專利名稱：連接孔的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造工藝，特別涉及一種連接孔的刻蝕方法。
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絕緣材料層上的硬掩膜層，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口。對(duì)于接觸孔和通孔來說，刻蝕工藝是 相同的。現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)絕緣層制造連接孔的流程，包括以下步驟步驟11、在絕緣層的硬掩膜層上涂布光阻膠(PR，Photo Resist)層。步驟12、曝光顯影圖案化所述光阻膠層。該步驟中經(jīng)曝光顯影光阻膠層，在要形成連接孔的位置的光阻膠被去除，而其它 部分的絕緣層仍然有光阻膠覆蓋，即形成了圖案化的光阻膠層。此時(shí)被去除了光阻膠的部 分露出絕緣層，該露出的絕緣層與光阻膠的側(cè)壁共同形成開口，稱之為光阻膠開口。隨著半導(dǎo)體器件技術(shù)代的提高，連接孔的形貌比(Aspect ration)，即刻蝕形成連 接孔的深度、寬度比也隨之提高。提高了連接孔的深度，就需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行孔的刻蝕，也 就是說在連接孔上涂布光阻膠的厚度也越來越厚，這樣才可以確保在完成連接孔的刻蝕之 前，光阻膠不被消耗完。由于較深的光阻膠孔深，曝光時(shí)的光源無法深入到光阻膠開口底 部，因此就會(huì)出現(xiàn)曝光不足的問題，而且如果顯影液的量控制不好，出現(xiàn)顯影不足的情況， 都會(huì)導(dǎo)致殘?jiān)鼏栴}(scumming)，即在曝光顯影后，光阻膠開口底部出現(xiàn)殘留的光阻膠，具體 示意圖如圖1所示。從圖1中可以看出，絕緣層101上涂布光阻膠層，并形成圖案化的光 阻膠層102，然后以圖案化的光阻膠層102為掩膜，進(jìn)行連接孔的刻蝕。而在光阻膠開口的 底部，即去除了部分光阻膠后，露出的絕緣層上，存在的殘?jiān)?03就是由于顯影不足所導(dǎo)致 的。Scumming問題會(huì)在后續(xù)進(jìn)行連接孔的刻蝕時(shí)，引發(fā)嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致連接孔刻蝕不完 全，無法達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)值。因此一般在圖案化光阻膠后，接著執(zhí)行去除光阻膠殘?jiān)牟襟E (De-scumming)，即步驟 13。
步驟13、去除光阻膠開口底部的光阻膠殘?jiān)２襟E14、對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕，具體來說，依次刻蝕硬掩膜層和Low-K絕緣材料層， 在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔。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。現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行步驟13時(shí)，一般主要采用氧氣(O2)去除殘留光阻膠，但是大量 的02，一般大于50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm)，不但去除了殘留光阻膠，而且還會(huì)對(duì)光阻 膠開口內(nèi)側(cè)壁進(jìn)行消耗，即擴(kuò)大了光阻膠開口的尺寸。對(duì)于整個(gè)晶圓(wafer)來說，O2對(duì) 光阻膠開口內(nèi)側(cè)壁消耗的程度也是不同的，由于光阻膠掩膜尺寸的不均勻，導(dǎo)致在進(jìn)行步 驟14后，出現(xiàn)不同的連接孔尺寸，即出現(xiàn)了較差的刻蝕后檢測(cè)的特征尺寸均勻性(After EtchInspection Critical Dimension Uniformity, AEI CDU)。為顯示wafer上刻蝕的連接孔直徑均勻性，利用掃描電子顯微鏡(SEM)捕獲wafer 上各連接孔的直徑值。連接孔直徑的范圍(range)為12. 9納米。這里的范圍是指連接孔 直徑最大值-連接孔直徑最小值。伴隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，晶片朝向更高的元 件密度、高集成度方向發(fā)展，半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)已進(jìn)入更高的工藝節(jié)點(diǎn)，控制均勻性指 標(biāo)range在10納米的范圍內(nèi)，越來越成為一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提高連接孔直徑均勻性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種連接孔的刻蝕方法，該方法包括在絕緣層上涂布光阻膠層；曝光顯影圖案化所述光阻膠層；采用氮?dú)釴2和一氧化碳C0，或者N2和二氧化碳CO2去除光阻膠開口底部的光阻膠 殘?jiān)?