形成互连结构的方法技术

本发明专利技术提供一种在有机硅酸盐玻璃层内形成镶嵌互连结构而不损坏有机硅酸盐玻璃材料的方法。所述方法包括在有机硅酸盐玻璃层上形成硬掩模层的叠层，利用等离子体蚀刻和等离子体光致抗蚀剂去除工艺的组合定义硬掩模和有机硅酸盐玻璃层中的开口，并执行不包括含氧物质的一个或多个另外的等离子体蚀刻工艺以将所述开口蚀刻至形成镶嵌互连结构所需的深度以及去除由于等离子体蚀刻和等离子体光致抗蚀剂去除工艺的组合所损坏的任何有机硅酸盐材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造的领域；尤其涉及制造基于有机硅酸盐玻璃(organo-silicate glass)的电介质层中的互连结构的方法。
技术介绍
通常，集成电路芯片包括通过互连结构层用导线连接到一起构成电路的多个器件如电阻器、电容器、电感器、二极管和晶体管，所述互连结构形成于叠置在彼此之上的电介质层中。存在两个影响互连结构中信号传播速度的因素，即互连电阻(R)和电介质层的电容(C)，将其表示为RC延迟。通过使用低介电常数(k)的电介质能够减少信号延迟，所述电介质的一个系列被称作有机硅酸盐玻璃(OSG)。可是，OSG材料不易集成在普通的集成电路制造工艺中。使OSG材料暴露于基于等离子体的工艺会由于OSG材料中胺(amine)的释放而引起光致抗蚀剂层中图像控制的问题(例如，光致抗蚀剂中毒(photoresist poisoning))。基于等离子体的处理也引起OSG材料的脱碳(carbon-depletion)，其导致在OSG材料层中未连接的互连结构之间增加的泄漏电流增加以及互连冶金/OSG界面粘附损失(adhesion loss)。因此，需要一种形成OSG电介质中互连结构的方法，该方法不会引起光致抗蚀剂中毒，对OSG脱碳不敏感并更少地受互连/OSG界面粘合失败的影响。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是一种方法，包括在基板上形成有机硅酸盐玻璃层；在有机硅酸盐玻璃层上形成第一硬掩模层；在第一硬掩模层上形成第二硬掩模层；在第二硬掩模层上形成光致抗蚀剂层；去除光致抗蚀剂的一区域；利用第一等离子体蚀刻工艺去除第二硬掩模层未被光致抗蚀剂保护的区域；去除光致抗蚀剂层；利用第二等离子体蚀刻工艺去除第一硬掩模层未被第二硬掩模层保护的部分以及去除有机硅酸盐玻璃层区域中未被第一硬掩模层保护的有机硅酸盐玻璃层的少于整个的部分；以及利用第三等离子体蚀刻工艺去除在未被第一硬掩模层保护的有机硅酸盐玻璃层区域中的有机硅酸盐玻璃层的所有剩余部分，以形成延伸完全穿过有机硅酸盐玻璃层的沟槽。本专利技术的第二方面是一种方法，包括在基板上形成有机硅酸盐玻璃层；在有机硅酸盐玻璃层上形成第一硬掩模层；在第一硬掩模层上形成第二硬掩模层；在第二硬掩模层上形成第一光致抗蚀剂层；去除第一光致抗蚀剂层的一区域；利用第一等离子体蚀刻工艺去除第二硬掩模层的其中第二硬掩模层未被第一光致抗蚀剂层保护的区域，以在第二硬掩模层中定义布线图案；去除第一光致抗蚀剂层；在第二硬掩模层和第一硬掩模层的暴露表面上形成第二光致抗蚀剂层；去除第二光致抗蚀剂层的一区域；执行第二等离子体蚀刻工艺以去除第一硬掩模层的区域，以在第一硬掩模层中定义通孔图案，通孔图案至少部分排列在布线图案中，第二等离子体蚀刻去除有机硅酸盐玻璃层的其中有机硅酸盐玻璃层未被第一硬掩模层保护的第一区域的小于整个的部分；去除第二光致抗蚀剂层；执行第三等离子体蚀刻工艺，第三等离子体蚀刻工艺去除在第一硬掩模层区域中未被第二硬掩模层保护的第一硬掩模层，去除布线图案周界范围内有机硅酸盐玻璃层的第二区域的少于整个的部分，以及去除有机硅酸盐玻璃层的第一区域中有机硅酸盐玻璃层的另外的少于整个的部分；以及执行第四等离子体蚀刻工艺，第四等离子体蚀刻工艺去除有机硅酸盐玻璃层的第二区域中有机硅酸盐玻璃层的另外的少于整个的部分以形成布线槽，以及去除有机硅酸盐玻璃层的第一区域中有机硅酸盐玻璃层的所有剩余部分以形成通孔开口。附图说明本专利技术的特征在所附权利要求中描述。然而，本专利技术本身通过参考下面结合附图阅读的示例性实施例的详细描述得到更好的理解，其中图1至10是示出了根据本专利技术第一实施例的互连结构的制造的截面图；图11和12是示出了根据本专利技术第二实施例的互连结构的制造的截面图；图13是形成根据本专利技术第一实施例的互连结构的方法的流程图；和图14是形成根据本专利技术第二实施例的互连结构的方法的流程图。