CN102110642A

CN102110642A - 提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法

Info

Publication number: CN102110642A
Application number: CN2010105821124A
Authority: CN
Inventors: 王强; 梁涛; 王斌; 刘勇; 杨永晖
Original assignee: CETC 24 Research Institute
Current assignee: CETC 24 Research Institute
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明涉及一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法。本发明方法通过调整牺牲层，即光致抗蚀剂的曝光显影及高温坚膜条件，在光致抗蚀剂上形成通孔图案，再以图案化的牺牲层作为掩蔽层，通过调整离子体刻蚀工艺的工艺条件参数，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔。本发明方法的通孔处的台阶金属覆盖率达90％以上。本方法在一台等离子刻蚀机机上只用一种程序，一次形成通孔结构，生产效率大大提高，生产成本大幅降低。本发明方法广泛用于集成电路制造技术中的干法刻蚀领域。

Description

提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法

技术领域

本发明涉及一种通孔刻蚀方法，特别涉及一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法。它用于集成电路制造技术中的干法刻蚀领域。

背景技术

随着半导体技术发展，对器件性能的要求越来越高，对工艺的严格控制变得更为重要。其中，通孔作为金属互连层的通道，在器件结构组成中具有重要作用。随着半导体器件尺寸逐渐减少，通孔尺寸也随之减小，然而需要开通孔的介质层并不能与通孔尺寸同比例缩小，所以通孔的深宽比越来越大。常规的通孔刻蚀方法采用各向异性的干法刻蚀工艺，结果使通孔的侧壁非常陡直，使得铝金属互连层在通孔台阶处的覆盖率很低，如附图1所示。这样的通孔在大电流下极易产生电迁移，从而造成整个集成电路失效。

为解决这一问题，目前通常采用的方法是改变通孔的结构，使通孔开口具有一定斜度，使其达到改善铝金属互连层的覆盖率的效果。要制造这种开口具有一定斜度的通孔现有多种工艺，目前一般采用各向同性和各向异性刻蚀工艺相结合的方法，使其形成有斜度和垂直侧壁相结合的通孔。

如专利文献1：美国专利US5453403(September 26，1995，发明人-Meng Teo Y.，Lianjun Liu)Method of beveled contact opening formation，它的通孔刻蚀方法为，首先，利用CHF₃和CF₄的气体进行刻蚀，形成垂直侧壁的开口，部分穿过介质层；其次，利用HF进行各向同性刻蚀，将通孔顶部变宽；最后，用氧和CF₄进行溅射刻蚀，完成通孔底部刻蚀，打开通往下层金属接触区的通孔。但这种方法有许多道工序，需要多个处理机台，生产成本高，生产效率低。

如专利文献2：美国专利US5420078(May 30，1995，发明人-Sikora Robert M)Method for producing via holes in integrated circuit layers，它的通孔刻蚀方法如图2所示。首先，用各向同性的HF刻蚀方法，在通孔顶部形成有一定斜度的开口；接着，用各向异性刻蚀形成一通向下层金属的直壁开口。但它还是需要两个处理机台，一个用于HF刻蚀，一个用于各向异性刻蚀，且该方法形成的通孔，由于其通孔顶部轮廓圆滑度不够，因此，在通孔台阶处的金属覆盖率也不高。

发明内容

为克服常规的通孔刻蚀方法的台阶金属覆盖率很低的问题，本发明提供一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，且本发明方法所需工艺设备少，生产效率提高，生产成本降低。

为实现上述目的，本发明解决上述技术问题所采取的技术方案在于本发明的一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，包括步骤：

1)准备硅衬底，并在硅衬底上淀积介质层；

2)在所述介质层上均匀涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层；

3)根据实际通孔的需要，采用光刻曝光技术，图案化所述牺牲层，在牺牲层上形成通孔图案；

4)等离子体刻蚀所述介质层，形成通孔；

5)去除所述牺牲层。

在步骤3)中，通过调整光刻的曝光显影及高温坚膜条件，将所述牺牲层的图形边缘倾斜度降低，使其顶部变得圆滑。

在步骤4)中，以所述图案化的牺牲层为掩蔽层，调整等离子体刻蚀机的腔室压力、功率、气体类型及流量等工艺参数，进行通孔刻蚀，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔。

