專利名稱：通孔刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種通孔刻蝕方法。
背景技術(shù)：
通孔作為多層金屬層間互連以及器件有源區(qū)與外界電路之間連接的通道，在器件 結(jié)構(gòu)組成中具有重要的作用。為了保證器件工作的穩(wěn)定性，要求填充導(dǎo)電材料后的通孔具 有良好的導(dǎo)電特性，即阻值越小越好，這使得對(duì)通孔刻蝕工藝的嚴(yán)格控制變得非常重要。
隨著器件的密集程度和工藝的復(fù)雜程度不斷增加，對(duì)通孔刻蝕工藝提出了更高的 要求。傳統(tǒng)的通孔刻蝕方法采用一次刻蝕完刻蝕終止層(stop layer)的刻蝕工藝，對(duì)通孔 的損傷較大，隨著集成電路的深亞微米尺寸發(fā)展，特征尺寸(CD)逐漸變小，這種較大的損 傷是不容許的。在半導(dǎo)體制造工藝進(jìn)入65nm乃至45nm節(jié)點(diǎn)工藝之后，通孔刻蝕方法大多 采用兩階段刻蝕方法。 圖la 圖ld為現(xiàn)有兩階段通孔刻蝕方法的示意圖，在現(xiàn)有技術(shù)中，通孔刻蝕是指 對(duì)通孔刻蝕結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，以獲得多層金屬間的互連以及器件有源區(qū)與外界電路之間連接 通路的工藝。 如圖la所示，在半導(dǎo)體襯底或下層金屬I(mǎi)O材料表面形成通孔刻蝕結(jié)構(gòu)，通孔刻蝕 結(jié)構(gòu)包括順序沉積的粘接層20、刻蝕終止層30、介質(zhì)層40、底部防反射涂層60及圖案化的 光致抗蝕劑層70。 其中，刻蝕終止層30為氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅
(SiNC)等材料中的一種或其任意組合?？涛g終止層30為通孔刻蝕的停止層。粘接層20為
增強(qiáng)半導(dǎo)體襯底或下層金屬I(mǎi)O材料與通孔內(nèi)連接材料間連接效果的過(guò)渡層。粘接層20材
料包括鈦(Ti)、鎳(Ni)或鋁銅合金等材料中的一種。介質(zhì)層40包含絕緣層和/或阻擋層。
介質(zhì)層40材料為磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)以
及黑鉆石(BD)等材料中的一種或其任意組合。進(jìn)一步地，底部防反射涂層60作為吸光層，
底部防反射涂層60包括深紫外線吸收氧化物(DUO)等。 對(duì)于圖la所示的通孔刻蝕結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有兩階段通孔刻蝕方法是 首先，如圖lb所示，按照?qǐng)D案化的光致抗蝕劑層70，刻蝕底部防反射涂層60后，對(duì)
介質(zhì)層40進(jìn)行主刻蝕； 在本步驟中，光致抗蝕劑層70進(jìn)行圖案化的過(guò)程為對(duì)光致抗蝕劑層70上的圖形 進(jìn)行曝光和顯影后，就得到了圖案化的光致抗蝕劑層70，圖案化的效果取決于現(xiàn)有的曝光 和顯影技術(shù)； 在本步驟中，刻蝕底部防反射涂層60采用干法刻蝕，采用的刻蝕氣體通常采用氟 碳化合物化學(xué)氣體，比如三氟化碳?xì)?CHF3)或者四氟化碳(CF4)，刻蝕后剖面為矩形結(jié)構(gòu)， 作為進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口； 在本步驟中，對(duì)介質(zhì)層40進(jìn)行主刻蝕采用干法刻蝕，采用的主刻蝕氣體通常為氟 碳化合物化學(xué)氣體，比如八氟化三碳(CA)、八氟化四碳(QFs)、六氟化四碳(C4F6)或六氟化二碳(C2F6)中的一種及其組合； 然后，主刻蝕到刻蝕終止層30后終止，如圖lc所示，移除圖案化的光致抗蝕劑層 70和刻蝕剩余的底部防反射涂層60 ; 在這里，移除圖案化的光致抗蝕劑層70和刻蝕剩余的底部防反射涂層60采用灰 化方法和全濕去膠法，這樣得到了剖面為矩形結(jié)構(gòu)的通孔80 ; 最后，如圖Id所示，刻蝕所述刻蝕終止層30，為了保證通孔80的導(dǎo)通作用，刻蝕所 述刻蝕終止層30的過(guò)程包括對(duì)粘接層20的過(guò)刻蝕。 