專(zhuān)利名稱(chēng)：干法刻蝕連接孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種干法刻蝕連接孔的方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工藝中，可根據(jù)不同需要 在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)多層金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣層，這就需 要對(duì)上述絕緣層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積 的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。絕緣層包括在半導(dǎo)體襯底上依 次形成的刻蝕終止層，例如摻氮的碳化硅層；低介電常數(shù)(Low-K)絕緣材料層，例如含有 硅、氧、碳、氫元素的類(lèi)似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black diamond, BD)材料；還包括形成 于Low-K絕緣材料層上的頂層(Cap layer)，例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化硅層， 即TEOS層。顯然，半導(dǎo)體襯底上，還可以形成各種器件結(jié)構(gòu)，例如形成在襯底上的有源區(qū)、 隔離區(qū)，以及有源區(qū)中的晶體管的源/漏和柵極。其中，連接孔作為多層金屬層間互連以及器件有源區(qū)與外界電路之間連接的通 道，在器件結(jié)構(gòu)組成中具有重要的作用。連接孔分為接觸孔和通孔。接觸孔(contact)指 硅芯片內(nèi)的器件與第一金屬層之間在硅表面的連接。通孔(via)指穿過(guò)各種介質(zhì)層從某一 金屬層到毗鄰的另一金屬層之間形成電通路的開(kāi)口。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)絕緣層制造連接孔的干法刻蝕方法的流程示意圖，包括以下 步驟步驟11、在 Cap layer 上涂布光阻(PR，Photo Resist)層；步驟12、圖案化所述I3R層。步驟13、依次對(duì)Cap layer和Low-K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，在刻蝕終止層停止刻 蝕，形成連接孔。該過(guò)程稱(chēng)之為主蝕刻(ME，Main Etch)過(guò)程。在現(xiàn)有的刻蝕工藝中，一般 采用等離子體刻蝕的方法形成連接孔。但是，在使用上述干法刻蝕工藝對(duì)絕緣層進(jìn)行連接孔刻蝕時(shí)，由于頂層氧化硅層 與Low-K絕緣材料層之間的蝕刻速率不同，從而使得在上述干蝕刻工藝中存在弓形輪廓 (Bowing Profile)的問(wèn)題。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的頂層輪廓的效果示意圖。如圖2所示，頂 層201與Low-K絕緣材料層202的連接處比較粗糙、彎曲，上述的弓形輪廓將導(dǎo)致有效區(qū)域 減小，而且難于通過(guò)物理氣相沉積(PVD)在連接孔200內(nèi)表面形成阻擋層，例如鉭/氮化鉭 層(Ta/TaN)的沉積(Barrier Depositon)和難于進(jìn)行電化學(xué)電鍍(Electrical Chemical Plating)，因此將對(duì)半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能帶來(lái)不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是連接孔弓形輪廓的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明公開(kāi)了一種干法刻蝕連接孔的方法，用于對(duì)半導(dǎo)體器件的絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成連接孔，所述絕緣層包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成的刻蝕終止層、低介電常數(shù) Low-K絕緣材料層和頂層Cap layer,該方法包括在所述Cap layer上涂布光阻層；圖案化所述光阻層；以圖案化的光阻層為掩膜，依次對(duì)所述Cap layer和Low-Κ絕緣材料層進(jìn)行刻蝕， 在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔；對(duì)形成連接孔后暴露出的頂層進(jìn)行表面處理surface treatment，在頂層與Low-K 絕緣材料層的連接處形成平滑內(nèi)側(cè)壁。所述表面處理采用刻蝕氣體二氟甲烷CH2F2和稀釋氣體Dilute gas 一氧化碳CO 相結(jié)合，對(duì)所述頂層進(jìn)行等離子體刻蝕。所述CH2F2與CO的比例為1 12 1 17。所述CH2F2流量為10 30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘seem。所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為 100 200毫托。所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的源功率 為800 1500瓦。所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的偏置功
