專利名稱：一種通孔刻蝕方法
技術領域：
本發(fā)明屬于集成電路制造技術領域，涉及一種通孔刻蝕方法。
背景技術：
隨著半導體技術的快速發(fā)展，半導體器件特征尺寸顯著減小，通孔尺寸 也隨之顯著縮小，然而需要開通孔的介質(zhì)層厚度并不能與通孔尺寸同比例縮 小，所以通孔的深寬比越來越大，這樣在后續(xù)高溫回流工藝過程中容易在通
孔中產(chǎn)生"瓶頸，，100 (如圖l所示)，使得后續(xù)在通孔中填充鎢或鋁等金屬失敗。
解決這一問題通常采用的方法是改變通孔的結構，使得通孔開口具有一
定的斜度。制備這種開口具有一定斜度的通孔有許多方法。圖2A-C為一種 典型的通孔刻蝕方法流程示意圖。首先，如圖2A所示，以圖案化的犧牲層 200為掩膜，先用各向同性刻蝕方法在介質(zhì)層210中刻蝕出一個具有圓弧輪 廓的通孔開口 211;然后，如圖2B所示，用各向異性刻蝕方法在具有圓弧 輪廓的通孔開口 211底部刻蝕通孔直至襯底220表面。去除犧牲層后就獲得 如圖2C所示的通孔212。用這種方法刻蝕得到的通孔212具有底部小、開 口大的特點，在高溫回流工藝過程中不會產(chǎn)生"瓶頸"。但是這種方法首先 使用的是各向同性刻蝕方法，各向同性刻蝕開口尺寸不易控制，會導致底部 尺寸的不易控制；另外，這種方法采用各向同性刻蝕和各向異性刻蝕兩種不同的方法，前者經(jīng)常釆用濕法刻蝕，后者經(jīng)常為干法刻蝕，需要在不同的機 臺中進行，生產(chǎn)效率4艮低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有技術的通孔刻蝕方法所制備的通孔底 部尺寸不易控制，生產(chǎn)效率很低。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種通孔刻蝕方法，包括 提供一半導體村底，所述半導體襯底具有介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層形成犧牲層；
圖案化所述犧牲層并在所述犧牲層中形成開口以界定通孔位置； 以所述圖案化的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第一各向異性干法刻蝕制程，刻 蝕所述介質(zhì)層至暴露出所述村底表面，在所述介質(zhì)層中出刻蝕通孔； 執(zhí)行一各向同性干法刻蝕制程，擴大所述犧牲層中開口的尺寸； 以所述開口擴大后的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第二各向異性干法刻蝕制 程，并過刻蝕形成酒杯狀輪廓的通孔； 去除所述犧牲層。
其中，所述犧牲層為均勻涂布的光致抗蝕劑層，厚度大于9600義。所 述第一各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。所述各向同性干 法刻蝕的氣體為02。所述第二各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar
和ccx
本發(fā)明提供了另外一種通孔刻蝕方法，包括 提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層形成犧牲層；圖案化所述犧牲層并在所述犧牲層中形成開口以界定通孔位置； 以所述圖案化的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第一各向異性干法刻蝕制程，刻 蝕所述介質(zhì)層至接近所述襯底表面，在所述介質(zhì)層中刻蝕出初級通孔； 執(zhí)行一各向同性干法刻蝕制程，擴大所述犧牲層中開口的尺寸； 以所述開口擴大后的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第二各向異性干法刻蝕制
程，刻蝕所述初級通孔底部以下的介質(zhì)層至暴露出所述襯底表面，并過刻
蝕形成酒杯狀輪廓的通孔； 去除所述犧牲層。
其中，所述犧牲層為均勻涂布的光致抗蝕劑層，厚度大于9600義。所 述第一各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。所述各向同性干
法刻蝕的氣體為02。所述第二各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar
和co。
本發(fā)明由于釆用了上述的技術方案，使之與現(xiàn)有4支^目比，具有以下
優(yōu)點和積4 L效果
1、 先用各向異性刻蝕接觸到通孔底部，定義出底部的尺寸，再擴大通孔 開口 ，這樣底部尺寸的控制會比較精確；
2、 只用干法刻蝕方法，只有一個程式，可以在一個才幾臺里面一次性成型， 生產(chǎn)效率得到很大提高。
圖1為具有"瓶頸"的通孔示意圖。
圖2A 圖2C為傳統(tǒng)刻蝕通孔方法流程示意圖。
圖3A 圖3G為根據(jù)本發(fā)明實施例一的通孔刻蝕方法流程示意圖。圖3A、圖3B、圖3H、圖31、圖3E、圖3F、圖3G為根據(jù)本發(fā)明實施 例二的通孔刻蝕方法流程示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
作進一 步的詳細描述。
圖3A 圖3G為本發(fā)明實施例的通孔刻蝕方法流程示意圖，所述示意圖 只是實施例，在此不應過度限制本發(fā)明的保護范圍。在本發(fā)明實施例的通孔 刻蝕方法中，通孔形成于半導體襯底表面的介質(zhì)層中。該半導體襯底可以是 單晶硅或鍺，其中還可以包括形成于該半導體材料中的如MOS-FET (金屬 氧化物半導體場效應晶體管)、bipolar (雙極型晶體管)等電子器件(還有 其它么？)以及電極接觸區(qū)域。該介質(zhì)層可以是金屬前介質(zhì)層(PMD)，也 可以是層間介質(zhì)層(ILD)。 PMD層中的通孔用于連接半導體襯底中電子器 件的電極和上層互連層中的金屬導線。ILD層中的通孔用于連接相鄰金屬互 連層中的導線。所述介質(zhì)層可以包括一層ILD層，也可以包4舌多層ILD層， 如2、 3或4層。本發(fā)明以在PMD層中刻蝕通孔為例。