目前刻蝕的通孔特征尺寸是由圖案化的光致抗蝕劑層70預(yù)留的通孔尺寸確定 的，如圖lb所示，隨著器件尺寸的減小，通孔的特征尺寸也會(huì)減小，所以在光致抗蝕劑層70 進(jìn)行圖案化時(shí)，采用現(xiàn)有的曝光和顯影方法，會(huì)導(dǎo)致所預(yù)留的通孔尺寸比預(yù)先設(shè)置的通孔 特征尺寸大。比如，如圖2所示，設(shè)定的通孔特征尺寸為10納米或9納米，但是由于現(xiàn)有的 曝光和顯影的方法限制，對(duì)光致抗蝕劑層70進(jìn)行圖案化后，只能得到預(yù)留11納米的通孔尺 寸。這樣，如果不更改現(xiàn)有的曝光和顯影方法，就無(wú)法縮小通孔的特征尺寸，但是更改現(xiàn)有 的曝光和顯影方法會(huì)增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種通孔刻蝕方法，該方法能夠在不更改現(xiàn)有曝光和顯影
方法基礎(chǔ)上，使刻蝕的通孔特征尺寸達(dá)到所要求的通孔特征尺寸。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種通孔刻蝕方法，形成通孔刻蝕結(jié)構(gòu)后對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕，對(duì)通孔刻蝕結(jié)構(gòu)中的
底部防反射涂層進(jìn)行刻蝕時(shí)，采用溴化氫氣體刻蝕，得到錐形孔結(jié)構(gòu)。 所述得到錐形孔結(jié)構(gòu)的傾斜角度由HBr濃度和底部防反射涂層的厚度確定。 所述得到錐形孔結(jié)構(gòu)的傾斜角度為為arctg 〔底部反射涂層預(yù)留的通孔特征尺寸
/(底部防反射涂層厚度X2)〕。 所述沉積刻蝕底部防反射涂層的厚度為lOOO埃，采用的所述HBr濃度為10 200 秒/平方厘米，得到的錐形孔角度為60 90度。
所述底部防反射涂層為吸光層。 所述通孔刻蝕結(jié)構(gòu)包括順序沉積的粘接層、刻蝕終止層、介質(zhì)層、底部防反射涂層 和圖案化的光致抗蝕劑層。 對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕包括按照?qǐng)D案化的光致抗蝕劑層刻蝕底部防反射涂層后，按照得 到的錐形孔結(jié)構(gòu)底部窗口刻蝕介質(zhì)層；移除圖案化的光致抗蝕劑層和刻蝕剩余的底部防反 射涂層；進(jìn)行刻蝕終止層的刻蝕。 所述移除圖案化的光致抗蝕劑層和刻蝕剩余的底部防反射涂層采用灰化方法和 全濕去膠法進(jìn)行。 由上述技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明利用溴化氫(HBr)對(duì)底部防反射涂層刻蝕時(shí)會(huì)產(chǎn)生 錐形孔結(jié)構(gòu)的特性，按照?qǐng)D案化的光致抗蝕劑層，采用HBr刻蝕底部防反射涂層，從而在對(duì) 介質(zhì)層進(jìn)行主刻蝕時(shí)，縮小了圖案化的光致抗蝕劑層為通孔預(yù)留的尺寸，使刻蝕的通孔特 征尺寸小于圖案化的光致抗蝕劑層為通孔預(yù)留的尺寸。由于刻蝕的通孔特征尺寸不像現(xiàn)有 技術(shù)那樣是由圖案化的光致抗蝕劑層的尺寸確定的，而是由HBr刻蝕底部防反射涂層所形成的錐形孔結(jié)構(gòu)底部窗口尺寸確定的，因此，本發(fā)明在不更改現(xiàn)有曝光和顯影方法基礎(chǔ)上， 即不需要增加曝光和顯影成本的基礎(chǔ)上，使刻蝕的通孔特征尺寸達(dá)到所要求的通孔特征尺 寸。


圖la 圖Id是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)通孔刻蝕方法的通孔形成剖面示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)表示由圖案化的光致抗蝕劑層70的尺寸確定刻蝕的通孔尺寸的
剖面示意圖； 圖3a 圖3d為本發(fā)明提出的通孔刻蝕方法的通孔形成剖面示意圖； 圖4為本發(fā)明提出的通孔刻蝕方法流程圖； 圖5為本發(fā)明采用HBr刻蝕底部防反射涂層60的剖面示意圖； 圖6為本發(fā)明采用HBr刻蝕底部防反射涂層60后再采用得到的錐形孔結(jié)構(gòu)底部
