专利名称：通孔刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，尤指一种基于金属层的通孔刻蚀方法。
背景技术：
通孔作为多层金属层间互连的通道，在器件结构组成中具有重要的作用。为了保 证器件工作的稳定性，要求填充导电材料后的通孔具有良好的导电特性，即阻值越小越好， 这使得对通孔刻蚀工艺的严格控制变得非常重要。 随着器件的密集程度和工艺的复杂程度不断增加，对通孔刻蚀工艺提出了更高的 要求。图la 图ld为现有通孔刻蚀方法的示意图，在现有技术中，通孔刻蚀是指对通孔刻 蚀结构进行刻蚀，以获得多层金属间的互连的工艺。 如图la所示，在下层金属IO材料表面形成通孔刻蚀结构，通孔刻蚀结构包括顺序 沉积的刻蚀终止层20、第一保护层30、第二保护层40、抗反射涂层50及图案化的光致抗蚀 剂层60。 其中，下层金属10可以是铜(Cu)、铝(Al)、钨(Wu)等。刻蚀终止层20的材料为 氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅(SiNC)等材料中的一种或其任 意组合。刻蚀终止层20为通孔刻蚀的停止层。第一保护层30为采用等离子增强化学气相 沉积工艺沉积的氧化物如氧化硅(Si02)。第二保护层400为采用等离子增强化学气相沉积 工艺沉积的氮氧化物如氮氧化硅(SiON)。进一步地，为保证光致抗蚀剂的吸光效果，可以增 加抗反射涂层50作为吸光层，抗反射涂层50包括深紫外线吸收氧化物(DUO)等。
对于图la所示的通孔刻蚀结构，现有通孔刻蚀方法是首先，如图lb所示，顺序刻 蚀抗反射涂层50、第二保护层40和第一保护层30，即第一次刻蚀停止在刻蚀终止层20 ;其 中在刻蚀第二保护层30时，由于存在均匀性的问题，会存在过刻蚀(over etch)。然后，如 图lc所示，移除图案化的光致抗蚀剂层60和抗反射涂层50，进行清洗。最后，如图ld所 示，刻蚀所述刻蚀终止层20以完成第二次刻蚀，形成通孔80。 在过刻蚀过程中，刻蚀终止层20的表面会受到损伤，不均匀的表面形成小丘 (hill-lock)，在接下来的移除图案化的光致抗蚀剂层60和抗反射涂层50过程中，氧气 (02)会穿过这些小丘缝隙对下层金属IO造成氧化，以下层金属IO为铜(Cu)为例，与氧气接 触的铜被氧化为氧化铜(CuO)，而这些氧化铜会在后续ST250清洗工艺中被清除掉，这样， 在铜表面会受到损伤形成一些小孔。也就是说，采用现有的通孔刻蚀方法，会对下层金属层 造成损伤。其中，ST250是一种被广泛应用于铜工艺中的清洗剂的名称，此种清洗剂在有效 清除铜的氧化物以及刻蚀工艺所产生的刻蚀副产物的同时不会对介电质和铜造成损伤。
这样的损伤会对后续工艺造成不良后果。还以下层金属为铜为例，在通孔形成之 后，为了形成焊盘或者引出线，需要先向通孔中注入一层钽/氮化钽(Ta/TaN)，再采用溅射 向通孔中注入铝(Al)，由于铜表面有孔，钽/氮化钽你能完全覆盖，导致了铝与铜的直接接 触，从而在随后的各种需要在溶液中进行的工艺流程中发生电化学反应，此种电化学反应 会不断造成铝的腐蚀，从而造成铝的缺陷，影响到了随后工艺的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通孔刻蚀方法，避免下层金属层的损 伤，保证后续工艺的可靠性。 为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的 —种通孔刻蚀方法，在下层金属表面顺序沉积的刻蚀终止层、第一保护层、第二保 护层及图案化的光致抗蚀剂层的通孔刻蚀结构，还包括 顺序刻蚀第二保护层和部分第一保护层；移除图案化的光致抗蚀剂层，进行清洗；
刻蚀剩余的第一保护层和刻蚀终止层。 所述下层金属为铜、铝或者钨。 所述剩余的第一保护层和刻蚀终止层的厚度之和为1000 1500埃。 所述第一保护层的厚度为3000埃 10000埃；所述第二保护层的厚度为3000
