[发明专利]去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。

背景技术

根据摩尔定律，集成电路上可容纳的晶体管的数量每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。日益减小的导线宽度和间距与日益提升的晶体管的密度，使铜和低k介质材料逐渐成为互连结构的主流技术。然而，铜和低k介质材料的集成在实际应用中还存在很多技术问题有待解决，如阻挡层的去除问题。众所周知，在互连结构中，阻挡层用来防止铜扩散到低k介质材料中。互连结构非凹进区域上的铜被去除后，互连结构非凹进区域上的阻挡层也需要被去除。

目前，传统的去除阻挡层的方法为CMP(化学机械抛光)。然而由于CMP涉及相对强的机械力，对互连结构的底层结构会产生损伤。尤其是，当介质材料的k值逐渐减小，机械力可能会对介质材料造成永久损伤，CMP可能会在介质材料上产生划痕。

为了克服CMP的缺点，使用更先进的技术即热气相蚀刻技术来去除阻挡层。热气相蚀刻技术使用化学气体在特定的温度和压强下与阻挡层反应，更多关于热气相蚀刻技术的细节可以参考专利申请号PCT/CN2008/072059。由于在整个蚀刻过程中不会产生任何机械应力，所以不会对低k介质材料造成损伤。但是随着线宽的持续减小，使用新的阻挡层材料，例如钴、钌来代替常见的阻挡层材料，例如钽、氮化钽、钛、氮化钛，且阻挡层的厚度变得越来越薄，这两点增加了热气相蚀刻的难度。在热气相蚀刻的过程中，如果终点控制不精确，除了非凹进区域上的阻挡层被去除以外，凹进区域侧壁上的阻挡层也会被蚀刻。一旦凹进区域侧壁上的阻挡层被过蚀刻，凹进区域的铜就会扩散到低k介质材料中。

参考图1a和图1b，图1a和图1b是剖视图，示意了通入纯的二氟化氙气体来热气相蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层。在一种具体实施方式中，互连结构包括衬底101、位于衬底101上的绝缘层102、位于绝缘层102上的第一介质层103、位于第一介质层103上的第二介质层104、位于第二介质层104上的硬掩膜层105、形成在硬掩膜层105、第二介质层104、第一介质层103和绝缘层102上的凹进区域108、位于硬掩膜层105上和凹进区域108侧壁和底部的阻挡层106以及位于阻挡层106上和填满凹进区域108的金属层107。在该具体实施方式中，非凹进区域上的金属层107已经被去除，凹进区域108内金属层107的顶面最好和第二介质层104的顶面齐平。接着，使用热气相蚀刻法去除非凹进区域上的阻挡层106，热气相蚀刻法使用纯的二氟化氙气体去除阻挡层。如图1a所示，纯的二氟化氙气体被通入互连结构所在的蚀刻腔内。在一定的温度和压强下，二氟化氙气体被吸附在互连结构的表面，然后二氟化氙分解成氟原子，氟原子与阻挡层反应，产生气相的副产物，将副产物排出蚀刻腔。在热气相蚀刻的开始阶段，由于互连结构非凹进区域上的阻挡层的量很大，二氟化氙气体分子主要集中在非凹进区域上，所以非凹进区域上的阻挡层很容易去除。此外，硬掩膜层105主要选用氮化钛和氮化钽等可以被二氟化氙热气相蚀刻去除的材料。因此，在非凹进区域上的阻挡层被去除后，接着去除硬掩膜层105。当二氟化氙热气相蚀刻硬掩膜层105时，如果终点控制的不精确，凹进区域108侧壁上的阻挡层106会被过蚀刻。如图1b所示，硬掩膜层105完全去除后，二氟化氙气体分子主要集中在凹进区域108的侧壁，导致凹进区域108侧壁上的阻挡层106被过蚀刻。侧壁凹陷109形成在金属层107与第二介质层104和第一介质层103之间。

发明内容

本发明提供了一种去除阻挡层使侧壁凹陷最小化的方法。该方法包括如下步骤：向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气，在该蚀刻腔内进行热气相蚀刻工艺以蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层；检测热气相蚀刻工艺的终点，如果热气相蚀刻工艺到达终点，则执行下一步骤，反之，如果热气相蚀刻工艺没有到达终点，则返回到上一步骤；停止向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气。

综上所述，本发明通过向蚀刻腔内通入卤素-贵族元素化合物气体和载气以进行热气相蚀刻工艺来蚀刻非凹进区域上的阻挡层，能够改善甚至克服侧壁凹陷的问题。

附图说明

为使本领域的技术人员对本发明更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，其中：

图1a和图1b是通入纯的二氟化氙气体来热气相蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层的截面图；

图2a和图2b是通入二氟化氙气体和载气来蚀刻互连结构的非凹进区域上的阻挡层和硬掩膜层的截面图；