CN111554611A - 双大马士革结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双大马士革结构的形成方法,包括:提供一基底,所述基底上形成有介电层和第一抗反射涂层。所述介电层中形成有一通孔,所述通孔贯穿所述介电层,所述第一抗反射涂层填充所述通孔并覆盖所述介电层的上表面。采用第一刻蚀工艺在所述第一抗反射涂层中形成第一开口。采用第二刻蚀工艺加深所述第一开口。采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的部分厚度的第一抗反射涂层。其中,所述第三刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率;所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率。通过逐步降低对第一抗反射涂层的刻蚀速率,以保证通孔关键尺寸的稳定及通孔与基底连接处的形貌稳定,利于后期工艺的实施及器件性能的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种双大马士革结构的形成方法。
背景技术
随着半导体技术的发展,超大规模集成电路芯片的集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模,其布线相当复杂。为保证器件的稳定,两层以上的金属互连结构被广泛应用于超大规模集成电路芯片中。同时,为满足器件性能需求,部分金属铝互连线已经被金属铜互连线替代,但铜无法被直接蚀刻。故基于大马士革工艺的金属互连形成方法逐步应用于微型半导体集成电路器件制造领域。
其中,在1.5倍双大马士革结构的制备过程中,其关键环节在于在保证通孔关键尺寸的前提下,确保通孔与金属层连接处的形貌稳定。通孔与金属层连接处的形貌稳定直接影响到器件的可靠性。现有技术中,随着刻蚀时间的增加,通孔关键尺寸和通孔与金属层连接处的形貌会随之变化,工艺窗口变得过窄,不利于器件的生产,严重影响器件性能。
因此,需要一种新的双大马士革结构的形成方法,来保证工艺窗口尺寸和形貌稳定,提高器件性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双大马士革结构的形成方法,以解决如何稳定通孔关键尺寸以及通孔与金属层连接处的形貌的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种双大马士革结构的形成方法,包括:
提供一基底,所述基底上依次形成有介电层和第一抗反射涂层;其中,所述介电层中形成有一通孔,所述通孔贯穿所述介电层,所述第一抗反射涂层填充所述通孔并延伸覆盖所述介电层的上表面;
采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层,以在所述第一抗反射涂层中形成第一开口;
采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第一开口中的所述第一抗反射涂层以加深所述第一开口,并暴露出部分所述介电层的上表面以及所述通孔内的所述第一抗反射涂层;
采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的部分厚度的所述第一抗反射涂层;
其中,所述第三刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率;所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,所述第一刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氧气和氮气;其中,刻蚀速率为 所述刻蚀气体的压强为10mT~50mT;所述氧气的流量为5sccm~100sccm;所述氮气的流量为50sccm~500sccm;刻蚀时间为10s~200s。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,所述第二刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氢气和氮气;其中,刻蚀速率为 所述刻蚀气体的压强为10mT~50mT;所述氢气的流量为5sccm~200sccm;所述氮气的流量为50sccm~500sccm;刻蚀时间为10s~500s。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,所述第三刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氢气和氮气;其中,刻蚀速率为 所述刻蚀气体的压强为10mT~50mT;所述氢气的流量为5sccm~200sccm;所述氮气的流量为50sccm~500sccm;刻蚀时间为10s~500s。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,所述基底包括金属层,所述金属层包含铜离子。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,提供一基底,所述基底上依次形成有介电层和第一抗反射涂层的步骤中,所述第一抗反射涂层上依次形成有低温氧化硅层、第二抗反射涂层以及图案化光刻胶层;在所述基底与所述介电层之间形成有一阻挡层。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,在采用第一刻蚀工艺刻蚀所述介电层的上表面的所述第一抗反射涂层之前,所述双大马士革结构的形成方法还包括:通过干法刻蚀工艺以所述图案化光刻胶层为掩膜,刻蚀所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层,以在所述第二抗反射涂层中形成第二开口,所述第二开口延伸贯穿所述低温氧化硅层,以暴露出部分所述第一抗反射涂层的上表面;其中,所述刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳以及氧气。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,在采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的所述第一抗反射涂层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:去除所述图案化光刻胶层以及剩余的所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,在去除所述图案化光刻胶层以及剩余的所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:刻蚀部分厚度的所述介电层;其中,刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳、氧气以及氩气。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,在刻蚀部分厚度的所述介电层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:采用第三刻蚀工艺去除所述通孔内剩余的所述第一抗反射涂层。
