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領(lǐng)域，特別是涉及一種通孔刻蝕方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路向深亞微米尺寸發(fā)展，半導(dǎo)體器件的密集程度和工藝的復(fù)雜程度不斷增加，對(duì)工藝過(guò)程的嚴(yán)格控制變得更為重要。其中，通孔作為多層金屬互連線以及半導(dǎo)體器件的有源區(qū)與外界電路之間連接的通道，在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)組成中具有重要作用，通孔刻蝕工藝的改進(jìn)歷來(lái)受到本領(lǐng)域技術(shù)人員的高度重視。詳細(xì)的，請(qǐng)參考圖IA至圖1F，其為現(xiàn)有的通孔刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。參考圖1A，首先提供半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100上形成有金屬互連線 110以及依次位于所述金屬互連線110上的阻擋層120以及介質(zhì)層130。隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸進(jìn)一步縮小，互連線的RC延遲逐漸成為影響電路速度的主要矛盾，為改善這一點(diǎn)，開(kāi)始采用由金屬銅制作金屬互連線結(jié)構(gòu)的工藝方法。由于銅互連線可以減小互聯(lián)阻抗，降低功耗和成本，提高芯片的集成度、器件密度和時(shí)鐘頻率，因此，目前普遍采用銅互連線作為金屬互連線。其中，阻擋層120的材質(zhì)可以是氮化硅，介質(zhì)層130的材質(zhì)可以是氧化硅。阻擋層 120的厚度可以為700 800人,介質(zhì)層I3O的厚度可以為5000 6000 A。參考圖1B，接著在所述介質(zhì)層130上形成具有通孔圖形的光阻層140，所述具有通孔圖形的光阻層HO的厚度可以為11000 13000人。參考圖1C，以所述具有通孔圖形的光阻層140為掩膜，刻蝕所述介質(zhì)層130以及部分阻擋層120，以形成開(kāi)口 121。在此步驟中，開(kāi)口 121下方區(qū)域剩余的阻擋層120的厚度
僅為300~400人。參考圖1D，可利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層140，一般的，氧氣等離子灰化所采用的溫度通常為275°C。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，由于所述剩余的阻擋層120的厚度較小，而銅的擴(kuò)散能力較強(qiáng)，且銅在氧氣氛圍中極易發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而極易生成銅的氧化物111。參考圖1E，濕法清洗所述半導(dǎo)體基底100，所述濕法清洗工藝可去除殘留的光阻， 并去除刻蝕之后介質(zhì)層130以及剩余的阻擋層120表面殘留的刻蝕氣體以及其它可能存在的殘留物例如各種有機(jī)聚合物(polymer)，所述清洗工藝所采用的化學(xué)試劑可以包括硫酸和雙氧水。同時(shí)，盡管銅不易與濕法清洗采用的化學(xué)試劑反應(yīng)，但是銅的氧化物111卻可以與硫酸等化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，因此在此步驟中，銅的氧化物111也可被清洗掉，進(jìn)而在金屬互連線110表面形成凹陷112。繼續(xù)干法刻蝕所述開(kāi)口 121下方的剩余的阻擋層120，以形成如圖IF所示的通孔 122。然而，在形成通孔122的同時(shí)，阻擋層120的表面也形成了針孔113，所述針孔113可影響半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，嚴(yán)重時(shí)，甚至引發(fā)器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通孔刻蝕方法，以解決金屬互連線表面在形成通孔之后擦產(chǎn)生針孔的問(wèn)題，提到了半導(dǎo)體器件的可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種通孔刻蝕方法，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上依次形成有金屬互連線、阻擋層以及介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成具有通孔圖形的光阻層；以所述具有通孔圖形的光阻層為掩膜，刻蝕部分所述介質(zhì)層以形成開(kāi)口 ； 利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層；繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口內(nèi)的剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層，直至暴露出所述金屬互連線，以形成通孔?？蛇x的，所述金屬互連線是銅互連線?？蛇x的，利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層之后，還包括 對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝的步驟?？蛇x的，所述氫氣處理工藝的溫度是10 30°C?？蛇x的，所述氧氣等離子灰化工藝的溫度是10 30°C?？蛇x的，對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝之后，還包括清洗所述半導(dǎo)體基底的步驟?？蛇x的，清洗所述半導(dǎo)體基底采用的化學(xué)試劑包括硫酸和雙氧水。
