[发明专利]基于金属硬掩膜的超低K互连的制造方法及制造的产品

说明书

本发明公开了一种基于金属硬掩膜的超低K互连的制造方法及制造的产品。该方法对超低K电介质的损坏很小且对后续清洗工艺更坚固，从而使得从干法蚀刻至湿法清洗之间的等待时间能够延长。该方法包括：在衬底上依次形成超低K电介质层和金属硬掩膜层；图案化金属硬掩膜层，以在金属硬掩膜层中形成开口；以及蚀刻开口位置的超低K电介质层，其中所述蚀刻工艺的蚀刻气体包括溴化物。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及基于金属硬掩膜的超低K互连的制造方法及制造的产品。

背景技术

用于形成互连的已知工艺包括“镶嵌工艺”(damascene process)。在一般的镶嵌工艺中，使用光刻胶作为掩膜蚀刻电介质层以形成开口，该开口包括通孔和沟槽。然后去除光刻胶，用导电材料填充该开口以便形成用于互连的通孔和迹线。

由于器件密度和连线密度的增加、线宽减小，导致阻容(RC)耦合增大，从而使信号传输延时、干扰噪声增强和功耗增大，这给超大规模集成电路的应用带来了挑战。

利用金属或金属化合物作为硬掩膜层可有利于形成更小临界尺寸的互连通孔和迹线。

同时，在生产线的后端采用超低K电介质(Ultra-low-k Dielectrics)作为层间电介质层，可减少半导体芯片上晶体管间连接导线的延误率，获得较低的RC延迟。目前的低介电常数(K)材料K值为3.0，而介电常数(K)值不大于2.6的电介质可被称为超低K电介质。采用超低K电介质无疑有助于芯片整体效能的提高。

目前已知基于氟(F)的刻蚀工艺用于形成超低K双镶嵌结构。申请号为201010285728.5的中国专利申请中介绍了一种双镶嵌结构及其制造方法，其中利用四氟化碳蚀刻超低K电介质。在基于氟的蚀刻过程中，等离子体活性基与被蚀刻的材料发生化学反应，形成挥发性的聚合物并随气流离开。然而，在蚀刻之后，在晶片上仍然会残留一部分聚合物，因此需要后续的清洗工艺来去除聚合物残留，使得这种基于氟的刻蚀工艺不可避免地会导致超低K电介质层的损坏，使轮廓弯曲或临界尺寸增加。

图1示出了根据现有技术的基于金属硬掩膜在超低K电介质中进行蚀刻的过程的剖面示意图。

如图1A所示，在半导体衬底100上依次形成超低K电介质层110和金属硬掩膜层120。如图1B所示，通过常用的蚀刻工艺在金属硬掩膜120中形成开口。如图1C所示，以金属硬掩膜120作为掩膜层，通过基于F的干法蚀刻工艺对超低K电介质层110进行蚀刻，以在超低K电介质层110中形成开口。然后利用DHF溶液对半导体晶片进行清洗，以便去除在超低K电介质层110的蚀刻期间形成的残留在晶片100上的基于F的聚合物，其中DHF溶液可包括H₂O，HF。

在实际制造过程中，对超低K电介质层110的干法蚀刻过程和利用DHF清洗过程之间有一定的等待时间。由于基于TiN的硬掩膜方法对基于F的聚合物敏感，因此要求干法刻蚀和湿法清洗之间的等待时间必须很短，否则基于F的残留聚合物将会在晶片结构中造成缺陷，并且使后续的间隙填充开口劣化。

因此，需要一种形成超低k互连的方法，其能够减小对超低K电介质的损坏，获得更加坚固的蚀刻结构，从而使得从干法蚀刻至湿法清洗之间的等待时间能够延长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于金属硬掩膜的超低K互连的制造方法，该制造方法对超低K电介质的损坏很小且对后续清洗工艺而言更坚固，从而使得从干法蚀刻至湿法清洗之间的等待时间能够延长。

根据本发明的一个方面，提供一种基于金属硬掩膜的超低K互连的制造方法，包括：a)在衬底上依次形成超低K电介质层和金属硬掩膜层；b)图案化金属硬掩膜层，以在金属硬掩膜层中形成开口；以及c)蚀刻开口位置的超低K电介质层，其中所述蚀刻工艺的蚀刻气体包括溴化物。

根据本发明的一个方面，前述方法的蚀刻工艺是利用HBr、氩气、氮气和氧气的混合气体的干法蚀刻工艺。