可选的,在所述的双大马士革结构的形成方法中,在去除所述通孔内剩余的所述第一抗反射涂层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:以所述介电层为掩膜,刻蚀所述阻挡层,以使部分所述基底暴露。
综上所述,本发明提供一种双大马士革结构的形成方法,包括:提供一基底,所述基底上依次形成有介电层和第一抗反射涂层;其中,所述介电层中形成有一通孔,所述通孔贯穿所述介电层,所述第一抗反射涂层填充所述通孔并覆盖所述介电层的上表面;采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层,以在所述第一抗反射涂层中形成第一开口;采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第一开口中的所述第一抗反射涂层以加深所述第一开口,并暴露出部分所述介电层的上表面以及所述通孔内的所述第一抗反射涂层;采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的部分厚度的所述第一抗反射涂层;其中,所述第三刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率;所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率。通过逐步降低对所述第一抗反射涂层的刻蚀速率,以使在刻蚀所述通孔部分时能够保证通孔关键尺寸的稳定,进而保证通孔与基底连接处的形貌稳定,利于后期工艺的实施,以及器件性能的稳定。
附图说明
图1是本发明实施例中的双大马士革结构的形成方法流程图;
图2~图6是本发明实施例中的双大马士革结构的形成方法中各步骤中半导体结构示意图;
其中,附图标记说明:
100-基底;101-阻挡层;102-介电层;103-第一抗反射涂层;104-低温氧化硅层;105-第二抗反射涂层;106-图案化光刻胶层;P-通孔;K1-第一开口;K2-第二开口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种双大马士革结构的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明,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例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
为解决上述技术问题,本实施例提供一种双大马士革结构的形成方法,请参阅图1,所述双大马士革结构的形成方法包括:
步骤一S10:请参阅图2,提供一基底100,所述基底100上依次形成有介电层102和第一抗反射涂层103;其中,所述介电层102中形成有一通孔P,所述通孔P贯穿所述介电层102,所述第一抗反射涂层103填充所述通孔P并延伸覆盖所述介电层102的上表面。
如图2所示,在本申请实施例中,在所述基底100与所述介电层102之间还形成有一阻挡层101。在所述第一抗反射涂层103上还依次形成有低温氧化硅层104、第二抗反射涂层105以及图案化光刻胶层106。所述通孔P自所述介电层102表面延伸至所述介电层102底部并暴露出所述阻挡层101。进一步的,所述基底100为金属层,所述金属层包括但不限于铜离子,在本申请实施例中,所述金属层为铜金属层。所述阻挡层101的材质包括但不限于氮化硅,形成所述阻挡层101的目的在于阻挡所述基底100中铜离子向介质扩散。所述介电层102的材质为氧化硅。所述第一抗反射涂层103的材质可为一种光刻胶有机物,优选为NFC。
步骤二S20:请参阅图3,采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层103,以在所述第一抗反射涂层103中形成第一开口K1。所述第一开口K1形成于所述通孔P的上方,即所述第一开口K1在所述基底100上的投影能够覆盖所述通孔P在所述基底100上的投影。
采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层103中,刻蚀所述第一抗反射涂层103的厚度范围为例如,去除的所述第一抗反射涂层103的厚度为或者等。刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氧气和氮气;其中,刻蚀速率为所述刻蚀气体压强的取值范围为10mT~50mT;氧气流量的取值范围为5sccm~100sccm;氮气流量的取值范围为50sccm~500sccm;刻蚀时间的取值范围为10s~200s。
其中,采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层103之前,通过干法刻蚀工艺以所述图案化光刻胶层106为掩膜,刻蚀所述低温氧化硅层104和所述第二抗反射涂层105,并在所述第二抗反射涂层105中形成第二开口K2,所述第二开口K2延伸贯穿所述低温氧化硅层104,以暴露出所述第一抗反射涂层103的上表面。其中,所述刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳以及氧气。进一步的,如图3所示,所述第一开口K1和所述第二开口K2形成所述双大马士革结构中位于所述通孔P上的一沟槽。
步骤三S30:请参阅图4,采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第一开口K1中的所述第一抗反射涂层103以加深所述第一开口K1,并暴露出部分所述介电层102的上表面以及所述通孔P内的所述第一抗反射涂层103。
在采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第一开口K1中的所述第一抗反射涂层103中,刻蚀所述第一抗反射涂层103的厚度范围为刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氢气和氮气;其中,刻蚀速率为 所述刻蚀气体压强的取值范围为10mT~50mT;氢气流量的取值范围为5sccm~200sccm;氮气流量的取值范围为50sccm~500sccm;刻蚀时间的取值范围为10s~500s。
步骤四S40:请参阅图5,采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔P内的部分厚度的所述第一抗反射涂层103。
在采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔P内的部分厚度的所述第一抗反射涂层103中,刻蚀所述第一抗反射涂层103的厚度范围为刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氢气和氮气;其中,刻蚀速率为 所述刻蚀气体压强的取值范围为10mT~50mT;氢气流量的取值范围为5sccm~200sccm;氮气流量的取值范围为50sccm~500sccm;刻蚀时间的取值范围为10s~500s。