具体实施例方式根据本专利技术的互连结构通过镶嵌工艺(damascene process)形成，并且是单个或双镶嵌互连结构。为了描述本专利技术的各实施例，布线、通孔和通孔条(viabar)认为是互连结构类型。虽然普通的通孔通常大约为方形或圆形，但是通孔条是拉长的或者为大约矩形形状的通孔。互连结构形成在通常称为层间电介质(interlevel dielectricILD)的绝缘层中。镶嵌工艺中，布线槽或通孔开口形成在电介质层中，具有充足厚度以填充沟槽的导电体沉积在电介质体的顶面上，进行化学机械抛光工艺以去除过多的导体并使得导体的表面与电介质层的表面共面以形成镶嵌布线(或镶嵌通孔)。当仅沟槽和布线(或通孔开口和通孔或通孔沟槽和通孔条)形成时，工艺称为单镶嵌。(注意通孔开口也可以认为是沟槽)。双镶嵌工艺中，通孔开口通过电介质层的整个厚度形成，随后在任何给定的截面图中部分通过电介质层地形成沟槽。所有的通孔开口被上的整体布线槽及下面的布线槽交叉，但不是所有沟槽需要交叉通孔开口。填充沟槽和通孔开口的足够厚度的导电体沉积在电介质体的顶表面上，并进行CMP工艺以使得沟槽中导体的表面与电介质层的表面共面以形成双镶嵌布线和具有整体双镶嵌通孔的双镶嵌布线。OSG材料用于本专利技术的各实施例中。OSG材料可以旋涂在晶片或基板上以形成OSG层，或者可以通过等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)形成在晶片或基板之上以形成OSG层。适合于旋涂施加的OSG材料的例子包括含氢倍半硅氧烷聚合物(hydrogen silsesquioxane polymerHSQ)、甲基倍半硅氧烷聚合物(methylsilsesquioxane polymerMSQ)、由Santa Clara的Applied Materials公司制造的黑金刚石TM(甲基掺杂硅石或SiOx(CH3)y或SiCxOyHy或SiOCH)、及多孔OSG。多孔OSG材料为包含具有尺寸分布在约1和大约25nm之间的孔(pore)或空洞(void)的OSG。通过本领域中熟知的很多方法可将孔引入到旋涂的OSG材料中。在一个实例中，通过使多孔原(porogen)(孔产生剂)与未固化的OSG树脂相混合，将孔引入到OSG材料中，随着OSG树脂被加热固化(转变成聚合物)，形成混合物层并去除多孔原(通过多孔原的挥发或分解)。在OSG中孔原来所处的位置留下空洞。在第一实例中，OSG材料具有小于5的介电常数。在第二实例中，OSG材料具有小于3.5的介电常数。在第三实例中，OSG材料具有小于3的介电常数。基于倍半硅氧烷的OSG材料的其他实例为可由结构(I)、(II)、(III)和(IV)表示的聚合物或树脂(低分子量的聚合物或低聚物)。 其中，R′选自于包括具有1至3个碳原子的烷基、具有6至12个碳原子的芳基以及具有6至12个碳原子的环烷基的组，并且其中R″选自于包括具有1至2个碳原子的亚烃基和具有6至12个碳原子的环亚烃基的组。结构(I)可由式子-(SiO2)n-表示，结构(II)由式子-(R′SiO3/2)n-表示，结构(III)由式子-(R′2SiO)n-表示以及结构(IV)由式子-(R″Si2O3)n-表示。在一个实例中，本专利技术各个实施例中所使用的OSG材料的原子组成包括大约10％至约40％的硅、大约0％至约30％的碳、大约0％至约30％的氮以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在基板上形成有机硅酸盐玻璃层；在所述有机硅酸盐玻璃层上形成第一硬掩模层；在所述第一硬掩模层上形成第二硬掩模层；在所述第二硬掩模层上形成光致抗蚀剂层；去除所述光致抗蚀剂层的一区域；　 　利用第一等离子体蚀刻工艺去除所述第二硬掩模层的其中所述第二硬掩模层未被所述光致抗蚀剂层保护的区域；去除所述光致抗蚀剂层；利用第二等离子体蚀刻工艺去除所述第一硬掩模层的其中所述第一硬掩模层未被所述第二硬掩模层保护的部分以及去 除所述有机硅酸盐玻璃层的在所述有机硅酸盐玻璃层的未被所述第一硬掩模层保护的区域中的小于整个的部分；以及利用第三等离子体蚀刻工艺去除所述有机硅酸盐玻璃层的在所述有机硅酸盐玻璃层未被所述第一硬掩模层保护的所述区域中的所有剩余部分，从而形 成完全延伸穿过所述有机硅酸盐玻璃层的沟槽。

