專(zhuān)利名稱(chēng)：通孔刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通孔刻蝕方法。
背景技術(shù)：
隨器件尺寸的縮小，通孔尺寸也隨之縮小，導(dǎo)致按傳統(tǒng)工藝填充通孔時(shí)， 通孔填充能力受到限制，在填充過(guò)程中易產(chǎn)生孔洞。此孔洞對(duì)集成電路器件 可能造成的影響包括對(duì)于金屬前介質(zhì)層中的通孔，若在后續(xù)填充通孔互連 材料時(shí)產(chǎn)生孔洞，繼而在經(jīng)歷平整化過(guò)程后，易在后續(xù)沉積金屬層工藝中形 成金屬層沉積表面不平，即易造成金屬層材料對(duì)通孔的填充，又由于當(dāng)前通 孔互連材料多選用鵠(W),金屬層材料多選用銅(Cu),而現(xiàn)有工藝中防止 通孔互連材料向半導(dǎo)體襯底中擴(kuò)散的阻擋層對(duì)金屬層材料的阻擋作用較弱， 使得已填充通孔內(nèi)孔洞的金屬層材料極易向半導(dǎo)體襯底中擴(kuò)散，向器件導(dǎo)電 溝道區(qū)的擴(kuò)散會(huì)使導(dǎo)電溝道內(nèi)電子處于禁帶中的狀態(tài)，致使導(dǎo)電溝道內(nèi)少數(shù) 載流子發(fā)生越遷，最終導(dǎo)致器件漏電流過(guò)大；向淺溝槽隔離區(qū)的擴(kuò)散易引發(fā) 淺溝槽隔離區(qū)隔離失效，繼而增加淺溝槽隔離區(qū)漏電流，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)集 成電路器件失效；對(duì)于層間介質(zhì)層中的通孔，若在向?qū)娱g介質(zhì)層間線(xiàn)縫填充 金屬層時(shí)產(chǎn)生孔洞，經(jīng)歷平整化過(guò)程后，易造成后續(xù)介質(zhì)層材料對(duì)通孔的填 充，繼而影響金屬互連的可靠性。
由此，如何填充通孔成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的主要問(wèn)題，而改變通孔 結(jié)構(gòu)，即擴(kuò)大通孔開(kāi)口成為解決填充孔洞問(wèn)題的指導(dǎo)方向。
公告號(hào)為"US 5453403C"的美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了 一種通孔刻蝕方法，圖1A 1C為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)大通孔開(kāi)口的第一刻蝕方法流程示意圖，首先，如圖 IA所示，利用HF進(jìn)行各向同性刻蝕以將通孔30開(kāi)口31變寬；然后，如圖1B所 示，再利用CF4和CHF3，形成具有豎直通孔側(cè)壁32的開(kāi)口，以部分地穿過(guò)介質(zhì) 層20;繼而，如圖1C所示，利用氬氣和CF4，進(jìn)行濺射蝕刻從而完成通孔底部 的蝕刻，最終形成通往下層金屬接觸區(qū)10的通孔。
公告號(hào)為"US 5420078C"的美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了一種通孔刻蝕方法，圖2A 2B為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)大通孔開(kāi)口的第二刻蝕方法流程示意圖，首先，如圖 2A所示，在介質(zhì)層20中，利用一種各向同性的HF蝕刻在通孔30開(kāi)口31處形成
3
一有斜度的或一有小平面的開(kāi)口；然后，如圖2B所示，繼續(xù)用一種各向異性 蝕刻形成一具有通孔側(cè)壁32的通向下面接觸區(qū)10的直壁開(kāi)口。
但利用上述方法形成的通孔開(kāi)口均具有尖角結(jié)構(gòu)，使得此尖角處在后續(xù) 沉積過(guò)程中仍然易形成沉積材料的堆積，降低了擴(kuò)大通孔開(kāi)口的作用。如何 形成無(wú)尖角結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大的通孔開(kāi)口成為本發(fā)明解決的主要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通孔刻蝕方法，可在擴(kuò)大通孔開(kāi)口的同時(shí)，不形成尖 角結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還提供了一種通孔結(jié)構(gòu)，所述通孔具有圓角開(kāi)口，且所述圓 角開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑連接。
本發(fā)明提供的一種通孔刻蝕方法，包括
在半導(dǎo)體襯底上形成通孔刻蝕基底；
執(zhí)行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；
沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；
刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開(kāi)口；
執(zhí)行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)；
去除所述犧牲層。
所述各向同性刻蝕為濕法刻蝕；所述刻蝕溶液選用氪氟酸；所述刻蝕溶 液百分比濃度小于或等于2%;所述犧牲層材料為ARC;所述各向同性刻蝕為 干法刻蝕；所述犧牲層材料為光刻膠；所述刻蝕氣體包括氟化碳、三氟化氬 碳、八氟化三碳及/或八氟化四碳中的一種或其組合。
