通孔的形成方法
【專利摘要】一種通孔的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成層間介質(zhì)層；在所述層間介質(zhì)層上形成平行分布的條狀結(jié)構(gòu)，所述條狀結(jié)構(gòu)作為刻蝕所述層間介質(zhì)層的掩膜，所述條狀結(jié)構(gòu)定義通孔在長度方向的位置；在所述層間介質(zhì)層和所述條狀結(jié)構(gòu)上形成第一填充層，所述第一填充層的上表面平坦；在所述第一填充層上表面形成圖形化的掩膜層，所述圖形化的掩膜層定義通孔在寬度方向的位置；以所述圖形化的掩膜層和條狀結(jié)構(gòu)為掩膜，刻蝕所述第一填充層和所述層間介質(zhì)層，在所述層間介質(zhì)層中形成通孔。本發(fā)明提供的通孔的形成方法簡化了形成通孔的復(fù)雜度。
【專利說明】通孔的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及到一種通孔的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體技術(shù)在摩爾定律的驅(qū)動下，工藝節(jié)點被持續(xù)減小，使得基底單位面積上半 導(dǎo)體器件的數(shù)量不斷增加，半導(dǎo)體器件的尺寸不斷減小。為了提高半導(dǎo)體器件間連接的可 靠性，以通孔為例，通孔已被設(shè)計成截面呈方形的形狀，以提高插塞與半導(dǎo)體器件的接觸面 積，進而提高半導(dǎo)體器件間連接的可靠性。
[0003] 根據(jù)實際情況，各通孔具有不同的尺寸。參考圖1，為了得到預(yù)定圖形的各通孔，設(shè) 計了相應(yīng)的光刻膠1，所述光刻膠1中具有不同的長寬比的窗口 21、22和23。其中窗口 21 的長寬比最大，窗口 23的長寬比最小。窗口 21、22和23暴露了需要刻蝕形成通孔的位置。
[0004] 實踐發(fā)現(xiàn)，以上述光刻膠1為掩膜，刻蝕層間介質(zhì)層形成的通孔形貌不好，其主要 原因是光刻膠在光刻工藝中受到窗口的長寬比的限制，對于一定長寬比的窗口，需要使用 特定材料的光刻膠才能完成相應(yīng)的光刻工藝。例如，對于長寬比在1-2. 5范圍內(nèi)的窗口需 要使用一種光刻膠才能完成相應(yīng)的光刻工藝，對于長寬比在2. 5-3. 5范圍內(nèi)的窗口需要使 用另一種光刻膠才能完成相應(yīng)的光刻工藝。
[0005] 圖1中，窗口21、22的長寬比在2. 5-3. 5范圍內(nèi)，窗口23的長寬比在1-2. 5范圍 內(nèi)。
[0006] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中，改而轉(zhuǎn)用雙重圖形化工藝。
[0007] 參考圖2,首先使用一種光刻膠2通過光刻形成長寬比在2. 5-3. 5范圍內(nèi)的窗口 21、22,接著通過窗口 21、22刻蝕層間介質(zhì)層。
[0008]參考圖3，再使用另一種光刻膠3通過光刻形成長寬比在1-2. 5范圍內(nèi)的窗口 23， 接著通過窗口 23刻蝕層間介質(zhì)層。
[0009] 對于各窗口長寬比分布范圍更大的圖形，雙重圖形化工藝也難以得到預(yù)定的圖 形。所以現(xiàn)有技術(shù)中，通孔的形成方法非常復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中，通孔的形成方法非常復(fù)雜。
[0011] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種通孔的形成方法，包括：
[0012] 提供基底；
[0013] 在所述基底上形成層間介質(zhì)層；
[0014] 在所述層間介質(zhì)層上形成平行分布的條狀結(jié)構(gòu)，所述條狀結(jié)構(gòu)作為刻蝕所述層間 介質(zhì)層的掩膜，所述條狀結(jié)構(gòu)定義通孔在長度方向的位置；
[0015] 在所述層間介質(zhì)層和所述條狀結(jié)構(gòu)上形成第一填充層，所述第一填充層的上表面 平坦；
[0016] 在所述第一填充層上表面形成圖形化的掩膜層，所述圖形化的掩膜層定義通孔在 寬度方向的位置；
[0017] 以所述圖形化的掩膜層和條狀結(jié)構(gòu)為掩膜，刻蝕所述第一填充層和所述層間介質(zhì) 層，在所述層間介質(zhì)層中形成通孔。
[0018] 可選的，形成所述條狀結(jié)構(gòu)的方法包括：
[0019] 在所述層間介質(zhì)層上形成條狀結(jié)構(gòu)材料層；
