二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法，包括如下步驟：（1）將二氟化氙氣體噴灑到裸露的阻擋層的表面；（2）采用光束僅照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的刻蝕速率。本發(fā)明通過(guò)向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射光束，提高了電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的刻蝕速率，避免溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層過(guò)度刻蝕，提高了微觀上的刻蝕均勻性，達(dá)到了更好的工藝效果。
【專利說(shuō)明】二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路器件制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路器件尺寸的持續(xù)縮小，互連延遲越來(lái)越成為制約集成電路發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。為了減小互連延遲，在集成電路器件的金屬互連線的制作中，選用了電阻率較小的金屬銅代替電阻率較大的鋁，以減小互連電阻，以及選用了低K電介質(zhì)材料，以減小金屬互連線之間的電容。如圖6和圖7所示，金屬互連線的制作工藝通常包括:首先，在半導(dǎo)體基底21上形成低K電介質(zhì)層22 ;其次，在低K電介質(zhì)層22上形成溝槽和連接孔；然后，在溝槽和連接孔內(nèi)填充金屬銅24，在此步驟中，為了防止金屬銅24擴(kuò)散，在填充金屬銅24之前，需要在溝槽和連接孔內(nèi)壁沉積一薄層的金屬阻擋層23，通常，阻擋層23會(huì)沉積在整個(gè)低K電介質(zhì)層22的表面并選用Ta/TaN或Ti/TiN作為阻擋層材料；然后，去除非溝槽和連接孔內(nèi)的金屬銅24;最后，去除非溝槽和連接孔內(nèi)的阻擋層23，保留在溝槽和連接孔內(nèi)的金屬銅24形成金屬互連線。
[0003]目前，去除非溝槽和連接孔內(nèi)的阻擋層23的方法有化學(xué)機(jī)械研磨和無(wú)應(yīng)力去除兩種，前者由于在去除過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而會(huì)對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)造成機(jī)械損傷，因此，采用無(wú)應(yīng)力去除阻擋層23的方法受到越來(lái)越多的關(guān)注和推廣。其中，二氟化氙(XeF2)由于其對(duì)半導(dǎo)體常用材料具有很高的選擇比，所以常用二氟化氙氣體25刻蝕多余的阻擋層23。
[0004]采用二氟化氙氣體25刻蝕阻擋層23時(shí)，現(xiàn)有的方法是直接將二氟化氙氣體25噴灑到整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面，二氟化氙氣體25自發(fā)地與低K電介質(zhì)層22上的阻擋層23發(fā)生反應(yīng)，因此，現(xiàn)有的二氟化氙氣體25分布都是針對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而言的均勻分布。但是，在一個(gè)芯片電路的內(nèi)部，由于布線密度和線寬等參數(shù)不同，阻擋層材料的分布密度也會(huì)不同，而二氟化氙氣相刻蝕工藝是各向同性的，也就是說(shuō)二氟化氙氣體25對(duì)低K電介質(zhì)層22上表面的阻擋層23以及溝槽和連接孔側(cè)壁暴露出來(lái)的阻擋層23刻蝕速率是相等的。如圖7所示，在銅線比較寬、阻擋層材料分布密度較低的地方，由于阻擋層材料較少，低K電介質(zhì)層22上表面的阻擋層23反應(yīng)結(jié)束后，由于二氟化氙氣體25沒(méi)有被消耗完全，余下的二氟化氙氣體25就會(huì)與溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層23反應(yīng)，造成溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層23過(guò)度刻蝕。反之，在銅線比較窄，阻擋層材料分布密度較大的地方會(huì)有低K電介質(zhì)層22上表面的阻擋層23沒(méi)有完全去除的現(xiàn)象。這種微觀上的刻蝕不均勻性會(huì)破壞工藝效果，導(dǎo)致器件失效。
[0005]此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明二氟化氙和Ta/TaN等阻擋層材料，在室溫下幾乎不反應(yīng)，而隨著溫度的升高，二氟化氙氣體25刻蝕阻擋層23的速率也隨之增加。因此，為了提高二氟化氙氣相刻蝕的速率，會(huì)對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，而傳統(tǒng)的加熱方式是接觸式加熱，這樣整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的溫度完全一樣，二氟化氙氣相刻蝕低K電介質(zhì)層22上的阻擋層23及溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層23的速率相同，同樣會(huì)導(dǎo)致溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層23過(guò)度刻蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法，該方法能夠解決上述【背景技術(shù)】中溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層過(guò)度刻蝕的問(wèn)題，并且能夠提高微觀上的刻蝕均勻性，達(dá)到更好的工藝效果。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法，包括如下步驟:
(I)將二氟化氙氣體噴灑到裸露的阻擋層的表面；(2)采用光束僅照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的刻蝕速率。
[0008]優(yōu)選的，所述光束的波長(zhǎng)為441nnT514nm,較佳地,為474nm。
[0009]優(yōu)選的，所述光束垂直照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，或者局部地照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，移動(dòng)所述光束或者移動(dòng)基底，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層全部被所述光束照射。
[0010]優(yōu)選的，所述光束是持續(xù)照射或者是脈沖式照射。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(2)還進(jìn)一步包括:向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射第二光束，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的溫度高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的溫度。
[0012]優(yōu)選的，所述第二光束的波長(zhǎng)不包括441nnT514nm。
