201、金属间介质层202、正硅酸乙酯氧化层204和金属层205，得到具有如图6所示剖面结构的半导体器件。其中，优选采用沉积方式形成以上各层，且如本领域技术人员所熟知的，形成刻蚀停止层201的材料优选氮化硅；形成金属间介质层202的材料优选含碳的氧化硅层，进而进一步降低了金属间介质层202的介电常数；形成金属层205的材料优选氮化钛或氮化硼，进一步优选氮化钛。
[0043]在本申请一种优选的实施例中，在形成正硅酸乙酯层204之前，上述制作方法优选在金属间介质层202上形成环状有机硅烷层203。所形成的环状有机硅烷层203有利于减小低介电常数的金属间介质层202的应力，进而改善金属互连层的物理接触性能和信号传输稳定性。进一步地，形成上述环状有机硅烷层203的材料为OMCTS (八甲基环四硅氧烧)。
[0044]在完成上述金属层205的制作后，本申请优选对图6所示的金属层205、正硅酸乙酯层204、金属间介质层202和刻蚀停止层201依次进行刻蚀，形成如图7所示的通孔206。上述刻蚀过程采用本领域技术人员常规的刻蚀方式进行即可，比如首先在金属层上设置光刻胶层，然后对该光刻胶层进行图形化处理，以在欲形成通孔的位置形成开口，然后以光刻胶层为掩膜对金属层进行湿法刻蚀，其中刻蚀液可以采用本领域的常规刻蚀液，优选采用后续去除金属层的刻蚀液，具体见下文；接着采用常规刻蚀方法对正硅酸乙酯层204、金属间介质层202和刻蚀停止层201进行刻蚀。
[0045]本申请为了避免在对金属层205进行刻蚀时对钨造成的损伤，优选在图7所示的通孔206中形成牺牲层207，得到具有图9所示剖面结构的半导体器件。如上所述的，形成本申请的牺牲层207的牺牲层材料优选无定形碳或光刻胶；其中当选择无定形碳作为牺牲层材料时，优选采用化学气相沉积法形成该牺牲层207 ;当选择光刻胶作为牺牲层材料时，优选采用涂覆的方式形成该牺牲层207。
[0046]上述在图7所示的通孔206中形成牺牲层207的同时，牺牲材料也沉积在金属层205上，从而形成位于通孔206中和金属层205上的预牺牲层217，得到具有图8所示剖面结构的半导体器件。那么，此种情况下，在刻蚀金属层205之前需要对该预牺牲层217进行回蚀，以使金属层205裸露，得到具有图9所示剖面结构的半导体器件，其中的回蚀方法在下文将作出说明。无论是只在通孔206中形成牺牲层207，还是在金属层205上和通孔206中同时沉积牺牲材料然后再回蚀形成牺牲层207，在对金属层205进行刻蚀之前通孔206中的牺牲层207的高度与通孔206的深度比控制在1:3?1:1之间，以优化对钨的保护效果。
[0047]本申请为了避免刻蚀金属层205、正硅酸乙酯层204、金属间介质层202和刻蚀停止层201的刻蚀液残留在通孔206中、以及刻蚀残渣残留在通孔206中，影响牺牲层207的致密性，优选在形成牺牲层207之前采用去离子水对通孔206进行清洗，优选重复清洗两次。
[0048]然后，在牺牲层207的保护下，对图9所示的金属层205进行刻蚀，得到具有图10所示剖面结构的半导体器件。本申请优选采用湿法刻蚀该金属层205，且优选刻蚀去除金属层205所采用的刻蚀液包括H2O2的水溶液，其中刻蚀液中H2O2的百分含量为I?10%，刻蚀液的温度为20?50°C ;或者优选刻蚀去除金属层205所采用的刻蚀液包括NH4OH:H202:H2O体积比是1:1?4:50?200，刻蚀液的温度为20?50°C。上述两种刻蚀方法对金属层205均能实现理想的刻蚀效果，本领域技术人员可以根据金属层205的厚度在本申请的指导下对刻蚀条件进行合理选择，在此不再赘述。
[0049]在完成金属层205的刻蚀后，本申请优选对图10所示通孔206中的牺牲层207进行剥离，得到具有图11所示剖面结构的半导体器件。上述对牺牲层207的剥离和前述对牺牲材料的回蚀，本申请优选均采用等离子体刻蚀法进行实施。其中，等离子体刻蚀法优选:朝向牺牲材料通入刻蚀气体,刻蚀气体包括氮气和氢气,氢气为主刻蚀气体。本领域技术人员可以依据牺牲层207的厚度在本申请的指导下对刻蚀条件进行合理选择，在此不再赘述。
[0050]在本申请一种优选的实施例中，在完成对牺牲层207的剥离后，在向通孔206中填充金属之前，优选对通孔206进行清洗，以去除剥离所产生的聚合物，并且缓解了正硅酸乙酯层204和金属间介质层202在结合界面出现凹陷的问题，进而避免了由于凹陷破坏通孔206表面的平坦，给后续步骤的通孔206表面沉积扩散阻挡层和铜籽晶层造成困难。优选采用EKC溶剂或DHF溶液对通孔206进行清洗，其中，进一步优选DHF溶液中HF和去离子水的重量比为1:1000?1:3000，且采用DHF溶液清洗的时间为20?80S ;或者进一步优选EKC溶剂为温度为30?45°C的EKC575溶剂，采用EKC575溶剂清洗的时间为30?120S。
[0051]从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果:
[0052]I)、采用在通孔中形成牺牲层，用于保护刻蚀金属层的过程中刻蚀液对钨造成的腐蚀损伤，因此克服了现有技术对钨的损伤的缺陷；
