使用双金属镶嵌工艺形成接触结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法，包括使用灰化工艺从低ｋ材料中的凹形去除材料，而且在凹形的整个侧壁上保持保护间隔物以覆盖凹形中的低ｋ材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在集成电路中形成结构的方法，且更具体而言，涉及使用双金属镶嵌工艺在集成电路中形成结构的方法。
技术介绍
使用铜作为集成电路中互连的材料与比如铝或铝合金的其他类型的金属相比，提供了一些优点，比如低电阻率、集成电路中所使用的金属层的数量减小、和/或更好的可靠性。例如，图1是示出通过不同材料提供的集成电路中示范性栅延迟和典型互连延迟的曲线图。如图1所示，使用铜可以提供相对于其他类型的互连材料的相对低的互连延迟。然而，例如图2A中所示，当通过常规的干法蚀刻形成时，在集成电路中使用铜作为互连可能被复杂化，其中光致抗蚀剂形成于金属层上且被蚀刻来提供如图2B所示的互连。相反，可以根据图3A-3C提供利用铜的金属镶嵌工艺。根据图3A-3C，蚀刻衬底来在其中提供沟槽，且然后在衬底上沉积铜来过度填充沟槽。然后多余的铜经历化学机械抛光(CMP)来提供图3C所示的铜互连。使用铜作为互连可能需要随其使用更好的扩散阻挡层以及增加了铜可能污染被用于制造集成电路的其他步骤的可能性。在图4A-4D中显示了使用铜作为互连的常规单金属镶嵌工艺。参考图4A，衬底400包括金属互连405的下层，和允许上面结构和金属互连405之间的电接触的通孔410。如图4B所示，可以在通孔410中沉积铜。如图4C所示，可以在通孔410的上方形成沟槽415，其可以使用常规的光刻和蚀刻技术形成。如图4D所示，再次在通孔410上的金属沟槽415中沉积铜来完成结构420，其提供了上面结构和金属互连405的下层之间的电接触。如图4A-4D所示，根据独立的单金属镶嵌步骤，可以用铜分别填充通孔410和沟槽415。还已知使用双金属镶嵌工艺来制造比如图4A-4D所示的结构。具体而言，图5A-5E显示了通常被称为沟槽在先的双金属镶嵌的常规双金属镶嵌工艺。根据图5A，在上层510上沉积了光致抗蚀剂材料505，上层510在下层515上，且在其之间具有第一蚀刻停止层520。第二蚀刻停止层525位于下层515和包括下铜互连535的衬底530之间。根据图5B，光致抗蚀剂505被用来构图和蚀刻上层510来形成暴露第一蚀刻停止层520的沟槽540，在其后去除了光致抗蚀剂505。根据图5C，在沟槽540中沉积了第二光致抗蚀剂材料545以在其中界定了开口547，通过该开口547构图了下层515以在沟槽540中形成了下通孔部分550，其暴露了第二蚀刻停止层525。根据图5D，去除了第二蚀刻停止层525。如图5E所示，去除了第二光致抗蚀剂材料以界定开口，在开口中可以在通孔部分550和沟槽540中沉积铜来完成期望的结构。然后，如公知的，“沟槽在先”方法的缺点之一在于如果用来形成下通孔部分550的第二光致抗蚀剂材料在沟槽540中相对于铜互连535未对准，则可能减小了通孔的总尺寸，通过该通孔可以提供对于下铜互连535的电连接。还公知一种通常被称为“通孔在先”双金属镶嵌工艺以产生上述的接触结构。如图6A-6E所示，通过首先形成通孔作为部分的下结构然后形成沟槽作为结构的上部分，可以形成接触结构。根据图6A，在上层610上形成了光致抗蚀剂605。第一蚀刻停止层620形成于上层610和下层615之间。第二蚀刻停止层625形成于衬底630中的下层615和铜互连635之间。如图6B所示，使用光致抗蚀剂605作为掩模来蚀刻接触结构650的通孔部分，且在上层610上形成了第二光致抗蚀剂645来暴露通孔650，如图6C所示。根据图6D，使用第二光致抗蚀剂645作为蚀刻掩模来在通孔650上形成沟槽640，作为部分的接触结构，以提供如图6E所示的接触结构。与参考图5A-5E上述的“沟槽在先”双金属镶嵌结构不同，根据“通孔在先”双金属镶嵌工艺在通孔650上形成的沟槽640的未对准可能允许沟槽640的未对准，而且仍维持了通孔650的总尺寸。因此，有时“通孔在先”双金属镶嵌工艺优于上述的“沟槽在先”双金属镶嵌工艺。双金属镶嵌工艺还例如在韩国专利申请KR2004-0058955、美国专利6,743,713和美国专利6,057,239中得到了讨论。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例可以提供一种使用双金属镶嵌工艺在低k材料中形成接触结构的方法。与这些实施例相关，使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法可以包括使用灰化工艺从低k材料中的凹形去除材料，而且在凹形的整个侧壁上保持保护间隔物以覆盖凹形中的低k材料。在根据本专利技术的一些实施例中，去除材料包括从凹形去除牺牲材料。在根据本专利技术的一些实施例中，去除材料除了从凹形内部去除牺牲材料以外还包括从凹形周围去除光致抗蚀剂材料。在根据本专利技术的一些实施例中，光致抗蚀剂材料和牺牲材料包括共同的材料。在根据本专利技术的一些实施例中，光致抗蚀剂材料和牺牲材料是有机聚合物。在根据本专利技术的一些实施例中，保护间隔物是氧化硅。在根据本专利技术的一些实施例中，低k材料是多孔SiCOH。