双金属镶嵌互连的制造方法技术

在一种制造双金属镶嵌互连的方法中，确保了可靠的沟槽轮廓。该方法包括：在衬底上形成下部互连部件，在下部互连部件上形成电介质层，在电介质层上形成硬掩模，通过使用硬掩模作为蚀刻掩模在电介质层中形成通孔，通过对硬掩模进行构图形成界定沟槽的沟槽硬掩模，形成和通孔相连接的沟槽，在其中使用沟槽硬掩模作为蚀刻掩模部分蚀刻电介质层形成上部互连线，并使用湿法蚀刻清除沟槽硬掩模，以及通过使用互连材料填充沟槽和通孔来形成上部互连线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造微电子器件的方法，更具体地，涉及一种制造微电子器件的双金属镶嵌互连(dual damascene interconnection)的方法。
技术介绍
随着能够用于生产高速和高度集成逻辑器件的技术的快速进步和发展，制造小型化晶体管的新技术也已获得了发展。随着晶体管集成水平的提高，互连也变得越来越小。结果，互连延迟的问题更加严重，阻止了高速逻辑器件的获得。考虑到上述因素，使用具有更低电阻和更高电迁移(EM)容限的铜，而不是使用传统上和常用于互连大规模集成(LSI)半导体器件的铝合金，作为互连材料的互连已获得了积极的开发。然而，铜相对来说比较难蚀刻，并且易于氧化。相应的，已开发出一种双金属镶嵌工艺来形成这样的铜互连。该双金属镶嵌工艺包括形成具有在绝缘层上形成的上部互连的沟槽，以及将上部互连连接到下部互连或衬底的通孔，并且用铜填充沟槽和通孔。然后使用化学机械抛光(CMP)工艺对形成的结构进行平面化。该双金属镶嵌工艺除可用于形成金属线路外，还可用于形成位线或字线。特别是在双金属镶嵌工艺中，还可以同时形成在多层金属线路结构中连接上部金属线路和下位金属线路的通孔。而且双金属镶嵌过程便利了进一步的处理，因为在双金属镶嵌工艺中由金属线路所造成的台阶差异(stepdifference)被消除了。双金属镶嵌过程可以粗略地分成通孔优先(via-first)工艺和沟槽优先(trench-first)工艺。在通孔优先工艺中，通孔是通过利用摄影术和蚀刻法蚀刻电介质而首先形成的，接着通过进一步蚀刻电介质，在通孔的顶部形成沟槽。相反的，在沟槽优先工艺中，沟槽是首先形成的，通孔是随后形成的。两者之中，通孔优先工艺获得了更普遍的使用。下文中，制造双重金属互连的传统方法将通过参考图1A至图2B进行描述。图1A和图1B是显示双金属镶嵌互连传统制造方法的阶段的横截面图。在一些传统金属镶嵌工艺中，当进行沟槽蚀刻以形成沟槽时，是使用硬掩模作为蚀刻掩模的。参考图1A，界定沟槽170的硬掩模150是在金属间电介质(IMD)层140上被构图的。当使用硬掩模150作为蚀刻掩模对IMD层140进行干法蚀刻时，由于在形成沟槽170时等离子体内的离子轰击，硬掩模150可能被部分蚀刻。特别是在硬掩模150的边缘部分(图1A中的A)积极地进行干法蚀刻，这样界定了沟槽170最后的尺寸，形成了具有圆形边缘的轮廓。结果，位于硬掩模150边缘部分A下面、对应于沟槽170的上部的IMD层140也被蚀刻了，使得该轮廓有圆形的边缘。圆形的轮廓导致互连的临界尺寸(CD)减小。参考图1B，在IMD层140中形成沟槽170后，通常进行回蚀工艺来清除硬掩模150以及通过通孔160暴露的蚀刻停止层130。在机械回蚀工艺180期间，除了硬掩模150和蚀刻停止层130外，沟槽170的IMD层140的暴露部分(图1B所示的部分B)也被蚀刻，增大了轮廓的圆度。结果，形成的互连的临界尺寸会被进一步减小。在图1A和图1B中，附图标记110和120分别指的是衬底和下部互连线。图2A是图1A所显示的横截面图的扫描电子显微镜(SEM)照片，图2B是图1B所显示的横截面图的SEM照片。参考图2A，在干法蚀刻形成沟槽的过程中，硬掩模210被蚀刻了，这导致了所显示的圆边轮廓的形成。