本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種在后道銅互連中實(shí)現(xiàn)埋層刻蝕的方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展和進(jìn)步，半導(dǎo)體制程關(guān)鍵尺寸的不斷縮小，芯片上互連線的截面積和線間距離持續(xù)下降。在0.13um制程以上，半導(dǎo)體通常采用鋁作為后道連線的金屬材料。而進(jìn)入到90nm及其以下制程時(shí)，隨著互連線層數(shù)和長(zhǎng)度的迅速增加以及互連寬度的減小，鋁連線的電阻增加，導(dǎo)致互連時(shí)間延遲，信號(hào)衰減及串?dāng)_增加，同時(shí)電遷移和應(yīng)力效應(yīng)加劇，嚴(yán)重影響了電路的可靠性。而金屬銅具有更小的電阻率和電遷移率，因此，銅成為深亞微米時(shí)代的后道金屬的首選金屬材料。

傳統(tǒng)的集成電路的金屬連線是以金屬層的刻蝕方式來(lái)制作金屬導(dǎo)線的，然后進(jìn)行介電層的填充、介電層的化學(xué)機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而成功進(jìn)行多層金屬疊加。但是由于銅的干法刻蝕較為困難，刻蝕的殘留物無(wú)法抽吸，所以必須采用新的鑲嵌技術(shù)大馬士革工藝完成銅線互連。大馬士革工藝是首先在介電層上刻蝕金屬導(dǎo)線槽，然后填充金屬，再對(duì)金屬進(jìn)行機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而進(jìn)行多層金屬疊加。其中在填充金屬之前，會(huì)淀積一層埋層金屬Ta/TaN，作為金屬銅與介質(zhì)之間的粘合劑并有利于淀積銅的籽晶層。然而，采用PVD方式淀積的這層埋層不僅會(huì)淀積在金屬導(dǎo)線槽或者通孔的側(cè)壁，也會(huì)淀積在介質(zhì)的上表面上。淀積在介質(zhì)的上表面上的埋層需要在后續(xù)的工藝中被完全刻蝕干凈。

請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種在后道互連中刻蝕埋層的方法流程圖。結(jié)合參閱圖2-圖4，圖2-圖4為現(xiàn)有技術(shù)的依據(jù)圖1所示的方法在后道互連中刻蝕埋層的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在后道互連中刻蝕埋層的方法，主要包括以下步驟：

步驟S1：提供一襯底，如圖2所示，所述襯底由下到上依次包括襯底基體(圖中未畫(huà)出)、低k介質(zhì)層01，低k介質(zhì)鈍化層02，埋層金屬層03，金屬銅04；其中，所述低k介質(zhì)層01和低k介質(zhì)鈍化層02中含有通孔或溝槽，所述埋層金屬層03覆蓋在所述低k介質(zhì)鈍化層02上及所述通孔或溝槽的側(cè)壁和底部，覆蓋有埋層金屬層03的通孔或溝槽中填充有金屬銅04；

步驟S2：采用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝對(duì)金屬銅04進(jìn)行粗拋；

步驟S3：采用SFP(無(wú)應(yīng)力拋光)工藝對(duì)剩余金屬銅04進(jìn)行細(xì)拋，停留在埋層金屬03表面；

步驟S4：采用BHF藥劑濕法刻蝕去除埋層金屬03表面被SFP工藝氧化的氧化物，BHF濕法刻蝕后的結(jié)構(gòu)如圖3所示；

步驟S5:采用XeF₂干法刻蝕工藝各向同性刻蝕去除低k介質(zhì)鈍化層02表面上的埋層金屬03，XeF₂干法刻蝕后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在上述步驟S5中，由于XeF₂氣體刻蝕是一種各向同性刻蝕，在通孔或者溝槽的頂部邊角上的埋層金屬由于受到的刻蝕較介質(zhì)表面上的更為充分、速率更快，因此通孔或者溝槽的頂部邊角的埋層金屬優(yōu)先被刻蝕掉。當(dāng)XeF₂刻蝕不足時(shí)，即僅能夠?qū)喜刍蛲椎倪吔堑穆駥咏饘倏涛g干凈，則容易在介質(zhì)表面形成埋層金屬的殘留，如圖5所示；但是，當(dāng)確保介質(zhì)表面埋層金屬刻蝕足夠時(shí)，溝槽或通孔側(cè)壁頂部的埋層金屬又會(huì)被過(guò)刻蝕而形成空洞06，如圖6所示。上述兩種情況，都會(huì)導(dǎo)致器件失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種在后道互連中刻蝕埋層的方法，通過(guò)在通孔或溝槽的埋層頂部形成氧化膜掩膜，避免金屬銅與介質(zhì)間的空洞的形成。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種在后道互連中刻蝕埋層的方法，包括以下步驟：