本發(fā)明提供的一種通孔結(jié)構(gòu)，所述通孔貫穿層間介質(zhì)層，所述通孔包含 通孔開(kāi)口及通孔側(cè)壁，所述通孔開(kāi)口區(qū)具有圓角結(jié)構(gòu)，且所述具有圓角結(jié)構(gòu) 的通孔開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向同性的方法擴(kuò)大通孔開(kāi) 口，可形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，且所述圓角開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑 連接，相比具有尖角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，對(duì)具有相同深寬比的通孔，更不易在 開(kāi)口處形成沉積材料的堆積；
2. 通過(guò)在刻蝕通孔后，在通孔中沉積犧牲層，繼而，利用所述犧牲層控 制通孔側(cè)壁形貌，選擇對(duì)所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕選擇
比的材料刻蝕通孔開(kāi)口 ，可形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)；
3. 利用濕法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口時(shí)，選用ARC (抗反射涂層)材料形成所述 犧牲層，以及，利用干法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口時(shí)，選用光刻膠材料形成所述犧 牲層，可保證所述刻蝕材料對(duì)所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕 選擇比。


圖1A ~ 1C為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)大通孔開(kāi)口的第 一刻蝕方法流程示意圖2A ~ 2B為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中擴(kuò)大通孔開(kāi)口的第二刻蝕方法流程示意圖3A ~ 3E為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)大通孔開(kāi)口的通孔刻蝕方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述 公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn) 為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定 目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí) 施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于具 有本發(fā)明優(yōu)勢(shì)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說(shuō)明 和權(quán)利要求書(shū)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常 簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí) 施例的目的。
本文件中涉及的通孔包括但不限于層間介質(zhì)層中用以形成金屬互連的連 接孔，以及，器件制造過(guò)程中形成的線(xiàn)縫。在本文件中，術(shù)語(yǔ)"線(xiàn)縫"表示 芯片內(nèi)同層材料圖形間的隔離區(qū)域，并可與術(shù)語(yǔ)"縫隙"或"間隙"互換；
術(shù)語(yǔ)"孔洞"表示線(xiàn)縫填充后形成的材料內(nèi)的隔離區(qū)域，并可與術(shù)語(yǔ)"空洞" 或"空隙"互換。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行通孔刻蝕的步驟包括在半導(dǎo)體襯底上形成 通孔刻蝕基底；執(zhí)行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔； 沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開(kāi)口； 執(zhí)行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)；去除所述犧牲 層。
圖3A~ 3E為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)大通孔開(kāi)口的通孔刻蝕方法流程示意 圖，如圖所示，以第一層間介質(zhì)層中用以形成金屬互連的連接孔為例，應(yīng)用 本發(fā)明提供的方法進(jìn)行通孔刻蝕的具體步驟包括
首先，如圖3A所示，在半導(dǎo)體襯底40上形成通孔刻蝕基底。
所述通孔刻蝕基底通過(guò)在所述半導(dǎo)體襯底上形成器件區(qū)和非器件區(qū)，所 述器件區(qū)之間通過(guò)淺溝槽隔離區(qū)隔離；繼而在所述器件區(qū)表面形成柵極結(jié)構(gòu) 及源區(qū)和漏區(qū)，所述柵極結(jié)構(gòu)包含柵極43、環(huán)繞柵極的側(cè)墻42以及覆蓋所述 柵極和側(cè)墻的阻擋層41,所述柵極結(jié)構(gòu)還包含柵氧化層44;進(jìn)而在所述半導(dǎo) 體襯底表面沉積金屬前介質(zhì)層50 (即第一層間介質(zhì)層)，所述金屬前介質(zhì)層覆 蓋所述柵極結(jié)構(gòu)及源區(qū)和漏區(qū)并填滿(mǎn)位于所述柵極結(jié)構(gòu)間的線(xiàn)縫45。
