專利名稱：連接孔的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，尤其涉及一種連接孔的形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，采用刻蝕工藝在介質(zhì)層中形成連接孔，隨后在連接孔中沉積導(dǎo)電材料用于半導(dǎo)體器件之間的電連接是一種廣泛使用的工藝，所述的連接孔可直接與器件的柵極，源漏極電連接，還可以用于層與層之間的電連接，以及后段封裝工藝中的電連接。附圖I至4提供一種后段鋁線互聯(lián)工藝中連接孔的制作方法，參考附圖1，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的表面具有金屬層101 ;在所述的金屬層101表面依次形成刻蝕停止層102，第一底部抗反射層103，層間介質(zhì)層104以及第二底部抗反射層105 ;在第二底部抗反射層105上形成光阻圖案106，光阻圖案的開(kāi)口用以定義出隨后需要形成連接孔的位置；參考附圖2，以光阻為掩膜，刻蝕第二底部抗反射層105至暴露出層間介質(zhì)層104 ;隨后，參考附圖3，繼續(xù)刻蝕層間介質(zhì)層104至暴露出第一底部抗反射層103 ;參考附圖4，繼續(xù)進(jìn)行過(guò)刻蝕，停留在刻蝕停止層102上。在上述形成連接孔的制作工藝中，金屬層材料例如是鋁，刻蝕停止層的材料例如為氮化鈦，第一底部抗反射層和第二底部抗反射層的材料例如為氮氧化硅，層間介質(zhì)層材料例如為氧化硅。所述的刻蝕工藝?yán)鐬榈入x子體刻蝕。通常，在所述的層間介質(zhì)層中需要形成一個(gè)以上的連接孔，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的需要，所述的連接孔的孔徑有時(shí)并不相同。由于等離子體刻蝕的負(fù)載效應(yīng)，在連接孔的孔徑不同的情況下，造成刻蝕反應(yīng)的反應(yīng)活性粒子進(jìn)入刻蝕孔底部的難易程度不同，使得不同孔徑大小的連接孔刻蝕速度出現(xiàn)差異，孔徑小的連接孔反應(yīng)活性粒子難以進(jìn)入，刻蝕速度慢，孔徑大的連接孔反應(yīng)活性粒子容易進(jìn)入，刻蝕速度快。在孔徑差別較大的連接孔刻蝕時(shí)(如3 5倍)，就容易出現(xiàn)大孔徑的連接孔刻穿刻蝕停止層(TiN)至暴露出金屬層的極端情況，造成連接孔阻值的較大變化，影響后段連線的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是連接孔的形成過(guò)程中對(duì)不同孔徑的連接孔刻蝕程度不同導(dǎo)致大的連接孔刻蝕過(guò)快的缺陷，以改善器件性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種連接孔的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的表面具有金屬層；在所述的金屬層表面依次形成有刻蝕停止層，第一底部抗反射層，層間介質(zhì)層以及第二底部抗反射層；在第二底部抗反射層上形成光阻圖案，所述光阻圖案的開(kāi)口大小不同；以光阻為掩膜，刻蝕第二底部抗反射層至暴露出層間介質(zhì)層；采用第一刻蝕氣體執(zhí)行第一次層間介質(zhì)層刻蝕，在層間介質(zhì)層內(nèi)形成大小不同的多個(gè)開(kāi)口，當(dāng)最大的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕；
采用第二刻蝕氣體執(zhí)行第二次層間介質(zhì)層刻蝕，當(dāng)最小的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕；進(jìn)行過(guò)刻蝕，去除殘留的第一底部抗反射層，至大小不同的多個(gè)開(kāi)口都暴露出刻蝕停止層，形成孔徑不同的多個(gè)連接孔。所述的第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕速度與開(kāi)口大小成相反比例關(guān)系。 本發(fā)明所述的方法采用兩種互相補(bǔ)償?shù)牡谝豢涛g氣體和第二刻蝕氣體，執(zhí)行兩次刻蝕工藝對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕以形成連接孔第一刻蝕氣體在刻蝕過(guò)程中生成聚合物較少，并且具有開(kāi)口越大，刻蝕速度越快的特性，其完成對(duì)層間介質(zhì)層的大部分刻蝕，當(dāng)最大的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕，由于其對(duì)小開(kāi)口的刻蝕速度較慢，刻蝕停止時(shí)，小開(kāi)口還沒(méi)有暴露出第一底部抗反射層；第二刻蝕氣體在刻蝕過(guò)程中生成聚合物較多，并且具有開(kāi)口越大，刻蝕速度越慢的特性，由于其對(duì)小開(kāi)口的刻蝕速度大于對(duì)大開(kāi)口的刻蝕速度，并且由于第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層和第一底部抗反射層的刻蝕選擇比大，當(dāng)小開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)，大開(kāi)口內(nèi)只對(duì)第一底部抗反射層進(jìn)行了微量的過(guò)刻蝕，不同大小的開(kāi)口基本上同時(shí)完成對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕，形成刻蝕深度基本相同的連接孔。