步驟S01：形成后道互連膜層結(jié)構(gòu)，所述后道互連膜層結(jié)構(gòu)由下到上依次包括低k介質(zhì)層，低k介質(zhì)鈍化層，埋層金屬層；其中，所述后道互連膜層結(jié)構(gòu)中包含位于所述低k介質(zhì)層和低k介質(zhì)鈍化層的通孔或溝槽，所述埋層金屬層覆蓋在所述低k介質(zhì)鈍化層上表面及所述通孔或溝槽的側(cè)壁和底部，覆蓋有所述埋層金屬層的通孔或溝槽中填充有金屬銅；

步驟S02：刻蝕去除部分埋層金屬，使得通孔或溝槽頂部的高出所述金屬銅上表面的埋層金屬被刻蝕干凈；

步驟S03：在所述低k介質(zhì)鈍化層上的所述埋層金屬層上及填充有所述金屬銅的通孔或溝槽的頂部和側(cè)壁淀積一掩膜層；

步驟S04：刻蝕去除所述低k介質(zhì)鈍化層上和所述金屬銅上的掩膜層，保留通孔或溝槽內(nèi)的金屬埋層的頂部的掩膜；

步驟S05：刻蝕去除所述低k介質(zhì)鈍化層表面剩余的埋層金屬；

步驟S06：去除通孔或溝槽內(nèi)的金屬埋層的頂部的掩膜。

優(yōu)選地，所述步驟S03中，所述掩膜層為二氧化硅膜層或BD或BDⅡ。

優(yōu)選地，采用CVD工藝淀積所述掩膜層。

優(yōu)選地，所述CVD工藝的反應(yīng)氣體包括SiH₄和N₂O，SiH₄氣體流量為300sccm～500sccm，N₂O氣體流量是SiH₄氣體流量的20倍，壓力為1Torr～3Torr，溫度為300℃～500℃。

優(yōu)選地，所述掩膜層的厚度大于所述埋層金屬層的初始厚度，所述掩膜層的厚度為200?！?00埃。

優(yōu)選地，所述步驟S04中，各向異性刻蝕所述掩膜層。

優(yōu)選地，采用干法等離子體刻蝕工藝各向異性刻蝕所述掩膜層。

優(yōu)選地，所述步驟S04中，所述干法等離子體刻蝕工藝的反應(yīng)氣體包括C₄F₈、O₂和Ar，C₄F₈氣體流量為40sccm～60sccm，Ar氣體流量為600sccm～800sccm，O₂氣體流量為20sccm～40sccm，壓力為50Torr～70mTorr，高頻功率為700W～900W,低頻功率為1000W～1300W。

優(yōu)選地，所述步驟S06中，采用濕法刻蝕去除所述掩膜。

優(yōu)選地，所述步驟S06中，濕法刻蝕的溶劑為DHF溶劑，其中，HF與H₂O體積比為1:100～1:500；刻蝕溫度為20℃～25℃，刻蝕時(shí)間為1min～5min；或者濕法刻蝕的溶劑為BHF溶劑，其中HF與NH₄F與H₂O體積比為1:5:50～1:20:100；刻蝕溫度為20℃～25℃，刻蝕時(shí)間為1min～5min。

優(yōu)選地，所述步驟S02中，采用XeF₂干法刻蝕工藝各向同性刻蝕去除部分埋層金屬，刻蝕溫度為80℃～130℃；XeF₂氣體流量為6sccm～20sccm；XeF₂氣體壓力為0.5Torr～4Torr；刻蝕時(shí)間為30s～300s；刻蝕厚度為埋層金屬層厚度的2/3。

優(yōu)選地，所述步驟S01中，所述低k介質(zhì)層的材料為BD或者BDII；所述低k介質(zhì)鈍化層的材料為SiCN或者SiON或者SiO₂；所述埋層金屬層的材料為T(mén)i/TiN或者Ta/TaN。