埃 10000埃。 所述刻蚀终止层的厚度为700埃，所述第一保护层和第二保护层的厚度均为4000 埃；所述剩余的第一保护层和刻蚀终止层的厚度之和为1000埃。 由上述技术方案可见，本发明形成包括在下层金属表面顺序沉积的刻蚀终止层、 第一保护层、第二保护层及图案化的光致抗蚀剂层的通孔刻蚀结构，第一次刻蚀停止在第 一保护层中；然后移除图案化的光致抗蚀剂层，进行清洗；最后，刻蚀第一保护层和刻蚀终 止层。由于完成第一次刻蚀后，停止层的厚度包括刻蚀终止层和剩余的第一保护层之和，虽 然剩余的第一保护层的表面也会同样受到损伤，形成不均匀的表面，但是，在接下来的移除 图案化的光致抗蚀剂层和抗反射涂层过程中，氧气的能量不足以穿过这些小丘缝隙对下层 金属100造成氧化，所以，下层金属层不会被损伤，从而避免了下层金属被氧化而形成的缺 陷，保证了后续工艺的可靠性。
图la 图ld是说明现有技术通孔刻蚀方法的示意图；
图2a 图2d是说明本发明通孔刻蚀方法的示意图。
具体实施例方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施 例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。 因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的 限制。 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要 求书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 精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 应用本发明方法对通孔刻蚀结构进行刻蚀的步骤包括下层金属表面形成包括顺 序沉积的刻蚀终止层、第一保护层、第二保护层及图案化的光致抗蚀剂层的通孔刻蚀结构， 第一次刻蚀停止在第一保护层中；然后移除图案化的光致抗蚀剂层，进行清洗；最后，刻蚀第一保护层和刻蚀终止层。 图2a所示通孔结构仅用于举例的目的，通孔刻蚀结构还可包含其它公知的附加 层；此外，图示各层也不是都必须存在的，如抗反射涂层即可根据实际需要使用；图示各层 可部分或全部用其它不同层代替。 本发明可应用在其它任意用于刻蚀通孔的通孔刻蚀结构中，只要第一次刻蚀停止 在刻蚀终止层之上的保护层即可。 下面以图2a所示通孔刻蚀结构，对本发明通孔刻蚀步骤描述如下
首先，如图2b所示，顺序刻蚀抗反射涂层500、第二保护层400和第一保护层300， 其中对第一保护层300只进行部分刻蚀，也就是说，第一次刻蚀停止在第一保护层中；然 后，如图2c所示，移除图案化的光致抗蚀剂层600和抗反射涂层500，进行清洗；最后，如图 2d所示，刻蚀剩余的第一保护层300和刻蚀终止层200，以完成第二次刻蚀，形成通孔800。
从本发明通孔可是方法可见，由于完成第一次刻蚀后，停止层的厚度包括刻蚀终 止层和剩余的第一保护层之和，虽然剩余的第一保护层的表面也会同样受到损伤，形成不 均匀的表面，但是，在接下来的移除图案化的光致抗蚀剂层和抗反射涂层过程中，氧气的能 量不足以穿过这些小丘缝隙对下层金属100造成氧化，所以，下层金属层不会被损伤，从而 避免了下层金属被氧化而形成的缺陷，保证了后续工艺的可靠性。 需要说明的是，刻蚀终止层和剩余的第一保护层的厚度之和只要满足氧气的能量 不足以对下层金属100造成氧化即可，具体可通过实验获得。
