CN101944503A

CN101944503A - 半导体器件的刻蚀方法

Info

Publication number: CN101944503A
Application number: CN2009100544391A
Authority: CN
Inventors: 张海洋; 孙武; 张世谋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-12

Abstract

本发明公开了一种半导体器件的刻蚀方法，该方法包括：在绝缘层上涂布光阻胶层；曝光显影图案化所述光阻胶层；采用稀有气体氩(Ar)和氧气(O₂)去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣；对绝缘层进行刻蚀，并去除光阻胶。采用该方法解决了由于显影不足带来的残渣(Scumming)问题，使得半导体器件的刻蚀达到目标值，大大提高了器件的产品合格率。

Description

半导体器件的刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺，特别涉及一种半导体器件的刻蚀方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘层包括在半导体衬底上依次形成的刻蚀终止层，例如掺氮的碳化硅层；低介电常数(Low-K)绝缘材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond，BD)材料；还包括形成于Low-K绝缘材料层上的硬掩膜层(hard mask)，例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化硅层，即TEOS层，或者低温氧化物层(Low Temperature Oxide，LTO)。

连接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的作用。在现有技术中，连接孔刻蚀是指对连接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连接通路的工艺。其中，连接孔分为接触孔和通孔。接触孔(contact)指硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔(via)指穿过各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层之间形成电通路的开口。对于接触孔和通孔来说，刻蚀工艺是相同的。

在双大马士革半导体器件的制程中，对于某一金属互连层，先进行连接孔的刻蚀，在形成连接孔的基础上，再进行沟槽的刻蚀，且沟槽和连接孔的刻蚀工序基本相同，都需要在绝缘层上涂布光阻胶，并以图案化的光阻胶为掩膜对绝缘层进行刻蚀。二者的主要区别在于，从沟槽和连接孔的俯视图来看，沟槽尺寸较大，呈长方形，且槽前后连通，而连接孔为较小尺寸的圆形孔。本实施例以连接孔为例，进行说明。

现有技术中对绝缘层制造连接孔的的流程，包括以下步骤：

步骤11、在绝缘层的硬掩膜层上涂布光阻胶(PR，Photo Resist)层。

步骤12、曝光显影图案化所述光阻胶层。

该步骤中经曝光显影光阻胶层，在要形成连接孔的位置的光阻胶被去除，而其它部分的绝缘层仍然有光阻胶覆盖，即形成了图案化的光阻胶层。此时被去除了光阻胶的部分露出绝缘层，该露出的绝缘层与光阻胶的侧壁共同形成开口，称之为光阻胶开口。

步骤13、对绝缘层进行刻蚀，具体来说，依次刻蚀硬掩膜层和Low-K绝缘材料层，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成连接孔，并去除光阻胶。

需要注意的是，在进行步骤12时，曝光显影完全是一种理想状况，但是常常会出现显影不足的情况，就会导致残渣问题(scumming)，即在曝光显影后，光阻胶开口底部出现残留的光阻胶，具体示意图如图1所示。从图1中可以看出，绝缘层101上涂布光阻胶层，并形成图案化的光阻胶层102，然后以图案化的光阻胶层102为掩膜，进行连接孔的刻蚀。而在光阻胶开口的底部，即去除了部分光阻胶后，露出的绝缘层上，存在的残渣103就是由于显影不足所导致的。Scumming问题会在后续进行连接孔的刻蚀时，引发严重的问题，导致连接孔刻蚀不完全，无法达到预定的目标值。出现问题的原因是多方面的。一方面是：器件包括多层金属互连层，如果在做某一金属互连层时，需要在连接孔内沉积金属，用于与另一金属层之间形成电通路，然后对沉积金属进行化学机械平坦化(CMP)。由于工艺的限制，平坦化之后仍会出现不平整的晶片(wafer)表面，即专业上所称表面起伏(topography)问题，随着金属互连层数增加，这种topography问题将更加显著。其所引起的负面影响是在光刻时对线宽失去了控制，显影时光阻胶层有的位置就会出现显影不足的问题，而且在wafer的边缘，topography问题尤其严重，所以边缘区域也更容易出现显影不足导致的Scumming问题。另一方面是：由于在进行步骤11涂布光阻胶前，需要对wafer进行清洗，而且清洗装置的喷头一般是对准wafer的中间区域的，当然清洗喷头也可以设置在其他区域，因此清洗后的wafer又会出现喷头对准的区域和wafer上其他区域之间的高低不平，同样导致最终出现Scumming问题。

同样，在形成沟槽时也会出现同样的Scumming问题，只是沟槽尺寸较大，即使出现Scumming问题也不会对器件的性能产生很大影响。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的问题是：由于显影不足带来的Scumming问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种半导体器件的刻蚀方法，该方法包括：