優(yōu)選地，所述步驟S01中，采用PVD工藝成長(zhǎng)所述埋層金屬層。

優(yōu)選地，所述Ti/TiN埋層金屬層由Ti和TiN兩種薄膜組成，先成長(zhǎng)一層Ti薄膜，再成長(zhǎng)一層TiN薄膜，TiN薄膜的厚度大于Ti薄膜，TiN薄膜和Ti薄膜的總厚度為100埃～800埃；或者Ta/TaN埋層金屬層由Ta和TaN兩種薄膜組成，先成長(zhǎng)一層TaN薄膜，再成長(zhǎng)一層Ta薄膜，Ta薄膜的厚度大于TaN薄膜，TaN薄膜和Ta薄膜的總厚度為100埃～500埃。

優(yōu)選地，所述步驟S05中，采用XeF₂干法刻蝕工藝各向同性刻蝕去除低k介質(zhì)鈍化層表面的埋層金屬；刻蝕溫度為80℃～130℃；XeF₂氣體流量為6sccm～20sccm；XeF₂氣體壓力為0.5Torr～4Torr；刻蝕時(shí)間為30s～300s；刻蝕厚度為埋層金屬層初始厚度的1/2。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)在埋層金屬刻蝕過(guò)程中引入氧化膜掩膜阻止了刻蝕氣體對(duì)通孔或溝槽內(nèi)的位于金屬銅與低k介質(zhì)層之間的埋層金屬的進(jìn)一步刻蝕，從而確保低k介質(zhì)鈍化層表面的埋層金屬既能被刻蝕干凈，又能夠避免金屬銅與介質(zhì)間的空洞的形成。因此，本發(fā)明具有顯著特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種在后道互連中刻蝕埋層的方法流程圖；

圖2-圖4是現(xiàn)有技術(shù)的依據(jù)圖1所示的方法在后道互連中刻蝕埋層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是現(xiàn)有技術(shù)中由于XeF₂刻蝕不足形成的介質(zhì)表面埋層金屬殘留的照片示意圖；

圖6是現(xiàn)有技術(shù)中溝槽或通孔側(cè)壁頂部的埋層金屬被過(guò)刻蝕而形成空洞的照片示意圖；

圖7是本發(fā)明的一種在后道互連中刻蝕埋層的方法流程圖；

圖8-圖13是本發(fā)明的依據(jù)圖7的方法在后道互連中刻蝕埋層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。

在以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖7，圖7是本發(fā)明的一種在后道互連中刻蝕埋層的方法流程圖。同時(shí)，結(jié)合圖8-圖13，圖8-圖13是本發(fā)明的依據(jù)圖7的方法在后道互連中刻蝕埋層金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，一種在后道互連中刻蝕埋層的方法，包括以下步驟：

步驟S01：形成后道互連膜層結(jié)構(gòu)，所述后道互連膜層結(jié)構(gòu)由下到上依次包括低k介質(zhì)層11，低k介質(zhì)鈍化層12，埋層金屬層13；其中，所述后道互連膜層結(jié)構(gòu)中包含位于所述低k介質(zhì)層11和低k介質(zhì)鈍化層12的通孔或溝槽，所述埋層金屬層13覆蓋在所述低k介質(zhì)鈍化層12上表面及所述通孔或溝槽的側(cè)壁和底部，覆蓋有所述埋層金屬層的通孔或溝槽中填充有金屬銅14。