率為零。對(duì)頂層進(jìn)行表面處理的時(shí)間為5 15秒。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明在連接孔主刻蝕步驟之后，對(duì)頂層進(jìn)行表面處理， 通過(guò)選擇表面處理的氣體、比例、流量及控制處理時(shí)間，使得在對(duì)頂層進(jìn)行表面處理的同時(shí) 不對(duì)頂層之下的Low-K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，主要采用二氟甲烷(CH2F2)與一氧化碳(CO) 相結(jié)合對(duì)頂層進(jìn)行刻蝕，最終形成輪廓良好的連接孔，有效解決了弓形輪廓的問(wèn)題。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)絕緣層制造連接孔的干法刻蝕方法。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的頂層輪廓的效果示意圖。圖3為本發(fā)明中采用干法刻蝕連接孔的方法。圖4為使用本發(fā)明的表面處理方法后的頂層輪廓的效果示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明利用示意圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于 說(shuō)明，表示結(jié)構(gòu)的示意圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定，此 外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。本發(fā)明在連接孔主刻蝕步驟之后，對(duì)頂層進(jìn)行表面處理，使得在對(duì)頂層進(jìn)行蝕刻 的同時(shí)不對(duì)頂層之下的Low-K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，主要采用CH2F2與CO相結(jié)合對(duì)頂層進(jìn) 行刻蝕，最終形成輪廓良好的連接孔，有效解決了弓形輪廓的問(wèn)題。
圖3為本發(fā)明中采用干法刻蝕連接孔的方法流程示意圖。其包括以下步驟步驟31、在Cap layer上涂布光阻層；步驟32、圖案化所述I3R層。步驟33、以圖案化的光阻層為掩膜，依次對(duì)Cap layer和Low-K絕緣材料層進(jìn)行 刻蝕，在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔。該主刻蝕步驟一般采用等離子體刻蝕的方法 形成連接孔。后段工藝中的絕緣層包括依次形成的刻蝕終止層、Low-K絕緣材料層和Cap layer, 一般Low-K絕緣材料層的K值都小于或者等于3，本發(fā)明具體實(shí)施例中，為BD材料， Cap layer 為 TEOS Μ。步驟34、對(duì)頂層進(jìn)行表面處理(surface treatment)。在本步驟中，對(duì)上述主刻蝕后而暴露出的頂層進(jìn)行表面處理，使得在對(duì)頂層進(jìn)行 表面處理的同時(shí)不對(duì)頂層之下的Low-K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，從而達(dá)到了對(duì)頂層進(jìn)行修 復(fù)，在頂層與Low-K絕緣材料層的連接處形成平滑內(nèi)側(cè)壁的目的。所述表面處理方法是一 種等離子體刻蝕方法。具體地，使用CH2F2與CO相結(jié)合對(duì)頂層進(jìn)行刻蝕，可以有效提高氧化物對(duì)Low-K絕 緣材料層的選擇比，即提高頂層對(duì)頂層下的Low-K絕緣材料層的選擇比。本發(fā)明具體實(shí)施例 中，CH2F2與CO的比例為1 12 1 17，優(yōu)選為1 15或者1 16 ;CH2F2的流量為10 30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm)，優(yōu)選為lOsccm、15sccm或20sccm。從上述可以看出，刻蝕氣 體CH2F2的流量較小，如果CH2F2的流量較大的話(huà)，刻蝕速率比較大并無(wú)法控制，會(huì)導(dǎo)致刻穿連 接孔(punch through)的問(wèn)題。本發(fā)明的刻蝕氣體采用CH2F2，而不采用四氟化碳(CF4)或三 氟甲烷(CHF3)，這是因?yàn)橄啾扔贑H2F2，相同的流量下，CF4或CHF3的刻蝕速率比較大，而且與刻 蝕終止層的選擇比很小，在刻蝕到達(dá)刻蝕終止層時(shí)，很大的刻蝕速率無(wú)法得到控制，同樣會(huì)導(dǎo) 致punch through的問(wèn)題。本發(fā)明使用CO作為稀釋氣體(Dilute gas)，而不使用氬氣(Ar) 或氦氣(He)作為稀釋氣體，從而可有效提高頂層對(duì)頂層下的Low-K絕緣材料層的選擇比，即 蝕刻速率的比值，使得在蝕刻過(guò)程中對(duì)頂層的蝕刻速率大于對(duì)頂層之下的Low-K絕緣材料層 的蝕刻速率。較佳的，所述CO的流量為300 400sccm，優(yōu)選為300sccm或350sccm?？涛g反應(yīng)腔內(nèi)的壓力在高壓下，等離子體的碰撞能量相對(duì)就比較低，物理轟擊的 效果就比較弱，較佳地，刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為100 200毫托(mT)，優(yōu)選為150mT、170mT 或190mT。