[发明专利]在低介电常数介质层中形成通孔的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种在低介电常数(low k)介质层中形成通孔的方法。

背景技术

当今半导体器件制造技术飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构，集成电路中包含巨大数量的半导体元件。在半导体器件制造过程中，当晶片上的元件尺寸不断变小时，衬底中器件的密集程度越来越高，元件之间的高性能、高密度的连接不仅要在单个互连层中互连，而且要在多层之间进行互连，互连线的密度也趋增加。对集成电路的性能，尤其是射频条件下的高速处理信号的性能提出了更高的要求。为了互连线之间的寄生电容，降低信号的RC延迟和金属互连线之间的干扰，目前普遍采用低介电常数(low k)材料作为层间介质层，以降低电路中的RC延迟。

然而，由于low k材料的密度较低，低介电常数材料的大量使用也对在其中形成通孔，进而形成镶嵌结构带来一些负面问题。图1至图5为说明现有在低介电常数材料层中形成通孔的过程剖面示意图。如图1至图5所示，图1中，在具有金属连接线11的衬底材料10表面形成由氮化硅、氮氧化硅或氮碳化硅组成的刻蚀阻挡层12。在刻蚀阻挡层12表面沉积低介电常数材料层13，例如掺氟的氧化硅(FSG)或黑钻石(Black Diamond^TM)等。随后在低介电常数材料层13表面沉积一覆盖层14，以保护该低介电常数材料层13。然后，在覆盖层14表面涂布有机抗反射层(BARC)15，在有机抗反射层15表面涂布光刻胶并通过曝光、显影等工艺形成图案化的光刻胶图形16。

在接下来的工艺步骤中，以光刻胶图形16为掩膜刻蚀形成通孔，如图2所示。然后利用等离子灰化(ashing)工艺去除光刻胶图形16和BARC层15，如图3所示；并随后去除刻蚀阻挡层12在通孔底部连接线11表面的部分以便露出连接线11。在上述利用等离子灰化(ashing)工艺去除光刻胶图形16和BARC层15之后，需要利用氢氟酸(HF)进行湿法清洗去除光刻胶残留物。在这个过程中氢氟酸会接触到低介电常数材料层13，并对其进行腐蚀，从而使通孔侧壁表面的低介电常数材料表面被破坏形成向内侧的凹陷并形成难溶的聚合物17，导致低介电常数材料层的介电常数发生变化。对后续形成的金属互连线的性能产生不利影响。

申请号为02141023.2的中国专利申请公开了一种方法解决上述问题的方法，该方法是利用金属掩膜取代光刻胶掩膜对低介电常数材料层进行刻蚀。然而形成金属掩膜无疑增加了工艺复杂程度和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在低介电常数介质层中形成通孔的方法，能够防止去除光刻胶过程中对低介电常数材料造成损伤。

一方面提供了一种在低介电常数介质层中形成通孔的方法，包括：

提供一半导体衬底，所述衬底包括金属连接线；

在所述金属连接线表面依次形成第一覆盖层、低介电常数介质层、第二覆盖层；

在所述第二覆盖层表面形成光刻胶掩膜层；

以所述光刻胶掩膜层为掩膜刻蚀所述第二覆盖层、低介电常数介质层直至暴露所述第一覆盖层，从而在低介电常数介质层中形成通孔；

沉积一保护层覆盖所述通孔内壁介质层表面；

移除所述光刻胶掩膜层；

移除所述保护层和暴露的第一覆盖层，以露出所述金属连接线。

优选地，所述保护层采用在反应室中原位(in suit)沉积的方式形成。

优选地，所述保护层的材料为氯氧硅化物(SiOCl)。

优选地，所述保护层的厚度为

优选地，形成光刻胶掩膜层的步骤包括：

在所述第二覆盖层表面形成有机抗反射层；

在所述有机抗反射层表面涂布光刻胶层；

图案化所述光刻胶层。

优选地，形成所述保护层的反应物包括：

氧气，流量为700～1200sccm；

硅烷，流量为30～80sccm；

反应室内的压力为8～12Torr，射频功率为850～1300W。

优选地，所述第一覆盖层的材料为氮化硅、氮氧化硅或氮碳化硅。

优选地，所述第二覆盖层的材料为氧化硅或氮氧化硅。

另一方面提供了一种在低介电常数介质层中形成通孔的方法，包括：

提供一半导体衬底，所述衬底包括金属连接线；

在所述金属连接线表面依次形成第一覆盖层、低介电常数介质层、第二覆盖层；

在所述第二覆盖层表面形成光刻胶掩膜层；

以所述光刻胶掩膜层为掩膜刻蚀所述第二覆盖层、低介电常数介质层直至暴露所述第一覆盖层，从而在低介电常数介质层中形成通孔；