在該步驟中，如圖8所示，采用現(xiàn)有技術(shù)在經(jīng)過(guò)前道工藝的半導(dǎo)體襯底上由下到上依次形成低k介質(zhì)層11和低k介質(zhì)鈍化層12。低k介質(zhì)層11的作用為實(shí)現(xiàn)各電路層的隔絕，為了降低能耗，低k介質(zhì)層11的材料優(yōu)選為BD或者BDII，其中，BDII為BD的優(yōu)化版。低k介質(zhì)鈍化層12作為刻蝕停止層，可以為SiCN(NDC)或者SiON或者SiO₂。然后，通過(guò)圖案化刻蝕形成位于低k介質(zhì)層11和低k介質(zhì)鈍化層12中的通孔或溝槽，用于在其中填充金屬銅進(jìn)行導(dǎo)線互聯(lián)形成器件的電路。本發(fā)明中導(dǎo)線的材質(zhì)選為銅，能夠通過(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積)、濺射、化學(xué)鍍、電鍍等方法在形成的通孔或溝槽內(nèi)淀積金屬銅14。為了保證金屬銅14與介質(zhì)之間粘合度好，并有利于金屬銅的淀積生長(zhǎng)，在形成的通孔或溝槽中填充金屬銅之前，需在通孔或溝槽的側(cè)壁和底部形成一層埋層金屬層13。但是，埋層金屬層13不僅淀積在通孔或溝槽的側(cè)壁和底部，也會(huì)淀積在低k介質(zhì)鈍化層12的上表面，淀積在低k介質(zhì)鈍化層的上表面的埋層金屬需要在后續(xù)的工藝中被完全刻蝕干凈，同時(shí)保證金屬銅與通孔或溝槽之間的埋層金屬不能被過(guò)刻蝕形成空洞，以免影響器件的性能。

本實(shí)施例中，采用PVD工藝淀積生長(zhǎng)一層埋層金屬層13。埋層金屬層13可以由Ti和TiN兩種薄膜組成，先淀積生長(zhǎng)一層Ti薄膜，再淀積成長(zhǎng)一層TiN薄膜，TiN薄膜的厚度大于Ti薄膜，TiN薄膜和Ti薄膜的總厚度為100?！?00埃。其中，Ti薄膜易于與介質(zhì)層粘結(jié)，TiN薄膜易于金屬銅的淀積生長(zhǎng)，通常用于90nm以上制程的埋層金屬的制作。埋層金屬層13也可以由Ta和TaN兩種薄膜組成，先成長(zhǎng)一層TaN薄膜，再成長(zhǎng)一層Ta薄膜，Ta薄膜的厚度大于TaN薄膜，TaN薄膜和Ta薄膜總厚度為100?！?00埃。其中，TaN薄膜易于與介質(zhì)層粘結(jié)，Ta薄膜易于金屬銅的淀積生長(zhǎng)，通常用于90nm以下制程的埋層金屬的制作。

步驟S02：刻蝕去除部分埋層金屬13，使得通孔或溝槽頂部的高出所述金屬銅上表面的埋層金屬被刻蝕干凈。

在該步驟中，如圖9所示，采用XeF₂干法刻蝕工藝各向同性刻蝕去除部分埋層金屬，因?yàn)橥谆驕喜鄣捻敳窟吔巧系穆駥咏饘偈艿降目涛g較低k介質(zhì)鈍化層12上的埋層金屬受到的刻蝕更為充分、刻蝕速率更快，因此，通孔或溝槽的頂部邊角的埋層金屬優(yōu)先被刻蝕掉，當(dāng)通孔或溝槽頂部的高出金屬銅上表面的埋層金屬被刻蝕干凈時(shí)，本步驟停止，則位于低k介質(zhì)鈍化層12表面仍然留有部分埋層金屬層未被刻蝕干凈。

優(yōu)選地，采用的XeF₂干法刻蝕工藝的刻蝕溫度為80～130℃；XeF₂氣體流量為6～20sccm；XeF₂氣體壓力為0.5～4Torr；刻蝕時(shí)間為30～300s；埋層金屬層在該步驟中被刻蝕的厚度約為埋層金屬層初始厚度的2/3。

步驟S03：在所述低k介質(zhì)鈍化層上的所述埋層金屬層上及填充有所述金屬銅的通孔或溝槽的頂部和側(cè)壁淀積一掩膜層15。

在該步驟中，如圖10所示，在步驟S02得到的結(jié)構(gòu)的上表面，即在低k介質(zhì)鈍化層12上的埋層金屬層13上及填充有金屬銅14的通孔或溝槽的頂部和側(cè)壁淀積一掩膜層15，目的為保護(hù)通孔或溝槽內(nèi)金屬銅14與低k介質(zhì)層11間的埋層金屬層13不被刻蝕，以避免產(chǎn)生空洞，影響器件的性能。

