CN111883411A - 改善通孔刻蚀残留的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善通孔刻蚀残留的方法，在金属硬质掩模一体化刻蚀之后，包括：对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离；向所述刻蚀腔体内通入第一反应气体，所述第一反应气体与所述金属副产物反应后生成第一反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；对所述刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的所述非金属副产物游离；向所述刻蚀腔体内通入第二反应气体，所述第二反应气体与所述非金属副产物反应后生成第二反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；对所述第一反应物及所述第二反应物的表面进行处理，以修复所述刻蚀腔体的内环境。本发明解决了现有技术中受副产物影响导致通孔刻蚀残留的问题。

Description

改善通孔刻蚀残留的方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种改善通孔刻蚀残留的方法。
背景技术
随着集成电路技术的进步，追求高速度、高器件密度、低功耗以及低成本的芯片成为超大规模集成电路制造的趋势。集成规模加大了芯片中的导线密度，从而使导线宽度和间距不断减小，互联中的电阻和电容所产生的寄生效应越来越明显。当器件的尺寸小到一定技术节点后，就需要克服阻容迟滞带来的信号传播延迟、线间干扰以及功率耗散等。然而在后段铜互联工艺中，低介电常数(lowk)材料和金属硬质掩模(Metal Hard Mask)工艺的加入，成为集成电路工艺发展的又一必然选择。金属硬掩模一体化刻蚀技术采取主刻蚀和去胶在同一腔体内进行刻蚀通孔，大大节约了工艺时间和成本，它除了带来最大的利益之外，对工艺的要求更加苛刻。
后段铜互连使用的金属硬质掩模一体化刻蚀技术工艺上还存在缺陷，尤其通孔刻蚀残留的问题。通孔刻蚀残留通常是由于一体化刻蚀过程中在刻蚀腔体内形成的复杂成份的副产物产生的，由于疏松的副产物会自己掉落或受刻蚀能量源影响掉落，从而改变腔体刻蚀环境，影响刻蚀效果，特别是当副产物附着在通孔的底部和侧壁，会在图形区域造成刻蚀残留，影响后续的填铜作业，从而引起铜导线断路造成器件失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善通孔刻蚀残留的方法，以解决现有技术中受副产物影响导致通孔刻蚀残留的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改善通孔刻蚀残留的方法，在金属硬质掩模一体化刻蚀之后，包括：
对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离；
向所述刻蚀腔体内通入第一反应气体，所述第一反应气体与所述金属副产物反应后生成第一反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；
对所述刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的所述非金属副产物游离；
向所述刻蚀腔体内通入第二反应气体，所述第二反应气体与所述非金属副产物反应后生成第二反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；
对所述第一反应物及所述第二反应物的表面进行处理，以修复所述刻蚀腔体的内环境。
可选的，采用等离子体工艺对所述刻蚀腔体的侧壁进行轰击。
可选的，所述等离子体工艺的工艺气体包括氩气。
可选的，所述金属副产物的组成元素包含钛、铜、钨或钴中的一种或多种。
可选的，所述第一反应气体为还原性气体。
可选的，所述还原性气体包括一氧化碳、甲烷、一氧化硫或硫化氢中的一种或多种。
可选的，所述非金属副产物的组成元素包含碳、氟、氧或氮中的一种或多种。
可选的，所述第二反应气体为长碳链气体。
可选的，所述长碳链气体包括包括二氟甲烷、甲烷或二氧化碳中的一种或多种。
可选的，对所述第一反应物及所述第二反应物的表面进行处理的步骤包括：
可选的，所述第三反应气体刻蚀所述第一反应物及所述第二反应物的表面使其平整。
