[发明专利]大马士革结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种大马士革结构的制作方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件数量也越来越多。在半导体集成电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的金属互连线，然而这些金属互连线带来的大电阻和寄生电容已经成为限制半导体集成电路速度的主要因素。

在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体器件之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经部分被金属铜互连线所替代，这是因为与铝相比，铜具有较小的电阻值，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度；另一方面，低介电常数绝缘材料被用作金属层之间的介电层的主要成分，减少了金属层之间的寄生电容，在实际应用中，我们一般将低介电常数绝缘材料称为低k介电材料。基于这两种材料的半导体制造工艺被称作为大马士革工艺(dual damascene)。利用大马士革工艺形成的大马士革结构广泛应用于生产线后端(back end of line，BEOL)的半导体结构中。

现有一种大马士革结构的制作工艺包括：如图1所示，在半导体衬底1上形成一层金属导电层2，通常金属导电层2为铜导线；然后，在金属导电层2上依次形成介电层3；利用掩模层(mask)对介电层3进行刻蚀，以在介电层3中形成暴露金属导电层2的孔(via)4和沟槽(trench)5。所述孔4、沟槽5的位置至少需利用两次图形化处理工艺定义。

刻蚀形成大马士革结构中的孔4、沟槽5之后，需对半导体衬底1进行清洗处理以去除杂质。现有大马士革结构的制作工艺中有利用一种包含稀氢氟酸、EKC(由杜邦EKC科技公司提供的一种碱性溶液)的混合溶液对半导体衬底进行清洗，清洗之后，向孔4、沟槽5中填充导电金属，如铜，以形成大马士革结构。对大马士革结构所在的集成电路进行测试发现，其电阻-电容延迟问题非常严重。为此，现有大马士革结构的制作工艺中有利用一种包含稀氢氟酸、双氧水、EKC(由杜邦EKC科技公司提供的一种碱性溶液)的混合溶液对半导体衬底进行清洗，清洗之后，向孔4、沟槽5中填充导电金属，如铜，以形成大马士革结构。对大马士革结构所在的集成电路进行测试发现，电路中电阻-电容延迟问题得到了明显改善，但是，继续参图1所示，在清洗的过程中，清洗溶液会对暴露出来的金属导电层2造成损伤，使金属导电层2中靠近孔4的部分产生笑脸缺陷6(所谓笑脸缺陷是指暴露在孔下的金属导电层的表面截面形状与微笑形状类似)，影响了大马士革结构所在集成电路的电学性能，如电迁移(electromigration，EM)性能、应力迁移(stress migration，SM)性能。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种大马士革结构的制作方法，以避免在刻蚀形成大马士革结构中孔、沟槽之后的清洗处理过程中，大马士革结构下方的金属导电层会产生笑脸缺陷以致影响大马士革结构所在集成电路的电学性能。

为解决上述问题，本发明提供了一种大马士革结构的制作方法，所述制作方法包括：

在金属导电层上依次形成介电层、掩模层；

以至少经过一次图形化处理的所述掩模层为掩模、对所述介电层进行刻蚀，在所述介电层中形成暴露所述金属导电层的沟槽、孔；

利用包含浓双氧水与EKC575的溶液对所述沟槽、孔进行第一清洗处理；

第一清洗处理之后，在等离子体反应腔室中利用包含N₂与H₂的混合气体对所述沟槽、孔进行处理；

利用稀氢氟酸对所述沟槽、孔进行第二清洗处理。

可选地，所述掩模层包括金属硬掩模。

可选地，所述金属硬掩模的材质包括TiN、BN。

可选地，所述浓双氧水的质量百分比浓度为35％。

可选地，所述浓双氧水与EKC575的体积比为1∶6～1∶3。

可选地，所述第一清洗处理的时间为90s～150s。

可选地，利用包含N₂与H₂的混合气体对所述沟槽、孔进行处理的过程中，工艺条件为：N₂的流量为10sccm～100sccm，H₂的流量为10sccm～20sccm，压力为5Torr～100Torr，功率为100W～500W，射频功率为2MHz～60MHz，时间为8s～30s。