[0020] 在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成圖形化的光刻膠；
[0021] 以所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述條狀結(jié)構(gòu)材料層，形成條狀結(jié)構(gòu)；
[0022] 去除圖形化的光刻膠層。
[0023] 可選的，所述層間介質(zhì)層在刻蝕之前，所述層間介質(zhì)層中形成有圖形，在所述層間 介質(zhì)層上形成條狀結(jié)構(gòu)材料層前，在所述層間介質(zhì)層上形成第二填充層，所述條狀結(jié)構(gòu)材 料層形成在所述第二填充層上。
[0024] 可選的，在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成圖形化的光刻膠前，在所述條狀結(jié)構(gòu)材料 層上形成底部抗反射層，所述圖形化的光刻膠形成在所述底部抗反射層上。
[0025] 可選的，形成圖形化的掩膜層的方法包括：
[0026] 在所述第一填充層上表面形成掩膜層；
[0027] 在所述掩膜層上形成圖形化的光刻膠；
[0028] 以所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述掩膜層，形成圖形化的掩膜層；
[0029] 去除圖形化的光刻膠層。
[0030] 可選的，所述第一填充層為含碳有機介質(zhì)層、無定形碳層、APF或氮摻雜碳化硅 層；
[0031] 所述第二填充層為含碳有機介質(zhì)層、無定形碳層、APF或氮摻雜碳化硅層。
[0032] 可選的，所述條狀結(jié)構(gòu)的材料為氮化硅、氮化硼、氮氧化硅或電介質(zhì)抗反射涂層。
[0033] 可選的，所述圖形化的掩膜層的材料為氮化硅、氮化硼、氮氧化硅或電介質(zhì)抗反射 涂層。
[0034] 可選的，在所述層間介質(zhì)層上形成條狀結(jié)構(gòu)前，在所述層間介質(zhì)層上形成金屬硬 掩膜層，所述條狀結(jié)構(gòu)形成在所述金屬硬掩膜層上。
[0035] 可選的，形成所述金屬硬掩膜層的方法為物理氣相沉積。
[0036] 可選的，所述金屬硬掩膜層的厚度為50-500A。
[0037] 可選的，所述金屬硬掩膜層為TiN層、BN層或AlN層中的一層或幾層。
[0038] 可選的，在所述層間介質(zhì)層上形成金屬硬掩膜層前，在所述層間介質(zhì)層上形成含 硅抗反射層，所述金屬硬掩膜層形成在所述含硅抗反射層上；或者，
[0039] 在所述層間介質(zhì)層上形成金屬硬掩膜層前，在所述層間介質(zhì)層上由下至上依次形 成含硅抗反射層和氧化硅層，所述金屬硬掩膜層形成在所述氧化硅層上。
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：
[0041] 本技術(shù)方案以所述圖形化的掩膜層和條狀結(jié)構(gòu)為掩膜，避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要分 多次形成不同材料的具有不同長寬比的窗口的光刻膠，簡化了形成通孔的復(fù)雜度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1至圖3是現(xiàn)有技術(shù)中形成通孔時使用的光刻膠的示意圖；
[0043] 圖4至圖12B是本實施例中通孔的形成方法各制作階段的示意圖。

【具體實施方式】
[0044] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施例做詳細(xì)的說明。
[0045] 本實施例提供一種通孔的形成方法，本實施例中，通孔包括與半導(dǎo)體襯底上形成 的半導(dǎo)體器件(如晶體管）連接的接觸孔，也包括與層間介質(zhì)層中形成的半導(dǎo)體器件(如互 連線）連接的通孔。
[0046] 所述通孔的形成方法包括：
[0047] 參考圖4,提供基底110。
[0048] 所述基底110可以為娃基底、錯娃基底、錯基底或者本領(lǐng)域所熟知的其他半導(dǎo)體 基底。
[0049] 在具體實施例中，所述基底110中可以形成有半導(dǎo)體器件，如柵極、源極和漏極， 所述半導(dǎo)體器件上還可以形成層間介質(zhì)層。
[0050] 參考圖5,在所述基底110上形成層間介質(zhì)層120。
[0051] 在具體實施例中，層間介質(zhì)層的材料為氧化硅或低k材料。
[0052] 參考圖6,在所述層間介質(zhì)層120上形成金屬硬掩膜層130。
[0053] 在具體實施例中，形成所述金屬硬掩膜層130的方法為物理氣相沉積。所述金屬 硬掩膜層130的厚度為50-500A。