通過(guò)第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體的互相補(bǔ)償，能夠消除孔徑有較大差別的連接孔在刻蝕時(shí)的負(fù)載效應(yīng)，使最終形成的不同孔徑的連接孔刻蝕深度基本上相同，均能正常停在底部的刻蝕停止層上，避免了大孔徑的連接孔由于刻蝕速度快而刻破刻蝕停止層的缺陷，從而避免連接電阻的過(guò)大變化，擴(kuò)大了連接孔刻蝕工藝窗口。


圖I至圖4是現(xiàn)有技術(shù)連接孔的形成方法的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5至圖9是本發(fā)明連接孔的形成方法的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種連接孔的制作方法，在對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕時(shí)，利用兩種具有相反負(fù)載效應(yīng)的第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體，在刻蝕過(guò)程中互相補(bǔ)償，在刻蝕不同孔徑大小的連接孔時(shí)，可以使它們同時(shí)達(dá)到相同的刻蝕深度。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施方式
的限制。圖5至圖9示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的連接孔的形成方法的截面結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖5至圖9對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考附圖5，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的表面具有金屬層201 ;在所述的金屬層201表面依次形成刻蝕停止層202,第一底部抗反射層203,層間介質(zhì)層204以及第二底部抗反射層205 ；所述半導(dǎo)體襯底可以是單晶硅，也可以是硅鍺化合物，還可以是絕緣體上硅(S0I，Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)或娃上外延層結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)可以形成有MOS管,邏輯器件，控制器件等半導(dǎo)體集成電路制作中可能用到的各種器件，還可一個(gè)包含有一層以上的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，例如插塞(plug),通孔(via)或者溝槽(trench)以及填充于其中的各種金屬例如金屬鎢，金屬鋁或者金屬銅及其合金或者其中任意一種或者幾種的組合。所述金屬層201材優(yōu)選為鋁，還可以是金屬銅等其它材料；刻蝕停止層202的材料例如為氮化鈦，或者鈦和氮化鈦的復(fù)合層，主要用于防止鋁的擴(kuò)散及有部分防反射層的作用，同時(shí)也是刻蝕停止層；第一底部抗反射層203和第二底部抗反射層205的材料例如為氮氧化硅，或者氮化硅，主要用于防止光的反射而影響光刻膠的顯影，同時(shí)也是調(diào)節(jié)刻蝕孔 深，消除負(fù)載效應(yīng)的刻蝕緩沖層；層間介質(zhì)層204材料可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。下面的具體實(shí)施例以層間介質(zhì)層204材料為氧化硅，刻蝕停止層202的材料為氮化鈦，第一底部抗反射層203和第二底部抗反射層205的材料為氮氧化娃為例進(jìn)行詳細(xì)描述。在第二底部抗反射層205上形成光阻圖案206，光阻圖案的開(kāi)口用以定義出隨后需要形成連接孔的位置，在本實(shí)施例中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，要形成的連接孔的孔徑大小不同，因此，光阻圖案206的各個(gè)開(kāi)口的大小也不相同。