去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法技术

本发明专利技术提供了一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。该方法包括如下步骤：(501)向蚀刻腔内通入卤素‑贵族元素化合物气体和载气，在该蚀刻腔内进行热气相蚀刻工艺以蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层(206)；(502)检测热气相蚀刻工艺的终点，如果热气相蚀刻工艺到达终点，则执行下一步骤，反之，如果热气相蚀刻工艺没有到达终点，则返回到上一步骤；(503)停止向蚀刻腔内通入卤素‑贵族元素化合物气体和载气。

Method of removing barrier to minimize sidewall depression

The present invention provides a method for removing a barrier so as to minimize a sidewall depression. The method comprises the following steps: (501) to the etching cavity into the noble gas and halogen compounds elements of carrier gas, hot air in the etching cavity phase etching process to etch concave non interconnection structure into the region of the barrier layer (206); (502) detection of gas phase etching process end point, if the gas phase the etching process is performed at end point, the next step, on the contrary, if the hot phase etching process does not reach the end point, to return to the previous step; (503) to stop the etching cavity into noble gas and halogen elements and compounds containing gas.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。
技术介绍
根据摩尔定律，集成电路上可容纳的晶体管的数量每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。日益减小的导线宽度和间距与日益提升的晶体管的密度，使铜和低k介质材料逐渐成为互连结构的主流技术。然而，铜和低k介质材料的集成在实际应用中还存在很多技术问题有待解决，如阻挡层的去除问题。众所周知，在互连结构中，阻挡层用来防止铜扩散到低k介质材料中。互连结构非凹进区域上的铜被去除后，互连结构非凹进区域上的阻挡层也需要被去除。目前，传统的去除阻挡层的方法为CMP(化学机械抛光)。然而由于CMP涉及相对强的机械力，对互连结构的底层结构会产生损伤。尤其是，当介质材料的k值逐渐减小，机械力可能会对介质材料造成永久损伤，CMP可能会在介质材料上产生划痕。为了克服CMP的缺点，使用更先进的技术即热气相蚀刻技术来去除阻挡层。热气相蚀刻技术使用化学气体在特定的温度和压强下与阻挡层反应，更多关于热气相蚀刻技术的细节可以参考专利申请号PCT/CN2008/072059。由于在整个蚀刻过程中不会产生任何机械应力，所以不会对低k介质材料造成损伤。但是随着线宽的持续减小，使用新的阻挡层材料，例如钴、钌来代替常见的阻挡层材料，例如钽、氮化钽、钛、氮化钛，且阻挡层的厚度变得越来越薄，这两点增加了热气相蚀刻的难度。在热气相蚀刻的过程中，如果终点控制不精确，除了非凹进区域上的阻挡层被去除以外，凹进区域侧壁上的阻挡层也会被蚀刻。一旦凹进区域侧壁上的阻挡层被过蚀刻，凹进区域的铜就会扩散到低k介质材料中。参考图1a和图1b，图1a和图1b是剖视图，示意了通入纯的二氟化氙气体来热气相蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层。在一种具体实施方式中，互连结构包括衬底101、位于衬底101上的绝缘层102、位于绝缘层102上的第一介质层103、位于第一介质层103上的第二介质层104、位于第二介质层104上的硬掩膜层105、形成在硬掩膜层105、第二介质层104、第一介质层103和绝缘层102上的凹进区域108、位于硬掩膜层105上和凹进区域108侧壁和底部的阻挡层106以及位于阻挡层106上和填满凹进区域108的金属层107。在该具体实施方式中，非凹进区域上的金属层107已经被去除，凹进区域108内金属层107的顶面最好和第二介质层104的顶面齐平。接着，使用热气相蚀刻法去除非凹进区域上的阻挡层106，热气相蚀刻法使用纯的二氟化氙气体去除阻挡层。如图1a所示，纯的二氟化氙气体被通入互连结构所在的蚀刻腔内。在一定的温度和压强下，二氟化氙气体被吸附在互连结构的表面，然后二氟化氙分解成氟原子，氟原子与阻挡层反应，产生气相的副产物，将副产物排出蚀刻腔。在热气相蚀刻的开始阶段，由于互连结构非凹进区域上的阻挡层的量很大，二氟化氙气体分子主要集中在非凹进区域上，所以非凹进区域上的阻挡层很容易去除。此外，硬掩膜层105主要选用氮化钛和氮化钽等可以被二氟化氙热气相蚀刻去除的材料。因此，在非凹进区域上的阻挡层被去除后，接着去除硬掩膜层105。当二氟化氙热气相蚀刻硬掩膜层105时，如果终点控制的不精确，凹进区域108侧壁上的阻挡层106会被过蚀刻。如图1b所示，硬掩膜层105完全去除后，二氟化氙气体分子主要集中在凹进区域108的侧壁，导致凹进区域108侧壁上的阻挡层106被过蚀刻。侧壁凹陷109形成在金属层107与第二介质层104和第一介质层103之间。
技术实现思路
