[发明专利]一种制作半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种制作半导体器件的方法。

背景技术

随着半导体制造技术越来越精密，集成电路也发生着重大的变革，半导体集成电路芯片的工艺制作利用批量处理技术，在衬底上形成各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电子功能，目前大多采用在导线之间以介质层作为隔离各金属内连线的介电材料。互连结构用于提供在IC芯片上的器件和整个封装之间的布线。在该技术中，在半导体衬底表面首先形成例如场效应晶体管(FET)的器件，然后在BEOL(集成电路制造后段制程)中形成互连结构，其中BEOL中关键的工艺是间隙填充(Gap-fill)，包括：在各种电接触之间，尤其是在FEOL(集成电路制造前段制程)各步骤过程中制造的半导体之间产生电互连网络。

随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺制作的影响也日益突出。对于更先进的技术节点的互连来说，工艺的趋势为采用金属硬掩膜(MHM)层刻蚀形成互连层，互连层之间的绝缘层的材料为超低k介电层，金属硬掩膜层用于避免对超低k介电层的损伤，以获得低纵横比的互连结构。然而，通过金属硬掩膜层采用一体化(AIO-All InOne)刻蚀工艺来刻蚀低k介电材料以形成互连结构的半导体器件的制作方法仍面临着很多的挑战。

在集成电路器件的复杂结构中，不同层之间的粘附力常常太低，导致器件加热过程中出现分层，或者由于通常的芯片封装材料所施加的热力学应力而导致可靠性下降。为了解决金属硬掩膜层和超低k介电层之间较低的粘附力，在金属硬掩膜层和超低k介电层之间形成超低k过渡层。超低k过渡层的材料为八甲基环化四硅氧烷(OMCTS)。在集成电路制造后段制程根据金属硬掩膜采用一体化刻蚀(AIO，All-in-one)工艺进行刻蚀的过程中，由于超低k过渡层中的八甲基环化四硅氧烷中的碳与其它元素形成的键合比较弱，在采用含有氟的气体进行刻蚀时产生含F的聚合物与空气中的湿气相结合或者刻蚀后采用稀释的氢氟酸(DHF)进行清洗时，氟破坏了八甲基环化四硅氧烷中的C-Si键，产生了活跃的Si-键。在一体化刻蚀过程中光刻胶中的有机分布层(ODL)产生的副产氨气与经破坏的八甲基环化四硅氧烷中的Si-键相结合生成Si-N-H-F键，由该化学键组成的材料不能由下游处理工序刻蚀掉，有机分布层的材料为六甲基二硅烷(HMDS)。也就是，刻蚀过程中六甲基二硅烷与低k过渡层发生反应，在沟槽底部低k过渡层上形成氮化硅层，所述氮化硅层阻止了后续对超低k介电层的刻蚀。

现有技术公开了一种在金属硬掩膜层和超低k过渡层之间形成一定厚度的氧化物硬掩膜层，其材料可以是正硅酸乙酯(TEOS)，因为正硅酸乙酯中的碳含量很低，可以和有机分布层(ODL)接触且不发生反应。从超低k介电层的介电常数k值考虑氧化物硬掩膜层的厚度不能太厚，然而，如果氧化物硬掩膜层的厚度太薄，在超低k过渡层上还会形成氮化硅层，如图1所示，在半导体衬底(未示出)上形成超低k介电层100，在超低k介电层100上形成超低k过渡层101，在超低k过渡层101上形成较薄的氧化物硬掩膜层102，在氧化物硬掩膜层102上形成金属硬掩膜层103，刻蚀金属硬掩膜层103以形成开口。在所述开口和金属硬掩膜层103上形成图案化的光刻胶层104，根据图案化的光刻胶层104进行一体化刻蚀，以形成沟槽105。在沟槽105的底部超低k过渡层上形成氮化硅层106。氮化硅层106阻止采用一体化刻蚀工艺对氧化物硬掩膜层102、超低k过渡层101和超低k介电层的刻蚀。

因此，目前急需一种制作半导体器件的方法，避免在超低k过渡层上形成氮化硅层，以保证后续的一体化刻蚀工艺的进行。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种制作半导体器件的方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成刻蚀停止层、超低k介电层、低k过渡层、氧化物硬掩膜层和金属硬掩膜层；图案化所述金属硬掩膜层，以在所述金属硬掩膜层中形成开口；在所述开口的底部和侧壁以及所述金属硬掩膜层上形成氧化物保护层；在所述氧化物保护层上形成图案化的光刻胶层；根据所述图案化的光刻胶层依次刻蚀所述氧化物保护层、所述氧化物硬掩膜层、所述低k过渡层和所述超低k介电层，以形成沟槽。