顯然，對(duì)于第二層間介質(zhì)層，所述通孔刻蝕基底還可通過(guò)在所述半導(dǎo)體 襯底表面沉積金屬前介質(zhì)層后，所述金屬前介質(zhì)層覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)及源區(qū) 和漏區(qū)并填滿(mǎn)位于所述柵極結(jié)構(gòu)間的線(xiàn)縫；繼而，在所述源區(qū)和/或漏區(qū)表面 形成第一層通孔，所述通孔貫穿所述金屬前介質(zhì)層；隨后，填充所述第一層 通孔；然后，形成第一金屬層并圖形化所述第一金屬層；繼而，沉積第二層 間介質(zhì)層后形成，所述第二層間介質(zhì)層填充所述第一金屬層。
顯然，所述通孔刻蝕基底中包含的層間介質(zhì)層的數(shù)目可為任意自然數(shù)， 如3、 5、 7或9等，所述通孔刻蝕基底中包含的層間介質(zhì)層的具體數(shù)目根據(jù) 產(chǎn)品要求確定。
隨后，如圖3B所示，執(zhí)行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上 刻蝕通孔30。
所述通孔30具有開(kāi)口 31及側(cè)壁32，所述通孔30貫穿所述層間介質(zhì)層。 所述層間介質(zhì)層材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(Si02， USG)、磷硅玻璃(phosphosilicate glass, PSG )、硼珪玻璃(borosi 1 icate , BSG )、硼磷 硅玻璃(borophosphosilicate ， BPSG )、氟硅玻璃(FSG)或具有低介電常 數(shù)材料中的一種或其組合。所述具有低介電常數(shù)材料包括但不限于黑鉆石 (Black Diamond, BD)或coral等。所述復(fù)合材料包含對(duì)USG摻雜形成的材 料以及不同摻雜的USG組合而成的材料。
所述刻蝕氣體包括氟化碳(CF4)、三氟化氫碳(CHF3)、八氟化三碳(C3FJ8)及/或八氟化四碳(C4F8)中的一種或其組合。所述刻蝕氣體中還包括氬氣(Ar )、 氦氣(He)等緩沖氣體。
所述形成通孔的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情 況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此不再贅述。
然后，如圖3C所示，沉積犧牲層60,所述犧牲層填充所述通孔；并刻蝕 所述犧牲層，以暴露通孔開(kāi)口 31。
所述通孔開(kāi)口 31包含所述通孔30頂部區(qū)域。利用濕法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi) 口時(shí)，選用ARC (抗反射涂層)材料形成所述犧牲層；利用干法工藝擴(kuò)大通孔 開(kāi)口時(shí)，選用光刻膠材料形成所述犧牲層。
通過(guò)在利用濕法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口過(guò)程中，選用ARC (抗反射涂層)材料 形成所述犧牲層，以及，在利用千法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口過(guò)程中，選用光刻膠 材料形成所述犧牲層，可保證所述刻蝕材料對(duì)所述待刻蝕材料和所述犧牲層 材料具有高刻蝕選擇比。
所述ARC及光刻膠的選取及沉積方法可采用任何傳統(tǒng)的工藝，涉及的技 術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此不再贅述。
通過(guò)在刻蝕通孔后，在通孔中沉積犧牲層，繼而，利用所述犧牲層控制 通孔側(cè)壁形貌，選擇對(duì)所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕選擇比 的材料刻蝕通孔開(kāi)口 ，可形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)。
再后，如圖3D所示，執(zhí)行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開(kāi)口31具 有圓角結(jié)構(gòu)，且所述圓角開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑連接。
利用濕法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口時(shí)，刻蝕溶液選用氬氟酸(HF, Hydrofluoric acid)，所述刻蝕溶液百分比濃度小于或等于2%，優(yōu)選為H20 : HF = 50 : 1 ; 反應(yīng)溫度范圍為22~24攝氏度，優(yōu)選為23攝氏度；刻蝕速率范圍為55 60 A/min，優(yōu)選為57 A/min?？涛g反應(yīng)時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。
利用干法工藝擴(kuò)大通孔開(kāi)口時(shí)，所述刻蝕氣體包括氟化碳(CF4)、三氟化氫碳(CHF3)、八氟化三碳(C3F8)及/或八氟化四碳(C4F8)中的一種或其組合。 所述刻蝕氣體中還包括氬氣(Ar )、氦氣(He)等緩沖氣體。所述擴(kuò)大通孔開(kāi) 口的干法工藝包括等離子體化學(xué)刻蝕，如圓桶式等離子體刻蝕及順流等離子 體刻蝕，以及，等離子體物理化學(xué)刻蝕，如平行板式等離子體刻蝕。所述刻 蝕所需射頻功率可選用2000瓦。所述刻蝕速率及刻蝕反應(yīng)時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品要求 及工藝條件確定。
再后，如圖3E所示，去除所述犧牲層60。