窗口刻蝕介質(zhì)層40后得到的通孔剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 如背景技術(shù)所述，為了減小器件上形成通孔的特征尺寸，可以精確光致抗蝕劑層 70形成的圖案，保證預(yù)留的通孔尺寸為設(shè)定的較小特征尺寸。為了精確光致抗蝕劑層70形 成的圖案，就需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的曝光和顯影技術(shù)進(jìn)行提高，這不僅難以實(shí)現(xiàn)且會(huì)大幅度提 高成本。 因此，為了在不更改現(xiàn)有曝光和顯影方法基礎(chǔ)上，使刻蝕得到的通孔也可以達(dá)到 設(shè)定的比較小的通孔特征尺寸，本發(fā)明利用HBr對(duì)底部防反射涂層60刻蝕時(shí)會(huì)產(chǎn)生錐形孔 結(jié)構(gòu)的特性，按照?qǐng)D案化的光致抗蝕劑層70，采用HBr刻蝕底部防反射涂層60得到錐形孔 結(jié)構(gòu)，從而在對(duì)介質(zhì)層40進(jìn)行主刻蝕時(shí)采用錐形孔接口的底部作為窗口進(jìn)行刻蝕，從而縮 小了圖案化的光致抗蝕劑層70為通孔預(yù)留的尺寸，使刻蝕的通孔特征尺寸小于圖案化的 光致抗蝕劑層70為通孔預(yù)留的尺寸。 圖3a 圖3d為本發(fā)明提出的通孔刻蝕方法的通孔形成剖面示意圖，采用圖3a 圖3d所示的示意圖，以圖4說(shuō)明本發(fā)明提供的通孔刻蝕方法，其具體步驟為
步驟401 、從圖3a 圖3b ，按照?qǐng)D案化的光致抗蝕劑層70 ，采用HBr刻蝕底部防反 射涂層60后，對(duì)介質(zhì)層40進(jìn)行主刻蝕； 在本步驟中，刻蝕底部防反射涂層60采用干法刻蝕，采用的刻蝕氣體為HBr， HBr 對(duì)底部防反射涂層60刻蝕時(shí)會(huì)產(chǎn)生錐形孔結(jié)構(gòu)的特性，所以導(dǎo)致刻蝕的底部防反射涂層 60后得到的為錐形孔，錐形孔的角度和HBr濃度和底部防反射涂層60的厚度有關(guān)系，根據(jù) 刻蝕工藝的需要，可以對(duì)HBr濃度和底部防反射涂層60的厚度進(jìn)行調(diào)整。
例如，在圖案化的光致抗蝕劑層70后預(yù)留的通孔特征尺寸為11納米，而需要得到 的通孔特征尺寸為9納米，則采用HBr刻蝕底部防反射涂層60形成的錐形孔角度為arctg 〔2納米/(底部防反射涂層60厚度X2)〕。在這里，錐形孔角度為錐形孔截面和垂直面構(gòu) 成的角度，即圖3b中表示的角度a。
還例如，沉積刻蝕底部防反射涂層60的厚度為1000埃，采用的HBr濃度為10 200秒/平方厘米，得到的錐形孔角度為60 90度。 在本步驟中，對(duì)介質(zhì)層40進(jìn)行主刻蝕采用干法刻蝕，采用的主刻蝕氣體通常為氟 碳化合物化學(xué)氣體，比如C3F8、C4F8、C4F6或C2F6中的一種及其組合，在主刻蝕時(shí)，刻蝕窗口為 采用HBr刻蝕底部防反射涂層60后形成的錐形孔結(jié)構(gòu)的底部。 步驟402、主刻蝕到刻蝕終止層30后終止，如圖3c所示，移除圖案化的光致抗蝕劑 層70和刻蝕剩余的底部防反射涂層60 ; 在這里，移除圖案化的光致抗蝕劑層70和刻蝕剩余的底部防反射涂層60采用灰 化方法和全濕去膠法。 步驟403、如圖3d所示，刻蝕所述刻蝕終止層30，為了保證通孔80的導(dǎo)通作用，刻 蝕所述刻蝕終止層30的過(guò)程包括對(duì)粘接層20的過(guò)刻蝕。 經(jīng)過(guò)圖4所示的過(guò)程，在采用蝕刻后檢測(cè)(AEI， after etch inspection)刻蝕得 到的通孔特征尺寸時(shí)，該特征尺寸為采用HBr刻蝕底部防反射涂層60后形成的錐形孔結(jié)構(gòu) 底部窗口尺寸。 