[0013]優(yōu)選的，所述第二光束垂直照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，或者局部地照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，移動(dòng)所述第二光束或者移動(dòng)基底，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層全部被所述第二光束照射。
[0014]優(yōu)選的，所述第二光束是持續(xù)照射或者是脈沖式照射。
[0015]優(yōu)選的，在向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射第二光束時(shí)，基于所述第二光束的反射光進(jìn)行二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的終點(diǎn)檢測(cè)。
[0016]綜上所述，本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法通過(guò)向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射光束，提高了電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的刻蝕速率，避免溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層過(guò)度刻蝕，提高了微觀上的刻蝕均勻性，達(dá)到了更好的工藝效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1中A部位的局部放大圖。
[0019]圖3是本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的又一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是圖3中B部位的局部放大圖。
[0021]圖5是采用本發(fā)明刻蝕方法刻蝕阻擋層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是現(xiàn)有的二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7是采用現(xiàn)有的二氟化氙氣相刻蝕方法刻蝕阻擋層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0024]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合圖式予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明涉及在集成電路器件的金屬互連線的制作過(guò)程中二氟化氙(XeF2)氣相刻蝕阻擋層的方法。
[0026]請(qǐng)參閱圖1和圖2，為本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，揭露了本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的一種方法。在詳細(xì)介紹本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法之前，先簡(jiǎn)要介紹金屬互連線的制作過(guò)程，包括如下步驟:首先，提供一半導(dǎo)體基底11，并在半導(dǎo)體基底11上形成一低K電介質(zhì)層12 ;其次,在低K電介質(zhì)層12上形成溝槽和連接孔；然后，在溝槽和連接孔的內(nèi)壁沉積一薄層的金屬阻擋層13，通常該阻擋層13會(huì)沉積在整個(gè)低K電介質(zhì)層12的表面，該阻擋層的材料可以是鉭、氮化鉭、鈦和氮化鈦中的一種或幾種；然后，在溝槽和連接孔內(nèi)填充金屬銅14 ;然后，去除非溝槽和連接孔內(nèi)的金屬銅14 ;最后，去除非溝槽和連接孔內(nèi)的阻擋層13，保留在溝槽和連接孔內(nèi)的金屬銅14形成金屬互連線。
[0027]在上述金屬互連線的制作過(guò)程中，為了不產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力而對(duì)集成電路器件造成機(jī)械損傷，本發(fā)明采用二氟化氙氣相刻蝕方法去除非溝槽和連接孔內(nèi)的阻擋層13。二氟化氙氣相刻蝕阻擋層13的反應(yīng)過(guò)程大致可以分為:吸附、分解、反應(yīng)和氣化四個(gè)步驟。具體地，首先，將二氟化氙氣體15噴灑到裸露的阻擋層13的表面，二氟化氙先以分子的形式吸附在阻擋層13的表面，然后，二氟化氙分子分解成游離的氙(Xe)原子和氟(F)原子，以鉭作為阻擋層材料為例，氟原子與鉭原子反應(yīng)生成五氟化鉭，在真空狀態(tài)下，五氟化鉭為氣態(tài)，因而五氟化鉭會(huì)隨著氣流遠(yuǎn)離低K電介質(zhì)層12的表面并通過(guò)真空泵抽出刻蝕腔。
[0028]由此可知，影響二氟化氙氣相刻蝕速率的關(guān)鍵因素之一是XeF2分子分解的速率。XeF2分子在分解過(guò)程中需要吸收能量使其化學(xué)鍵斷裂，從而形成Xe原子和F原子。具體地，XeF2分子的分解分為兩個(gè)步驟:第一步，XeF2分子先分解為一個(gè)F原子和XeF，在此過(guò)程中，XeF2分子需要吸收的能量為2.61eV ;第二步，XeF進(jìn)一步分解為一個(gè)Xe原子和一個(gè)F原子，在此過(guò)程中，XeF分解需要吸收的能量很小，僅為0.16eV。由于XeF2分子的第一步分解需要的能量比第二步分解需要的能量高很多，同時(shí)，第二步XeF的分解所需要的能量已經(jīng)接近普通分子間的范德瓦爾茲力，因此，XeF2分子的第一步分解速率是影響二氟化氙氣相刻蝕速率的關(guān)鍵。由于在第一步分解過(guò)程中，XeF2分子需要吸收的能量為2.61eV，而
2.6IeV對(duì)應(yīng)的光的波長(zhǎng)為474nm，所以，為了提高XeF2分子的第一步分解速率，本發(fā)明采用波長(zhǎng)為474nm的光束16垂直照射低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13?？紤]到XeF2分子內(nèi)部電子的軌道狀態(tài)等因素，一般需要在波長(zhǎng)為474nm附近進(jìn)行擴(kuò)展，因此，大量的XeF2分子分解需要吸收的能量在2.61eV附近的一個(gè)范圍，比如2.41e疒2.81eV，對(duì)應(yīng)的光的波長(zhǎng)為 44Inm?514nmο
[0029]因?yàn)楣馐?6是垂直照射位于低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13，而位于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13無(wú)法被光束16照射，因而，二氟化氙氣相刻蝕低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的速率高于刻蝕溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13的速率，從而解決了溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13的過(guò)度刻蝕問(wèn)題，如圖5所示，溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13被很好的保留下來(lái)。