可选的，所述第三反应气体包括八氟环丁烷、六氟丁二烯和四氟化碳中的一种或多种。
在本发明提供的一种改善通孔刻蚀残留的方法，通过对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，使刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离，向刻蚀腔体内通入第一反应气体，使第一反应气体会与金属副产物反应后生成第一反应物附着在刻蚀腔体的侧壁上，使松散的金属副产物固化于刻蚀腔体的侧壁上；再对刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，使刻蚀腔体内的非金属副产物游离，向刻蚀腔体内通入第二反应气体，第二反应气体与非金属副产物反应后生成第二反应物附着在刻蚀腔体的侧壁上，使松散的非金属副产物固化于刻蚀腔体的侧壁上，最终使金属副产物和非金属副产物都固化于刻蚀腔体的侧壁上不易掉落，避免副产物影响后续通孔刻蚀。
由于第一反应物和第二反应物的表面不平整，采用第三反应气体刻蚀第一反应物及第二反应物的表面变得平整，不易再附着新的副产物，进一步避免副产物附着影响通孔刻蚀。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的流程示意图；
图2A为本发明一实施例提供的对刻蚀腔体的侧壁的金属副产物和非金属副产物进行轰击的示意图；
图2B为本发明一实施例提供的对金属副产物进行固化的示意图；
图2C为本发明一实施例提供的对非金属副产物进行轰击的示意图；
图2D为本发明一实施例提供的对非金属副产物进行固化的示意图；
图2E为本发明一实施例提供的对第一反应物和第二反应物表面进行处理的示意图；
附图中：201-刻蚀腔体的侧壁；202-副产物；203-氩离子；204-金属副产物；205-一氧化碳离子；206-第一反应物；207-非金属副产物；208-二氟甲烷离子；209-副产物膜层；210-混合刻蚀型离子；211-平整的副产物膜层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。
图1为本实施例提供的流程示意图，图2A为本实施例提供的对刻蚀腔体的侧壁的金属副产物和非金属副产物进行轰击的示意图，图2B为本实施例提供的对金属副产物进行固化的示意图，图2C为本实施例提供的对非金属副产物进行轰击的示意图，图2D为本实施例提供的对非金属副产物进行固化的示意图，图2E为本实施例提供的对第一反应物和第二反应物表面进行处理的示意图。
本发明提供了一种改善通孔刻蚀残留的方法，在金属硬质掩模一体化刻蚀之后，用于改善刻蚀中通孔受副产物影响产生刻蚀残留的问题。请参考图1，包括：
步骤S1：对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，以使刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离；
步骤S2：向刻蚀腔体内通入第一反应气体，第一反应气体与金属副产物反应后生成第一反应物附着在刻蚀腔体的侧壁上；
步骤S3：对刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，以使刻蚀腔体内的非金属副产物游离；
步骤S4：向刻蚀腔体内通入第二反应气体，第二反应气体与非金属副产物反应后生成第二反应物附着在刻蚀腔体的侧壁上；
步骤S5：对第一反应物及第二反应物的表面进行处理，以修复刻蚀腔体的内环境。
下面将结合示意图对本发明的改善通孔刻蚀残留的方法进行更详细的阐述，其中表示了本发明的优选实施例。
请参考图2A，执行步骤S1：采用等离子体工艺对刻蚀腔体的侧壁201进行轰击，以使刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离，等离子体工艺的工艺气体采用惰性原子质量大的气体。在本实施例中，等离子体工艺的工艺气体采用氩气(Ar)，具体是采用1000SCCM～2000SCCM的氩气对刻蚀腔体的侧壁201进行轰击，其中SCCM为流量单位，1000SCCM～2000SCCM的氩气表示1分钟流入1000毫升～2000毫升的氩气，同时在等离子体工艺中功率为1000W～2000W的能量源下，将氩气转换为氩离子203，氩离子203对刻蚀腔体的侧壁201上的副产物202进行轰击，使刻蚀腔体的侧壁201上的副产物202游离，本实施例中，副产物包括金属副产物和非金属副产物。氩离子203的原子质量较大且化学性质不活泼，原子质量大可以更好的轰击刻蚀腔体的侧壁201上的副产物202，使刻蚀腔体的侧壁201上的副产物202被大量轰击出来，但不限于此，也可为其他原子质量大且化学性质不活泼的原子。能量源的功率与氩离子203的运动速度相关，能量源的功率越大，可以提升氩离子203的轰击能力，能量源功率的大小视实际情况而定。气体流量与副产物202的附着量有关，具体气体流量的大小视实际情况而定。
