用于在双镶嵌结构中蚀刻电介质阻挡层的方法技术

提供了用于消除双镶嵌结构中的传导层的早期暴露且用于蚀刻双镶嵌结构中的电介质阻挡层的方法。在一个实施例中，用于蚀刻设置在基板上的电介质阻挡层的方法包括下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层的部分；从所述基板中去除所述硬掩模层；以及后续蚀刻由所述电介质块状绝缘层暴露的电介质阻挡层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术的背景
本专利技术的实施例总体上与用于形成半导体器件的方法有关。具体而言，本专利技术的实施例总体上与蚀刻电介质阻挡层的方法有关，所述蚀刻电介质阻挡层的方法不损坏用于制造半导体器件的下方导电结构。
技术介绍
可靠地制造亚半微米(sub-half micron)以及更小的特征结构是对于半导体器件的下一代超大规模集成电路(very large scale integration，VLSI)以及极大规模集成电路(ultra large-scale integration，ULSI)的关键技术挑战之一。然而，随着追求电路技术的极限，VLSI和ULSI互连技术的收缩的尺度(shrinking dimension)已对处理能力提出附加的要求。栅极结构在基板上的可靠形成对于VLSI和ULSI的成功以及对于增加电路密度和单个基板与管芯的质量的持续努力是重要的。经图案化的掩模(诸如，光阻层或硬掩模层)通常用于蚀刻基板上的结构(诸如，栅极结构、浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)、位线等或背端双镶嵌结构(back end dual damascene structure)。常规意义上通过使用光刻工艺以便以光学方式将具有期望临界尺度(critical dimension)的图案转移至光阻层来制造经图案化的掩模。接着显影光阻层来去除光阻的非期望部分，从而在其余的光阻中产生开口。当集成电路部件的尺度减小(例如，减小至亚微米尺度)时，必须小心地选择用于制造此类部件的材料以获得满意的电气性能等级。例如，当相邻金属内连线之间的距离和/或隔离互连的电介质块状绝缘材料的厚度具有亚微米尺度时，金属互连之间电容性耦合的可能性较高。相邻的金属互连之间的电容性耦合可能产生串扰(cross talk)和/或电阻-电容(resistance-capacitance，RC)延迟，所述串扰和/或电阻-电容延迟使集成电路的整体性能降级且可能使电路无法操作。为了使相邻金属互连之间的电容性耦合最小化，需要低介电常数的块状绝缘材料(例如，小于约4.0的介电常数)。低介电常数的块状绝缘材料的示例包括二氧化硅(SiO2)、硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃(fluorosilicate glass；FSG)和掺碳氧化硅(SiOC)，等等。此外，经常利用电介质阻挡层来将金属互连从电介质块状绝缘材料分开。电介质阻挡层使金属从互连材料至电介质块状绝缘材料中的扩散最小化。金属至电介质块状绝缘材料中的扩散是不期望的，因为此类扩散可能影响集成电路的电气性能，或使电路无法操作。电介质阻挡层需要具有低介电常数，以便维持导电线之间的电介质叠层的低k特性。电介质阻挡层也充当用于电介质块状绝缘层蚀刻工艺的蚀刻终止层，使得下层金属将不暴露于蚀刻环境。电介质阻挡层典型地具有约5.5或更小的介电常数。电介质阻挡层的示例为碳化硅(SiC)和含氮碳化硅(SiCN)等材料。在电介质阻挡层蚀刻工艺之后，下方的传导层的上表面暴露于空气。然而，下方传导层的早期暴露可能导致传导层在后续的蚀刻工艺期间经受氧化条件或过度暴露于周围环境，这可能在后续的金属化工艺之前不利地在金属表面上累积原生氧化物或污染物。过量的原生氧化物累积或污染物可能不利地影响金属元素在金属化工艺期间粘附至基板表面的成核能力。此外，界面处的不良的粘附可也导致不期望的高接触电阻，由此导致不期望的不良的器件电气性质。此外，金属元素在后端互连中的不良的成核可能不仅影响器件的电气性能，而且影响随后形成在所述器件上的导电接触材料的集成。因此，需要用于消除传导层在双镶嵌结构中的早期暴露并用于以最小的基板氧化和污染以好的界面控制来蚀刻电介质阻挡层的改进的方法。
技术实现思路
提供了用于消除双镶嵌结构中的传导层的早期暴露以及用于蚀刻双镶嵌结构中的电介质阻挡层的方法。在一个实施例中，用于蚀刻设置在基板上的电介质阻挡层的方法包括下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在所述电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层的部分；从所述基板去除所述硬掩模层；以及后续蚀刻由所述电介质块状绝缘层暴露的电介质阻挡层。在另一实施例中，用于蚀刻设置在基板上的电介质阻挡层的方法包括下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在所述电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层覆盖的部分；从所述基板去除所述硬掩模层；后续通过在蚀刻气体混合物中生成等离子体来蚀刻由电介质块状绝缘层暴露的电介质阻挡层以蚀刻设置在所述基板上的所述电介质阻挡层，其中所述蚀刻气体混合物包括氨气和三氟化氮；以及对所述基板进行等离子体退火以从所述基板中去除所述电介质阻挡层。