專利名稱：連接孔的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連接孔的制造方法
背景技術(shù)：
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝一般如下首先形成介質(zhì)層，該介質(zhì)層為低介電常數(shù)材料； 然后，在該介質(zhì)層上形成連接孔和溝槽；接著，在所述連接孔和溝槽中、以及該介質(zhì)層上沉 積金屬銅，通過化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除所述介質(zhì)層上的銅，連接孔中填充的金屬銅形成連 接插塞，溝槽中填充的金屬銅形成金屬互連線，即形成具有連接插塞和金屬互連線的雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)。 其中，連接孔中的金屬銅用于形成連接插塞，該連接插塞用于連接上下層的金屬 互連線。若連接孔的刻蝕不完全，會造成上下金屬互連線斷路；而若刻蝕過當(dāng)，則會引起下 層銅遷移的問題。 在專利號為US 6914004B2的美國專利中，公開了一種連接孔的制造方法。圖1至 圖3為所述的美國專利公開的連接孔的制造方法的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底202，在所述半導(dǎo)體襯底202上依次形成有介質(zhì)層 204、緩沖層206、金屬層208、刻蝕停止層210、有機(jī)硅玻璃(Organo Silica Glass,OSG)層 212、緩沖層214，在所述緩沖層214上形成有光刻膠層216，在所述光刻膠層216中形成有 開口圖案218(即連接孔圖案)。 如圖2所示，用第一刻蝕氣體等離子體刻蝕所述開口圖案218底部的緩沖層214， 以及所述有機(jī)硅玻璃層212的第一部分220，所述第一刻蝕氣體由產(chǎn)生的聚合物較少、刻蝕 選擇比較低的含有碳氟化合物和氮的氣體組成。 如圖3所示，執(zhí)行過刻蝕工藝，用第二刻蝕氣體的等離子刻蝕所述有機(jī)玻璃層212 的第二部分222。所述第二刻蝕氣體為高選擇比的包含碳氟化合物、惰性氣體、氮?dú)庖约把?氣的氣體，且第二刻蝕氣體對有機(jī)硅玻璃層212和刻蝕停止層210的選擇比約為15 : 1。
所述的連接孔的刻蝕方法的過刻蝕(Over etch)步驟中，通過過刻蝕除去剩余部 分的有機(jī)硅玻璃層212，使得刻蝕停止層210表面露出。然而，隨著連接孔的線寬越來越小， 深寬比增大，現(xiàn)有的刻蝕方法在執(zhí)行過刻蝕時，容易造成有機(jī)玻璃層212去除不完全的問 題，從而容易造成形成的連接孔底部沒有打開(Via Open)的等缺陷，影響形成的半導(dǎo)體器 件的導(dǎo)電性能。而選擇刻蝕選擇比大的刻蝕氣體又容易引起擊穿刻蝕停止層，引起下層金 屬層表面損傷的問題，而若該金屬層為銅時，擊穿后會造成銅應(yīng)力遷移問題，使得形成的器 件穩(wěn)定性下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種連接孔的制造方法，該方法既不會引起刻蝕不完全的問題，也不 會造成刻蝕停止層擊穿的問題。
本發(fā)明提供的一種連接孔的制造方法，包括
提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上依次具有刻蝕停止層和介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層上形成光刻膠層，并圖形化所述光刻膠層，形成連接孔圖案； 執(zhí)行主刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部部分厚度的介質(zhì)層； 執(zhí)行第一步過刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部剩余的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層
中形成底部露出所述刻蝕停止層的開口 ； 執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，刻蝕所述開口的底部，去除所述開口底部部分厚度的刻 蝕停止層； 其中，所述第一步過刻蝕工藝和第二步過刻蝕工藝均為等離子體刻蝕，且所述第
一步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，所述第二