进一步的,刻蚀第三厚度的所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率低于刻蚀第二厚度的所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率;刻蚀第二厚度的所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率低于刻蚀第一厚度的所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率。通过逐步降低刻蚀所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率,以使所述通孔P的关键尺寸能够保持稳定,不会因刻蚀速率过快而出现尺寸变化。进而还能保证通孔P与基底100连接处的形貌稳定,利于形成金属互联结构及后期形成的逻辑器件,嵌入式闪存储器等器件。
请参阅图6,在采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔P内的部分厚度的所述第一抗反射涂层103之后,可采用灰化工艺去除所述图案化光刻胶层106以及剩余的所述第二抗反射涂层105和所述低温氧化硅层104。然后,刻蚀部分厚度的所述介电层102,以拓宽工艺窗口。其中,刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳、氧气以及氩气。在刻蚀部分厚度的所述介电层102后,采用第三刻蚀工艺去除所述通孔P内剩余的所述第一抗反射涂层103。最后,以所述介电层102为掩膜,采用干法刻蚀工艺刻蚀所述阻挡层101,以使部分所述基底100暴露,即使得所述通孔P连通所述基底100。其中,刻蚀所通入的气体包括但不限于四氟化碳等含氟气体。
进一步的,本实施例提供的所述双大马士革结构的形成方法,不限于适用两层金属互联结构的制备工艺,也可适用于多层金属互联结构。
综上所述,本实施例提供一种双大马士革结构的形成方法,通过逐步降低刻蚀所述第一抗反射涂层103的刻蚀速率,以使所述通孔P的关键尺寸能够保持稳定,不会因刻蚀速率过快而出现尺寸变化。进而还能保证通孔P与基底100连接处的形貌稳定,利于后期工艺的实施,以及器件性能的稳定。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (14)
1.一种双大马士革结构的形成方法,其特征在于,包括:
提供一基底,所述基底上依次形成有介电层和第一抗反射涂层;其中,所述介电层中形成有一通孔,所述通孔贯穿所述介电层,所述第一抗反射涂层填充所述通孔并延伸覆盖所述介电层的上表面;
采用第一刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述第一抗反射涂层,以在所述第一抗反射涂层中形成第一开口;
采用第二刻蚀工艺刻蚀所述第一开口中的所述第一抗反射涂层以加深所述第一开口,并暴露出部分所述介电层的上表面以及所述通孔内的所述第一抗反射涂层;
采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的部分厚度的所述第一抗反射涂层;
其中,所述第三刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率;所述第二刻蚀工艺的刻蚀速率低于所述第一刻蚀工艺的刻蚀速率。
2.根据权利要求1所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,所述第一刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括氧气和氮气;其中,刻蚀速率为所述刻蚀气体的压强为10mT~50mT;所述氧气的流量为5sccm~100sccm;所述氮气的流量为50sccm~500sccm;刻蚀时间为10s~200s。
8.根据权利要求1所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,所述基底包括金属层,所述金属层包含铜离子。
9.根据权利要求1所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,提供一基底,所述基底上依次形成有介电层和第一抗反射涂层的步骤中,所述第一抗反射涂层上依次形成有低温氧化硅层、第二抗反射涂层以及图案化光刻胶层;在所述基底与所述介电层之间形成有一阻挡层。
10.根据权利要求9所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,在采用第一刻蚀工艺刻蚀所述介电层的上表面的所述第一抗反射涂层之前,所述双大马士革结构的形成方法还包括:通过干法刻蚀工艺以所述图案化光刻胶层为掩膜,刻蚀所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层,以在所述第二抗反射涂层中形成第二开口,所述第二开口延伸贯穿所述低温氧化硅层,以暴露出部分所述第一抗反射涂层的上表面;其中,所述刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳以及氧气。
11.根据权利要求10所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,在采用第三刻蚀工艺刻蚀所述通孔内的所述第一抗反射涂层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:去除所述图案化光刻胶层以及剩余的所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层。
12.根据权利要求11所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,在去除所述图案化光刻胶层以及剩余的所述第二抗反射涂层和所述低温氧化硅层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:刻蚀部分厚度的所述介电层;其中,刻蚀工艺为干法刻蚀工艺,通入的刻蚀气体包括三氟甲烷、四氟化碳、氧气以及氩气。
13.根据权利要求12所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,在刻蚀部分厚度的所述介电层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:采用第三刻蚀工艺去除所述通孔内剩余的所述第一抗反射涂层。
14.根据权利要求13所述的双大马士革结构的形成方法,其特征在于,在去除所述通孔内剩余的所述第一抗反射涂层之后,所述双大马士革结构的形成方法还包括:以所述介电层为掩膜,刻蚀所述阻挡层,以使部分所述基底暴露。
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