[0054] 所述金屬硬掩膜層130可以為單層結(jié)構(gòu)，也可以為疊層結(jié)構(gòu)。所述金屬硬掩膜層 130為單層結(jié)構(gòu)時，所述金屬硬掩膜層130可以為TiN層、BN層或AlN層。
[0055] 所述金屬硬掩膜層130為疊層結(jié)構(gòu)時，所述金屬硬掩膜層130可以為TiN層、BN層 和AlN層中的任意兩層或三層。
[0056] 所述金屬硬掩膜層130用于作為刻蝕所述層間介質(zhì)層120的掩膜層。
[0057] 在其他實施例中，在所述層間介質(zhì)層120上形成金屬硬掩膜層130前，還可以在所 述層間介質(zhì)層120上形成含硅抗反射層，所述金屬硬掩膜層130形成在所述含硅抗反射層 上。
[0058] 所述含硅抗反射層用于改善層間介質(zhì)層120和金屬硬掩膜層130之間的界面特 性，如減小層間介質(zhì)層120和金屬硬掩膜層130界面間產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0059] 在其他實施例中，在所述層間介質(zhì)層120上形成金屬硬掩膜層130前，還可以在所 述層間介質(zhì)層120上由下至上依次形成含硅抗反射層和氧化硅層，所述金屬硬掩膜層130 形成在所述氧化硅層上。所述氧化硅層可以通過氧化所述含硅抗反射層的上表面形成。
[0060] 所述含硅抗反射層和所述氧化硅層用于改善層間介質(zhì)層120和金屬硬掩膜層130 之間的界面特性，如減小層間介質(zhì)層120和金屬硬掩膜層130界面間產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0061] 參考圖7,在具體實施例中，所述金屬硬掩膜層130中形成有圖形，可以在所述金 屬硬掩膜層130上形成第二填充層142,以為后續(xù)形成條狀結(jié)構(gòu)提供平坦的上表面。
[0062] 形成所述第二填充層142的方法可以為旋涂法，所述第二填充層142的上表面平 坦。
[0063] 在具體實施例中，所述第二填充層142為含碳有機介質(zhì)層、無定形碳層、APF (advancedpattenfilm,先進掩模層）或氮摻雜碳化娃層。
[0064] 其中所述APF為無定形碳與Darc(電介質(zhì)抗反射涂層）的疊膜，容易被刻蝕且所 刻蝕形成的開口的側(cè)壁非常光滑，垂直性很好，并且其形成方法簡單，去除也很方便。
[0065] 參考圖8A和圖8B，在所述第二填充層142上形成平行分布的條狀結(jié)構(gòu)150。
[0066] 所述條狀結(jié)構(gòu)150作為刻蝕所述第二填充層142和金屬硬掩膜層130的掩膜，所 述條狀結(jié)構(gòu)150定義通孔在長度方向的位置，所述長度方向也就是所述條狀結(jié)構(gòu)150的長 度方向。
[0067]圖8B為形成了條狀結(jié)構(gòu)150的俯視圖，圖8A是圖8B沿切線AA'所切平面的示意 圖。
[0068] 所述條狀結(jié)構(gòu)150的材料為氮化硅、氮化硼、氮氧化硅、Darc或本領(lǐng)域所熟知的其 他材料。
[0069] 在具體實施例中，形成所述條狀結(jié)構(gòu)150的方法包括：
[0070] 在所述第二填充層142上形成條狀結(jié)構(gòu)材料層；
[0071] 在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成圖形化的光刻膠；
[0072] 以所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述條狀結(jié)構(gòu)材料層，形成條狀結(jié)構(gòu)150 ;
[0073] 去除所述圖形化的光刻膠。
[0074] 由于所述條狀結(jié)構(gòu)150的尺寸相同，所以光刻膠在光刻形成圖形化的光刻膠時不 存在長寬比范圍的限制。而且由于所述條狀結(jié)構(gòu)150在長度方向上的尺寸較大。相應(yīng)的， 這有利于光刻后得到形貌良好的圖形化的光刻膠。
[0075] 在具體實施例中，在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成圖形化的光刻膠前，還可以在所 述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成底部抗反射層，所述圖形化的光刻膠形成在所述底部抗反射層 上。
[0076] 所述底部抗反射層的作用是減小光刻過程中產(chǎn)生的反射效應(yīng)，以實現(xiàn)精細(xì)圖案的 精確轉(zhuǎn)移。