圖5為本發(fā)明采用HBr刻蝕底部防反射涂層60的剖面示意圖，從圖5可以看出， 采用HBr刻蝕底部防反射涂層60，刻蝕得到的為一個(gè)錐形孔結(jié)構(gòu)，錐形孔底部小于錐形孔 頂部，錐形孔的角度取決于HBr濃度和底部防反射涂層60的厚度，錐形孔的底部截面寬度 取決于錐形孔的角度和錐形孔頂部的截面寬度，錐形孔頂部的截面寬度為底部防反射涂層 60預(yù)留的通孔特征尺寸。 圖6為本發(fā)明采用HBr刻蝕底部防反射涂層60后再采用得到的錐形孔結(jié)構(gòu)底部 窗口刻蝕介質(zhì)層40后得到的通孔剖面示意圖，可以看出，得到的通孔特征尺寸小于采用現(xiàn) 有技術(shù)得到通孔的特征尺寸。 綜上，本發(fā)明得到的通孔特征尺寸是由HBr刻蝕底部防反射涂層60得到的錐形底 部尺寸決定的，對(duì)HBr刻蝕底部防反射涂層60的步驟進(jìn)行調(diào)整，就可以使得到的錐形底部 尺寸不同，從而得到符合設(shè)定比較小特征尺寸的通孔。 以上舉較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所 應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種通孔刻蝕方法，形成通孔刻蝕結(jié)構(gòu)后對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕，其特征在于，對(duì)通孔刻蝕結(jié)構(gòu)中的底部防反射涂層進(jìn)行刻蝕時(shí)，采用溴化氫氣體刻蝕，得到錐形孔結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述得到錐形孔結(jié)構(gòu)的傾斜角度由HBr濃度 和底部防反射涂層的厚度確定。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述得到錐形孔結(jié)構(gòu)的傾斜角度為為 arctg 〔底部反射涂層預(yù)留的通孔特征尺寸/(底部防反射涂層厚度X2)〕。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述沉積刻蝕底部防反射涂層的厚度為 1000埃，采用的所述HBr濃度為10 200秒/平方厘米，得到的錐形孔角度為60 90度。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部防反射涂層為吸光層。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通孔刻蝕結(jié)構(gòu)包括順序沉積的粘接 層、刻蝕終止層、介質(zhì)層、底部防反射涂層和圖案化的光致抗蝕劑層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕包括按照?qǐng)D案化的光致抗 蝕劑層刻蝕底部防反射涂層后，按照得到的錐形孔結(jié)構(gòu)底部窗口刻蝕介質(zhì)層；移除圖案化 的光致抗蝕劑層和刻蝕剩余的底部防反射涂層；進(jìn)行刻蝕終止層的刻蝕。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述移除圖案化的光致抗蝕劑層和刻蝕剩 余的底部防反射涂層采用灰化方法和全濕去膠法進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通孔刻蝕方法，形成通孔刻蝕結(jié)構(gòu)后對(duì)通孔進(jìn)行刻蝕，對(duì)通孔刻蝕結(jié)構(gòu)中的底部防反射涂層進(jìn)行刻蝕時(shí)，采用溴化氫氣體刻蝕，得到錐形孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的方法可以在不更改現(xiàn)有曝光和顯影方法基礎(chǔ)上，使刻蝕的通孔特征尺寸達(dá)到所要求的通孔特征尺寸。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101728260SQ20081022459
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者張海洋, 趙林林, 陳海華, 黃怡 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司