【技术特征摘要】
US 2005-12-22 11/315,9231.一种方法，包括在基板上形成有机硅酸盐玻璃层；在所述有机硅酸盐玻璃层上形成第一硬掩模层；在所述第一硬掩模层上形成第二硬掩模层；在所述第二硬掩模层上形成光致抗蚀剂层；去除所述光致抗蚀剂层的一区域；利用第一等离子体蚀刻工艺去除所述第二硬掩模层的其中所述第二硬掩模层未被所述光致抗蚀剂层保护的区域；去除所述光致抗蚀剂层；利用第二等离子体蚀刻工艺去除所述第一硬掩模层的其中所述第一硬掩模层未被所述第二硬掩模层保护的部分以及去除所述有机硅酸盐玻璃层的在所述有机硅酸盐玻璃层的未被所述第一硬掩模层保护的区域中的小于整个的部分；以及利用第三等离子体蚀刻工艺去除所述有机硅酸盐玻璃层的在所述有机硅酸盐玻璃层未被所述第一硬掩模层保护的所述区域中的所有剩余部分，从而形成完全延伸穿过所述有机硅酸盐玻璃层的沟槽。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第三等离子体蚀刻工艺不包括含氧或含氮的物质。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述形成所述沟槽之后，用导电材料填充所述沟槽；和执行化学机械抛光从而移除所述第一硬掩模层并使所述第一硬掩模层的顶面和所述导电材料的顶面共面。4.如权利要求1所述的方法，其中所述有机硅酸盐玻璃层包括约10％至约70％体积的空洞。5.如权利要求1所述的方法，其中所述有机硅酸盐玻璃层包括约10％至约40％的硅、约0％至约30％的碳、约0％至约30％的氮以及约20％至约50％的氢。6.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述有机硅酸盐玻璃层和所述基板之间形成覆盖层；和在所述执行所述第三等离子体蚀刻之后，利用第四等离子体蚀刻工艺去除所述覆盖层未被所述有机硅酸盐玻璃层保护的区域中的所述覆盖层，所述第四等离子体蚀刻工艺不包括含氧或含氮的物质。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述有机硅酸盐玻璃层和所述第一硬掩模层之间形成粘合层；及执行所述第二等离子体蚀刻时去除所述粘合层未被所述第二硬掩模层保护的区域。8.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一硬掩模层和所述第二硬掩模层之间形成再制保护层；及执行所述第二等离子体蚀刻时，去除所述再制保护层未被所述第一硬掩模层保护的区域。9.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二硬掩模层和所述光致抗蚀剂层之间形成抗反射涂层；执行所述第一等离子体蚀刻时，去除所述抗反射涂层未被所述光致抗蚀剂层保护的区域；及在所述去除所述光致抗蚀剂层过程中去除所有残留的抗反射涂层。10.一种方法，包括在基板上形成有机硅酸盐玻璃层；在所述有机硅酸盐玻璃层上形成第一硬掩模层；在所述第一硬掩模层上形成第二硬掩模层；在所述第二硬掩模层上形成第一光致抗蚀剂层；去除所述第一光致抗蚀剂层的一区域；利用第一等离子体蚀刻工艺去除所述第二硬掩模层的其中所述第二硬掩模层未被所述第一光致抗蚀剂层保护的区域，从而定义所述第二硬掩模层中的布线图案；去除所述第一光致抗蚀剂层；在所述第二硬掩模层和所述第一硬掩模层的暴露表面上形成第二光致抗蚀剂层；去除所述第二光致抗蚀剂层的一区域；执行第二等离子体蚀刻工艺来去除所述第一硬掩模层的一区域，从而定义所述第一硬掩模层中的通孔图案，所述通孔图案至少部分地排列在所述布线图案中，所述第二等离子体蚀刻去除所述有机硅酸盐玻璃层的其中所述有机硅酸盐玻璃层未被所述第一硬掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：考希克A库马尔，蒂莫西J多尔顿，尼古拉斯CM富勒，陈行聪，海迪L贝克斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]