请参考图2B，执行步骤S2：采用物理气相沉积方式对金属副产物204进行固化，金属副产物204为多种金属化合物，金属副产物204的组成元素包含钛、铜、钨或钴中的一种或多种。向刻蚀腔体内通入第一反应气体，第一反应气体与金属副产物204反应后生成第一反应物206附着在刻蚀腔体的侧壁201上。其中，第一反应气体为还原性气体，还原性气体包括一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、一氧化硫(SO)或硫化氢(H2S)，还原性气体将金属化合物还原成第一反应物206附着于刻蚀腔体的侧壁201上。在本实施例中，具体是采用小于500SCCM的一氧化碳气体对金属副产物204进行沉积，在等离子体工艺的能量源的激发下，将一氧化碳气体转换为一氧化碳离子205，一氧化碳离子205与金属副产物204发生反应，游离的金属副产物204可以充分与一氧化碳离子205发生反应，更好的沉积固化在刻蚀腔体的侧壁201。一氧化碳气体流量与金属副产物204的附着量有关，具体气体流量的大小视实际情况而定。
请参考图2C，执行步骤S3：由于采用还原性气体将金属副产物固化在刻蚀腔体的侧壁201后，非金属副产物207还存在，因此采用等离子体工艺对刻蚀腔体的侧壁201进行轰击，以使刻蚀腔体内的非金属副产物207游离，等离子体工艺的工艺气体采用惰性原子质量大的气体。在本实施例中，等离子体工艺的工艺气体采用氩气(Ar)，具体是采用了500SCCM～1500SCCM的氩气对刻蚀腔体的侧壁201上的非金属副产物207进行轰击，同时在等离子体工艺中功率为500W～1500W的能量源下，将氩气转换为氩离子203，氩离子203对刻蚀腔体的侧壁201进行轰击，使刻蚀腔体的侧壁201上的非金属副产物207被轰击出来，非金属副产物207变得游离。能量源的功率与氩离子203的运动速度相关，同样能量源的功率越大，氩离子203的轰击能力越强，能量源功率的大小视实际情况而定。气体流量与金属副产物的附着量有关，气体流量的大小视实际情况而定。在经过第一次轰击后，部分非金属副产物也被轰击出来，于是进行此次轰击时，不需要特别第一次轰击时的轰击能力和气体流量，所以进行此次轰击时氩气的流量和能量源的功率可小于第一次轰击时所提供的氩气的流量和能量源的功率。
请参考图2D，执行步骤S4：将非金属副产物激发出来，然后采用物理气相沉积方式对非金属副产物进行固化，非金属副产物的组成元素包含碳、氟、氧或氮中的一种或多种。向刻蚀腔体内通入第二反应气体，第二反应气体与非金属副产物反应后生成第二反应物附着在刻蚀腔体的侧壁201上，其中第二反应气体为为长碳链气体，长碳链气体包括二氟甲烷(CH2F2)、甲烷(CH4)或二氧化碳(CH2)，长碳链气体与非金属副产物反应生成第二反应物固化于刻蚀腔体的侧壁201上。在本实施例中，具体是采用小于500SCCM的二氟甲烷气体对非金属副产物进行沉积，在等离子工艺中能量源的作用下，将二氟甲烷气体转换为二氟甲烷离子208，二氟甲烷离子208与非金属副产物发生反应，游离的非金属副产物可以充分与二氟甲烷离子208发生反应，更好的沉积固化在刻蚀腔体的侧壁201上，第二反应物和第一反应物紧密结合，形成副产物膜层209，该副产物膜层209在刻蚀工作中副产物不易受能量源的影响掉落，也不会自己掉落影响通孔刻蚀。二氟甲烷气体流量与金属副产物的附着量有关，具体气体流量的大小视实际情况而定。