附圖5中僅僅示意性的畫出兩種不同大小的開(kāi)口，并且較大的開(kāi)口尺寸為較小開(kāi)口尺寸的3-5倍，僅僅為了敘述方便，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，會(huì)同時(shí)要求形成2種或者兩種以上孔徑大小的接觸孔，并且層間介質(zhì)層的材料也會(huì)有所不同，則第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體的具體組成，第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體的刻蝕時(shí)間也會(huì)根據(jù)連接孔孔徑的差異以及層間介質(zhì)層材料的差異進(jìn)行調(diào)整，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以通過(guò)有限次的試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)得到調(diào)整結(jié)果。參考附圖6，以光阻為掩膜，刻蝕第二底部抗反射層205至暴露出層間介質(zhì)層204 ；刻蝕第二底部抗反射層205的工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任意工藝，本實(shí)施例提供一種較佳的實(shí)施方式，例如采用等離子體干法刻蝕方法，刻蝕氣體包含CF4和CHF3，執(zhí)行等離子體刻蝕時(shí)反應(yīng)腔壓范圍為30mT 80mT，射頻(RF)功率為源功率500 1000W，偏壓功率200 700W。參考附圖7，采用第一刻蝕氣體執(zhí)行第一次層間介質(zhì)層刻蝕，在層間介質(zhì)層204內(nèi)形成大小不同的多個(gè)開(kāi)口，當(dāng)最大的開(kāi)口 210暴露出第一底部抗反射層203時(shí)停止刻蝕；所述最大的開(kāi)口 210的開(kāi)口截面直徑范圍為O. 8 I. 2um。第一刻蝕氣體在刻蝕過(guò)程中生成聚合物較少，具有開(kāi)口越大，刻蝕速度越快的特性，因此，其對(duì)大開(kāi)口的刻蝕速度快，當(dāng)最大的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕，此時(shí)，本步驟已經(jīng)完成了對(duì)層間介質(zhì)層的大部分刻蝕，由于其對(duì)小開(kāi)口的刻蝕速度較慢，此時(shí)，小尺寸的開(kāi)口還沒(méi)有刻穿層間介質(zhì)層，暴露出第一底部抗反射層。所述的第一次層間介質(zhì)層刻蝕例如是等離子體干法刻蝕，所述的第一刻蝕氣體包含C4F8和CF4,進(jìn)一步的，所述的第一刻蝕氣體還包含02/Ar，執(zhí)行等離子體刻蝕時(shí)反應(yīng)腔壓范圍為10 30mT，射頻(RF)功率為源功率1500 2500W，偏壓功率2000 3500W。
更進(jìn)一步，所述的刻蝕氣體C4F8的流量范圍為40 50SCCm，CF4的流量范圍為15 20sccmoO2的流量范圍15 25sccm，Ar的流量范圍為600 800sccm。參考附圖8，采用第二刻蝕氣體執(zhí)行第二次層間介質(zhì)層刻蝕，當(dāng)最小的開(kāi)口 220暴露出第一底部抗反射層203時(shí)停止刻蝕；所述最小的開(kāi)口 220的開(kāi)口截面直徑范圍為O. 2 O. 3um。v所述的第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層以及第一底部抗反射層的刻蝕選擇比范圍為20 30 I。所述的第二刻蝕氣體在刻蝕過(guò)程中生成聚合物較多，具有開(kāi)口越大，刻蝕速度越慢的特性，其對(duì)小開(kāi)口的刻蝕速度大于對(duì)大開(kāi)口的刻蝕速度，因此，第二次層間介質(zhì)層刻蝕工藝對(duì)小開(kāi)口內(nèi)暴露出的層間介質(zhì)層進(jìn)一步刻蝕，當(dāng)小開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)，刻蝕工藝停止；在本次刻蝕工藝中，由于第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層和第一底部抗反射層的刻蝕選擇比大，因此本刻蝕工藝中刻蝕氣體只對(duì)大開(kāi)口暴露出的第一底部抗反射層進(jìn)行了微量的過(guò)刻蝕，大開(kāi)口仍然停留在第一底部抗反射層上，因此，執(zhí)行完畢第二次層間介質(zhì)層刻蝕，形成了刻蝕深度基本相同的開(kāi)口。所述的第二次層間介質(zhì)層刻蝕例如是等離子體干法刻蝕，所述的第二刻蝕氣體包含C4F6，進(jìn)一步的，所述的第一刻蝕氣體還包含02/Ar，執(zhí)行等離子體刻蝕時(shí)反應(yīng)腔壓范圍為10 30mT，射頻(RF)功率為源功率1500 2500W，偏壓功率2000 3000W。更進(jìn)一步，所述的刻蝕氣體C4F6的流量范圍為20 26SCCm。O2的流量范圍為10 18sccm, Ar的流量范圍為400 600sccm。