優(yōu)選地，采用CVD工藝淀積所述掩膜層15，CVD工藝的反應(yīng)氣體包括SiH₄和N₂O，SiH₄氣體流量為300sccm～500sccm，N₂O氣體流量是SiH₄氣體流量的20倍，壓力為1Torr～3Torr，溫度為300℃～500℃。所述掩膜層15的厚度大于埋層金屬層13的初始厚度，使掩膜層15足夠厚以保護(hù)通孔或溝槽側(cè)壁的埋層金屬不被過(guò)刻蝕，所述掩膜層15的厚度為200?！?00埃。

優(yōu)選地，掩膜層可以為二氧化硅膜層或BD或BDⅡ。

步驟S04：刻蝕去除所述低k介質(zhì)鈍化層上和所述金屬銅上的掩膜層，保留通孔或溝槽內(nèi)的金屬埋層的頂部的掩膜。

在該步驟中，如圖11所示，由于低k介質(zhì)鈍化層12上的埋層金屬13需要被去除，而通孔或溝槽內(nèi)的位于金屬銅14與低k介質(zhì)層之間的埋層金屬13需要被保護(hù)，因此，選擇各向異性刻蝕工藝去除低k介質(zhì)鈍化層12上和金屬銅14上的掩膜層，而通孔或溝槽側(cè)壁頂部的掩膜層形成保護(hù)側(cè)墻，作為后續(xù)埋層金屬刻蝕的掩膜。

優(yōu)選地，采用干法等離子體刻蝕工藝各向異性刻蝕掩膜層15。干法等離子體刻蝕工藝的反應(yīng)氣體包括C₄F₈、O₂和Ar，C₄F₈氣體流量為40sccm～60sccm，Ar氣體流量為600sccm～800sccm，O₂氣體流量為20sccm～40sccm，壓力為50Torr～70mTorr，高頻功率為700W～900W,低頻功率為1000W～1300W。為了讓低k介質(zhì)鈍化層12上的埋層金屬完全暴露出來(lái)，以在后續(xù)刻蝕工藝中被完全刻蝕干凈，需將低k介質(zhì)鈍化層上的掩膜15去除干凈,刻蝕量可以為掩膜厚度加上過(guò)刻蝕量10％。

步驟S05：刻蝕去除所述低k介質(zhì)鈍化層12表面剩余的埋層金屬。

如圖12所示，經(jīng)過(guò)步驟S04，通孔或溝槽內(nèi)的位于金屬銅14與低k介質(zhì)層11之間的埋層金屬13的頂端已經(jīng)被掩膜層15保護(hù)起來(lái)，剩余的埋層金屬，即位于低k介質(zhì)鈍化層表面的埋層金屬都需要被去除，并且可以過(guò)刻蝕以保證位于低k介質(zhì)鈍化層表面剩余的埋層金屬層被刻蝕干凈。

優(yōu)選地，采用XeF₂干法刻蝕工藝各向同性刻蝕去除低k介質(zhì)鈍化層12表面的埋層金屬，刻蝕溫度為80～130℃；XeF₂氣體流量為6～20sccm；XeF₂氣體壓力為0.5～4Torr；刻蝕時(shí)間為30～300s；刻蝕厚度為埋層金屬層初始厚度的1/2。

步驟S06：去除通孔或溝槽內(nèi)的金屬埋層的頂部的掩膜。

如圖13所示，在該步驟中，需將通孔或溝槽的頂部邊角上的掩膜15去除，以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的后道工藝?？梢圆捎脻穹ɑ蚋煞涛g去除掩膜15。優(yōu)選地，采用濕法刻蝕去除所述掩膜15，濕法刻蝕的溶劑可以為DHF溶劑，其中，HF與H₂O體積比為1:100～1:500；刻蝕溫度為20℃～25℃，刻蝕時(shí)間為1min～5min。濕法刻蝕的溶劑也可以為BHF溶劑，其中HF與NH₄F與H₂O體積比為1:5:50～1:20:100；刻蝕溫度為20℃～25℃，刻蝕時(shí)間為1min～5min。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)在埋層金屬刻蝕過(guò)程中引入氧化膜掩膜阻止了刻蝕氣體對(duì)通孔或溝槽內(nèi)的位于金屬銅與低k介質(zhì)層之間的埋層金屬的進(jìn)一步刻蝕，從而確保低k介質(zhì)鈍化層表面的埋層金屬既能被刻蝕干凈，又能夠避免金屬銅與介質(zhì)間的空洞的形成。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。