[0053]2)、在去除金属层后再剥离去除牺牲层，对已经形成的器件结构不构成附加损伤。
[0054]以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1.一种第一金属互连层的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括: 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、金属间介质层、正硅酸乙酯氧化层和金属层； 刻蚀所述金属层、所述正硅酸乙酯氧化层、所述金属间介质层和所述刻蚀停止层，形成通孔； 在所述通孔中形成牺牲层； 刻蚀去除所述金属层；以及 剥离所述牺牲层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述通孔中形成牺牲层的步骤包括: 在金属层和所述通孔中沉积牺牲层材料，形成预牺牲层； 回蚀所述预牺牲层中位于所述金属层上的牺牲层材料，使所述金属层裸露，形成所述牺牲层。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲层材料为无定形碳或光刻胶。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于， 所述牺牲层材料为无定形碳，采用化学气相沉积法将所述无定形碳沉积在所述金属层上和所述通孔中；或者 所述牺牲层材料为光刻胶，采用涂覆法将所述光刻胶涂在所述金属层上和所述通孔中。
5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，在所述通孔中，所述牺牲层的高度与所述通孔的深度比为1:3?1:1。
6.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法采用等离子体刻蚀法回蚀和剥离所述牺牲层材料。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲层材料的回蚀和剥离过程包括:朝向所述牺牲层材料通入刻蚀气体，所述刻蚀气体包括氮气和氢气，所述氢气为主刻蚀气体。
8.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，形成所述金属层的材料为氮化钛或氮化硼。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，刻蚀去除所述金属层所采用的刻蚀液包括H2O2的水溶液，其中所述刻蚀液中所述H2O2的百分含量为I?10%，所述刻蚀液的温度为20?50°C。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，刻蚀去除所述金属层所采用的刻蚀液包括NH4OH和H2O2的水溶液，其中，所述刻蚀液中NH4OH =H2O2:H2O体积比是1:1?4:50?200，所述刻蚀液的温度为20?50°C。
11.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法在形成所述牺牲层之前还包括采用去离子水清洗所述通孔的过程。
12.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法在剥离所述牺牲层材料后还包括采用DHF溶液或EKC溶剂清洗所述通孔的过程。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述DHF溶液中HF和去离子水的重量比为1:1000?1:3000，且所述DHF溶液清洗的时间为20?80S。
14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述EKC溶剂为温度为30?45°C的EKC575溶剂，采用所述EKC575溶剂清洗的时间为30?120S。
15.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法在形成所述正硅酸乙酯层之前还包括在所述金属间介质层上形成环状有机硅烷层的过程。
16.根据权利要求15所述的制作方法，其特征在于，形成所述环状有机硅烷层的材料为 OMCTS。
【专利摘要】本申请提供了一种第一金属互连层的制作方法。该制作方法包括：提供半导体衬底；在半导体衬底上依次形成刻蚀停止层、金属间介质层、正硅酸乙酯氧化层和金属层；刻蚀金属层、正硅酸乙酯氧化层、金属间介质层和刻蚀停止层，形成通孔；在通孔中形成牺牲层；刻蚀去除金属层；以及剥离牺牲层。采用在通孔中形成牺牲层，用于避免刻蚀金属层的过程中刻蚀液对钨造成的腐蚀损伤，因此克服了现有技术对钨的损伤的缺陷，减小了第一金属互连层和半导体器件层之间的电阻；在去除金属层后再剥离去除牺牲层，对已经形成的器件结构也不构成附加损伤。
【IPC分类】H01L21-768
【公开号】CN104752333
【申请号】CN201310754043
【发明人】刘焕新
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日