减材式铜蚀刻制造技术

提供了一种原子层蚀刻方法，以用于在等离子体处理室中蚀刻衬底上铜或铜合金，其包含多个循环。多个循环中的每一个循环包含铜改性阶段和活化阶段。铜改性阶段包含：使改性气体流入等离子体处理室，使改性气体转变为改性等离子体，以及将铜或铜合金暴露于改性等离子体，其中至少有一部份的铜或铜合金被改性。该活化阶段包含：使活化气体流入等离子体处理室，其中活化气体包含含氢气体，将活化气体转变为活化等离子体，并将经改性的铜或铜合金暴露于活化等离子体，其中至少形成可挥发的铜或铜合金络合物。络合物。络合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减材式铜蚀刻
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2020年8月27日申请的美国专利申请No.63/071,227的优先权利益，其通过引用并入本文以用于所有目的。

技术介绍

[0002]这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
[0003]半导体制造工艺通常涉及含金属结构(包含逻辑件和存储器)的形成。减材蚀刻工艺被用于制造含铝结构，且随着产业转向铜的使用，镶嵌处理方案被创造以适应在减材蚀刻工艺中铜蚀刻的困难。然而，随着设备缩小，使用镶嵌工艺来形成微小的铜特征就越来越困难。
[0004]随着互连技术由铝(Al)转向铜(Cu)，由于铜蚀刻的挑战，集成流程由金属蚀刻发展为双镶嵌工艺。双镶嵌工艺在几十年来是Cu结构图案化的主流技术，双镶嵌工艺包括三个主要的步骤：首先，沟槽和通孔由蚀刻介电层来限定；接着，铜通过干式工艺(物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD))和/或湿式工艺(无电镀沉积(ELD))沉积至结构中；最后，使用化学机械抛光(CMP)去除覆盖层，形成铜的内连件。为了在特征缩小时满足金属结构不断变化的电阻电容(RC)需求，若干金属(例如钨(W)、钼(Mo)和钌(Ru))出现成为带有高级电性而有潜力的候选对象。减材金属蚀刻经发展并集成，以将上述金属图案化。蚀刻如此的金属可能有着以下的问题：较宽的特征可能蚀刻得比较窄的特征快，且金属特征的侧壁可能过于粗糙。
[0005]一种蚀刻铜的方法使用基于物理轰击的离子束蚀刻(IBE)技术。IBE用于蚀刻在传统的等离子体蚀刻工艺中不会形成挥发性副产物的材料。活性离子蚀刻(RIE)工艺也被使用于铜蚀刻。示例包括氯(Cl2)基RIE工艺以形成氯化铜(I)(CuCl)副产物；以及低温氢(H2)RIE工艺以形成氢化铜(CuH)蚀刻副产物，或高压氢/氮(H2/N2)基等离子体RIE工艺以增加蚀刻速率。在处理铜层下方的阻挡膜的集成流程中，已研发使用氢气和卤素气体进行的等离子体蚀刻，其可使用或不使用湿式和干式的循环工艺来集成。

