[发明专利]刻蚀停止层、具有通孔的半导体器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种刻蚀停止层、具有 通孔的半导体器件及其形成方法。

背景技术

集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、 离子注入等多种工艺，在同一衬底上形成大量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。其中，任何一步工艺出现偏差， 都可能会导致电路的性能参数偏离设计值。目前，随着超大规模集成电 路的器件特征尺寸不断地等比例缩小，集成度不断地提高，对各步工艺 的控制及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。

以刻蚀工艺为例，集成电路制造中，常需要利用刻蚀技术形成各种 刻蚀图形，如接触孔/通孔图形、沟槽隔离图形或栅极图形等，如果因控 制不当使上述刻蚀图形的特征尺寸（CD，Critical Dimension）出现偏差， 将直接影响到电路的性能，降低产品的成品率。

然而，实际生产中，存在多种影响刻蚀结果的因素，主要可以将其 分为两类：一类是刻蚀前的在先工艺偏差对刻蚀结果的影响，如待刻蚀 材料层的沉积厚度的不同等造成的刻蚀结果的不同。另一类是刻蚀工艺 本身对刻蚀结果的影响，如当衬底上所要刻蚀的各图形的大小、形状及 分布密度存在较大差异时，会使得刻蚀结果不同；另外，还有可能是因 刻蚀设备本身的不稳定因素引起，如多次刻蚀工艺后刻蚀设备的工作腔 室内的环境会有一定的变化，这一变化会导致刻蚀速率发生变化，刻蚀 结果出现偏差。

为提高刻蚀的均匀性、一致性，现有的半导体器件制作过程中普遍 采用了刻蚀停止层技术。该刻蚀停止层位于待刻蚀材料层之下，其与待 刻蚀材料层相比具有明显较低的刻蚀速率，确保了刻蚀较为均匀地停止 于该刻蚀停止层中。

在铝（Al）多层金属布线工艺中，该刻蚀停止层通常可以采用氮化 钛（TiN）材料形成，一方面其具有导电性，在形成通孔开口时不用将其 完全去除，减少了工艺步骤及工艺难度；另一方面，其亮度较低，可以 作为抗反射层使用，提高了后面光刻工艺中的光学聚焦度，有利于得到 更小的光刻线宽。

图1为说明现有的连接两层金属的通孔结构的示意图，如图1所示， 在衬底101上形成前一绝缘介质层102，再在该前一绝缘介质层102内形成 前一金属结构103，在前一绝缘介质层102及前一金属结构103上形成刻蚀 停止层110。然后，在该刻蚀停止层110上形成后一绝缘介质层104，再利 用光刻、刻蚀技术在后一绝缘介质层104内形成通孔开口，该通孔开口与 前一金属结构103相连接。

可以看到，为了提高刻蚀后一绝缘介质层104形成通孔时的均匀性、 一致性，在该后一绝缘介质层104下先形成了刻蚀停止层110。该刻蚀停 止层110的刻蚀速率较低，可以确保通孔的刻蚀停止于该层内。

再接着，在该通孔开口内填充后一金属层106，对该后一金属层106 进行图形化处理形成后一金属结构后，即形成连接两层金属的通孔结构。

通孔的形成质量对于电路的性能影响很大，如果通孔的形成质量较 差，电阻值较高，将会导致电路的整体电阻值明显上升，严重时电路将 不能正常工作。为此，如何形成低阻的通孔成为了现代半导体制造技术 中关注的重点问题之一。

为改善器件的电性能，于2005年10月5日授权的公告号为 CN1222014C的中国专利对TiN材料的形成方法进行了改进，其利用 H₂－N₂进行射频等离子处理，制备出了均匀的、具有较高的台阶覆盖率 的低阻TiN薄膜。

然而，在Al多层金属布线工艺中，在铝层上形成TiN刻蚀停止层 时，通入的氮气会令位于表面的金属铝氮化，使得利用上述现有技术形 成的通孔（电路）结构仍具有较高的电阻。

发明内容

本发明提供一种刻蚀停止层、具有通孔的半导体器件及其形成方 法，以改善现有的电路结构中因金属铝被氮化而具有较高电阻的现象。

本发明提供的一种刻蚀停止层，其中，所述刻蚀停止层至少包括第 一刻蚀停止层，以及位于所述第一刻蚀停止层之上的第二刻蚀停止层； 且所述第二刻蚀停止层的氮含量要高于所述第一刻蚀停止层。

可选地，所述第一刻蚀停止层和第二刻蚀停止层为氮化钛层。

可选地，所述第一刻蚀停止层中的氮含量低于钛含量。

可选地，所述第二刻蚀停止层的厚度大于所述第一刻蚀停止层。