参考图2B，当进行回蚀工艺清除图2A中显示的硬掩模210，并清除通过通孔暴露的蚀刻停止层230时，也会在沟槽的上边边缘部分220进行蚀刻，致使轮廓变得更圆。如上所述，在为形成沟槽170所进行的干法蚀刻中，以及在为清除硬掩模150和蚀刻停止层130所进行的回蚀工艺180中，IMD层140被部分蚀刻，因为在使用等离子体的机械蚀刻的情况下，IMD层140相对于硬掩模150的蚀刻选择性时并不高。结果，所最终形成的沟槽170的宽度超过了阈值，因此沟槽170的尺寸无法被准确地控制。在这种情况下，互连的CD被减小，这可能会导致不希望出现的漏电流的增大，或者甚至潜在地造成互连的短路。为了克服这些问题，互连材料在通孔160和沟槽170中形成后，另外还需进行化学机械抛光(CMP)对器件进行平面化，以便保证互连能获得令人满意的CD。然而，过度的CMP可能导致总制造时间增加，导致产量降低和其他不希望的后果。
技术实现思路
本专利技术所提供了一种制造双重金属向器互连的方法，它可以保证获得可靠的沟槽轮廓。根据本专利技术的一方面，提供了一种制造双金属镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成下部互连部件；(b)在下部互连部件上形成电介质层；(c)在电介质层上形成硬掩模；(d)使用硬掩模作为蚀刻掩模，在电介质层中形成通孔；(e)通过对硬掩模进行构图，来形成界定沟槽的沟槽硬掩模；(f)形成与通孔相连的沟槽，在其中通过使用沟槽硬掩模作为蚀刻掩模部分蚀刻电介质层来形成上部互连线；(g)使用湿法蚀刻清除沟槽硬掩模；以及(h)通过用互连材料填充沟槽和通孔来形成上部互连线。在一个实施例中，硬掩模的形成使用了从由SiN、SiC、BCB、Ta、TaN、Ti、TiN、Al2O3、BN及其组合所构成的组中选择的材料。在另一个实施例中，硬掩模形成2000或更大的厚度。在另一个实施例中，操作(g)包括在沟槽硬掩模相对于电介质层的蚀刻选择性等于或大于2000∶1的条件下进行湿法蚀刻。在另一个实施例中，湿法蚀刻是利用磷酸溶液进行的。在另一个实施例中，硬掩模是利用BN形成的。在另一个实施例中，该方法还包括在操作(b)之前，在下部互连部件上形成蚀刻停止层，其中操作(d)包括使用硬掩模作为蚀刻掩模在电介质层中形成暴露蚀刻停止层的通孔；且在操作(h)之前，通过清除被通孔暴露的蚀刻停止层暴露下部互连线。在另一个实施例中，该方法还包括在操作(b)之前，在下部互连线上形成蚀刻停止层，其中操作(d)包括使用硬掩模作为蚀刻掩模在电介质层中形成暴露蚀刻停止层的通孔；且操作(g)包括通过单次湿法蚀刻工艺同时清除被通孔暴露的蚀刻停止层和沟槽硬掩模，暴露下部互连部件。在另一个实施例中，蚀刻停止层和沟槽硬掩模是使用同样的材料形成的。在另一个实施例中，操作(c)包括在电介质层上形成硬掩模层，在硬掩模层上形成界定通孔的光致抗蚀剂图案，以及使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模对硬掩模层进行构图，开且操作(d)包括通过使用光致抗蚀剂图案和硬掩模作为蚀刻掩模干法蚀刻电介质层来形成通孔。在另一个实施例中，操作(e)包括使用界定沟槽的光致抗蚀剂图案来形成沟槽硬掩模，以及清除光致抗蚀剂图案；且操作(f)包括通过使用沟槽硬掩模作为蚀刻掩模，在电介质层相对于沟槽硬掩模的蚀刻选择性等于或大于30∶1的条件下，对电介质层进行干法蚀刻来形成沟槽。在另一个实施例中，硬掩模是使用BN形成的，且电介质层是使用氧化物层形成的。在另一个实施例中，干法蚀刻是使用CxFy和CxHyFz之一作为主要蚀刻气体进行的。在另一个实施例中，上部互连线是铜互连线。在另一个实施例中，电介质层是使用FSG和SiOC之一形成的。