步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6。 可選的，所述第一步過刻蝕工藝中，刻蝕選擇比為4;第二步過刻蝕工藝中，刻蝕
選擇比為8。 可選的，所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑為含有碳氟化合物和02的組合氣體。
可選的，所述碳氟化合物為C4F6、C4F8中的一種。 可選的，所述碳氟化合物為C4F8 ;其中，C4F8和02流量比為1至3 : 2。 可選的，第一步過刻蝕工藝中的等離子體環(huán)境壓力為10至100mTorr。 可選的，所述第二步過刻蝕工藝中刻蝕劑為含有碳氟化合物和惰性氣體的組合氣體。 可選的，所述碳氟化合物包括C4F6或C4F8。
可選的，在所述介質(zhì)層上形成光刻膠層之前， 先在所述介質(zhì)層上形成抗反射層，并在主刻蝕之前，刻蝕去除所述連接孔圖案底 部的抗反射層。 可選的，刻蝕去除抗反射層的工藝為等離子體刻蝕，該等離子體刻蝕分為兩步進(jìn) 行，其中， 第一步的刻蝕氣體為CF4、 CHF3、 02和Ar ;
第二步的刻蝕氣體為CF4、 02和Ar。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的其中一個至少具有以下優(yōu)點(diǎn) 將過刻蝕工藝分為兩步進(jìn)行，通過第一步過刻蝕，且所述第一步過刻蝕工藝中刻
蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，刻蝕選擇比較小，以保證使介質(zhì)
層被穿透，刻蝕停止層表面被露出；然后，執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，所述第二步過刻蝕工藝
中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6，刻蝕選擇比較大，以保證在去除
所述開口底部的刻蝕停止層上的介質(zhì)層材料的殘留物的同時，不會造成刻蝕停止層被擊穿
而影響下面的金屬層； 上述的技術(shù)方案的其中一個至少具有如下優(yōu)點(diǎn)在第一步過刻蝕工藝中，使用含 碳氟的氣體、惰性氣體和02的混合氣體作為刻蝕氣體，其中，含碳氟的氣體和惰性氣體主要 用于刻蝕介質(zhì)層，用02的等離子體清除聚合物，可保證在第一步過刻蝕時，介質(zhì)層能夠被穿 透，刻蝕停止層表面能夠被露出； 在第二步過刻蝕中，選用含碳氟的氣體和惰性氣體作為刻蝕氣體，在清除所述開 口底部的刻蝕停止層表面的介質(zhì)層材料殘留物的同時，含碳氟的氣體產(chǎn)生的聚合物可減緩
4刻蝕速率，使得該第二步過刻蝕便于控制，避免刻蝕停止層被刻蝕穿透，保護(hù)刻蝕停止層底部的金屬層。


圖1至圖3為現(xiàn)有的一種連接孔的刻蝕方法的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意 圖4為本發(fā)明的連接孔的形成方法的實(shí)施例的流程圖； 圖5為本發(fā)明的實(shí)施例的具有刻蝕停止層和介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底的剖面示意圖； 圖6為在圖5所示的介質(zhì)層上旋涂光刻膠層后的剖面示意圖； 圖7為在圖5所示的介質(zhì)層上依次形成抗反射層和光刻膠層后的剖面示意圖； 圖8為在圖6所示的光刻膠層中形成連接孔圖案后的剖面示意圖； 圖9為在圖7所示的光刻膠層中形成連接孔圖案后的剖面示意圖； 圖10為去除圖8所示的介質(zhì)層的第一部分Tl后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為刻蝕圖9所示的抗反射層中的部分后的剖面示意圖； 圖12為在圖11所示的抗反射層中形成底部露出介質(zhì)層的開口后的剖面示意 圖13去除圖12所示的介質(zhì)層的第一部分Tl后的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖14為對圖13所示的介質(zhì)層執(zhí)行第一步過刻蝕后的剖面示意 圖15為執(zhí)行第二步過刻蝕后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖16為去除圖15所示的介質(zhì)層中的開口的底部的刻蝕停止層后的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。 