[发明专利]刻蚀停止层及双镶嵌结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种刻蚀停止层及双镶嵌结构的形成方法。

背景技术

随着半导体工艺线宽的日益减小，为减小互连的电容电阻延迟(RCdelay)，选用铜金属作为互连线材料，并相应的选用低介电常数材料作为介质层，并且由于铜特有的难以刻蚀的特点，引入镶嵌和双镶嵌工艺。专利申请号为02128694.9的中国专利公开了一种镶嵌工艺，其制造方法为首先沉积第一覆盖层作为刻蚀停止层，在所述第一覆盖层上形成金属间介质层，在所述金属间介质层上依次形成第二覆盖层和掩膜层，通过一系列的光刻刻蚀工艺在所述金属间介质层上形成沟槽和连接孔。通过刻蚀将所述连接孔底部的刻蚀停止层材料去除至露出所述金属导线层。在所述沟槽和连接孔中填充金属铜即形成铜互连层。

90nm及以下工艺节点一般用黑钻石(black diamond)等低介电常数的材料作为金属间介质层材料，掺氮的碳化硅(Nitrogen doped SIC，NDC)作为刻蚀停止层材料。所述形成刻蚀停止层工艺如图1所示：将一半导体基底送入工艺腔，(S100)；然后打开射频源，并通入氨气，通过氨气对所述半导体基底表面进行处理(S110)；接着，停止通入氨气，增加射频源功率，并向腔室通入氦气对所述半导体基底表面进行预处理(S120)；然后，向反应腔室中通入三甲基甲硅烷基(TMS)和氨气，所述TMS和氨气反应生成碳化硅膜层(S130)，部分氮气被束缚在所述碳化硅膜层中形成含氮的碳化硅；完成沉积后，停止向工艺腔供应TMS和氨气，通过泵浦装置将反应的副产物抽走(S140)。

在上述刻蚀停止层形成过程中，氨气预处理过程使下层金属导线例如铜表面的氧化铜被去除，使铜表面露出，接着进行氦气预处理，高能射频能量作用下的氦气等离子体直接作用在铜表面，在下层金属导线中形成耦合电流，由于等离子体轰击的能量高密度大，因而形成的耦合电流较大，该耦合电流沿着所述金属导线向下直接流向器件层并施加在栅极之上，造成栅极击穿，从而引起器件电性失败。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种刻蚀停止层及双镶嵌结构的形成方法，以解决现有双镶嵌结构制造方法中刻蚀停止层形成时在下层金属导线中形成耦合电流的问题。

为达到上述目的，本发明提供的一种刻蚀停止层的形成方法，包括：

提供一半导体基底；将所述半导体基底曝露于氨气等离子体环境中；在所述半导体基底表面沉积刻蚀停止层。

所述氨气的流量为800至1200sccm。

所述氨气等离子体环境射频源功率为300至1000瓦。

所述氨气等离子体环境的压力为3至6托。

所述氨气等离子环境的温度为100至1000度。

所述曝露于氨气等离子体环境的时间为10至30秒。

所述沉积包括物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、原子层沉积中的一种。

所述沉积刻蚀停止层的反应气体为三甲基甲硅烷基、氨气、硅烷、TEOS、臭氧、二氯二氢硅、氧化二氮、氮气、氧气中的一种或其组合。

所述沉积刻蚀停止层的温度为100至1000度，压力为2至8托，射频源功率为400～1500瓦。

本发明还提供一种形成双镶嵌结构的方法，包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中形成有导电层；将所述半导体基底曝露于氨气等离子体环境中；在所述半导体基底表面沉积刻蚀停止层；在所述刻蚀停止层上形成介质层；在所述介质层中形成连接孔和/或沟槽。

所述刻蚀停止层可以是氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳硅氧化合物、掺氮碳化硅中的一种或其组合。

所述介质层为黑钻石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一种或其组合。

该方法进一步包括：在所述连接孔和/或沟槽中沉积金属层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明刻蚀停止层的制造方法中，在对半导体基底进行氨气等离子体表面预处理之后无需用氦等离子体进行表面处理，直接进行刻蚀停止层材料的沉积，这避免了氦等离子体气体对半导体基底表面的损伤和在半导体基底导电层中产生耦合电流的问题，从而不会对半导体基底中的器件造成损伤。