺形成所述刻蚀阻挡层。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，在所述开口内形成金属互连线的步骤包括：在所述开口内以及硬掩膜层上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成种子层；在所述种子层上电镀金属层；以及执行化学机械研磨工艺，去除所述硬掩膜层以及所述硬掩膜层上的扩散阻挡层、种子层和金属层，形成金属互连线。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，采用物理气相沉积工艺在所述开口内以及硬掩膜层上形成扩散阻挡层。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，采用物理气相沉积工艺在所述扩散阻挡层上形成种子层。可选的，在所述的金属互连线的制造方法中，所述扩散阻挡层为氮化钽。如上所述，本专利技术提供的金属互连线的制造方法，在刻蚀形成开口之后，在开口内形成金属互连线之前，增加等离子处理的步骤，以平滑所述开口的侧壁，即，修整所述开口的轮廓，消除底切（undercut）缺陷，从而改善后续膜层例如扩散阻挡层及种子层的填充效果，以此确保后续形成的金属互连线不会出现金属空洞缺陷。附图说明图1为本专利技术一实施例的金属互连线制造方法的流程图；图2A~2G为本专利技术一实施例的金属互连线制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，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专利技术的其他优点与功效。本专利技术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，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。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专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术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。在
技术介绍
中已经提及，经过化学机械研磨工艺形成金属互连线后，经常在金属互连线中出现金属空洞（metalvoid）缺陷，这将直接影响器件可靠性，降低产品良率。经本申请专利技术人分析发现，之所以产生金属空洞缺陷，是因为在刻蚀形成开口之后，通常需要利用氢氟酸进行湿法清洗工艺，以消除刻蚀工艺的残留物并修复前述刻蚀工艺对介质层的损伤，然而，湿刻蚀工艺具有各向同性的特点，不可避免的在硬掩膜层与介质层界面之间出现底切（undercut）缺陷，由于此底切缺陷的存在，影响了后续膜层例如扩散阻挡层及种子层的填充效果，进而在电镀铜后产生金属空洞缺陷。为此，本申请在刻蚀形成开口之后，在所述开口内形成金属互连线之前，增加等离子处理的步骤，以平滑所述开口的侧壁，消除底切缺陷，改善后续膜层例如扩散阻挡层及种子层的填充效果，确保后续形成的金属互连线不会出现金属空洞缺陷。具体如图1所示，本专利技术所提供的金属互连线制造方法包括以下步骤：步骤S100，在半导体衬底上依次形成介质层及硬掩膜层；步骤S101，刻蚀所述硬掩膜层和介质层形成开口；步骤S102，湿法清洗所述开口；步骤S103，执行等离子处理工艺，以平滑所述开口的侧壁；步骤S104，在所述开口内形成金属互连线。下面将结合剖面示意图2A至2G对本专利技术实施例进行更详细的描述。如图2A所示，首先执行步骤S100，在半导体衬底200上依次形成刻蚀阻挡层210、介质层220及硬掩膜层230。所述半导体衬底200可以是单晶硅，也可以是硅错化合物，还可以是绝缘体上硅（SOI，SiliconOnInsulator）结构或硅上外延层结构，其中还可以形成有MOS晶体管等半导体器件（图中未示出），本实施例中所述半导体衬底200为硅衬底。所述刻蚀阻挡层210材料例如是NDC（naphthalenedicarboxylate），为形成致密的没有针孔的薄膜，优选采用等离子体增强（PECVD）或高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD）工艺完成，所述刻蚀阻挡层210能够阻挡在其上形成的铜互连层中的金属向下方扩散。所述介质层220可以是半导体工艺中常用的层间介质层（ILD）材料，本实施例中，所述介质层220优选为低k材料，如氟硅玻璃（FSG）、掺碳氧化硅（SiOC）等，也可以为超低k材料，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属互连线的制造方法，其特征在于，包括：在半导体衬底上依次形成介质层及硬掩膜层；刻蚀所述硬掩膜层和介质层形成开口；湿法清洗所述开口；执行等离子处理工艺，以平滑所述开口的侧壁；以及在所述开口内形成金属互连线。

【技术特征摘要】
1.一种金属互连线的制造方法，其特征在于，包括：在半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、介质层及硬掩膜层；刻蚀所述硬掩膜层、介质层和刻蚀阻挡层形成开口；湿法清洗所述开口，在所述硬掩膜层与介质层界面之间出现底切缺陷；执行等离子处理工艺，以平滑所述开口的侧壁，所述等离子处理工艺采用氮气和氢气的混合气体；以及在所述开口内形成金属互连线。2.根据权利要求1所述的金属互连线的制造方法，其特征在于，氮气的流量为100～400sccm，氢气的流量为100～400sccm，腔室压力为20～100mTorr，高频功率为200～500w，低频功率为50～200w，持续时间为5～50s。3.根据权利要求1所述的金属互连线的制造方法，其特征在于，采用氢氟酸溶液湿法清洗所述开口。4.根据权利要求3所述的金属互连线的制造方法，其特征在于，所述湿法清洗的时间为5～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵保军，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：