[发明专利]通孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤指一种通孔刻蚀方法。

背景技术

通孔作为多层金属层间互连以及器件有源区与外界电路之间连接的通道，在器件结构组成中具有重要的作用。为了保证器件工作的稳定性，要求填充导电材料后的通孔具有良好的导电特性，即阻值越小越好，这使得对通孔刻蚀工艺的严格控制变得非常重要。

随着器件的密集程度和工艺的复杂程度不断增加，对通孔刻蚀工艺提出了更高的要求。传统的通孔刻蚀方法采用一次刻蚀完刻蚀终止层(stop layer)的刻蚀工艺，对通孔的损伤较大，随着集成电路的深亚微米尺寸发展，特征尺寸(CD)逐渐变小，这种较大的损伤是不容许的。在半导体制造工艺进入65nm乃至45nm节点工艺之后，通孔刻蚀方法大多采用两阶段刻蚀方法。

图1a～图1d为现有两阶段通孔刻蚀方法的示意图，在现有技术中，通孔刻蚀是指对通孔刻蚀结构进行刻蚀，以获得多层金属间的互连以及器件有源区与外界电路之间连接通路的工艺。

如图1a所示，在半导体衬底或下层金属10材料表面形成通孔刻蚀结构，通孔刻蚀结构包括顺序沉积的粘接层20、刻蚀终止层30、介质层40、辅助刻蚀终止层50、抗反射涂层60及图案化的光致抗蚀剂层70。

其中，辅助刻蚀终止层50与刻蚀终止层30的材料相同，为氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅(SiNC)等材料中的一种或其任意组合。刻蚀终止层30为通孔刻蚀的停层。粘接层20为增强半导体衬底或下层金属10材料与通孔内连接材料间连接效果的过渡层。粘接层20材料包括钛(Ti)、镍(Ni)或铝铜合金等材料中的一种。介质层40包含绝缘层和/或阻挡层。介质层40材料为磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)以及黑钻石(BD)等材料中的一种或其任意组合。进一步地，为保证光致抗蚀剂的吸光效果，可以增加抗反射涂层60作为吸光层，抗反射涂层60包括深紫外线吸收氧化物(DUO)等。需要说明的是，辅助刻蚀终止层50可以省略。

对于图1a所示的通孔刻蚀结构，现有两阶段通孔刻蚀方法是：首先，如图1b所示，顺序刻蚀抗反射涂层60、辅助刻蚀终止层50和介质层40；其中在刻蚀介质层40时，由于存在均匀性的问题，会存在过刻蚀(over etch)。然后，如图1c所示，移除图案化的光致抗蚀剂层70和抗反射涂层60。最后，如图1d所示，刻蚀所述刻蚀终止层30，为了保证通孔80的导通作用，刻蚀所述刻蚀终止层30的过程包括对粘接层20的过刻蚀。

在现有两阶段通孔刻蚀方法中，利用氩气(Ar)对刻蚀气体进行稀释，以增加刻蚀的均匀性。但是，由于氩气属于大分子量(分子量为40)气体，在其稀释刻蚀气体的同时，会在刻蚀过程中产生较强的轰击力，这种强的轰击力会对通道侧壁造成损伤；加上刻蚀终止层材料是高致密，机械性能较差的材料如SiN，采用现有两阶段通孔刻蚀方法会在通孔底部形成底切(undercut)或回拉(pull back)缺陷，使通孔不光滑，轮廓不均匀。这样，在通孔中填充导电材料后，会使得填充不密实即存在空隙，直接导致阻值增大，从而降低了通孔的导电特性。图2是应用现有通孔刻蚀方法获得的已填充导电材料的通孔底部的截面示意图，如图2所示，填充了导电材料后的通孔80中存在空隙1、空隙2和空隙3。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通孔刻蚀方法，能够使通孔具有良好的导电特性。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种通孔刻蚀方法，形成通孔刻蚀结构，利用包含有小分子量的稀释气体的刻蚀气体对通孔结构进行刻蚀。

所述通孔刻蚀结构包括顺序沉积的粘接层、刻蚀终止层、介质层、图案化的光致抗蚀剂层。

刻蚀的步骤包括刻蚀介质层；移除图案化的光致抗蚀剂层；进行刻蚀终止层的刻蚀。

所述通孔刻蚀结构包括顺序沉积的粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层及图案化的光致抗蚀剂层。

刻蚀的步骤包括顺序刻蚀辅助刻蚀终止层和介质层；移除图案化的光致抗蚀剂层；进行刻蚀终止层的刻蚀。

所述通孔刻蚀结构中包括抗发射涂层；首先刻蚀抗发射涂层。

所述稀释气体是氮气，或氦气。

所述刻蚀气体包括二氟甲烷，氧气，氮气；所述稀释气体为氮气。

所述二氟甲烷的流量为40标准立方厘米/分钟，所述氧气流量为20标准立方厘米/分钟，所述氮气流量为40标准立方厘米/分钟；压力为50Mt。