下面举实施例进行详细描述。 如图2a，首先，提供下层金属100，下层金属100可以为铜、铝或者钨等；接着，利用 低压化学气相淀积工艺(LPCVD)、等离子增强化学气相淀积(PECVD)或原子层化学气相淀 积(ALCVD)工艺，在下层金属100上淀积刻蚀终止层200，厚度700 1500埃，如700埃。刻 蚀终止层200可以是如氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅(SiNC)等 材料中的一种或其任意组合；随后，再利用高密度等离子体减压(HDPCVD)或PECVD在刻蚀 终止层200表面顺序形成第一保护层300和第二保护层400，第一保护层300可以是如氧化 硅(Si02)，厚度为3000埃到10000埃，如4000埃，第二保护层400可以是氮氧化硅(SiON)， 厚度3000埃到10000埃，为如4000埃。 随后，在第二保护层400表面涂布光刻胶层并进行曝光、显影等光刻工艺以形成 定义沟槽位置，具有开口的光刻胶图形，这步工艺完全采用现有方法且与本发明没有关系， 因此在图中未示出，这里也不再详述。 如图2b，利用反应离子刻蚀(RIE)或等离子刻蚀工艺经光刻胶图形的开口刻蚀第
二保护层400和第一保护层300，对第一保护层300采取不完全刻蚀，剩余的第一保护层
300的厚度加上刻蚀终止层200的厚度为1000 1500埃，如1000埃。 在第一次刻蚀过程中，因为第一保护层300留有剩余未刻蚀的部分，停止层的厚
度包括刻蚀终止层和剩余的第一保护层之和，虽然剩余的第一保护层的表面也会同样受到
损伤，形成不均匀的表面，但是刻蚀终止层200的表面是均匀的。 如图2c ，移除图案化的光致抗蚀剂层600和抗反射涂层500 ，进行清洗；最后，如图
2d所示，刻蚀剩余的第一保护层300和刻蚀终止层200，以完成第二次刻蚀。 在图2a 图2d中，没有全部示出通孔结构形成中的所有工艺，因为没有示出的工艺是本领域技术人员公知的，且与本发明所要解决的问题不相关的工艺。但是，这并不意味 着限定本发明通孔结构形成的方法，这里只是一个简单图示而已。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种通孔刻蚀方法，在下层金属表面顺序沉积的刻蚀终止层、第一保护层、第二保护层及图案化的光致抗蚀剂层的通孔刻蚀结构，其特征在于，还包括顺序刻蚀第二保护层和部分第一保护层；移除图案化的光致抗蚀剂层，进行清洗；刻蚀剩余的第一保护层和刻蚀终止层。
2. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述下层金属为铜、铝或者钨。
3. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述剩余的第一保护层和刻蚀 终止层的厚度之和为1000 1500埃。
4. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一保护层的厚度为3000 埃 10000埃；所述第二保护层的厚度为3000埃 10000埃。
5. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀终止层的厚度为700 埃，所述第一保护层和第二保护层的厚度均为4000埃；所述剩余的第一保护层和刻蚀终止 层的厚度之和为1000埃。
全文摘要
本发明公开了一种通孔刻蚀方法，下层金属表面形成包括顺序沉积的刻蚀终止层、第一保护层、第二保护层及图案化的光致抗蚀剂层的通孔刻蚀结构，第一次刻蚀停止在第一保护层中；然后移除图案化的光致抗蚀剂层，进行清洗；最后，刻蚀第一保护层和刻蚀终止层。由于完成第一次刻蚀后，停止层的厚度包括刻蚀终止层和剩余的第一保护层之和，虽然剩余的第一保护层的表面也会同样受到损伤，形成不均匀的表面，但是，在接下来的移除图案化的光致抗蚀剂层和抗反射涂层过程中，氧气的能量不足以穿过这些小丘缝隙对下层金属100造成氧化，所以，下层金属层不会被损伤，从而避免了下层金属被氧化而形成的缺陷，保证了后续工艺的可靠性。
文档编号H01L21/768GK101777511SQ200910045140
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者康劲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司