[0077] 參考圖9A和圖9B，在所述第二填充層142和所述條狀結(jié)構(gòu)150上形成第一填充層 141，所述第一填充層141的上表面平坦。
[0078] 圖9B為形成了第一填充層141的俯視圖，圖9A是圖9B沿切線BB'所切平面的示 意圖。
[0079] 所述第一填充層141的作用是為后續(xù)形成圖形化的掩膜層提供平坦的表面。
[0080] 形成所述第一填充層141的方法可以為旋涂法。
[0081] 在具體實施例中，所述第一填充層141為含碳有機介質(zhì)層、無定形碳層、APF或氮 摻雜碳化娃層。
[0082] 所述第一填充層141與第二填充層142可以相同，也可以不同。
[0083] 參考圖IOA和圖10B，在所述第一填充層141上表面形成圖形化的掩膜層151，所 述圖形化的掩膜層151定義通孔在寬度方向的位置。所述寬度方向垂直于所述長度方向。
[0084] 圖IOB為形成了圖形化的掩膜層151的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖IOA是圖IOB沿切線 CC'所切平面的示意圖。
[0085] 在具體實施例中，所述圖形化的掩膜層151的材料為氮化硅、氮化硼、氮氧化硅或 Dare。所述圖形化的掩膜層151與所述條狀結(jié)構(gòu)150的材料可以相同，也可以不同。
[0086] 所述圖形化的掩膜層151作為刻蝕所述第一填充層141，第二填充層142和所述金 屬硬掩膜層130的掩膜。
[0087] 在具體實施例中，形成所述圖形化的掩膜層151的方法包括：
[0088] 在所述第一填充層141上表面形成掩膜層；
[0089] 在所述掩膜層上形成圖形化的光刻膠；
[0090] 以所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述掩膜層，形成圖形化的掩膜層151 ;
[0091] 去除所述圖形化的光刻膠。
[0092] 所述圖形化的光刻膠中暴露的區(qū)域很大，一方面有利于通過光刻技術(shù)得到形貌良 好的圖形化的光刻膠；而且，不存現(xiàn)有技術(shù)中光刻受長寬比范圍的影響。
[0093] 參考圖10B，在本實施例中，所述圖形化的掩膜層151具有兩相互隔開的部分組 成，第一部分151a的俯視圖呈方形，第二部分151b的俯視圖呈T形。
[0094] 在其他實施例中，所述圖形化的掩膜層151根據(jù)預(yù)定的圖形化的金屬硬掩膜層的 圖形可以為任何其他圖形。
[0095] 所述圖形化的掩膜層151和所述條狀結(jié)構(gòu)150共同構(gòu)成了刻蝕所述金屬硬掩膜層 130的掩膜，以得到預(yù)定圖形的圖形化的金屬硬掩膜層。即金屬硬掩膜層130中，正上方未 形成所述圖形化的掩膜層151和所述條狀結(jié)構(gòu)150覆蓋的區(qū)域?qū)豢涛g。
[0096] 參考圖IlA和圖11B，以所述圖形化的掩膜層151和條狀結(jié)構(gòu)150為掩膜，刻蝕所 述第一填充層141、第二填充層142和所述金屬硬掩膜層130,形成圖形化的金屬硬掩膜層 131。
[0097] 然后去除所述圖形化的掩膜層151、條狀結(jié)構(gòu)150、第一填充層141和第二填充層 142。
[0098] 圖IlB為形成了圖形化的金屬硬掩膜層131的俯視圖，圖IlA是圖IlB沿切線DD' 所切平面的示意圖。
[0099]參考圖12A和圖12B，以所述圖形化的金屬硬掩膜層131為掩膜，刻蝕所述層間介 質(zhì)層120,形成圖形化的層間介質(zhì)層121，然后去除所述圖形化的金屬硬掩膜層131。
[0100] 在本實施例中，所述層間介質(zhì)層120為氧化硅層，刻蝕所述層間介質(zhì)層120的方法 可以為等離子體刻蝕。例如使用CF4等離子體刻蝕所述層間介質(zhì)層120。
[0101] 在圖形化的層間介質(zhì)層121中形成了通孔。
[0102] 以上實施例以在所述層間介質(zhì)層120上形成金屬硬掩膜層130為例，對通孔的形 成方法進行描述，在其他實施例中，也可以不形成金屬硬掩膜層130,直接以所述圖形化的 掩膜層151和條狀結(jié)構(gòu)150為掩膜刻蝕所述層間介質(zhì)層120。
[0103] 以上實施例以形成第二填充層142為例，對通孔的形成方法進行描述，在其他實 施例中，所述金屬硬掩膜層130中沒有形成圖形，所述金屬硬掩膜層130的上表面平坦，也 可以不形成所述第二填充層142。