技术实现思路

[0006]为了实现前述的目的且根据本公开内容的目的，本公开内容提供了一种原子层蚀刻方法，以用于在等离子体处理室中蚀刻衬底上铜或铜合金，其包含多个循环。多个循环中的每一个循环包含铜改性阶段和活化阶段。铜改性阶段包含：使改性气体流入等离子体处理室，使改性气体转变为改性等离子体，以及将铜或铜合金暴露于改性等离子体，其中至少有一部份的铜或铜合金被改性。该活化阶段包含：使活化气体流入等离子体处理室，其中活化气体包含含氢气体，将活化气体转变为活化等离子体，并将经改性的铜或铜合金暴露于活化等离子体，其中至少形成可挥发的铜或铜合金络合物。
[0007]在另一表现形式中，提供一种在等离子体处理室中蚀刻衬底上的铜或铜合金的方法。蚀刻气体包含改性气体和含氢气体，使其流入等离子体处理室。使蚀刻气体转变为等离子体。提供偏置，其中该等离子体至少会蚀刻一部分的铜或铜合金。
[0008]本公开的这些特征和其它特征将在下面在详细描述中并结合以下附图进行更详细的描述。
附图说明
[0009]在附图中以示例而非限制的方式示出了本公开，并且附图中类似的附图标记表示相似的元件，其中：
[0010]图1是一实施方案的高阶流程图。
[0011]图2A
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B是根据一实施方案而进行处理之结构的示意横截面图。
[0012]图3A
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E是根据一实施方案而进行处理之结构的更详细的示意图。
[0013]图4是另一实施方案的高阶流程图。
[0014]图5是可用于另一实施方案中的等离子体处理室的示意图。
[0015]图6是可用于一实施方案的处理工具的示意图。
[0016]图7是可用于实行一实施方案的计算机系统的示意图。
具体实施方式
[0017]现在将参考附图中所示的几个优选实施方案来详细描述本公开。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的彻底理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本公开可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的工艺步骤和/或结构，以免不必要地使本公开不清楚。
[0018]图1为一实施方案的高阶流程图。在此实施方案中，将带有结构的衬底(例如具有铜层的堆叠件)放置于等离子体处理室中(步骤104)。该堆叠件可包含任何数量的额外层，其具有适用于任何有益的用途的材料。例如，图2A为一示例性堆叠件200的示意局部横截面图。如图所示，堆叠件200由下到上包含半导体衬底204、中间层208、铜层212。在该示例中，铜层212是由铜或铜合金所构成。带有图案化的开口220的图案化的掩模216形成于铜层212上。在该实施方案中，图案化掩模216是硬掩模，其由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮化钽(TaN)和氮化钛(TiN)中的至少一者构成。将堆叠件200放置于等离子体处理室中(步骤104)。
[0019]在处理室中，堆叠件200经受铜层蚀刻(步骤108)。该铜层蚀刻(步骤108)包含多个循环，其中每个循环包含：铜改性阶段(步骤112)、任选的第一清扫(步骤114)、活化阶段(步骤116)以及任选的第二清扫(步骤120)。在某些实施方案中，该铜改性阶段(步骤112)和/或该活化阶段(步骤116)可以是任选的步骤。在铜改性阶段(步骤112)中，改性气体流入等离子体处理室。该改性气体可为任何适合用于将铜层212部分改性的气体。在此实施方案中，该改性气体包含氮气(N2)。在许多不同的实施方案中，可将其他气体加入改性气体，例如以下至少一者：氨(NH3)、一氧化氮(NO)、或氧气(O2)、或其组合。所提供的压强介于10毫托(mTorr)至100毫托的范围内。前述衬底的温度维持介于
‑
40℃至20℃的范围内。如进一步说明的，图3A为铜层212局部的放大图，其显示了铜原子304。氮气308通入上述等离子体处理
室。
[0020]将上述改性气体转变为改性等离子体。在该示例中，提供频率为13.56MHz以及功率为300
‑
1800瓦特(W)的射频(RF)功率，以将该改性气体转变为改性等离子体。提供介于约50伏特至500伏特范围内的偏压。在该实施方案中，将上述氮气转变为氮离子物质。图3B是上述铜层212的局部放大图，描绘了氮离子物质312。在某些实例中，可提供偏压以将氮离子物质312加速朝向上述铜层212。
[0021]将铜层212暴露于上述改性气体，以将铜层212中的铜或铜合金改性。在此实施方案中，将单层的铜或铜合金改性。在该实施方案中，氮离子物质312与该铜层212表面上的铜原子形成键。图3C是成层的氮离子物质312与上述铜层212的上层铜形成键后，该铜层212的局部放大图。上述氮离子物质312的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蚀刻在等离子体处理室中的衬底上的铜或铜合金的原子层蚀刻方法，其包含多个循环，其中每一循环包含：(a)铜改性阶段，其包含：使改性气体流入所述等离子体处理室；将所述改性气体转变为改性等离子体；以及将所述铜或铜合金暴露于所述改性等离子体，其中所述铜或铜合金中的至少一部分被改性；以及(b)活化阶段，其包含：使活化气体流入所述等离子体处理室，其中所述活化气体包含含氢气体；将所述活化气体转变为活化等离子体；以及将被改性的所述铜或铜合金暴露于所述活化等离子体，其中形成至少一种可挥发的铜或铜合金络合物。2.根据权利要求1的原子层蚀刻方法，其中所述改性气体为下列至少一者：含氧气体、含卤素气体、含硫化物气体、含磷化物气体、或含氮气体，或其任何组合。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体为氢气。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述改性气体为氮气。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体为下列至少一者：氢气、氨气、硅烷、水、甲醇、或甲烷，或其任何组合。6.根据权利要求1所述的方法，其还包含将所述衬底维持在介于
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40℃至20℃的范围内的温度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜或铜合金在掩模下方形成层。8.根据权利要求1所述的方法，其还包含将所述等离子体处理室中的压强设置在介于3毫托至300毫托的范围内。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化阶段还包含提供偏压，以促使所述活化等离子体轰击经改性的所述铜或铜合金。10.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述偏压提供：介于50伏特至500伏特的范围内的连续偏压，或者介于50伏特至1500伏特的范围内的脉冲偏压。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜或铜合金位于硬掩模下方，其中相对于所述硬掩模，以大于5：1的蚀刻选择率来选择性地蚀刻所述铜或铜合金。12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述活化气体转变为等离子体包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文兵，林染，萨曼莎，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：