參考附圖9，進(jìn)行過(guò)刻蝕，去除殘留的第一底部抗反射層，至大小不同的多個(gè)開(kāi)口都暴露出刻蝕停止層，形成孔徑不同的多個(gè)連接孔。所述的過(guò)刻蝕工藝?yán)缡堑入x子體干法刻蝕，刻蝕氣體包含C4F8，進(jìn)一步的，所述的第一刻蝕氣體還包含02/Ar，執(zhí)行等離子體刻蝕時(shí)反應(yīng)腔壓范圍為10 30mT，射頻(RF)功率為源功率1500 2500W，偏壓功率2000 3000W。更進(jìn)一步，所述的刻蝕氣體C4F8的流量范圍為20 26SCCm。O2的流量范圍為16 24sccm, Ar的流量范圍為600 800sccm。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種連接孔的形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的表面具有金屬層；在所述的金屬層表面依次形成有刻蝕停止層，第一底部抗反射層，層間介質(zhì)層以及第二底部抗反射層； 在第二底部抗反射層上形成光阻圖案，所述光阻圖案的開(kāi)口大小不同； 以光阻為掩膜，刻蝕第二底部抗反射層至暴露出層間介質(zhì)層； 采用第一刻蝕氣體執(zhí)行第一次層間介質(zhì)層刻蝕，在層間介質(zhì)層內(nèi)形成大小不同的多個(gè)開(kāi)口，當(dāng)最大的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕； 采用第二刻蝕氣體執(zhí)行第二次層間介質(zhì)層刻蝕，當(dāng)最小的開(kāi)口暴露出第一底部抗反射層時(shí)停止刻蝕； 進(jìn)行過(guò)刻蝕，去除殘留的第一底部抗反射層，至大小不同的多個(gè)開(kāi)口都暴露出刻蝕停止層，形成孔徑不同的多個(gè)連接孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕速度與開(kāi)口大小成反比例關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層和刻蝕停止層的刻蝕選擇比為20 30 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第一刻蝕氣體包括C4F8 和 CF4。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第一刻蝕氣體還包含O2和Ar。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的C4F8的流量為40 50sccm, CF4 的流量為 15 20sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第二刻蝕氣體包括 C4F60
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第二刻蝕氣體還包括O2和Ar。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的C4F6的流量為20 26sccm0
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的層間介質(zhì)層為氧化娃，所述的第一底部抗反射層為氮氧化娃或者氮化娃。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的連接孔的形成方法，其特征在于，所述的第二底部抗反射層為氮氧化硅或者氮化硅，所述的刻蝕停止層為氮化鈦或者鈦和氮化鈦的復(fù)合層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連接孔的制作方法，采用兩種互相補(bǔ)償?shù)牡谝豢涛g氣體和第二刻蝕氣體，執(zhí)行兩次刻蝕工藝對(duì)層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕以形成連接孔，所述的第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體對(duì)層間介質(zhì)層的刻蝕速度與開(kāi)口大小成反比例關(guān)系，所述方法通過(guò)第一刻蝕氣體和第二刻蝕氣體的互相補(bǔ)償，能夠消除孔徑有較大差別的連接孔在刻蝕時(shí)的負(fù)載效應(yīng)，使最終形成的不同孔徑的連接孔刻蝕深度基本上相同，避免了大孔徑的連接孔由于刻蝕速度快而刻破刻蝕停止層的缺陷，從而避免連接電阻的過(guò)大變化，擴(kuò)大了連接孔刻蝕工藝窗口。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102623396SQ20121011413
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者李程, 楊渝書, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司