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造双金属镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成下部互连部件；(b)在下部互连部件上形成蚀刻停止层；(c)在蚀刻停止层上形成电介质层；(d)在电介质层上形成BN硬掩模；(e)通过使用BN硬掩模作为蚀刻掩模在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造双金属镶嵌互连的方法，包括：（ａ）在衬底上形成下部互连部件；（ｂ）在所述下部互连部件上形成电介质层；（ｃ）在所述电介质层上形成硬掩模；（ｄ）利用所述硬掩模作为蚀刻掩模在所述电介质层中形成通孔； （ｅ）通过构图所述硬掩模，形成界定沟槽的沟槽硬掩模；（ｆ）形成和所述通孔相连接的沟槽，在其中使用所述沟槽硬掩模作为蚀刻掩模部分蚀刻所述电介质层形成上部互连线；（ｇ）使用湿法蚀刻清除所述沟槽硬掩模；以及（ｈ）通过使用互 连材料填充所述沟槽和通孔，形成上部互连线。

【技术特征摘要】
KR 2004-7-29 59888/041.一种制造双金属镶嵌互连的方法，包括(a)在衬底上形成下部互连部件；(b)在所述下部互连部件上形成电介质层；(c)在所述电介质层上形成硬掩模；(d)利用所述硬掩模作为蚀刻掩模在所述电介质层中形成通孔；(e)通过构图所述硬掩模，形成界定沟槽的沟槽硬掩模；(f)形成和所述通孔相连接的沟槽，在其中使用所述沟槽硬掩模作为蚀刻掩模部分蚀刻所述电介质层形成上部互连线；(g)使用湿法蚀刻清除所述沟槽硬掩模；以及(h)通过使用互连材料填充所述沟槽和通孔，形成上部互连线。2.如权利要求1所述的方法，其中所述硬掩模是使用从由SiN、SiC、BCB、Ta、TaN、Ti、TiN、Al2O3、BN及其组合所构成的组中选择的一种材料形成的。3.如权利要求2所述的方法，其中所述硬掩模形成2000或更大的厚度。4.如权利要求1所述的方法，其中操作(g)包括在所述沟槽硬掩模相对于所述电介质层的蚀刻选择性等于或大于2000∶1的条件下进行湿法蚀刻。5.如权利要求4所述的方法，其中所述湿法蚀刻是使用磷酸溶液进行的。6.如权利要求5所述的方法，其中所述硬掩模是使用BN形成的。7.如权利要求4所述的方法，进一步包括在操作(b)之前在所述下部互连部件上形成蚀刻停止层，其中操作(d)包括使用所述硬掩模作为蚀刻掩模在电介质层中形成暴露所述蚀刻停止层的通孔；以及在操作(h)之前，通过清除被所述通孔暴露的所述蚀刻停止层，暴露所述下部互连部件。8.如权利要求4所述的方法，进一步包括在操作(b)之前在所述下部互连部件上形成蚀刻停止层，其中操作(d)包括使用所述硬掩模作为蚀刻掩模在所述电介质层中形成暴露蚀刻停止层的通孔，且操作(g)包括使用单次湿法蚀刻工艺，同时清除被所述通孔暴露的蚀刻停止层和所述沟槽硬掩模，由此暴露所述下部互连部件。9.如权利要求8所述的方法，其中所述蚀刻停止层和沟槽硬掩模是使用同样的材料形成的。10.如权利要求1所述的方法，其中操作(c)包括在所述电介质层上形成硬掩模层，在所述硬掩模层上形成界定所述通孔的光致抗蚀剂图案，以及使用所述光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模构图所述硬掩模层；以及操作(d)包括使用所述光致抗蚀剂图案和硬掩模作为蚀刻掩模来干法蚀刻所述电介质层，由此形成所述通孔。11.如权利要求1所述的方法，其中操作(e)包括使用界定所述沟槽的光致抗蚀剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴赫祥，郑周赫，金一球，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]