[发明专利]二氟化氙气相刻蚀阻挡层的方法

说明书

本发明公开了一种二氟化氙气相刻蚀阻挡层的方法，包括如下步骤：（1）将二氟化氙气体喷洒到裸露的阻挡层的表面；（2）采用光束仅照射电介质层上表面的阻挡层，使电介质层上表面的阻挡层的刻蚀速率高于沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层的刻蚀速率。本发明通过向电介质层上表面的阻挡层照射光束，提高了电介质层上表面的阻挡层的刻蚀速率，使电介质层上表面的阻挡层的刻蚀速率高于沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层的刻蚀速率，避免沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层过度刻蚀，提高了微观上的刻蚀均匀性，达到了更好的工艺效果。

技术领域

本发明涉及集成电路器件制造技术领域，更具体地，涉及一种二氟化氙气相刻蚀阻挡层的方法。

背景技术

随着集成电路器件尺寸的持续缩小，互连延迟越来越成为制约集成电路发展的瓶颈问题。为了减小互连延迟，在集成电路器件的金属互连线的制作中，选用了电阻率较小的金属铜代替电阻率较大的铝，以减小互连电阻，以及选用了低K电介质材料，以减小金属互连线之间的电容。如图6和图7所示，金属互连线的制作工艺通常包括：首先，在半导体基底21上形成低K电介质层22；其次，在低K电介质层22上形成沟槽和连接孔；然后，在沟槽和连接孔内填充金属铜24，在此步骤中，为了防止金属铜24扩散，在填充金属铜24之前，需要在沟槽和连接孔内壁沉积一薄层的金属阻挡层23，通常，阻挡层23会沉积在整个低K电介质层22的表面并选用Ta/TaN或Ti/TiN作为阻挡层材料；然后，去除非沟槽和连接孔内的金属铜24；最后，去除非沟槽和连接孔内的阻挡层23，保留在沟槽和连接孔内的金属铜24形成金属互连线。

目前，去除非沟槽和连接孔内的阻挡层23的方法有化学机械研磨和无应力去除两种，前者由于在去除过程中会产生机械应力，从而会对半导体结构造成机械损伤，因此，采用无应力去除阻挡层23的方法受到越来越多的关注和推广。其中，二氟化氙（XeF2）由于其对半导体常用材料具有很高的选择比，所以常用二氟化氙气体25刻蚀多余的阻挡层23。

采用二氟化氙气体25刻蚀阻挡层23时，现有的方法是直接将二氟化氙气体25喷洒到整个半导体结构的表面，二氟化氙气体25自发地与低K电介质层22上的阻挡层23发生反应，因此，现有的二氟化氙气体25分布都是针对整个半导体结构而言的均匀分布。但是，在一个芯片电路的内部，由于布线密度和线宽等参数不同，阻挡层材料的分布密度也会不同，而二氟化氙气相刻蚀工艺是各向同性的，也就是说二氟化氙气体25对低K电介质层22上表面的阻挡层23以及沟槽和连接孔侧壁暴露出来的阻挡层23刻蚀速率是相等的。如图7所示，在铜线比较宽、阻挡层材料分布密度较低的地方，由于阻挡层材料较少，低K电介质层22上表面的阻挡层23反应结束后，由于二氟化氙气体25没有被消耗完全，余下的二氟化氙气体25就会与沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层23反应，造成沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层23过度刻蚀。反之，在铜线比较窄，阻挡层材料分布密度较大的地方会有低K电介质层22上表面的阻挡层23没有完全去除的现象。这种微观上的刻蚀不均匀性会破坏工艺效果，导致器件失效。

此外，实验数据表明二氟化氙和Ta/TaN等阻挡层材料，在室温下几乎不反应，而随着温度的升高，二氟化氙气体25刻蚀阻挡层23的速率也随之增加。因此，为了提高二氟化氙气相刻蚀的速率，会对半导体结构进行加热，而传统的加热方式是接触式加热，这样整个半导体结构的温度完全一样，二氟化氙气相刻蚀低K电介质层22上的阻挡层23及沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层23的速率相同，同样会导致沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层23过度刻蚀。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氟化氙气相刻蚀阻挡层的方法，该方法能够解决上述背景技术中沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层过度刻蚀的问题，并且能够提高微观上的刻蚀均匀性，达到更好的工艺效果。

为实现上述目的，本发明提供的二氟化氙气相刻蚀阻挡层的方法，包括如下步骤：（1）将二氟化氙气体喷洒到裸露的阻挡层的表面；（2）采用光束仅照射电介质层上表面的阻挡层，使电介质层上表面的阻挡层的刻蚀速率高于沟槽和连接孔侧壁上的阻挡层的刻蚀速率。