[0030]除了 XeF2分子分解的速率外，阻擋層13表面的溫度也是影響二氟化氙氣相刻蝕速率的關(guān)鍵因素之一。為了使低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13的刻蝕速率，如圖3和圖4所示，本發(fā)明通過(guò)向低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13垂直照射第二光束17，迅速提高低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的溫度，使位于低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13被刻蝕，而溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13依然保留。由于用來(lái)專門加熱的光源比如汞燈、紫外燈和紅外燈等，發(fā)出來(lái)的光的波長(zhǎng)范圍較廣，可能會(huì)含有441nnT514nm波長(zhǎng)的光，而在工藝過(guò)程中第二光束17中的這一波段也會(huì)影響XeF2分子的分解速率，這樣會(huì)使得工藝過(guò)程變得復(fù)雜而難以控制效果。因此，本發(fā)明中第二光束17是將441nnT514nm波長(zhǎng)之間的光過(guò)濾掉之后的光束。
[0031]光束16和第二光束17可以垂直照射整個(gè)低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13，也可以局部地照射低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13，而通過(guò)移動(dòng)光束16和第二光束17或者通過(guò)移動(dòng)基底11達(dá)到垂直照射整個(gè)低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的目的。光束16和第二光束17可以是一直的持續(xù)照射，也可以是脈沖式的照射。
[0032]另外，第二光束17的反射信號(hào)可以用來(lái)作為本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的終點(diǎn)檢測(cè)的信號(hào)源。由于本發(fā)明中的阻擋層13是采用氣相刻蝕的方法去除，氣相刻蝕工藝開(kāi)始之前，除了溝槽和連接孔內(nèi)的金屬銅14之外，低K電介質(zhì)層12上大部分區(qū)域被阻擋層材料所覆蓋，最常用的阻擋層材料是金屬鉭，而氣相刻蝕工藝結(jié)束時(shí)，阻擋層材料被去除，低K電介質(zhì)層12比如silk或者black diamond被暴露出來(lái),金屬鉭的反射系數(shù)和silk或者black diamond的反射系數(shù)相差很大，這樣氣相刻蝕工藝開(kāi)始與結(jié)束時(shí)，第二光束17的反射信號(hào)會(huì)有明顯的差別，因而可以根據(jù)第二光束17的反射信號(hào)的差別來(lái)判斷低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13是否被完全去除。
[0033]由上述可知，本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法通過(guò)向低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13垂直照射光束16和第二光束17，提高了低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的刻蝕速率，使低K電介質(zhì)層12上表面的阻擋層13的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13的刻蝕速率，避免溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層13過(guò)度刻蝕，提高了微觀上的刻蝕均勻性，達(dá)到了更好的工藝效果。
[0034]綜上所述，本發(fā)明二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法通過(guò)上述實(shí)施方式及相關(guān)圖式說(shuō)明，己具體、詳實(shí)的揭露了相關(guān)技術(shù)，使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以據(jù)以實(shí)施。而以上所述實(shí)施例只是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的，本發(fā)明的權(quán)利范圍，應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求來(lái)界定。
【權(quán)利要求】
1.一種二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將二氟化氙氣體噴灑到裸露的阻擋層的表面； (2)采用光束僅照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的刻蝕速率高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的刻蝕速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束的波長(zhǎng)為441nnT514nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束的波長(zhǎng)為474nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束垂直照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束局部地照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，移動(dòng)所述光束或者移動(dòng)基底使電介質(zhì)層上表面的阻擋層全部被所述光束照射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束是持續(xù)照射或者是脈沖式照射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)還進(jìn)一步包括:向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射第二光束，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層的溫度高于溝槽和連接孔側(cè)壁上的阻擋層的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二光束的波長(zhǎng)不包括441nm?514nm0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二光束垂直照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二光束局部地照射電介質(zhì)層上表面的阻擋層，移動(dòng)所述第二光束或者移動(dòng)基底，使電介質(zhì)層上表面的阻擋層全部被所述第二光束照射。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二光束是持續(xù)照射或者是脈沖式照射。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在向電介質(zhì)層上表面的阻擋層照射第二光束時(shí)，基于所述第二光束的反射光進(jìn)行二氟化氙氣相刻蝕阻擋層的終點(diǎn)檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】H01L21/3213GK103700615SQ201210366144
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】王堅(jiān), 賈照偉, 王暉 申請(qǐng)人:盛美半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司