CN101140881A

CN101140881A - 通孔刻蚀方法

Info

Publication number: CN101140881A
Application number: CNA2006100307956A
Authority: CN
Inventors: 韩秋华
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN100499036C

Abstract

一种通孔刻蚀方法，包括：形成通孔刻蚀结构，所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积的粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层及图案化的光致抗蚀剂层；将所述刻蚀终止层分为第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度；顺序刻蚀辅助刻蚀终止层、介质层及第一刻蚀终止层；移除光致抗蚀剂层；刻蚀第二刻蚀终止层及部分粘接层，同时进行终点检测。通过在介质层上方增加辅助刻蚀终止层，且所述辅助刻蚀终止层与所述刻蚀终止层材料相同，可保证移除通孔内刻蚀终止层材料时，刻蚀终止层的终点检测获得足够的检测粒子数目，提高刻蚀检测数据的相对稳定性，可实现通孔刻蚀的终点检测。

Description

通孔刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种通孔刻蚀方法。

背景技术

随着集成电路向深亚微米尺寸发展，器件的密集程度和工艺的复杂程度不断增加，对工艺过程的严格控制变得更为重要。其中，通孔作为多层金属层间互连以及器件有源区与外界电路之间连接的通道，在器件结构组成中具有重要作用，使得通孔刻蚀的控制工艺逐渐引起本领域技术人员的重视。

图1A～1D为说明现有技术的通孔刻蚀方法示意图，现有技术中，通孔刻蚀是指对通孔刻蚀结构进行刻蚀，以获得多层金属间的互连以及器件有源区与外界电路之间的连接通路的工艺；如图1A所示，通孔刻蚀结构包括顺序沉积的粘接层20、刻蚀终止层30、介质层40及图案化的光致抗蚀剂层70。所述粘接层为增强半导体衬底或下层金属10材料与通孔内连接材料间连接效果的过渡层；所述刻蚀终止层为通孔刻蚀的停止层；所述通孔刻蚀结构还可包括抗反射涂层60，所述抗反射涂层60为保证光致抗蚀剂的吸光效果而增加的吸光层。

针对此通孔刻蚀结构，当前的通孔刻蚀方法是：首先，如图1B所示，顺序刻蚀抗反射涂层60、介质层40；然后，如图1C所示，移除光致抗蚀剂层70和抗反射涂层60；最后，如图1D所示，进行刻蚀终止层30的刻蚀。

实际生产中，为保证器件内电气连接通畅，所述通孔内的刻蚀终止层应被完全移除，同时为保证刻蚀终止层被完全移除，如图1D所示，还需对其增加一定的过刻蚀80(over etch)，即在刻蚀终止层刻蚀完成后，再增加刻蚀部分粘接层。若刻蚀终止层未被完全移除，将影响层间通孔的导通性能；同时，若刻蚀终止层过刻蚀过量，即粘接层移除部分过多，将影响通孔内导电介质与下层材料的连接性能。

通常，可选用终点检测方法监控刻蚀终止层的刻蚀状态。然而，由于通孔所占器件表面积的比例过小(约5％)，即刻蚀终止层占器件表面积的比例过小，导致移除通孔内的刻蚀终止层时，被解离的刻蚀终止层材料的粒子数过少，造成产生的终点检测信号过小，且此过小的终点检测信号易受环境影响，对终点检测过程而言，不易获得精准的检测数据。由此，如何精确控制刻蚀终止层过刻蚀的程度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

申请号为“200510002965.5”的中国专利申请中提供了一种等离子体刻蚀工艺的终点检测方法，该方法利用在刻蚀终点信号图谱的分析的基础上，通过求得图谱中观察值和其中的隐含状态，并在此基础上求出状态之间的转变概率；然后，通过对每个状态的线性和多项式拟合的基础上，根据两个状态之间的转变概率来确定终点附近两隐含状态的转变的时间点，进而实现对刻蚀终点的有效检测和控制。显然，该方法只提供了一种理论上的终点检测方法，但应用该方法，仍然无法解决检测信号过小，且易受环境影响的问题；此外，该专利申请也并未提供将该方法应用于实际制造过程中的具体方式。

发明内容

本发明提供了一种通孔刻蚀方法，可有效控制通孔刻蚀终止层的过刻蚀程度。

本发明提供的一种通孔刻蚀方法，包括：

形成通孔刻蚀结构，所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积的粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层及图案化的光致抗蚀剂层；