去除所述犧牲層所需的刻蝕氣體可選為氧氣(02),所述形成通孔的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的 組成部分，在此不再贅述。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法，首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向 同性的方法擴(kuò)大通孔開(kāi)口，可形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，且所述圓角開(kāi) 口與所述通孔側(cè)壁平滑連接，相比具有尖角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，對(duì)具有相同深 寬比的通孔，更不易在開(kāi)口處形成沉積材料的堆積。
本發(fā)明還提供了一種通孔結(jié)構(gòu)，所述通孔貫穿層間介質(zhì)層，所述通孔包 含通孔開(kāi)口及通孔側(cè)壁，所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)，且所述具有圓角結(jié)構(gòu) 的通孔開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑連接。
通過(guò)形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，相比具有尖角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，對(duì) 具有相同深寬比的通孔，更不易在開(kāi)口處形成沉積材料的堆積。
盡管通過(guò)在此的實(shí)施例描述說(shuō)明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描述 了實(shí)施例，申請(qǐng)人不希望以任何方式將權(quán)利要求書(shū)的范圍限制在這種細(xì)節(jié)上。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)另外的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的。因此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和方法和說(shuō)明性例子。 因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請(qǐng)人總的發(fā)明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種通孔刻蝕方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成通孔刻蝕基底；執(zhí)行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開(kāi)口；執(zhí)行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)；去除所述犧牲層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性刻 蝕為濕法刻蝕。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕溶液為 氫氟酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕溶液百 分比濃度小于或等于2%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層材料 為ARC。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性刻 蝕為干法刻々蟲(chóng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層材料 為光刻膠。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕氣體包 括氟化碳、三氟化氳碳、八氟化三碳及/或八氟化四碳中的一種或其組合。
9. 一種通孔結(jié)構(gòu)，所述通孔貫穿層間介質(zhì)層，所述通孔包含通孔開(kāi)口及 通孔側(cè)壁，其特征在于所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)，且所述具有圓角結(jié)構(gòu) 的通孔開(kāi)口與所述通孔側(cè)壁平滑連接。
全文摘要
一種通孔刻蝕方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成通孔刻蝕基底；執(zhí)行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開(kāi)口；執(zhí)行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開(kāi)口具有圓角結(jié)構(gòu)；去除所述犧牲層。首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向同性的方法擴(kuò)大通孔開(kāi)口，可形成具有圓角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，相比具有尖角開(kāi)口的通孔結(jié)構(gòu)，對(duì)具有相同深寬比的通孔，更不易在開(kāi)口處形成沉積材料的堆積。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101207036SQ200610147809
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者彬 葉, 曾紅林, 程衛(wèi)華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司