其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝中，可以先在介質(zhì)層中形成連接孔，再形成溝槽；也可以先形成溝槽，后形成連接孔；在形成的連接孔和溝槽中填充金屬材料，即形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供一種連接孔的制造方法，該方法既可以適用于先形成連接孔、再形成溝槽的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝中連接孔的制造，也適用于先形成溝槽、后形成連接孔的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造工藝中連接孔的制造。 圖4為本發(fā)明的連接孔的形成方法的實(shí)施例的流程圖。 請參考圖4，步驟S100，提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上依次具有刻蝕停止層和介質(zhì)層。 步驟S110，在所述介質(zhì)層上形成光刻膠層，并圖形化所述光刻膠層，形成連接孔圖案。 步驟S120，執(zhí)行主刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部部分厚度的介質(zhì)層。
步驟S130，執(zhí)行第一步過刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部剩余的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成底部露出所述刻蝕停止層的開口 ；其中，所述第一步過刻蝕工藝為等離子 體刻蝕，且所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于 等于6。 步驟S140，執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，刻蝕所述開口的底部，去除所述開口底部部分 厚度的刻蝕停止層；其中，所述第二步過刻蝕工藝為等離子體刻蝕，且所述第二步過刻蝕工 藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6。 上述的步驟中，將過刻蝕工藝分為兩步進(jìn)行，通過第一步過刻蝕，且所述第一步過 刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，刻蝕選擇比較小， 以保證使介質(zhì)層被穿透，刻蝕停止層表面被露出；然后，執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，所述第二 步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6，刻蝕選擇比較大， 以保證在去除所述開口底部的刻蝕停止層上的介質(zhì)層材料的殘留物的同時，不會造成刻蝕 停止層被擊穿而影響下面的金屬層。 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的連接孔的制造方法進(jìn)行詳細(xì)描述。需要說明的 是，下述步驟的描述不應(yīng)該作為對本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制，在不背離權(quán)利要求 的保護(hù)范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的教導(dǎo)可以對下述的實(shí)施例的 步驟的添加、去除、等同替換或者順序的改變。 圖5至圖16為與本發(fā)明的連接孔的形成方法的實(shí)施例的各步驟相關(guān)的結(jié)構(gòu)的剖 面示意圖。 圖5為本發(fā)明的實(shí)施例的具有刻蝕停止層和介質(zhì)層的半導(dǎo)體襯底的剖面示意圖。 如圖5所示，提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)IO，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上具有刻蝕停止層12和介質(zhì)層14。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10中可以包括半導(dǎo)體襯底(未示出)和位于該半導(dǎo)體襯底上的 半導(dǎo)體器件(未示出)，也可以包括連接所述半導(dǎo)體器件的金屬互連線(未示出)。