；?duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕形成連接孔。所述光阻膠殘?jiān)娜コM(jìn)一步包括氧氣02。所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為5 20毫托。所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的源功率與 偏置功率的比值為2 5。所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g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 小于200瓦。所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通入氣體的總量小于500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 /分鐘Sccm0所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通入N2與CO或CO2的比值為1. 5 2. 5。所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通入02的流量小于5sCCm。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明通過在曝光顯影光阻膠層之后，進(jìn)行去光阻膠殘 渣的步驟，使得連接孔能夠刻蝕完全。并且在去光阻膠殘?jiān)牟襟E中通入氮?dú)?N2)和一氧 化碳(CO)，或者N2和二氧化碳(CO2)。去光阻膠殘?jiān)饕捎肅O或者CO2,其0元素的含量要比單純的O2含量少，既起到去光阻膠殘?jiān)淖饔?，又可以有效防止擴(kuò)大光阻膠開口的尺 寸。并且N2主要作為保護(hù)氣體，進(jìn)一步防止在去光阻膠殘?jiān)鼤r(shí)擴(kuò)大了光阻膠開口的尺寸。 從而有效提高了連接孔直徑的均勻性。


圖1為光阻膠開口底部出現(xiàn)殘留光阻膠的示意圖。圖2為本發(fā)明對(duì)絕緣層制造連接孔的的流程示意圖。
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)說明。
本發(fā)明通過在曝光顯影光阻膠層之后，進(jìn)行去光阻膠殘?jiān)牟襟E，使得連接孔能 夠刻蝕完全。并且優(yōu)選地，在去光阻膠殘?jiān)牟襟E中通入N2、CO以及微量的O2，或者N2、CO2 以及微量的02。由于只有微量的02，去光阻膠殘?jiān)饕捎肅O或者CO2，其0元素的含量要 比單純的O2含量少，既起到去光阻膠殘?jiān)淖饔?，又可以有效防止擴(kuò)大光阻膠開口的尺寸。 并且N2主要作為保護(hù)氣體，進(jìn)一步防止在去光阻膠殘?jiān)鼤r(shí)擴(kuò)大了光阻膠開口的尺寸。從而 有效提高了連接孔直徑的均勻性。圖2示出了本發(fā)明對(duì)絕緣層制造連接孔的流程示意圖，包括以下步驟步驟21、在絕緣層的硬掩膜層上涂布光阻膠層。步驟22、曝光顯影圖案化所述光阻膠層。步驟23、去除光阻膠開口底部的光阻膠殘?jiān)?。本發(fā)明的該步驟中通入N2和C0，或 者隊(duì)禾口 CO2。一般去除光阻膠殘?jiān)倪^程在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)腔內(nèi)的壓力較低，較佳地， 反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為5 20毫托(mT)，優(yōu)選為10mT、15mT或20mT。反應(yīng)腔內(nèi)所使用的源功 率(Source Power)和偏置功率(Bias Power)的比值為2 5，并且要求Bias Power的功 率小于200瓦(W)，優(yōu)選為100W、150W或180W。其中，源功率用于增大等離子體的密度，可 以提高對(duì)殘留光阻膠的去除速率；偏置功率主要是為控制等離子體的方向性，徹底全面地 去除殘留在各個(gè)光阻膠開口底部的殘?jiān)?。通入氣體的總流量要求小于500SCCm。其中，N2與CO或者N2與CO2的比值為1. 5 2. 5，優(yōu)選為1. 5、2或2. 5。通入CO或CO2的流量?jī)?yōu)選為80sccm、100sccm或150sccm。那 么根據(jù)氣體總流量以及氣體比例就能夠得到通入N2的流量。步驟24、對(duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕，具體來說，依次刻蝕硬掩膜層和Low-K絕緣材料層， 在刻蝕終止層停止刻蝕，形成連接孔。