互连孔槽结构及其制造方法与流程

本申请涉及半导体集成电路制造，具体涉及一种互连孔槽结构及其制造方法。

背景技术：

1、随着集成电路的不断发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，金属互连结构的绝缘介质层厚度也在不断减小。同时更快的器件工作速度要求更低的金属连线电阻以及金属线之间寄生电容，在更先进的节点引入低介电常数材料(ulk)取代传统二氧化硅绝缘材料作为金属绝缘介质层。

2、相关技术在金属绝缘介质层中制作后段互连孔槽时，通常先在金属绝缘介质层上沉积作为牺牲层的硬质掩膜，将光致抗蚀剂层沉积在硬质掩膜上，根据需要对光致抗蚀剂层进行光刻图案化，然后刻蚀暴露的硬质掩膜，使得光致抗蚀剂层中的图案转移到硬质掩膜中，再刻蚀暴露的绝缘介质层，从而形成如图1所示的互连孔槽。在互连孔槽中填充金属铜，经过化学机械研磨后形成铜互连线。

3、但是通常低介电常数材料的机械性较弱，且含cf刻蚀气体在刻蚀过程中容易在绝缘介质层刻蚀图案的底面形成聚合物而阻挡刻蚀，导致互连孔槽的上部和下部的刻蚀速率相差较大，从而互连孔槽的上部特征尺寸大于下部特征尺寸，且上部和下部的特征尺寸相差较大。

4、金属绝缘介质层厚度的减小以及ulk材料的引入，铜互连线的可靠性，特别是介质层的经时击穿(imd tddb)可靠性对于工艺是巨大的挑战。由于互连孔槽上端槽口位置最大，从而铜互连线顶端之间的间距离最小，另外经过前期的化学机械研磨以及后层沉积过程中与铜的热反应，使得铜互连线顶端界面处成为击穿的薄弱点。

技术实现思路

1、本申请提供了一种后段互连孔槽的制造方法，可以解决相关技术中由于互连孔槽上部和下部的特征尺寸相差较大导致铜互连线顶端之间的间距离较小而引起铜互连线顶端界面抗击穿性能薄弱的问题。

2、为了解决背景技术中的技术问题，本申请的第一方面提供一种互连孔槽结构的制造方法，所述互连孔槽结构的制造方法包括以下步骤：

3、在所述半导体器件上淀积形成扩散阻挡层，在所述扩散阻挡层上淀积形成ulk绝缘介质层；

4、在所述ulk绝缘介质层的上表面上形成孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层；

5、一体刻蚀所述覆盖层和ulk绝缘介质层形成互连孔槽，在所述覆盖层的保护下对所述ulk绝缘介质层上部的横向刻蚀速率减缓，使得所形成的互连孔槽顶端的宽度缩小，所述上部宽度与下部宽度之间的差距缩小。

6、可选地，所述覆盖层的k值大于所述ulk绝缘介质层的k值。

7、可选地，所述ulk绝缘介质层的k值为2.35～2.75，所述覆盖层的k值为2.35～4.5，且覆盖层的k值大于所述ulk绝缘介质层的k值。

8、可选地，所述在所述ulk绝缘介质层的上表面上形成孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层的步骤，包括：

9、步骤s21：将包括硅源气体、氧源气体和惰性气体的第一工艺气体通入射频环境中产生等离子体以淀积在所述ulk绝缘介质层的上表面上形成所述覆盖薄层。

10、步骤s22：停止通入所述第一工艺气体中的硅源气体。

11、步骤s23：将包括氧源气体和惰性气体的第二工艺气体通入射频环境中产生等离子体，所述等离子体轰击所述覆盖薄层。

12、步骤s24：重复多次所述步骤s21至步骤s23由多层堆叠的覆盖薄层构成的孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层。

13、可选地，所述覆盖薄层的厚度为20a至80a。

14、可选地，所述步骤s24中重复8至15次所述步骤s21至步骤s23由多层堆叠的覆盖薄层构成的孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层。

15、可选地，所述覆盖层相对于所述ulk绝缘介质层的刻蚀速率为1：1.5至1：2。

16、为了解决背景技术中的技术问题，本申请的第二方面提供一种互连孔槽结构，所述互连孔槽结构由本申请第一方面所述的互连孔槽结构的制造方法制造而成。

17、本申请技术方案，至少包括如下优点：通过形成孔隙率较低的致密覆盖层，以保护ulk绝缘介质层的上部，降低该ulk绝缘介质层上部的刻蚀速率，使得ulk绝缘介质层上部与下部之间的刻蚀速率差值缩小，使得最终形成的互连孔槽上端开口缩小、互连孔槽的整体形貌更直，相邻互连孔槽上端口之间的距离增大。从而在填充金属铜形成铜互连线后，相邻铜互连线之间的横向电场减弱，提高铜互连线顶端界面的tddb。

技术特征：

1.一种互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述互连孔槽结构的制造方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述覆盖层的k值大于所述ulk绝缘介质层的k值。

3.如权利要求1所述的互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述ulk绝缘介质层的k值为2.35～2.75，所述覆盖层的k值为2.35～4.5，且覆盖层的k值大于所述ulk绝缘介质层的k值。

4.如权利要求1所述的互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述在所述ulk绝缘介质层的上表面上形成孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层的步骤，包括：

5.如权利要求4所述的互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述覆盖薄层的厚度为20a至80a。

6.如权利要求4所述的互连孔槽结构的制造方法，其特征在于，所述步骤s24中重复8至15次所述步骤s21至步骤s23由多层堆叠的覆盖薄层构成的孔隙率低于所述ulk绝缘介质层的覆盖层。

7.一种互连孔槽结构，其特征在于，所述互连孔槽结构由权利要求1至6中所述的互连孔槽结构的制造方法制造而成。

技术总结本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及互连孔槽结构及其制造方法。该方法包括淀积形成扩散阻挡层，在扩散阻挡层上淀积形成ULK绝缘介质层；在ULK绝缘介质层的上表面上形成孔隙率低于ULK绝缘介质层的覆盖层；一体刻蚀所述覆盖层和ULK绝缘介质层形成互连孔槽，在所述覆盖层的保护下对所述ULK绝缘介质层上部的横向刻蚀速率减缓，使得所形成的互连孔槽顶端的宽度缩小，所述上部宽度与下部宽度之间的差距缩小，即互连孔槽的侧壁更趋于垂直，互连孔槽顶端两侧趋于直角。从而一方面能够在填充金属铜形成铜互连线后，使得相邻铜互连线之间的横向电场减弱，另一方面能够提高铜互连线顶端边界处的耐压。技术研发人员：仲召快,陈童庆,张必友,袁洋,朱作华受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29