可選的，所述阻擋層的材質(zhì)是氮化硅，所述介質(zhì)層的材質(zhì)是氧化硅?？蛇x的，刻蝕部分所述介質(zhì)層時(shí)采用的刻蝕氣體包括四氟化碳、三氟甲烷和氬氣。可選的，刻蝕所述通孔區(qū)內(nèi)剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層時(shí)采用的刻蝕氣體包括四氟化碳和氮?dú)狻Ｅc現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的通孔刻蝕方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、該刻蝕方法在以具有通孔圖形的光阻層為掩膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，僅刻蝕掉一部分介質(zhì)層而保留另一部分的介質(zhì)層以及全部阻擋層，以阻擋銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而避免生成銅的氧化物，防止在金屬互連線表面形成針孔，提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。2、在利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層之后，該刻蝕方法還包括對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝的步驟，一旦所述金屬互連線表面形成了銅的氧化物，所述氫氣處理工藝也可將銅的氧化物還原為銅，進(jìn)一步確保在所屬金屬互連線表面不會(huì)形成針孔。


圖IA IF為現(xiàn)有的通孔刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的通孔刻蝕方法的流程圖；圖3A 3E為本發(fā)明實(shí)施例所提供的通孔刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想在于，提供一種通孔刻蝕方法，該刻蝕方法在以具有通孔圖形的光阻層為掩膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，僅刻蝕掉部分介質(zhì)層而保留一部分的介質(zhì)層以及全部阻擋層，以阻擋銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而避免生成銅的氧化物，防止在金屬互連線表面形成針孔，提高了產(chǎn)品的良率。請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例所提供的通孔刻蝕方法的流程圖，結(jié)合該圖，該方法包括步驟步驟S20，提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上依次形成有金屬互連線、阻擋層以及介質(zhì)層；步驟S21，在所述介質(zhì)層上形成具有通孔圖形的光阻層；步驟S22，以所述具有通孔圖形的光阻層為掩膜，刻蝕部分所述介質(zhì)層以形成開(kāi) Π ；步驟S23，利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層；步驟S24，繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口內(nèi)的剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層，直至暴露出所述金屬互連線，以形成通孔。本發(fā)明實(shí)施例所提供的通孔刻蝕方法在以具有通孔圖形的光阻層為掩膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，僅刻蝕掉一部分介質(zhì)層而保留另一部分的介質(zhì)層以及全部阻擋層，較厚的介質(zhì)層以及阻擋層可以阻擋銅擴(kuò)散出來(lái)，避免銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，防止生成銅的氧化物，進(jìn)而防止在形成通孔的同時(shí)金屬互連線表面形成針孔，提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。下面將結(jié)合剖面示意圖對(duì)本發(fā)明的通孔刻蝕方法進(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)該理解本領(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)人員的廣泛知道，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)下面說(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)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。參考圖3Α，首先提供半導(dǎo)體基底300，該半導(dǎo)體基底300上形成有金屬互連線310 以及依次位于所述金屬互連線310上的阻擋層320及介質(zhì)層330。優(yōu)選的，所述金屬互連線是銅互連線。與傳統(tǒng)的鋁互連線相比，銅互連線的優(yōu)點(diǎn)在于其電阻率較低，導(dǎo)電性更好，由其制成的內(nèi)連接導(dǎo)線可以在保持同等甚至更強(qiáng)電流承載能力的情況下做得更小、更密集。此外，銅互連線在電遷移、RC延遲、可靠性和壽命等方面也比鋁互連線具有更大的優(yōu)勢(shì)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，僅僅示出了一層金屬互連線結(jié)構(gòu)，但是顯而易見(jiàn)， 本發(fā)明所提供的通孔刻蝕方法可以適用于任何一層的金屬互連線，尤其在實(shí)際中，多層互連結(jié)構(gòu)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，即本發(fā)明不限定所示的金屬互連線為單層還是多層的金屬互連線結(jié)構(gòu)。