所述半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)可以是單晶硅、多晶硅、非晶硅等材質(zhì)，也可以是硅鍺化合 物，還可以具有絕緣層上硅(Silicon On Insulator, SOI)結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)。所述金 屬互連線可以是銅或鋁或鋁銅合金。 所述刻蝕停止層12為氮化硅、碳化硅或含氮的碳化硅(NDC)中的一種。所述刻蝕 停止層12的厚度為30至80nm。形成所述刻蝕停止層12的方法可以是化學(xué)氣相沉積或原 子層沉積。 該刻蝕停止層12作為在介質(zhì)層14中刻蝕連接孔的刻蝕終點(diǎn)檢測層，避免在刻蝕 連接孔時，直接刻蝕至下層的金屬互連線，對金屬互連線造成損傷；此外，若金屬互連線材 質(zhì)為銅，該刻蝕停止層12可以作為阻擋層，阻止銅向所述介質(zhì)層14中擴(kuò)散。
本實(shí)施例中，所述刻蝕停止層12為含氮的碳化硅(NDC)，其厚度可以是40nm。
所述介質(zhì)層14為低介電常數(shù)材料(介電常數(shù)小于3的介質(zhì)材料一般認(rèn)為是低介 電常數(shù)材料)，可以是氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑鉆石(Black Diamond, BDTM)中的一種。所述介質(zhì)層14為金屬互連線之間的絕緣層，絕緣隔離不同層的金屬互連 線。本實(shí)施例中所述介質(zhì)層為BDTM。 形成所述介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積或原子層沉積。 圖6為在圖5所示的介質(zhì)層上旋涂光刻膠層后的剖面示意圖。如圖6所示，在所 述介質(zhì)層14上旋涂光刻膠層18，所述光刻膠層18用于形成連接孔的圖案。所述光刻膠層
618可以是化學(xué)放大光刻膠。 此外，在旋涂光刻膠層18之前，可以先在所述介質(zhì)層14上旋涂抗反射層16，然后 再在所述抗反射層16上旋涂光刻膠層18，如圖7所示。 圖形化所述光刻膠層18，在所述光刻膠層18中形成連接孔圖案。若所述光刻膠層 18和介質(zhì)層14之間沒有抗反射層，則連接孔圖案的底部露出所述介質(zhì)層；若所述光刻膠層 和介質(zhì)層之間具有抗反射層，則形成連接孔圖案后，該連接孔圖案的底部露出抗反射層。
圖8為在圖6所示的光刻膠層中形成連接孔圖案后的剖面示意圖。圖9為在圖7 所示的光刻膠層中形成連接孔圖案后的剖面示意圖。 如圖8和圖9所示，通過曝光顯影圖形化所述光刻膠層18，在所述光刻膠層18中 形成連接孔圖案18a。所述連接孔圖案18a。 若所述光刻膠層18和介質(zhì)層14之間沒有抗反射層，在形成所述連接孔圖案18a 后，執(zhí)行主刻蝕工藝，即刻蝕所述連接孔圖案18a底部的介質(zhì)層14的第一部分1\，保留所述 介質(zhì)層14的第二部分T2 (即1\加T2等于所述介質(zhì)層14的厚度)，如圖10所示的剖面示意 圖。所述第一部分1\的厚度小于所述介質(zhì)層14的厚度。 刻蝕所述介質(zhì)層14的第一部分1\的工藝為等離子體刻蝕，產(chǎn)生等離子體的刻蝕 氣體為含氟的氣體和惰性氣體。 所述含氟的氣體為C4F6、CHF3、C4F8中的一種或組合。所述刻蝕氣體還可以包括02。 所述惰性氣體為Ar和He。 具體的，所述刻蝕氣體可以為C4F6、CHF3、02、Ar的混合氣體，其中，C4F6的流量為5 至20sccm，CHF3的流量為5至50sccm，02的流量為5至20sccm，Ar的流量為50至500sccm， 產(chǎn)生等離子體的環(huán)境的壓力為10至lOOmTorr，射頻源功率為500至3000W。