请参考图2E，执行步骤S5：第一反应物及第二反应物形成的副产物膜层的表面较不平整，容易在后续刻蚀中再附着副产物，就需要进一步处理来避免再附着副产物。因此采用等离子工艺对副产物膜层的表面进行处理，以修复刻蚀腔体的内环境。在本实施例中，具体是向刻蚀腔体内通入第三反应气体刻蚀副产物膜层的表面使其平整，第三反应气体采用混合刻蚀型气体，混合刻蚀型气体包括八氟环丁烷(C4F8)、六氟丁二烯(C4F6)和四氟化碳(CF4)。在等离子工艺的能量源的作用下将混合刻蚀型气体形成混合刻蚀型离子210，混合刻蚀型离子210包括八氟环丁烷离子、六氟丁二烯离子和四氟化碳离子，混合刻蚀型离子210对副产物膜层的表面进行处理，修整形成平整的副产物膜层211，此步骤结束即完成了刻蚀腔体的侧壁201上副产物的处理。本实施例中采用八氟环丁烷、六氟丁二烯和四氟化碳气体对副产物膜层的表面进行修整，但不限于这些气体，还可为其他刻蚀性气体。另外在刻蚀机使用一段时间后，可以定时对刻蚀腔体进行清理，来维持刻蚀环境的稳定性，具体是采用相应器械将平整的副产物膜层211刮掉即可。
综上，本发明提供了一种改善通孔刻蚀残留的方法，通过对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，使刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离，向刻蚀腔体内通入第一反应气体，使松散的金属副产物固化于刻蚀腔体的侧壁上；再对刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，使刻蚀腔体内的非金属副产物游离，向刻蚀腔体内通入第二反应气体，使松散的非金属副产物固化于刻蚀腔体的侧壁上，最终使金属副产物和非金属副产物都固化于刻蚀腔体的侧壁上不易掉落，避免副产物影响后续通孔刻蚀。再采用第三反应气体刻蚀第一反应物及第二反应物的表面变得平整，不易再附着新的副产物，避免副产物进一步附着影响通孔刻蚀。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，在金属硬质掩模一体化刻蚀之后，包括：
对刻蚀腔体的侧壁进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的金属副产物及非金属副产物游离；
向所述刻蚀腔体内通入第一反应气体，所述第一反应气体与所述金属副产物反应后生成第一反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；
对所述刻蚀腔体的侧壁再次进行轰击，以使所述刻蚀腔体内的所述非金属副产物游离；
向所述刻蚀腔体内通入第二反应气体，所述第二反应气体与所述非金属副产物反应后生成第二反应物附着在所述刻蚀腔体的侧壁上；
对所述第一反应物及所述第二反应物的表面进行处理，以修复所述刻蚀腔体的内环境。
2.如权利要求1所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，采用等离子体工艺对所述刻蚀腔体的侧壁进行轰击。
3.如权利要求2所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述等离子体工艺的工艺气体包括氩气。
4.如权利要求1所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述金属副产物的组成元素包含钛、铜、钨或钴中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述第一反应气体为还原性气体。
6.如权利要求5所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述还原性气体包括一氧化碳、甲烷、一氧化硫或硫化氢中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述非金属副产物的组成元素包含碳、氟、氧或氮中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述第二反应气体为长碳链气体。
9.如权利要求8所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述长碳链气体包括二氟甲烷、甲烷或二氧化碳中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，对所述第一反应物及所述第二反应物的表面进行处理的步骤包括：
向所述刻蚀腔体内通入第三反应气体，所述第三反应气体刻蚀所述第一反应物及所述第二反应物的表面使其平整。
11.如权利要求10所述的改善通孔刻蚀残留的方法，其特征在于，所述第三反应气体包括八氟环丁烷、六氟丁二烯和四氟化碳中的一种或多种。
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