在绝缘层上涂布光阻胶层；

曝光显影图案化所述光阻胶层；

采用稀有气体氩Ar和氧气O₂去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣；

对绝缘层进行刻蚀，并去除光阻胶。

所述光阻胶残渣的去除还包括氮气N₂。

所述半导体器件的刻蚀形成沟槽或者连接孔。

形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内的压力为20～50毫托。

形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内使用的功率为1000～2000瓦。

形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用Ar的流量为50～200标准立方厘米/分钟sccm。

形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用O₂的流量为5～50sccm。

形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用N₂的流量为50～200sccm。

由上述的技术方案可见，本发明通过在曝光显影光阻胶层之后，进行去光阻胶残渣的步骤，使得半导体器件能够刻蚀完全。并且在去光阻胶残渣的步骤中优选通入稀有气体氩(Ar)、氧气(O₂)以及氮气(N₂)，成功地去除了光阻胶开口底部的残渣，使半导体器件的刻蚀达到预定的目标值。

附图说明

图1为光阻胶开口底部出现残留光阻胶的示意图。

图2为本发明对绝缘层制造连接孔的的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明通过在曝光显影光阻胶层之后，进行去光阻胶残渣的步骤，使得半导体器件能够刻蚀完全。并且在去光阻胶残渣的步骤中优选通入Ar、O₂以及N₂，成功地去除了光阻胶开口底部的残渣，使半导体器件的刻蚀达到预定的目标值。

本发明具体实施例中仍然以连接孔的刻蚀为例，当然沟槽的刻蚀也同样适用本发明的方法。

图2示出了本发明对绝缘层制造连接孔的的流程示意图，包括以下步骤：

步骤21、在绝缘层的硬掩膜层上涂布光阻胶层。

步骤22、曝光显影图案化所述光阻胶层。

步骤23、去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣。本发明在该步骤中的优选实施例为通入Ar、O₂以及N₂。

步骤24、对绝缘层进行刻蚀，具体来说，依次刻蚀硬掩膜层和Low-K绝缘材料层，在刻蚀终止层停止刻蚀，形成连接孔，并去除光阻胶。

一般去除光阻胶残渣的过程在刻蚀反应腔内进行。反应腔内的压力较低，用于增加等离子体的碰撞能量。较佳地，反应腔内的压力为20～50毫托(mT)，优选为20mT、30mT或40mT。反应腔内所使用的功率(Power)为1000～2000瓦(W)，优选为1000W、1500W或2000W。

本发明采用物理刻蚀和化学刻蚀相结合的方法，对光阻胶残渣进行去除。Ar主要用于物理刻蚀，Ar等离子体会在晶片表面产生离子轰击，能够物理地从晶片表面移除材料并能够破坏晶片表面原子之间的化学键，从而显著地提高刻蚀反应速率。所以Ar主要起轰击作用，使光阻胶残渣(主要是聚合物的成分)松散。Ar的流量为50～200标准立方厘米/分钟(sccm)，优选为100sccm、150sccm或200sccm。O₂的流量为5～50sccm，优选为5sccm、10sccm或20sccm，主要用于和聚合物(polymer)反应。从Ar与O₂的流量比较来看，Ar的流量远大于与O₂的流量，也就是说该光阻胶残渣去除过程主要是靠Ar的物理轰击完成的，而O₂的化学刻蚀也起到了辅助去除作用，如果O₂的流量过大，就会影响到正常的光阻胶图案，扩大了光阻胶开口的尺寸。另外，本发明中还通入N₂作为稀释气体(Dilute gas)，可以防止该过程中反应速率过快，而且可以将polymer的挥发物随N₂一起排出刻蚀反应腔。N₂的流量为50～200sccm，优选为100sccm、150sccm或200sccm。

由于严格的流量控制，本发明在刻蚀反应腔内通入Ar和O₂，主要对残留的光阻胶残渣进行清除，而且图案化的光阻胶比较稳固，所以基本上不会对图案化的光阻胶产生影响。

在去除光阻胶开口底部残渣的过程中，通入Ar和O₂也可以达到本发明的目的，显然同时通入Ar、O₂以及N₂是实现本发明的优选实施例。通过采用本发明，解决了由于显影不足带来的Scumming问题，使得连接孔的刻蚀达到目标值，大大提高了器件的产品合格率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种半导体器件的刻蚀方法，该方法包括：

在绝缘层上涂布光阻胶层；

曝光显影图案化所述光阻胶层；

对绝缘层进行刻蚀，并去除光阻胶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除还包括氮气N₂。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述半导体器件的刻蚀形成沟槽或者连接孔。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内的压力为20～50毫托。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内使用的功率为1000～2000瓦。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用Ar的流量为50～200标准立方厘米/分钟sccm。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用O₂的流量为5～50sccm。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成连接孔时，所述光阻胶残渣的去除采用N₂的流量为50～200sccm。