CN112236854B 用于制造半导体装置的互连结构的方法 （应用材料公司）

2020.12.03PCT/US2019/0385902019.06.21WO2020/018236EN2020.01.23刻工艺。一个实施方式为用于半导体处理的方2将所述第一图案转印至所述第一氮化钛层，将所述第一图案转印至在将所述第一图案转印至所述第一氮化钛层之后，去除所述在去除所述硬掩模层之后，将所述第一图案转印至所述第一钌层钌层提供包括氧气和氯气的气体混合物，(i)所述氧气的流量与(ii)所述氧气的流量加上在所述基板上方形成所述第二氮化钛层，所述第一钌层形成于所述第二氮化钛层上其中蚀刻所述第一钌层的步骤包括以下步骤：使用蚀刻工艺，所更大的钌相对于氮化钛的蚀刻选择性以及30或更大的钌相对于氧化在第一时间使提供至所述第一钌层的蚀刻工在所述第二时间后使所述蚀刻工艺气体继续流动达过度蚀刻的范围为从所述第一时间至所述第二时间的持续时间的10％至100和在所述过度蚀刻时段的结尾处终止所述蚀刻6.如权利要求2所述的方法，其中将所述第一图案转印至所述第一钌层的步骤形成钌同时将所述第一氮化钛层图案化成过孔图案并将所述线图案转印至所述第二氮化钛同时将所述过孔图案转印至所述第二钌层以形成过孔并将所述线图案转印至所述第3在所述第二钌层上方沉积第一氮化钛层，其中所述第一钌层沉在所述第二时间后使所述气体混合物继续流动达过度蚀刻范围为从所述第一时间至所述第二时间的持续时间的10％至100和其中所述气体混合物具有50或更大的钌相对于氮化钛的蚀刻选择性以及30或更大的在将所述图案转印至所述第三氮化钛层之后，去除所述硬掩述第一钌层的步骤包括将所述图案转印至所述蚀刻所述第二氮化钛层以形成线图案，其中蚀刻所述第一钌层的步同时蚀刻所述第二氮化钛层以形成过孔图案并蚀刻所述第一氮化钛层以将所述线图4同时蚀刻所述第一钌层以将所述过孔图案转印至所述第一钌层并蚀刻所述第二钌层在将所述线图案转印至所述第二蚀刻终止层之后，使用含氧灰化氧气的流量加上氯气的流量的比率范围为82％至95%;在第一时间使提供至所述第二钌层的所述气体在所述第二时间后使所述气体混合物继续流动达过度蚀刻范围为从所述第一时间至所述第二时间的持续时间的10％至100和19.如权利要求16所述的方法，其中所述第一蚀刻终止层和所述第二蚀刻终止层的每所述气体混合物具有50或更大的钌相对于氮化钛的蚀刻选择性以及30或更大的钌相5的一些实施方式大体涉及使用例如双减法蚀刻工艺(dualsubtractiveetchprocess)制择用于制造部件的材料和工艺以获得满意的电气性能体混合物继续流动达过度蚀刻时段；以及在过度蚀刻时段的结尾处终止气体混合物的流(i)氧气的流量(flowrate)与(ii)氧气的流量加上氯气的流量的比率范围为82％至95％。6[0007]图1至图13为根据本公开内容的一些实施方式描绘使用双减法蚀刻工艺形成金属[0008]图14为根据本公开内容的一些实施方式的作为氧气(O2)浓度的函数的钌的蚀刻[0009]图15为根据本公开内容的一些实施方式的作为氧气(O2)浓度的函数的钌相对于[0011]图17为根据本公开内容的一些实施方式的在经图案化晶片上蚀刻钌期间的使用[0013]图19和图20为根据本公开内容的一些实施方式的图示蚀刻工艺的各方面的截面[0014]图21和图22为根据本公开内容的一些实施方式的图示另一蚀刻工艺的各方面的[0020]在一些实例中，使用包括氧气和氯气的气体混合物来蚀刻第一金属层(例如，钌层)。混合物中的氧气的流量与氧气的流量加上氯7艺流程被描述为以一顺序执行；但其他实例可以不同的顺序和/或利用更多或更少操作来[0023]图1至图13为根据本公开内容的一些实施方式描绘使用双减法蚀刻工艺形成金属第三蚀刻终止层30沉积于第二金属层28上。在一些实例中，第二蚀刻终止层26为氮化钛学气相沉积(chemicalvapordeposition；CVD)、物理气相沉积(physicalvapor8案38d作为掩模，蚀刻第一ARC36。用于蚀刻第一ARC36的蚀刻工艺可为干式等离子体蚀刻，诸如通过电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma；ICP)反应离子蚀刻合物来蚀刻第一ARC36。在这些实例米每分钟(sccm)至约150sccm，诸如约100[0028]随后蚀刻第一硬掩模层34以形成分别对应于第一光刻胶38的线图案38a、线图案一ARC36类似，用于蚀刻第一硬掩模层34的蚀刻工艺可为干式等离子体蚀刻，诸如通过的流量范围可为约200sccm至约600sccm，诸如约400sccm；及氧气(O2)的流量范围可为约诸如约150sccm。蚀刻工艺期间的压力范围可为约5mTorr至约15mTorr，诸如约10mTorr。例工具描述如下)或另一蚀刻工艺。在使用ICP-RIE的一些实例中，可使用包括三氟甲烷约75sccm至约125sccm，诸如约100sccm。蚀刻工艺期间的压力范围可为约4mTorr至约8mTorr，诸如约6mTorr。