所述介质层为二氧化硅层。

所述的刻蚀气体为CF₄和He。

有益效果：

与常规的通孔刻蚀方法相对比，本发明的一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法具有以下优点：

1.通过调整本发明方法中的牺牲层，即光致抗蚀剂的曝光显影及高温坚膜条件，并结合等离子体刻蚀工艺，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔，使铝金属互连层在通孔台阶处的覆盖率大大提高。常规通孔刻蚀方法的通孔台阶金属覆盖率一般较低，而本发明方法的台阶金属覆盖率可达到90％以上。

2.本发明方法，通过调整等离子体刻蚀工艺的工艺条件参数，在一台工艺设备即刻蚀机上，只用一种程序，一次性形成所需的通孔，其生产效率大大提高，生产成本大幅降低。

附图说明

图1是常规的通孔刻蚀方法所刻蚀出的通孔剖面示意图。

图2是专利文献2的通孔刻蚀方法所刻蚀出的通孔剖面示意图。

图3是本发明的在硅衬底上淀积介质层、牺牲层后，并图案化牺牲层、形成通孔图案后的剖面示意图。

图4是图3的硅衬底上刻蚀介质层形成通孔后的剖面示意图。

图5是图4的硅衬底上去除所述牺牲层后的通孔剖面示意图。

在图1-5中，101为铝金属，102为介质层，103为硅衬底，201为介质层，202为硅衬底，301为牺牲层，302为介质层，303为硅衬底。

具体实施方式

1.准备硅衬底303，并在硅衬底上淀积介质层302：

准备硅片：N型，<100>晶向，厚度400μm，在硅片上，采用常规磁控溅射工艺，溅射厚度为1μm的AlCu层，作为硅衬底303，然后采用常规PECVD工艺，淀积厚度为1～2μm的SiO₂做为介质层302。

2.在所述介质层302上均匀涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层301：

在介质层302上采用常规涂胶工艺，均匀涂布1.2～2μm的光致抗蚀剂(可根据氧化层的厚度适当调整光致抗蚀剂厚度)，做为牺牲层301。

3.根据实际通孔的需要，采用光刻曝光技术，图案化牺牲层，在牺牲层上形成通孔图案：

根据实际通孔的需要，采用常规的光刻曝光显影技术，图案化牺牲层。曝光采用常规步进投影曝光机曝光，曝光量70mJ，显影采用常规的浸泡法，显影时间60s。还可根据实际牺牲层的厚度，适当调整曝光量和显影时间。在牺牲层上形成通孔图案，并进行高温坚膜，条件为：2～4min、150℃，使牺牲层图形边缘的倾斜度降低，达到约为70°，且使其顶部变得圆滑。

4.等离子体刻蚀介质层302，形成通孔：

以所述图案化的牺牲层301为掩蔽层，调整平板等离子体刻蚀机的腔室压力、功率、气体流量等工艺参数，如下：刻蚀机的腔室的压力为2.5Torr，功率为400W，刻蚀气体为CF₄和He，极板间距为0.39cm，刻蚀介质层速率约为每分钟300nm，对牺牲层的选择比为0.6～0.7。采用此程序，刻蚀介质层，保证通孔全部开出，得到开口斜度＜70°且顶部轮廓圆滑的通孔。

5.去除所述牺牲层301：

采用常规的氧等离子体刻蚀方法，去除牺牲层301。

本发明方法中所用单项工艺，除已经作了详细描述的外，其他的，如光刻涂胶、清洗、磁控溅射、氧等离子体刻蚀、PECVD淀积氧化层等工艺、设备及化工材料、试剂均为本领域通用技术，不再详述。

Claims

1.一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，其特征在于，包括步骤：

1)准备硅衬底，并在硅衬底上淀积介质层；

2)在所述介质层上均匀涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层；

4)等离子体刻蚀所述介质层，形成通孔；

5)去除所述牺牲层。

2.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，在步骤3)中，通过调整光刻的曝光显影及高温坚膜条件，将所述牺牲层的图形边缘倾斜度降低，使其顶部变得圆滑。

3.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，在步骤4)中，以所述图案化的牺牲层为掩蔽层，调整等离子体刻蚀机的腔室压力、功率、气体类型及流量等工艺参数，进行通孔刻蚀，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔。

4.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述介质层为二氧化硅层。

5.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述的刻蚀气体为CF₄和He。