[0104] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種通孔的形成方法，其特征在于，包括： 提供基底； 在所述基底上形成層間介質(zhì)層； 在所述層間介質(zhì)層上形成平行分布的條狀結(jié)構(gòu)，所述條狀結(jié)構(gòu)作為刻蝕所述層間介質(zhì) 層的掩膜，所述條狀結(jié)構(gòu)定義通孔在長度方向的位置； 在所述層間介質(zhì)層和所述條狀結(jié)構(gòu)上形成第一填充層，所述第一填充層的上表面平 坦； 在所述第一填充層上表面形成圖形化的掩膜層，所述圖形化的掩膜層定義通孔在寬度 方向的位置； W所述圖形化的掩膜層和條狀結(jié)構(gòu)為掩膜，刻蝕所述第一填充層和所述層間介質(zhì)層， 在所述層間介質(zhì)層中形成通孔。
2. 如權(quán)利要求1所述的通孔的形成方法，其特征在于，形成所述條狀結(jié)構(gòu)的方法包括： 在所述層間介質(zhì)層上形成條狀結(jié)構(gòu)材料層； 在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成圖形化的光刻膠； W所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述條狀結(jié)構(gòu)材料層，形成條狀結(jié)構(gòu)； 去除圖形化的光刻膠層。
3. 如權(quán)利要求2所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層在刻蝕之前，所 述層間介質(zhì)層中形成有圖形，在所述層間介質(zhì)層上形成條狀結(jié)構(gòu)材料層前，在所述層間介 質(zhì)層上形成第二填充層，所述條狀結(jié)構(gòu)材料層形成在所述第二填充層上。
4. 如權(quán)利要求2所述的通孔的形成方法，其特征在于，在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成 圖形化的光刻膠前，在所述條狀結(jié)構(gòu)材料層上形成底部抗反射層，所述圖形化的光刻膠形 成在所述底部抗反射層上。
5. 如權(quán)利要求1所述的通孔的形成方法，其特征在于，形成圖形化的掩膜層的方法包 括： 在所述第一填充層上表面形成掩膜層； 在所述掩膜層上形成圖形化的光刻膠； W所述圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕所述掩膜層，形成圖形化的掩膜層； 去除圖形化的光刻膠層。
6. 如權(quán)利要求3所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述第一填充層為含碳有機介 質(zhì)層、無定形碳層、APF或氮慘雜碳化娃層； 所述第二填充層為含碳有機介質(zhì)層、無定形碳層、APF或氮慘雜碳化娃層。
7. 如權(quán)利要求1所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述條狀結(jié)構(gòu)的材料為氮化娃、 氮化測、氮氧化娃或電介質(zhì)抗反射涂層。
8. 如權(quán)利要求1所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述圖形化的掩膜層的材料為 氮化娃、氮化測、氮氧化娃或電介質(zhì)抗反射涂層。
9. 如權(quán)利要求1所述的通孔的形成方法，其特征在于，在所述層間介質(zhì)層上形成條狀 結(jié)構(gòu)前，在所述層間介質(zhì)層上形成金屬硬掩膜層，所述條狀結(jié)構(gòu)形成在所述金屬硬掩膜層 上。
10. 如權(quán)利要求9所述的通孔的形成方法，其特征在于，形成所述金屬硬掩膜層的方法 為物理氣相沉積。
11. 如權(quán)利要求9所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的厚度為 50-500A。
12. 權(quán)利要求9所述的通孔的形成方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層為TiN層、BN 層或A1N層中的一層或幾層。
13. 如權(quán)利要求9所述的通孔的形成方法，其特征在于，在所述層間介質(zhì)層上形成金屬 硬掩膜層前，在所述層間介質(zhì)層上形成含娃抗反射層，所述金屬硬掩膜層形成在所述含娃 抗反射層上；或者， 在所述層間介質(zhì)層上形成金屬硬掩膜層前，在所述層間介質(zhì)層上由下至上依次形成含 娃抗反射層和氧化娃層，所述金屬硬掩膜層形成在所述氧化娃層上。
【文檔編號】H01L21/768GK104425361SQ201310401307
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】張城龍, 黃敬勇, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司