在又一实施例中，用于蚀刻设置在基板上的电介质阻挡层的方法包括下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在所述电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层覆盖的部分；从所述基板去除所述硬掩模层；以及后续蚀刻由所述电介质块状绝缘层暴露的所述电介质阻挡层，对所述电介质阻挡层的蚀刻进一步包含下列步骤：在所述电介质阻挡层上执行处理工艺；在供应到蚀刻处理腔室中的蚀刻气体混合物中执行远程等离子体工艺以蚀刻设置在所述基板上的经处理的电介质阻挡层；以及进行等离子体退火工艺以对所述电介质阻挡层退火，从而从所述基板去除所述电介质阻挡层。附图说明因此，为了能构详细地理解上文陈述的本专利技术的方式，可参考多个实施例进行对上文简要概述的本专利技术的更特定的描述，在所附附图中示出实施例中的一些。然而应注意，所附附图仅示出本专利技术的典型实施例，且因此不应视为对本专利技术范围的限制，因为本专利技术允许其他等效实施例。图1是说明性处理腔室的剖面图，可在此说明性处理腔室中实践本专利技术的实施例；图2是说明性多腔室处理系统的示意性俯视图；图3描绘根据本专利技术的一个实施例的、用于形成双镶嵌结构工艺流的流程图；以及图4A-4E描绘根据本专利技术的一个实施例的、在用于形成双镶嵌结构的蚀刻工艺的序列过程中的设置在双镶嵌结构中的电介质阻挡层和传导材料的剖面视图。为了有助于理解，在可能的情况下，已使用相同元件符号指定各图所共有的相同的元件。构想了一个实施例的元件和特征可有益地合并在其他实施例中而无需进一步陈述。然而，应注意的是，所附附图仅示出本专利技术的示例性实施例，因此不应视为对本专利技术范围的限制，因为本专利技术允许其他等效实施例。具体实施方式本文公开了用于形成双镶嵌结构而不会早期暴露形成在双镶嵌结构中的下方传导层以及用于蚀刻双镶嵌结构中的电介质阻挡层的方法，所述方法在双镶嵌制造工艺之后提供具有高蚀刻选择性和界面高质量的蚀刻工艺。在一个实施例中，电介质阻挡层蚀刻工艺包括循环蚀刻工艺，以重复且递增地蚀刻电介质阻挡层，直到暴露下方传导层为止。此外，也以在电介质阻挡层蚀刻工艺之后消除传导层的暴露时间的方式(被称为“阻挡最后打开(Barrier 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蚀刻电介质阻挡层的方法，所述电介质阻挡层设置在基板上，所述方法包含下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在所述电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露所述电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层覆盖的部分；从所述基板去除所述硬掩模层；以及后续蚀刻由所述电介质块状绝缘层暴露的所述电介质阻挡层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.24 US 61/931,445;2014.11.13 US 14/540,5771.一种用于蚀刻电介质阻挡层的方法，所述电介质阻挡层设置在基板上，所述方法包含下列步骤：将硬掩模层用作蚀刻掩模来图案化基板，所述基板具有设置在电介质阻挡层上的电介质块状绝缘层，所述硬掩模层设置在所述电介质块状绝缘层上；在去除所述电介质块状绝缘层之后，暴露所述电介质阻挡层的未由所述电介质块状绝缘层覆盖的部分；从所述基板去除所述硬掩模层；以及后续蚀刻由所述电介质块状绝缘层暴露的所述电介质阻挡层。2.如权利要求1所述的方法，其中去除所述硬掩模层的步骤进一步包含下列步骤：将所述基板浸在溶液中，所述溶液包含有机溶剂中的过氧化物。3.如权利要求1所述的方法，其中所述硬掩模层是TiN、TaN、TiON、TaON、Al2O3、AlON或AlN中的至少一者。4.如权利要求1所述的方法，其中后续蚀刻所述电介质阻挡层的步骤进一步包含下列步骤：对所述电介质阻挡层执行处理工艺；在供应到所述蚀刻工艺腔室中的蚀刻气体混合物中执行远程等离子体工艺，以蚀刻设置在所述基板上的经处理的电介质阻挡层；以及执行等离子体退火工艺以对所述电介质阻挡层退火，从而从所述基板去除所述电介质阻挡层。5.如权利要求4所述的方法，其中在所述蚀刻气体混合物中执行所述远程等离子体工艺的步骤进一步包含下列步骤：以约5：1至约20：1的摩尔比在所述蚀刻气体混合物中供应氨气和三氟化氮。6.如权利要求4所述的方法，其中在所述蚀刻气体混合物中执行所述远程等离子体工艺的步骤进一步包含下列步骤：将基板温度维持在约40度摄氏度与约150摄氏度之间。7.如权利要求4所述的方法，其中执行所述等离子体退火工艺的步骤进一步包含下列步骤：从所述基板升华蚀刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：任河，CL·高，S·S·康，J·T·彭德，S·D·耐马尼，M·B·奈克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US