另外，圖3A中沒(méi)有示出金屬互連線之下的具體的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)(例如，具體的電容器或者晶體管結(jié)構(gòu))，本發(fā)明不涉及該部分的改進(jìn)，因此，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不再贅述。其中，阻擋層320可阻擋銅擴(kuò)散，并可提高后續(xù)形成的介質(zhì)層與金屬互連線310表面的粘附性。所述阻擋層320的材質(zhì)可以是氮化硅。當(dāng)然，所述阻擋層320的材質(zhì)還可以是氮氧化硅、碳化硅或碳氧化硅等。所述阻擋層的沉積方法可采用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方
式形成。其中，所述阻擋層320的厚度可以為700 800人。介質(zhì)層330可作為后續(xù)刻蝕工藝的硬掩膜，優(yōu)選的，所述介質(zhì)層330的材質(zhì)可以是氧化硅，所述氧化硅的成本較低，且較易被刻蝕。其中，介質(zhì)層330的厚度可以為
5000 6000 A。參考圖3B，接著在所述介質(zhì)層330上涂覆光阻，并利用現(xiàn)有的光刻技術(shù)形成具有通孔圖形的光阻層340，所述通孔圖形用以定義通孔。其中，光阻層340的厚度可以為
11000 13000人。參考圖3C，接下來(lái)，以所述具有通孔圖形的光阻層340為掩膜，刻蝕部分介質(zhì)層 330，以形成開(kāi)口 321。較佳的，開(kāi)口 321下方剩余的介質(zhì)層330的厚度可以為400 600人。所述剩余的介質(zhì)層330與阻擋層320 —起作為銅的阻擋層，可防止銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而避免針孔的出現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，刻蝕部分所述介質(zhì)層330時(shí)采用的是干法刻蝕， 刻蝕氣體可以包括四氟化碳、三氟甲烷和氬氣。利用四氟化碳、三氟甲烷和氬氣混合氣體來(lái)刻蝕介質(zhì)層330，可以提供較高的選擇比和刻蝕均勻性，使得一部分的介質(zhì)層330可以很快的被去除，而保留另一部分介質(zhì)層330以及全部的阻擋層320。當(dāng)然，本發(fā)明并不對(duì)具體的刻蝕溫度和刻蝕氣體流量進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)即可獲得經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。參考圖3D，可利用氧氣等離子灰化工藝去除具有通孔圖形的光阻層340。較佳的，所述氧氣等離子灰化工藝的溫度是10 30°C。所述較低的溫度可進(jìn)降低銅原子的活性，避免銅原子與氧氣等離子灰化工藝中所采用的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層340之后，還可以包括對(duì)所述半導(dǎo)體基底300執(zhí)行氫氣處理工藝的步驟。一旦所述金屬互連線310表面形成了銅的氧化物，所述氫氣處理工藝也可將銅的氧化物還原為銅， 進(jìn)一步確保在所屬金屬互連線310表面不會(huì)形成針孔。所述氫氣處理工藝的溫度是10 30°C。所述氫氣處理工藝可與所述氧氣等離子灰化工藝?yán)猛环磻?yīng)腔來(lái)完成。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝的步驟之后，還可包括清洗所述半導(dǎo)體基底300的步驟。所述濕法清洗工藝可去除殘留的光阻，并去除刻蝕之后介質(zhì)層330表面殘留的刻蝕氣體以及其它可能存在的殘留物例如各種有機(jī)聚合物，所述清洗工藝所采用的化學(xué)試劑可以包括硫酸和雙氧水。當(dāng)然，所述清洗工藝所采用的清洗劑還可以是DSP溶液，所述DSP溶液是指含有硫酸、雙氧水和氫氟酸的混合溶液。參考圖3E，最后，利用介質(zhì)層330作為刻蝕硬掩膜，繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口 321內(nèi)的剩余的介質(zhì)層330，并繼續(xù)向下刻蝕阻擋層320，直至暴露出下層的金屬互連線310，以形成通孔 321。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，刻蝕所述開(kāi)口 321內(nèi)剩余的介質(zhì)層330和所述阻擋層320時(shí)采用的是干法刻蝕，刻蝕氣體可以包括四氟化碳和氮?dú)?。?dāng)然，本發(fā)明并不對(duì)具體的刻蝕溫度和刻蝕氣體流量進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)即可獲得經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。