將所述含有光刻膠圖案18a的半導(dǎo)體襯底10置于刻蝕腔室中，向所述刻蝕腔室中 通入C4F6、 CHF3、 02、 Ar等刻蝕氣體，打開射頻源，使所述的刻蝕氣體電離，產(chǎn)生等離子體，產(chǎn) 生的等離子體在偏壓的作用下，轟擊所述光刻膠圖案18a底部的介質(zhì)層14，去除所述光刻 膠圖案18a底部的介質(zhì)層的第一部分1\。 通過含氟的氣體例如C4F6、CHF3作為刻蝕氣體， 一方面對所述介質(zhì)層14進(jìn)行刻蝕， 另一方面，在刻蝕的同時，產(chǎn)生聚合物并附著在介質(zhì)層14中刻蝕出的開口 14c的側(cè)壁，保護(hù) 所述開口 14c側(cè)壁不受刻蝕損傷，有利于后續(xù)形成側(cè)壁輪廓較好的連接孔，其中，在含氟的 刻蝕氣體中，碳氟的比例越大，產(chǎn)生的聚合物越多。 所述刻蝕氣體中Ar的產(chǎn)生的等離子體主要產(chǎn)生轟擊作用，對所述介質(zhì)層14進(jìn)行轟擊。 所述刻蝕氣體02的等離子體主要用于清除聚合物，由于刻蝕氣體中選用的刻蝕氣 體C/e、CHF3產(chǎn)生的聚合物較多，產(chǎn)生的聚合物不但會附著在介質(zhì)層14中的開口 14c側(cè)壁， 也會附著在所述開口 14c的底部，影響刻蝕的進(jìn)一步進(jìn)行，因而為使刻蝕順利進(jìn)行，需要不 斷的清除產(chǎn)生在所述開口 1化底部的聚合物，通過02等離子體可去除所述開口底部的聚合 物。而由于干法刻蝕為等向性刻蝕，氧氣等離子體對所述開口側(cè)壁的聚合物影響較小。
在另外的實(shí)施例中，所述主刻蝕可分為兩步，在兩步中，刻蝕氣體均為C4F6、 CHF3、 02、 Ar，但氣體的流量不同，這里不再詳細(xì)描述。 通過主刻蝕工藝，可去除所述光刻膠圖案18a底部的介質(zhì)層14的第一部分1\，保留的第二部分T2留待后續(xù)的過刻蝕工藝中去除。 若所述光刻膠層18和介質(zhì)層14之間有抗反射層，則需要先刻蝕所述連接孔圖案 18a底部的抗反射層，然后再刻蝕所述介質(zhì)層14的第一部分1\。 對所述連接孔圖案18a底部的抗反射層的刻蝕可以一步進(jìn)行，也可以分為兩步進(jìn) 行。 在一步刻蝕工藝中，選用的刻蝕氣體可以是C4F6、02、Ar。
具體的，兩步的刻蝕工藝步驟可以如下 執(zhí)行第一步刻蝕，刻蝕氣體為QFe、CHF3、02、Ar，其中，C4F6的流量為10至50sccm， CHF3的流量為5至50sccm， 02的流量為5至20sccm， Ar流量為50至500sccm。等離子體 刻蝕環(huán)境的壓力為10至lOOmTorr，射頻源功率為300至IOOOW。通過第一步刻蝕在所述抗 反射層16中形成開口 16a，如圖11所示； 在第二步刻蝕中，刻蝕氣體為C4F6、 02、 Ar，其中，C4F6的流量為10至50sccm， 02的 流量為5至20sccm，Ar流量為50至500sccm。等離子體刻蝕環(huán)境的壓力為10至100mTorr， 射頻源功率為300至IOOOW。通過第二步刻蝕，在所述抗反射層16中形成開口 16c，所述開 口 16c的線寬與所述連接孔圖案18a相同或接近，如圖12所示。 上述兩步刻蝕工藝中，在第一步刻蝕中，選用能夠產(chǎn)生較多聚合物的氣體c;Fe、
CH&，在如圖11所示的抗反射層16中刻蝕開口 16a的同時，產(chǎn)生的聚合物16b附著在所述 開口 16a的側(cè)壁，會縮小開口 16a的線寬。 而在第二步刻蝕中，選用的刻蝕氣體產(chǎn)生的聚合物較第一步的要少，而在刻蝕過 程中，通過氧氣等離子體去除在第一步刻蝕中形成的聚合物16b，從而形成開口 16c，開口 16c的線寬與所述連接孔圖案18a相同或接近，通過所述的兩步刻蝕，可將所述連接孔圖案 18a較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)移到所述抗反射層16中，形成開口 16c。 然后，繼續(xù)刻蝕所述開口 16c底部的介質(zhì)層14，去除第一部分1\，如圖13所示，這 里不再贅述。 執(zhí)行完上述的主刻蝕工藝之后，需要執(zhí)行過刻蝕工藝，本實(shí)施例中，過刻蝕工藝分 為兩步執(zhí)行。 首先，執(zhí)行第一步過刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部剩余的介質(zhì)層，在所述介 質(zhì)層中形成底部露出所述刻蝕停止層的開口 ；其中，所述第一步過刻蝕工藝為等離子體刻 蝕，且所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于 6。具體的，所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕選擇比可以為4。 此外，所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑為含有碳氟化合物和02的組合氣體，其中， 所述碳氟化合物為(^8;其中，(:/8和02流量比可以是1至3 : 2。此外還可以具有惰性氣 體。 圖14為對圖13所示的介質(zhì)層執(zhí)行第一步過刻蝕后的剖面示意圖。 如圖14所示，完成主刻蝕后，用含有碳氟化合物、02和惰性氣體的組合氣體產(chǎn)生等