首先，如圖3A所示，半導體襯底310為硅襯底，該半導體襯底310表 面上的介質(zhì)層為PMD層320,該PMD層320的材料為硅的氧化物和氮化物， 用化學氣相沉積的方法淀積到該半導體襯底310表面上。
然后，如圖3B所示，在PMD層320表面涂布一層光致抗蝕劑層330
作為犧牲層，該光致抗蝕劑層330的厚度為大于9600義。本實施例中選用光 致抗蝕劑層為犧牲層，也可以采用其他材料作為犧牲層，不限于本實施例。 用傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化該光致抗蝕劑層330,形成開口 331以界定通孔位置。
接著，如圖3C所示，利用形成有開口 331的光致抗蝕劑層330為掩膜， 采用第一各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕PMD層320至暴露出所述襯底310 表面，在所述介質(zhì)層320中刻蝕出通孔321。該第一各向異性的干法刻蝕工 藝的功率為1500~1700W,氣壓為45 55mT，采用的刻蝕氣體為CxFy、 02、 Ar和CO,對應的氣體流量分別為9 14sccm、 5 10sccm、 180 240sccm、 45 60sccm。
接下來，如圖3D所示，釆用各向同性干法刻蝕的工藝刻蝕開口 331， 擴大開口 331的尺寸，用以控制通孔321的頂部尺寸。例如，若開口 331為 圓形，則開口 331的直徑擴大少于3000義；若開口331為矩形，則開口 331
的長和寬各自擴大少于3000義。該各向同性干法刻蝕的工藝，功率為 200~400W，氣壓為100mT 200mT,釆用的刻蝕氣體為02，流量為 300 500sccm。開口 331的尺寸擴大后，通孔321的開口邊緣322就暴露出 來。
再后來，如圖3E所示，以所述開口 331擴大后的光致抗蝕劑層330為 掩膜，采用第二各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕通孔321的頂部，形成如圖3E 所示的酒杯狀輪廓的通孔325;同時過刻蝕充分將襯底310表面暴露出來。 該第二各向異性的干法刻蝕工藝有兩個作用， 一是刻蝕通孔321的頂部，由 于通孔321的開口邊緣322為尖角的突出，第二各向異性的干法刻蝕工藝的 刻蝕速率由開口邊緣322向遠離開口邊緣322的平面區(qū)域逐漸減慢，因此在 通孔321下方形成弧形側(cè)壁323，最終形成酒杯狀輪廓的通孔325。同時由 于是采用各向異性刻蝕工藝，通孔321底部尺寸幾乎沒有變化，因此這就保 證了通孔底部的精確控制。二是過刻蝕暴露出來的襯底310表面，使襯底310表面充分暴露出來。
最后，如圖3F所示，采用一般傳統(tǒng)辦法去除所述光致抗蝕劑層330。 圖3F所示的酒杯狀^^廓的通孔經(jīng)過高溫回流工藝過程之后形成的通孔
如圖3G所示。
本發(fā)明另外一個在PMD層中刻蝕通孔的實施例如下。
首先，如圖3A所示，半導體襯底310為硅村底，該半導體襯底310表
面上的介質(zhì)層為PMD層320,該PMD層320的材料為硅的氧化物和氮化物，
用化學氣相沉積的方法淀積到該半導體襯底310表面上。
然后，如圖3B所示，在PMD層320表面涂布一層光致抗蝕劑層330
作為犧牲層，該光致抗蝕劑層330的厚度為大于9600A。本實施例中選用光 致抗蝕劑層為犧牲層，也可以采用其他材料作為犧牲層，不限于本實施例。 用傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化該光致抗蝕劑層330，形成開口 331以界定通孔位 置。
接著，如圖3H所示，利用形成有開口 331的光致抗蝕劑層330為掩膜，
面，在所述介質(zhì)層320中刻蝕出初級通孔324。該第一各向異性的干法刻蝕 工藝的功率為1500~1700W,氣壓為45~55mT,采用的刻蝕氣體為CxFy、 02、 At和CO，對應的氣體流量分別為9 14sccm、 5 10sccm、 180 240sccm、 45 60sccm。
接下來，如圖3I所示，采用各向同性干法刻蝕的工藝刻蝕開口 331，擴 大開口331的尺寸，用以控制初級通孔324的頂部尺寸。例如，若開口331
為圓形，則開口 331的直徑擴大少于3000義；若開口 331為矩形，則開口 331的長和寬各自擴大少于3000義。該各向同性干法刻蝕的工藝，功率為200~400W ，氣壓為100mT 200mT,釆用的刻蝕氣體為02 ，流量為 300 500sccm。開口 331的尺寸擴大后，初級通孔324的開口邊*皋322就暴 露出來。 '
再后來，如圖3E所示，以所述開口 331擴大后的光致抗蝕劑層330為 掩膜，采用第二各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕初級通孔324的頂部，形成如 圖3E所示的酒杯狀輪廓的通孔325;同時刻蝕初M孔324底部以下的介 質(zhì)層至暴露出襯底310表面，并過刻蝕以充分將襯底310暴露出來，最終形 成酒杯狀輪廓的通孔325。該第二各向異性的干法刻蝕工藝有兩個作用，一 是刻蝕初級通孔324的頂部，由于初級通孔324的開口邊纟彖322為尖角的突 出，第二各向異性的干法刻蝕工藝的刻蝕速率由開口邊緣322向遠離開口邊 緣322的平面區(qū)域逐漸減慢，因此在初級通孔324下方形成弧形側(cè)壁323。 同時由于是采用各向異性刻蝕工藝，通孔321底部尺寸幾乎沒有變化，因此 這就保證了通孔底部的精確控制。二是刻蝕初級通孔324底部以下的介質(zhì)層 至暴露出襯底310表面，并過刻蝕以充分將襯底310暴露出來。