在根据本专利技术的一些实施例中，从凹形去除材料还包括使用蚀刻剂蚀刻材料来暴露凹形内的保护间隔物。在根据本专利技术的一些实施例中，蚀刻还包括使用O2和CO2、N2和H2、NH3和O2、NH3和N2或NH3和H2蚀刻材料。在根据本专利技术的一些实施例中，蚀刻在约10到约700mTorr的压力下进行。在根据本专利技术的一些实施例中，该方法还包括在凹形上方形成沟槽且从侧壁去除保护间隔物。用铜填充凹形和沟槽。在根据本专利技术的一些实施例中，使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法包括从低k材料去除牺牲材料，低k材料具有在其中的凹形，该凹形具有保护间隔物，且然后在凹形上方形成沟槽。然后去除侧壁间隔物。在根据本专利技术的一些实施例中，保护间隔物是氧化硅。在根据本专利技术的一些实施例中，低k材料是多孔SiCOH。在根据本专利技术的一些实施例中，使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法包括在低k材料上形成硬掩模材料。通过硬掩模材料在低k材料中形成通孔。在通孔的侧壁上且在硬掩模材料上形成保护间隔物，其中保护间隔物具有相对于硬掩模材料的蚀刻选择性。在保护侧壁上的通孔中形成牺牲材料。在硬掩模材料上形成光致抗蚀剂材料，硬掩模材料包括在通孔上方的开口。从通孔内部去除光致抗蚀剂材料和牺牲材料而且避免从通孔内部去除保护间隔物。在通孔上方形成沟槽而且保持通孔的下部具有其上的保护间隔物。然后从通孔的下部去除保护间隔物。用铜填充通孔和沟槽。在根据本专利技术的一些实施例中，在通孔上方形成沟槽包括蚀刻硬掩模材料以从低k材料的上表面和上表面下的低k材料的部分去除硬掩模材料以在低k材料中形成沟槽，而且在通孔的下部上保持保护间隔物。在根据本专利技术的一些实施例中，保护间隔物是氧化硅。在根据本专利技术的一些实施例中，低k材料是多孔SiCOH。在根据本专利技术的一些实施例中，使用通孔在先双金属镶嵌工艺形成接触结构的方法包括在去除凹形内部的牺牲材料的过程中保持低k材料中的凹形的整个侧壁上的保护间隔物。在根据本专利技术的一些实施例中，保护间隔物是氧化硅。在根据本专利技术的一些实施例中，低k材料是多孔SiCOH。附图说明图1是示出通过不同材料提供的集成电路中示范性栅延迟和典型互连延迟的曲线图；图2A-2B是示出使用常规的干法蚀刻形成通孔的剖面图；图3A-3C是示出常规的金属镶嵌工艺的剖面图；图4A-4D是示出常规的单一金属镶嵌工艺的剖面图；图5A-5E是示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法，包括：使用灰化工艺从低ｋ材料中的凹形去除材料，而且在该凹形的整个侧壁上保持保护间隔物以覆盖该凹形中的低ｋ材料。

【技术特征摘要】
US 2005-11-9 11/270,7831.一种使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法，包括使用灰化工艺从低k材料中的凹形去除材料，而且在该凹形的整个侧壁上保持保护间隔物以覆盖该凹形中的低k材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中去除材料包括从该凹形去除牺牲材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中去除材料还包括除了从该凹形内部去除该牺牲材料以外，从该凹形周围去除光致抗蚀剂材料。4.根据权利要求3所述的方法，其中该光致抗蚀剂材料和该牺牲材料包括共同的材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中该光致抗蚀剂材料和牺牲材料包括有机聚合物。6.根据权利要求1所述的方法，其中该保护间隔物包括氧化硅。7.根据权利要求1所述的方法，其中从该凹形去除材料还包括使用蚀刻剂蚀刻材料来暴露该凹形内的保护间隔物。8.根据权利要求1所述的方法，其中该低k材料包括多孔SiCOH。9.根据权利要求1所述的方法，还包括在该凹形上方形成沟槽；从该侧壁去除该保护间隔物；以及用铜填充该凹形和该沟槽。10.一种使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法，包括从低k材料去除牺牲材料，该低k材料具有在其中的凹形，该凹形具有保护间隔物；且然后在该凹形上方形成沟槽；和去除该侧壁间隔物。11.根据权利要求10所述的方法，其中该保护间隔物包括有机聚合物。12.根据权利要求10所述的方法，其中去除牺牲材料还包括使用蚀刻剂蚀刻该牺牲材料来暴露该凹形内的保护间隔物。13.根据权利要求10所述的方法，其中该保护间隔物包括氧化硅。14.根据权利要求10所述的方法，其中该低k材料包括多孔SiCOH。15.根据权利要求10所述的方法，其中形成沟槽包括使用蚀刻剂蚀刻该低k材料以形成该沟槽。16.一种使用双金属镶嵌工艺形成通孔的方法，包括在低k材料上形成硬掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：金在鹤，朴玩哉，林义雄，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：KR[]