離子體執(zhí)行第一步過刻蝕，去除連接孔圖案18a下面的介質(zhì)層14中剩余的第二部分L，在
所述介質(zhì)層14中形成開口 14a，所述開口 14a的底部露出所述刻蝕停止層12。 具體的，所述第一步過刻蝕的刻蝕氣體可以是C4F6、02、Ar，其中，C4F6的流量為5至
30sccm，02的流量為5至20sccm，Ar的流量為50至500sccm，等離子體環(huán)境的壓力為10至100mTorr，射頻源功率為1000至4000W。通過第一步過刻蝕，去除主刻蝕工藝剩余的介質(zhì)層 14中的第二部分L。 在采用含氟的氣體和惰性氣體刻蝕的同時，用氧氣等離子體清除刻蝕時產(chǎn)生的聚 合物，刻蝕氣體對介質(zhì)層材料和刻蝕停止層材料的選擇比較低，刻蝕速率較快。通過第一步 過刻蝕，可使得所述刻蝕停止層表面被露出。 接著，執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，刻蝕所述開口的底部，去除所述開口底部部分厚度 的刻蝕停止層；其中，所述第二步過刻蝕工藝為等離子體刻蝕，且所述第二步過刻蝕工藝中 刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6。具體的，所述刻蝕選擇比可以為 8。其中，所述第二步過刻蝕工藝中刻蝕劑可以為含有碳氟化合物和惰性氣體的組合氣體。 所述碳氟化合物可以包括C4F6或C4F8。 由于執(zhí)行完第一步過刻蝕工藝后，在所述介質(zhì)層14中形成開口 14a，所述開口 14a 的底部露出刻蝕停止層12的表面。但是在所述開口 14a底部的刻蝕停止層12表面還可能 有介質(zhì)層14的材料的殘留物。故在完成第一步過刻蝕后，還需要第二步過刻蝕工藝，以全 面去除所述開口 14a底部的刻蝕停止層12表面的殘留物，并去除部分厚度的刻蝕停止層 12，形成連接孔14b，如圖15所示。 由于刻蝕停止層12的厚度較薄，在刻蝕時要避免將刻蝕停止層12穿透而影響下 層的金屬層，在刻蝕時要使刻蝕速率減緩，且刻蝕選擇比增大，即對介質(zhì)層14的刻蝕速率 大，對刻蝕停止層刻蝕速率小，兩者之比大于8。具體的，可以選用含氟的氣體和惰性氣體的 等離子體來執(zhí)行刻蝕工藝，用惰性氣體的等離子體進(jìn)行轟擊刻蝕，用含氟的氣體產(chǎn)生聚合 物保護(hù)所述刻蝕停止層表面，減緩對刻蝕停止層刻蝕速率，通過時間控制去除的刻蝕停止 層12的厚度，以避免對刻蝕停止層12過度刻蝕而使刻蝕停止層12被穿透。
以所述第二步過刻蝕的刻蝕氣體為C4F6和Ar為例進(jìn)行說明，C4F6的流量為10至 50sccm，Ar的流量為50至500sccm，等離子體環(huán)境的壓力為10至100mTorr，射頻源功率為 1000至4000W。 上述的步驟中，將過刻蝕工藝分為兩步進(jìn)行，通過第一步過刻蝕，且所述第一步過 刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，刻蝕選擇比較小， 以保證使介質(zhì)層被穿透，刻蝕停止層表面被露出；然后，執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，所述第二 步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6，刻蝕選擇比較大， 以保證在去除所述開口底部的刻蝕停止層上的介質(zhì)層材料的殘留物的同時，不會造成刻蝕 停止層被擊穿而影響下面的金屬層。 完成第二步過刻蝕工藝后，可進(jìn)一步形成溝槽16的工藝，去除所述光刻膠層18和 抗反射層16，并通過刻蝕去除所述開口 14a底部的刻蝕停止層14，形成如圖16所示的雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的連接孔的刻蝕方法也可以適用于先形成溝槽后形成連接孔的雙鑲嵌結(jié) 構(gòu)制造工藝中的連接孔的制造，這里不再贅述。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
9
權(quán)利要求