将所述刻蚀终止层分为第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度；

顺序刻蚀辅助刻蚀终止层、介质层及第一刻蚀终止层；

移除光致抗蚀剂层；

刻蚀第二刻蚀终止层及部分粘接层，同时进行终点检测。

所述通孔刻蚀结构包含抗反射涂层，即所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层、抗反射涂层及图案化的光致抗蚀剂层；在刻蚀辅助刻蚀终止层之前刻蚀抗反射涂层；所述移除光致抗蚀剂层的步骤中包括移除所述抗反射涂层；所述辅助刻蚀终止层与所述刻蚀终止层材料相同；所述辅助刻蚀终止层及所述刻蚀终止层材料为氮化硅、碳化硅、碳氧化硅或碳氮化硅等材料中的一种或其任意组合；所述辅助刻蚀终止层的厚度即根据所述刻蚀终止层的第二厚度及与所述刻蚀终止层的过刻蚀期望厚度的总和；所述辅助刻蚀终止层的形成方法采用低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积方法等方法中的一种；所述终点检测方法包括激光干涉法、反射图谱法或发射光谱法等方法中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过在介质层上方增加辅助刻蚀终止层，所述辅助刻蚀终止层在移除图案化的光致抗蚀剂层和抗反射涂层后暴露于表面，且所述辅助刻蚀终止层与所述刻蚀终止层材料相同，可保证移除通孔内刻蚀终止层材料时，刻蚀终止层的终点检测获得足够的检测粒子数目，提高刻蚀检测数据的相对稳定性，可实现通孔刻蚀的终点检测；

2.将刻蚀终止层分为第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度，通过精确控制辅助刻蚀终止层的厚度，使其等于所述刻蚀终止层第二厚度与过刻蚀期望厚度的总和，可在保证刻蚀终止层刻蚀完全的同时，控制刻蚀终止层的过刻蚀精度，尽量减少粘接层缺失；

3.通过在介质层上方增加辅助刻蚀终止层，并精确控制其厚度，继而控制刻蚀终止层的过刻蚀精度，减少了粘接层的缺失，进而增强了器件性能的可靠性，减少废品率，降低了生产成本。

附图说明

图1A～1D为说明现有技术的通孔刻蚀方法示意图；

图2A～2D为说明本发明方法实施例的通孔刻蚀方法示意图。

具体实施方式

尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于具有本发明优势的本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为有效控制刻蚀终止层过刻蚀的程度，使得在通孔刻蚀过程中可采用终点检测监控刻蚀终止层的刻蚀状态，引入辅助刻蚀终止层，通过精确控制辅助刻蚀终止层的厚度，进而在保证刻蚀终止层刻蚀完全的同时，控制刻蚀终止层的过刻蚀精度，并提高刻蚀检测数据的相对稳定性，使得在通孔刻蚀过程中粘接层缺失最少。

应用本发明方法进行通孔刻蚀终点检测的步骤为：形成通孔刻蚀结构，所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积的粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层、抗反射涂层及图案化的光致抗蚀剂层，所述刻蚀终止层包含第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度；顺序刻蚀抗反射涂层、辅助刻蚀终止层、介质层及第一刻蚀终止层；移除图案化的光致抗蚀剂层及抗反射涂层；刻蚀第二刻蚀终止层及辅助刻蚀终止层，同时进行终点检测。

图2A～2D为说明本发明方法实施例的通孔刻蚀方法示意图，作为本发明的实施例，应用本发明方法进行通孔刻蚀的具体步骤为：

首先，如图2A所示，在半导体衬底或下层金属10材料表面形成通孔刻蚀结构，所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积的粘接层20、刻蚀终止层30、介质层40、辅助刻蚀终止层50、抗反射涂层60及图案化的光致抗蚀剂层70。

所述辅助刻蚀终止层50与所述刻蚀终止层30材料相同；所述辅助刻蚀终止层50及所述刻蚀终止层30材料为氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅(SiCN)等材料中的一种或其任意组合。所述辅助刻蚀终止层50的厚度根据所述刻蚀终止层30的厚度及所述刻蚀终止层的过刻蚀期望厚度确定；所述刻蚀终止层的过刻蚀期望厚度根据产品刻蚀要求确定。

出于成本及产能因素的考虑，对通孔90刻蚀过程进行终点检测时，既不需要对全部通孔刻蚀结构的刻蚀过程进行终点检测，也不需要对全部刻蚀终止层的刻蚀过程进行终点检测。实际生产中通常将刻蚀终止层分为第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度，在通孔刻蚀过程中只对第二刻蚀终止层的刻蚀过程进行终点检测。所述辅助刻蚀终止层的厚度即根据所述刻蚀终止层的第二厚度及与所述刻蚀终止层的过刻蚀期望厚度的总和确定。所述辅助刻蚀终止层的形成方法采用低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积等方法中的一种。

所述粘接层材料包括钛(Ti)、镍(Ni)或铝铜合金等材料中的一种；所述介质层材料包括黑钻石(Black Diamond，BD)、氟硅玻璃(FluorinatedSilicate Glass，FSG)、磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass，PSG)、硼硅玻璃(Borosilicate，BSG)以及硼磷硅玻璃(Borophosphosilicate，BPSG)等材料中的一种或其组合；所述抗反射涂层材料包括DUO(Deep UltravioletAbsorbing Oxide)等。

显然，所述粘接层、刻蚀终止层、介质层、抗反射涂层及图案化的光致抗蚀剂层的沉积方法及工艺要求可采用任何传统的方法及公知的工艺，涉及的技术方案在任何情况下均未被视作本发明的组成部分，在此不再赘述。

