[发明专利]连接孔的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺，特别涉及一种连接孔的刻蚀方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘层包括在半导体衬底上依次形成的刻蚀终止层，例如掺氮的碳化硅层；低介电常数(Low-K)绝缘材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond，BD)材料；还包括形成于Low-K绝缘材料层上的硬掩膜层，例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化硅层，即TEOS层。显然，半导体衬底上，还可以形成各种器件结构，例如形成在衬底上的有源区、隔离区，以及有源区中的晶体管的源/漏和栅极。

其中，连接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。连接孔分为接触孔和通孔。接触孔(contact)指硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔(via)指穿过各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层之间形成电通路的开口。对于接触孔和通孔来说，刻蚀工艺是相同的。

现有技术中对绝缘层制造连接孔的流程，包括以下步骤：

步骤11、在绝缘层的硬掩膜层上涂布光阻胶(PR，Photo Resist)层。

步骤12、曝光显影图案化所述光阻胶层。

该步骤中经曝光显影光阻胶层，在要形成连接孔的位置的光阻胶被去除，而其它部分的绝缘层仍然有光阻胶覆盖，即形成了图案化的光阻胶层。此时被去除了光阻胶的部分露出绝缘层，该露出的绝缘层与光阻胶的侧壁共同形成开口，称之为光阻胶开口。

随着半导体器件技术代的提高，连接孔的形貌比(Aspect ration)，即刻蚀形成连接孔的深度、宽度比也随之提高。提高了连接孔的深度，就需要较长时间进行孔的刻蚀，也就是说在连接孔上涂布光阻胶的厚度也越来越厚，这样才可以确保在完成连接孔的刻蚀之前，光阻胶不被消耗完。由于较深的光阻胶孔深，曝光时的光源无法深入到光阻胶开口底部，因此就会出现曝光不足的问题，而且如果显影液的量控制不好，出现显影不足的情况，都会导致残渣问题(scumming)，即在曝光显影后，光阻胶开口底部出现残留的光阻胶，具体示意图如图1所示。从图1中可以看出，绝缘层101上涂布光阻胶层，并形成图案化的光阻胶层102，然后以图案化的光阻胶层102为掩膜，进行连接孔的刻蚀。而在光阻胶开口的底部，即去除了部分光阻胶后，露出的绝缘层上，存在的残渣103就是由于显影不足所导致的。Scumming问题会在后续进行连接孔的刻蚀时，引发严重的问题，导致连接孔刻蚀不完全，无法达到预定的目标值。因此一般在图案化光阻胶后，接着执行去除光阻胶残渣的步骤(De-scumming)，即步骤13。

步骤13、去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣。

步骤14、对绝缘层进行刻蚀，具体来说，依次刻蚀硬掩膜层和Low-K绝缘材料层，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成连接孔。在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀的方法形成连接孔。

现有技术中进行步骤13时，一般主要采用氧气(O₂)去除残留光阻胶，但是大量的O₂，一般大于50标准立方厘米/分钟(sccm)，不但去除了残留光阻胶，而且还会对光阻胶开口内侧壁进行消耗，即扩大了光阻胶开口的尺寸。对于整个晶圆(wafer)来说，O₂对光阻胶开口内侧壁消耗的程度也是不同的，由于光阻胶掩膜尺寸的不均匀，导致在进行步骤14后，出现不同的连接孔尺寸，即出现了较差的刻蚀后检测的特征尺寸均匀性(After EtchInspection Critical Dimension Uniformity，AEI CDU)。

为显示wafer上刻蚀的连接孔直径均匀性，利用扫描电子显微镜(SEM)捕获wafer上各连接孔的直径值。连接孔直径的范围(range)为12.9纳米。这里的范围是指：连接孔直径最大值-连接孔直径最小值。伴随着半导体制造技术的飞速发展，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展，半导体器件的制造技术已进入更高的工艺节点，控制均匀性指标range在10纳米的范围内，越来越成为一个技术上的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：提高连接孔直径均匀性。