在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)，刻蝕所使用的源功率(Source Power)較高，但所使用的偏置 功率(Bias Power)為零，即不使用偏轉(zhuǎn)功率。其中，高的源功率用于增大等離子體的密度， 可以提高對(duì)頂層的蝕刻速率；同時(shí)，由于偏轉(zhuǎn)功率為0，離子沒(méi)有被加速，所以等離子體的 物理轟擊效果較弱，從而有效地對(duì)頂層進(jìn)行處理，而不會(huì)對(duì)頂層之下的低介電常數(shù)材料進(jìn) 行蝕刻。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所使用的源功率可以為800 1500瓦(W)，優(yōu)選為900W、 1000W或1200W。表面處理的時(shí)間為5 15秒(s)，優(yōu)選為7s、IOs或13s。圖4為使用本發(fā)明的表面處理方法后的頂層輪廓的效果示意圖。如圖4所示，連 接孔在使用上述表面處理方法后，頂層401與Low-K絕緣材料層402的連接處比較平滑， Bowing profile的問(wèn)題得到了很大的改善，所形成的連接孔400具有較好的輪廓。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種干法刻蝕連接孔的方法，用于對(duì)半導(dǎo)體器件的絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成連接孔，所述絕緣層包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成的刻蝕終止層、低介電常數(shù)Low K絕緣材料層和頂層Cap layer，其特征在于，該方法包括在所述Cap layer上涂布光阻層；圖案化所述光阻層；以圖案化的光阻層為掩膜，依次對(duì)所述Cap layer和Low K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔；對(duì)形成連接孔后暴露出的頂層進(jìn)行表面處理surface treatment，在頂層與Low K絕緣材料層的連接處形成平滑內(nèi)側(cè)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面處理采用刻蝕氣體二氟甲烷CH2F2 和稀釋氣體Dilute gas —氧化碳CO相結(jié)合，對(duì)所述頂層進(jìn)行等離子體刻蝕。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述CH2F2與CO的比例為1 12 1 17。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述CH2F2流量為10 30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/ 分鐘seem。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔 內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為100 200毫托。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔 內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的源功率為800 1500瓦。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對(duì)頂層進(jìn)行表面處理在刻蝕反應(yīng)腔 內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的偏置功率為零。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對(duì)頂層進(jìn)行表面處理的時(shí)間為5 15秒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種干法刻蝕連接孔的方法，用于對(duì)半導(dǎo)體器件的絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成連接孔，所述絕緣層包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成的刻蝕終止層、低介電常數(shù)Low-K絕緣材料層和頂層Cap layer，該方法包括在所述Cap layer上涂布光阻層；圖案化所述光阻層；以圖案化的光阻層為掩膜，依次對(duì)所述Cap layer和Low-K絕緣材料層進(jìn)行刻蝕，在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔；對(duì)形成連接孔后而暴露出的頂層進(jìn)行表面處理(surface treatment)，在頂層與Low-K絕緣材料層的連接處形成平滑內(nèi)側(cè)壁。采用該方法有效解決了連接孔弓形輪廓的問(wèn)題，使得所形成的連接孔具有較好的輪廓，可大大提高半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)G03F7/36GK101930917SQ20091005381
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者尹曉明, 王新鵬 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司