本专利技术提供了一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。该方法包括如下步骤：向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气，在该蚀刻腔内进行热气相蚀刻工艺以蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层；检测热气相蚀刻工艺的终点，如果热气相蚀刻工艺到达终点，则执行下一步骤，反之，如果热气相蚀刻工艺没有到达终点，则返回到上一步骤；停止向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气。综上所述，本专利技术通过向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气以进行热气相蚀刻工艺来蚀刻非凹进区域上的阻挡层，能够改善甚至克服侧壁凹陷的问题。附图说明为使本领域的技术人员对本专利技术更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，其中：图1a和图1b是通入纯的二氟化氙气体来热气相蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层的截面图；图2a和图2b是通入二氟化氙气体和载气来蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层的截面图；图3a是通入纯的二氟化氙气体将非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层蚀刻后的俯视图；图3b是通入纯的二氟化氙气体将非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层蚀刻后的截面图；图3c是图3a中A区域的EDX图；图4a是通入二氟化氙气体和载气将非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层蚀刻后的俯视图；图4b是通入二氟化氙气体和载气将非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层蚀刻后的截面图；图4c是图4a中B区域的EDX图；图5是一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法的流程图；图6是另一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法的流程图。具体实施方式为了解决
技术介绍
中的技术问题，本专利技术提供了一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。该方法包括：向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气以热气相蚀刻放置在该蚀刻腔内的互连结构的非凹进区域上的阻挡层。如图2a和图2b所示，图2a和图2b是通入二氟化氙气体和载气来蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层的截面图。在一示范性具体实施方式中，互连结构包括衬底201、形成在衬底201上的绝缘层202、形成在绝缘层202上的第一介质层203、形成在第一介质层203上的第二介质层204、形成在第二介质层204上的硬掩膜层205、形成在硬掩膜层205、第二介质层204、第一介质层203和绝缘层202上的凹进区域208、形成在硬掩膜层205上和凹进区域208侧壁和底部的阻挡层206以及形成在阻挡层206上和填满凹进区域208的金属层207。绝缘层202可以是SiCN，第一介质层203可以是低k介质层，第二介质层204可以是TEOS，硬掩膜层205可以是TiN、TaN、W或WN，阻挡层206可以是Ta、TaN、Ti、TiN、Ru、Co、W、WN、Hf，金属层207可以是铜。在该具体实施方式中，形成在非凹进区域上的金属层207已经被去除，且凹进区域208内的金属层207的顶面最好与第二介质层204的顶面齐平。随后，去除互连结构的非凹进区域上的阻挡层206。由于硬掩膜层205的材料可以通过热气相蚀刻去除，在实际应用中，非凹进区域上的阻挡层206去除以后，紧接着在蚀刻腔中去除硬掩膜层205。为了去除非凹进区域上的阻挡层206，向互连结构所在的蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气。以二氟化氙和氮气为例，在热气相蚀刻过程中，当二氟化氙通入蚀刻腔内的同时，一定量的氮气也被通入到蚀刻腔内，蚀刻腔内的压强增加。实验数据表明，当氮气的流量是二氟化氙流量的9倍时，与纯的二氟化氙气体相比，蚀刻率将会降低大约18％。蚀刻率的降低可能是由于氮气分子和二氟化氙分子之间的气体分子碰撞引起。当去除非凹进区域上的阻挡层206时，气体分子碰撞防止凹进区域208侧壁上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法，其特征在于，包括：向蚀刻腔内通入卤素‑贵族元素化合物气体和载气，在该蚀刻腔内进行热气相蚀刻工艺以蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层；检测热气相蚀刻工艺的终点，如果热气相蚀刻工艺到达终点，则执行下一步骤；如果热气相蚀刻工艺没有到达终点，则返回到上一步骤；停止向蚀刻腔内通入卤素‑贵族元素化合物气体和载气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法，其特征在于，包括：向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气，在该蚀刻腔内进行热气相蚀刻工艺以蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层；检测热气相蚀刻工艺的终点，如果热气相蚀刻工艺到达终点，则执行下一步骤；如果热气相蚀刻工艺没有到达终点，则返回到上一步骤；停止向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载气和卤素-贵族元素化合物气体的流量比为1:1至50:1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，卤素-贵族元素化合物气体的分压为0.01-5Torr。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载气的分子量大于卤素-贵族元素化合物气体的分子量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，卤素-贵族元素化合物气体为XeF2、XeF4、XeF6或KrF2。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，卤素-贵族元素化合物气体为以下至少两种气体的混合：XeF2、XeF4、XeF6、KrF2。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载气为惰性气体。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，惰性气体为Xe、Kr、Ar、Ne或He。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，惰性气体为以下至少两种气体的混合：Xe、Kr、Ar、Ne、He。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载气为氮气。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾照伟，王坚，王晖，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31