綜上所述，本發(fā)明提供一種通孔刻蝕方法，該方法包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有金屬互連線以及依次位于所述金屬互連線上的阻擋層及介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成具有通孔圖形的光阻層；以所述具有通孔圖形的光阻層為掩膜，刻蝕部分所述介質(zhì)層以形成開(kāi)口 ；利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層；繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口內(nèi)的剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層，以形成通孔。本發(fā)明在以具有通孔圖形的光阻層為掩膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，僅刻蝕掉部分介質(zhì)層而保留一部分的介質(zhì)層以及全部阻擋層，以阻擋銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而避免生成銅的氧化物，防止在金屬互連線表面形成針孔，提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通孔刻蝕方法，包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上依次形成有金屬互連線、阻擋層以及介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成具有通孔圖形的光阻層；以所述具有通孔圖形的光阻層為掩膜，刻蝕部分所述介質(zhì)層以形成開(kāi)口 ；利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層；繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口內(nèi)的剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層，直至暴露出所述金屬互連線，以形成通孔。
2.如權(quán)利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，所述金屬互連線是銅互連線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層之后，還包括對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，所述氫氣處理工藝的溫度是10 30 "C。
5.如權(quán)利要求4所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，所述氧氣等離子灰化工藝的溫度是 10 30°C。
6.如權(quán)利要求5所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，對(duì)所述半導(dǎo)體基底執(zhí)行氫氣處理工藝之后，還包括清洗所述半導(dǎo)體基底的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，清洗所述半導(dǎo)體基底采用的化學(xué)試劑包括硫酸和雙氧水。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)是氮化硅。
9.如權(quán)利要求8所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)是氧化硅。
10.如權(quán)利要求9所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，刻蝕部分所述介質(zhì)層時(shí)采用的刻蝕氣體包括四氟化碳、三氟甲烷和氬氣。
11.如權(quán)利要求10所述的通孔刻蝕方法，其特征在于，刻蝕所述通孔區(qū)內(nèi)剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層時(shí)采用的刻蝕氣體包括四氟化碳和氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明揭示了一種通孔刻蝕方法，該方法包括提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上依次形成有金屬互連線、阻擋層以及介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上形成具有通孔圖形的光阻層；以所述具有通孔圖形的光阻層為掩膜，刻蝕部分所述介質(zhì)層以形成開(kāi)口；利用氧氣等離子灰化工藝去除所述具有通孔圖形的光阻層；繼續(xù)刻蝕所述開(kāi)口內(nèi)的剩余的介質(zhì)層和所述阻擋層，直至暴露出所述金屬互連線，以形成通孔。本發(fā)明在以具有通孔圖形的光阻層為掩膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，僅刻蝕掉部分介質(zhì)層而保留一部分的介質(zhì)層以及全部阻擋層，以阻擋銅與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，防止在金屬互連線表面形成針孔，提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102237296SQ20101016426
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者劉選軍, 喻濤, 池玟霆, 祝長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司, 武漢新芯集成電路制造有限公司