一種連接孔的制造方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上依次具有刻蝕停止層和介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成光刻膠層，并圖形化所述光刻膠層，形成連接孔圖案；執(zhí)行主刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部部分厚度的介質(zhì)層；執(zhí)行第一步過刻蝕工藝，刻蝕所述連接孔圖案底部剩余的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成底部露出所述刻蝕停止層的開口；執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，刻蝕所述開口的底部，去除所述開口底部部分厚度的刻蝕停止層；其中，所述第一步過刻蝕工藝和第二步過刻蝕工藝均為等離子體刻蝕，且所述第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，所述第二步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6。
2. 如權(quán)利要求l所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述第一步過刻蝕工藝中，刻 蝕選擇比為4 ;第二步過刻蝕工藝中，刻蝕選擇比為8。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述第一步過刻蝕工藝 中刻蝕劑為含有碳氟化合物和02的組合氣體。
4. 如權(quán)利要求3所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述碳氟化合物為C4F6、 C4F8 中的一種。
5. 如權(quán)利要求3所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述碳氟化合物為C4F8 ;其中，(:/8和02流量比為l至3 : 2。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的連接孔的制造方法，其特征在于第一步過刻蝕工藝中的等離子體環(huán)境壓力為10至100mTorr。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述第二步過刻蝕工藝 中刻蝕劑為含有碳氟化合物和惰性氣體的組合氣體。
8. 如權(quán)利要求7所述的連接孔的制造方法，其特征在于所述碳氟化合物包括C4F6或C4P8。
9. 如權(quán)利要求1所述的連接孔的制造方法，其特征在于在所述介質(zhì)層上形成光刻膠層之前，先在所述介質(zhì)層上形成抗反射層，并在主刻蝕之前，刻蝕去除所述連接孔圖案底部的 抗反射層。
10. 如權(quán)利要求9所述的連接孔的制造方法，其特征在于刻蝕去除抗反射層的工藝為等離子體刻蝕，該等離子體刻蝕分為兩步進(jìn)行，其中，第一步的刻蝕氣體為CF4、 CHF3、 02和Ar ; 第二步的刻蝕氣體為CF4、 02和Ar。
全文摘要
本發(fā)明提供連接孔的制造方法，包括在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上依次具有刻蝕停止層和介質(zhì)層；在介質(zhì)層上形成光刻膠層，并圖形化所述光刻膠層，形成連接孔圖案；執(zhí)行主刻蝕工藝，刻蝕連接孔圖案底部部分厚度的介質(zhì)層；執(zhí)行第一步過刻蝕工藝，刻蝕連接孔圖案底部剩余的介質(zhì)層，在介質(zhì)層中形成底部露出刻蝕停止層的開口；執(zhí)行第二步過刻蝕工藝，刻蝕開口的底部，去除開口底部部分厚度的刻蝕停止層；其中，第一步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比小于等于6，第二步過刻蝕工藝中刻蝕劑對介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕速率選擇比大于6。該方法不會引起刻蝕不完全的問題，也不會造成刻蝕停止層擊穿的問題。
文檔編號H01L21/02GK101764081SQ20081020804
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者孫武, 尹曉明, 沈滿華, 王新鵬, 趙林林 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司