本發(fā)明去光阻膠殘?jiān)饕捎肅O或者CO2，其0元素的含量要比單純的O2含量少， 既起到去光阻膠殘?jiān)淖饔?，又可以確保光阻膠開口內(nèi)側(cè)壁不被消耗，有效防止擴(kuò)大光阻 膠開口的尺寸。并且N2主要作為保護(hù)氣體，進(jìn)一步防止在去光阻膠殘?jiān)鼤r(shí)擴(kuò)大光阻膠開口 的尺寸。光阻膠殘?jiān)コ?，不但使得連接孔刻蝕完全，達(dá)到目標(biāo)值，而且有效提高了連接 孔直徑的均勻性。進(jìn)一步地，本發(fā)明在通入N2與CO或者N2與CO2的同時(shí)，為了加強(qiáng)連接孔直徑的均勻性，通入了微量O2，其流量小于5SCCm，優(yōu)選為3SCCm、4SCCm或5SCCm。因此本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例為在去光阻膠殘?jiān)牟襟E中通入N2、CO以及微量的O2，或者N2、CO2以及微量的02。由于本發(fā)明中去除光阻膠殘?jiān)挥形⒘康?2，用于加強(qiáng)連接孔直徑的均勻性，去 光阻膠殘?jiān)饕捎肅O或者CO2，其0元素的含量要比單純的O2含量少，既起到去光阻膠 殘?jiān)淖饔?，又可以確保光阻膠開口內(nèi)側(cè)壁不被消耗，有效防止擴(kuò)大光阻膠開口的尺寸。并 且N2主要作為保護(hù)氣體，進(jìn)一步防止在去光阻膠殘?jiān)鼤r(shí)擴(kuò)大光阻膠開口的尺寸。光阻膠殘 渣去除后，不但使得連接孔刻蝕完全，達(dá)到目標(biāo)值，而且有效提高了連接孔直徑的均勻性。通過采用本發(fā)明，使得連接孔直徑均勻性指標(biāo)range控制在10納米的范圍內(nèi)，而 且能夠保持同樣的目標(biāo)⑶。這對(duì)于連接孔⑶小于60納米的技術(shù)中，效果尤其顯著。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
一種連接孔的刻蝕方法，該方法包括在絕緣層上涂布光阻膠層；曝光顯影圖案化所述光阻膠層；采用氮?dú)釴2和一氧化碳CO，或者N2和二氧化碳CO2去除光阻膠開口底部的光阻膠殘?jiān)粚?duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕形成連接孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コM(jìn)一步包括氧氣02。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g反應(yīng)腔內(nèi) 進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為5 20毫托。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g反應(yīng)腔內(nèi) 進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的源功率與偏置功率的比值為2 5。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ诳涛g反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn) 行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)使用的偏置功率小于200瓦。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔 內(nèi)通入氣體的總量小于500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘seem。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通 入N2與CO或CO2的比值為1. 5 2. 5。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述光阻膠殘?jiān)娜コ?，在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)通 入02的流量小于5sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連接孔的刻蝕方法，該方法包括在絕緣層上涂布光阻膠層；曝光顯影圖案化所述光阻膠層；采用氮?dú)?N2)和一氧化碳(CO)，或者N2和二氧化碳(CO2)去除光阻膠開口底部的光阻膠殘?jiān)粚?duì)絕緣層進(jìn)行刻蝕形成連接孔。采用該方法能夠有效提高刻蝕的連接孔直徑均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101969040SQ200910055488
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者王新鵬, 韓秋華 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司