ICP-RIE的天线的电源的功率范围可为约400W至约600W，诸如约9刻终止层30的蚀刻工艺可为干式等离子体蚀刻，诸如通过ICP-RIE(其中示例工具描述如(N2)的流量范围可为约10sccm至约40s[0033]在一些方案中，在蚀刻第三蚀刻终止层30之后执行氧灰化工艺可以致使线图案考虑第三蚀刻终止层30为氮化钛(TiN)。氮化钛的上部可在图案化掩模层32的蚀刻工艺期蚀刻终止层30的蚀刻工艺(其实施包括氯气(Cl2)、甲烷(CH4)和氩气(Ar)的气体混合物)可的蚀刻工艺可为干式等离子体蚀刻，诸如通过ICP-RIE(其中示例工具描述如下)或另一蚀括氧气(O2)和氯气(Cl2)的气体混合物。图14图示作为氧气(O2)和氯气(Cl2)的气体混合物中的氧气(O2)的浓度函数的钌的蚀刻速率102。图15为作为氧气(O2)和氯气(Cl2)的气体混合物中的氧气(O2)的浓度函数的蚀刻选择性的据点106a示出80％氧处的钌相对于氮化钛和钌相对于氧化物的蚀刻选择性，并且数据点104c和数据点106c示出100％氧处的钌相对于氮化钛和钌相对于氧化物的据实例的在经图案化晶片上蚀刻钌期间的使用OES所检测到的信号的图。此图显示作为相[0039]回看图16，在操作124中，使用于蚀刻工艺的工艺气体的流动持续达过度蚀刻时直至终点的持续时间的100％(诸如不超过60％的持续时间的100则可能会通过蚀刻工艺的氧而氧化下层的氮化钛的第二蚀刻终止层100％(诸如不超过60％)，则第二蚀刻终点的持续时间的10则线图案28a至线图案28d的侧壁可能会倾斜(例如，线图案28a至线图案28d可具有锥形轮廓)。与蚀刻第一金属层24的后续蚀刻工艺(其进一步蚀刻第二金蚀刻终止层26上。若过度蚀刻时段为蚀刻工艺[0045]随后蚀刻第二硬掩模层44以形成分别对应于第二光刻胶48的过孔图案48e、过孔的蚀刻工艺可与图3中用于蚀刻第一硬掩模[0046]随后蚀刻掩模层32的线图案32a-d以形成分别对应于第二光刻胶48的过孔图案且作为图18所示的对准的结果，过孔图案44e-j可从且沿着过孔图案32e-j和线图案30a-d和过孔图案32j的图案转印至第三蚀刻终止层30的线图案30a-d(以分别形成过孔图案30e、线图案28b、线图案28c和线图案28d的图案转印至第二蚀刻终止层26(以分别形成线图案30i、和过孔图案30j。蚀刻第二蚀刻终止层26以形成分别对应于第一光刻胶38的线图案28d的图案转印至第一金属层24(以分别形成金属线24a、金属线24b、金属线24c和金属线24d)。蚀刻第二金属层28的线图案28a-d以形成分别对应于第二光刻胶48的过孔图案48e、j和金属线24a-d。用于蚀刻第二金属层28和第一金属层24的蚀刻工艺可与上文参照图6描[0051]图19至图22图示根据一些实例的蚀刻工艺的不同结果。为便于参照各个处理步[0052]如参照图6和参照图19所叙述的，蚀刻第二金属层28的蚀刻工艺持续达过度蚀刻[0053]如参照图6和参照图21所叙述的，蚀刻第二金属层28的蚀刻工艺持续达过度蚀刻[0055]图23为用于上述蚀刻工艺的示例蚀刻处理腔室200的简化示意图。蚀刻处理腔室200适于蚀刻基板20上的一层或多层。可用于受益于本公开内容的处理腔室的实例为AdvantEdgeMesa蚀刻处理腔室，其可购买于加利福尼亚州(California)圣克拉拉市侧壁206和耦接至接地节点210的底部208。侧壁206具有保护性内衬212以延长蚀刻处理腔室200的维护循环之间的时间。蚀刻处理腔室200的腔室主体202及相关部件的尺寸并不受限且大致按比例地大于其中待处理的基板(例如，基板20)的尺寸。基板尺寸的实例包括[0058]泵送口230穿过腔室主体202的侧壁206形成并且连接至腔室容积204。泵送装置[0059]气体面板240通过气体管线242耦接至腔室主体202以将工艺气体供应至腔室容积射频(radiofrequency；RF)能量电感耦合至工艺气体以将由工艺气体形成的等离子体维20上方的工艺电极可用于将RF功率电容耦合至工艺气体以将等离子体维持在腔室容积204源280可在处理基板20期间循环打开和关闭，或脉冲地打开和关闭。ESC272具有隔离器另外，基板支撑基座270可具有阴极衬垫286以保护基板支撑基座270的侧壁免受等离子体支撑ESC272的冷却基底288可包括导管，用于循环传热流体以维持ESC272和设置于其上的基板20的温度。ESC272被配置为在制造于基板20上的装置的热预算(thermalbudget)[0066]提供冷却基底288以帮助控制基板20的温度。为了减轻工艺随时间的漂移气体限制至基板20的暴露顶表面的期望部分，同时保护基板支撑基座270的顶表面免受蚀移动以将基板20提升至基板支撑基座270上方以有助于传送机械手(未示出)或其他适当的一者被配置为执行基板处理操作，诸如蚀刻工艺、循环层沉积(cyclicallayer定向和其他基板处理中的至少一者。用于执行蚀刻工艺的蚀刻处理腔室200相对于另一基