最后，如圖3F所示，采用一般傳統(tǒng)辦法去除所述光致抗蝕劑層330。 圖3F所示的酒杯狀輪廓的通孔經(jīng)過高溫回流工藝過程之后形成的通孔 如圖3G所示。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的 實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明 書中所述的具體實施例。
權利要求
1.一種通孔刻蝕方法，包括提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層形成犧牲層；圖案化所述犧牲層并在所述犧牲層中形成開口以界定通孔位置；以所述圖案化的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第一各向異性干法刻蝕制程，刻蝕所述介質(zhì)層至暴露出所述襯底表面，在所述介質(zhì)層中出刻蝕通孔；執(zhí)行一各向同性干法刻蝕制程，擴大所述犧牲層中開口的尺寸；以所述開口擴大后的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第二各向異性干法刻蝕制程，并過刻蝕形成酒杯狀輪廓的通孔；去除所述犧牲層。
2. 根據(jù)權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層為均 勻涂布的光致抗蝕劑層。
3. 根據(jù)權利要求2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述光致抗蝕劑層的厚度大于9600A 。
4. 根據(jù)權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述第一各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。
5. 根據(jù)權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性千 法刻蝕的氣體為02。
6. 根據(jù)權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述第二各向異 性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。
7. —種通孔刻蝕方法，包括 提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層形成犧牲層；圖案化所述犧牲層并在所述犧牲層中形成開口以界定通孔位置； 以所述圖案化的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第一各向異性干法刻蝕制程，刻蝕所述介質(zhì)層至接近所述襯底表面，在所述介質(zhì)層中刻蝕出初級通孔； 執(zhí)行一各向同性干法刻蝕制程，擴大所述犧牲層中開口的尺寸； 以所述開口擴大后的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第二各向異性干法刻蝕制程，刻蝕所述初級通孔底部以下的介質(zhì)層至暴露出所述襯底表面，并過刻蝕形成酒杯狀輪廓的通孔；去除所述犧牲層。
8. 根據(jù)權利要求7所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層為均 勻涂布的光致抗蝕劑層。
9. 根據(jù)權利要求8所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述光致抗蝕劑層的厚度大于9600A 。
10. 根據(jù)權利要求7所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述第一各向異性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。
11. 根據(jù)權利要求7所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性干 法刻蝕的氣體為o2。
12. 根據(jù)權利要求7所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述第二各向異 性干法刻蝕的氣體為CxFy、 02、 Ar和CO。
全文摘要
一種通孔刻蝕方法，包括提供一半導體襯底，所述半導體襯底表面具有介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層表面形成犧牲層；圖案化所述犧牲層并在所述犧牲層中形成開口以界定通孔位置；以所述圖案化的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第一各向異性干法刻蝕制程，刻蝕所述介質(zhì)層至暴露出或接近所述襯底表面，在所述介質(zhì)層中刻蝕通孔；執(zhí)行一各向同性干法刻蝕制程，擴大所述犧牲層中開口的尺寸；以所述開口擴大后的犧牲層為掩膜，執(zhí)行第二各向異性干法刻蝕制程，并過刻蝕形成酒杯狀輪廓的通孔；去除所述犧牲層。本發(fā)明的優(yōu)點在于所制備的通孔底部尺寸的控制會比較精確；只用干法刻蝕方法，只有一個程式，可以在一個機臺里面一次性成型，生產(chǎn)效率得到很大提高。
文檔編號H01L21/768GK101667556SQ200910195420
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者彭樹根, 徐昕睿, 洋 李, 林俊毅, 王玉磊, 沖 黃 申請人:上海宏力半導體制造有限公司