随后，如图2B所示，顺序刻蚀抗反射涂层60、辅助刻蚀终止层50、介质层40及第一刻蚀终止层31。

所述刻蚀终止层第一厚度为小于所述刻蚀终止层厚度的任意厚度值，如：所述刻蚀终止层厚度的三分之一、二分之一或五分之四等。所述刻蚀终止层第一厚度根据工艺要求及产品性质确定。作为本发明的实施例，所述刻蚀终止层第一厚度为所述刻蚀终止层厚度的二分之一。

显然，所述刻蚀终止层第一厚度为便于本发明的具体实施而做出的特殊选择，不应作为对本发明方法实施方式的限定，本领域技术人员对此作出的任意合理的修改及等同变换不影响本发明方法的实施，且应包含在本发明的保护范围内；所述刻蚀抗反射涂层、辅助刻蚀终止层、介质层及第一刻蚀终止层的方法可采用任何传统的方法，涉及的技术方案在任何情况下均未被视作本发明的组成部分，在此不再赘述。

然后，如图2C所示，移除图案化的光致抗蚀剂层70及抗反射涂层60。

此移除步骤置于移除刻蚀终止层30及终点检测步骤之前，用以保证在移除图案化的光致抗蚀剂层及抗反射涂层过程中不会造成粘接层材料的氧化。

最后，如图2D所示，刻蚀第二刻蚀终止层32及部分粘接层20，并进行刻蚀终点检测。

为保证通孔90的导通作用，刻蚀所述刻蚀终止层的过程需包含刻蚀终止层的过刻蚀80步骤。

显然，本发明涉及的刻蚀过程均采用干法刻蚀工艺，如等离子体刻蚀工艺，干法刻蚀终点检测的原理为，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体及大量的活性反应基团；活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物；最后，反应生成物脱离被刻蚀物质表面。

本发明中应用的终点检测方法包括激光干涉法、反射图谱法或发射光谱法等方法中的一种。

激光干涉法可用来检测光学透明薄膜厚度的变化以及反射状态的变化；发射光谱法可以反映出具有化学活性的自由基和刻蚀产物所发射出的特征光谱强度变化，当到达刻蚀终点时，反射图谱或是发射光谱的强度会发生改变。

所述移除图案化的光致抗蚀剂层及抗反射涂层的方法以及刻蚀第二刻蚀终止层及辅助刻蚀终止层的方法可采用任何传统的方法，涉及的技术方案在任何情况下均未被视作本发明的组成部分，在此不再赘述。

需强调的是，上述实施例中的通孔刻蚀结构仅用于举例的目的，通孔刻蚀结构仍可包括其它公知的附加层；此外，图示各层也不是都必须存在，如抗反射涂层即可根据实际需要使用；图示各层可部分或全部用其它不同层代替。特别地，在上述通孔刻蚀结构中增加或去除部分膜层，不影响本发明方法的实施。

采用本发明方法，通过在介质层上方增加辅助刻蚀终止层，所述辅助刻蚀终止层在移除图案化的光致抗蚀剂层和抗反射涂层后暴露于表面，且所述辅助刻蚀终止层与所述刻蚀终止层材料相同，可保证移除通孔内刻蚀终止层材料时，刻蚀终止层的终点检测获得足够的检测粒子数目，提高刻蚀检测数据的相对稳定性，可实现通孔刻蚀的终点检测；将刻蚀终止层分为第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层，所述第一刻蚀终止层及第二刻蚀终止层分别具有第一厚度及第二厚度，通过精确控制辅助刻蚀终止层的厚度，使其等于所述刻蚀终止层第二厚度与过刻蚀期望厚度的总和，可在保证刻蚀终止层刻蚀完全的同时，控制刻蚀终止层的过刻蚀精度，尽量减少粘接层缺失；通过在介质层上方增加辅助刻蚀终止层，并精确控制其厚度，继而控制刻蚀终止层的过刻蚀精度，减少了粘接层的缺失，进而增强了器件性能的可靠性，减少废品率，降低了生产成本。

尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。

Claims

1.一种通孔刻蚀方法，包括：

顺序刻蚀辅助刻蚀终止层、介质层及第一刻蚀终止层；

移除光致抗蚀剂层；

刻蚀第二刻蚀终止层及部分粘接层，同时进行终点检测。

2.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述通孔刻蚀结构包含抗反射涂层，即所述通孔刻蚀结构包含顺序沉积粘接层、刻蚀终止层、介质层、辅助刻蚀终止层、抗反射涂层及图案化的光致抗蚀剂层。

3.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：在刻蚀辅助刻蚀终止层之前刻蚀抗反射涂层。

4.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述移除光致抗蚀剂层的步骤中包括移除所述抗反射涂层。

5.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述辅助刻蚀终止层与所述刻蚀终止层材料相同。

6.根据权利要求1或5所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述辅助刻蚀终止层及所述刻蚀终止层材料为氮化硅、碳化硅、碳氧化硅或碳氮化硅等材料中的一种或其任意组合。

7.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述辅助刻蚀终止层的厚度为所述刻蚀终止层的第二厚度及与所述刻蚀终止层的过刻蚀期望厚度的总和。

8.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述辅助刻蚀终止层的形成方法采用低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积方法等方法中的一种。

9.根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于：所述终点检测方法包括激光干涉法、反射图谱法或发射光谱法等方法中的一种。