专利名称：提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及一种通孔刻蚀方法，特别涉及一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方 法。它用于集成电路制造技术中的干法刻蚀领域。
背景技术：
随着半导体技术发展，对器件性能的要求越来越高，对工艺的严格控制变得更为 重要。其中，通孔作为金属互连层的通道，在器件结构组成中具有重要作用。随着半导体器 件尺寸逐渐减少，通孔尺寸也随之减小，然而需要开通孔的介质层并不能与通孔尺寸同比 例缩小，所以通孔的深宽比越来越大。常规的通孔刻蚀方法采用各向异性的干法刻蚀工艺， 结果使通孔的侧壁非常陡直，使得铝金属互连层在通孔台阶处的覆盖率很低，如附图1所 示。这样的通孔在大电流下极易产生电迁移，从而造成整个集成电路失效。为解决这一问题，目前通常采用的方法是改变通孔的结构，使通孔开口具有一定 斜度，使其达到改善铝金属互连层的覆盖率的效果。要制造这种开口具有一定斜度的通孔 现有多种工艺，目前一般采用各向同性和各向异性刻蚀工艺相结合的方法，使其形成有斜 度和垂直侧壁相结合的通孔。如专利文献1 美国专利 US5453403 (S^tember 26，1995，发明人-Meng Teo Y.， Lianjun Liu) Method of beveled contact opening formation,它白勺通孑L刻t虫方法为，首 先，利用CHF3和CF4的气体进行刻蚀，形成垂直侧壁的开口，部分穿过介质层；其次，利用HF 进行各向同性刻蚀，将通孔顶部变宽；最后，用氧和CF4进行溅射刻蚀，完成通孔底部刻蚀， 打开通往下层金属接触区的通孔。但这种方法有许多道工序，需要多个处理机台，生产成本 高，生产效率低。如专利文献2 美国专利 US5420078(May 30，1995，发明人-Sikora Robert Μ) Method for producing via holes in integrated circuit layers,它的通孑L亥1J烛方法如 图2所示。首先，用各向同性的HF刻蚀方法，在通孔顶部形成有一定斜度的开口 ；接着，用 各向异性刻蚀形成一通向下层金属的直壁开口。但它还是需要两个处理机台，一个用于HF 刻蚀，一个用于各向异性刻蚀，且该方法形成的通孔，由于其通孔顶部轮廓圆滑度不够，因 此，在通孔台阶处的金属覆盖率也不高。
发明内容
为克服常规的通孔刻蚀方法的台阶金属覆盖率很低的问题，本发明提供一种提高 台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，且本发明方法所需工艺设备少，生产效率提高，生产成本 降低。为实现上述目的，本发明解决上述技术问题所采取的技术方案在于本发明的一种 提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，包括步骤1)准备硅衬底，并在硅衬底上淀积介质层；2)在所述介质层上均勻涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层；
3)根据实际通孔的需要，采用光刻曝光技术，图案化所述牺牲层，在牺牲层上形成 通孔图案；4)等离子体刻蚀所述介质层，形成通孔；5)去除所述牺牲层。在步骤3)中，通过调整光刻的曝光显影及高温坚膜条件，将所述牺牲层的图形边 缘倾斜度降低，使其顶部变得圆滑。在步骤4)中，以所述图案化的牺牲层为掩蔽层，调整等离子体刻蚀机的腔室压 力、功率、气体类型及流量等工艺参数，进行通孔刻蚀，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓 圆滑的介质通孔。所述介质层为二氧化硅层。所述的刻蚀气体为CF4和He。有益效果与常规的通孔刻蚀方法相对比，本发明的一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方 法具有以下优点1.通过调整本发明方法中的牺牲层，即光致抗蚀剂的曝光显影及高温坚膜条件， 并结合等离子体刻蚀工艺，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔，使铝金属 互连层在通孔台阶处的覆盖率大大提高。常规通孔刻蚀方法的通孔台阶金属覆盖率一般较 低，而本发明方法的台阶金属覆盖率可达到90 %以上。2.本发明方法，通过调整等离子体刻蚀工艺的工艺条件参数，在一台工艺设备即 刻蚀机上，只用一种程序，一次性形成所需的通孔，其生产效率大大提高，生产成本大幅降 低。
图1是常规的通孔刻蚀方法所刻蚀出的通孔剖面示意图。图2是专利文献2的通孔刻蚀方法所刻蚀出的通孔剖面示意图。图3是本发明的在硅衬底上淀积介质层、牺牲层后，并图案化牺牲层、形成通孔图 案后的剖面示意图。图4是图3的硅衬底上刻蚀介质层形成通孔后的剖面示意图。图5是图4的硅衬底上去除所述牺牲层后的通孔剖面示意图。在图1-5中，101为铝金属，102为介质层，103为硅衬底，201为介质层，202为硅衬 底，301为牺牲层，302为介质层，303为硅衬底。
具体实施例方式1.准备硅衬底303，并在硅衬底上淀积介质层302 准备硅片N型，<100>晶向，厚度400 μ m，在硅片上，采用常规磁控溅射工艺，溅射 厚度为Iym的AlCu层，作为硅衬底303，然后采用常规PECVD工艺，淀积厚度为1 2μπι 的SiO2做为介质层302。2.在所述介质层302上均勻涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层301 在介质层302上采用常规涂胶工艺，均勻涂布1. 2 2 μ m的光致抗蚀剂(可根据氧化层的厚度适当调整光致抗蚀剂厚度)，做为牺牲层301。3.根据实际通孔的需要，采用光刻曝光技术，图案化牺牲层，在牺牲层上形成通孔 图案根据实际通孔的需要，采用常规的光刻曝光显影技术，图案化牺牲层。曝光采用常 规步进投影曝光机曝光，曝光量70mJ，显影采用常规的浸泡法，显影时间60s。还可根据实 际牺牲层的厚度，适当调整曝光量和显影时间。在牺牲层上形成通孔图案，并进行高温坚 膜，条件为2 4min、15(TC，使牺牲层图形边缘的倾斜度降低，达到约为70°，且使其顶部 变得圆滑。4.等离子体刻蚀介质层302，形成通孔以所述图案化的牺牲层301为掩蔽层，调整平板等离子体刻蚀机的腔室压力、功 率、气体流量等工艺参数，如下 刻蚀机的腔室的压力为2. 5Torr，功率为400W，刻蚀气体 为CF4和He，极板间距为0. 39cm，刻蚀介质层速率约为每分钟300nm，对牺牲层的选择比为 0.6 0.7。采用此程序，刻蚀介质层，保证通孔全部开出，得到开口斜度<70°且顶部轮廓 圆滑的通孔。5.去除所述牺牲层301 采用常规的氧等离子体刻蚀方法，去除牺牲层301。本发明方法中所用单项工艺，除已经作了详细描述的外，其他的，如光刻涂胶、清 洗、磁控溅射、氧等离子体刻蚀、PECVD淀积氧化层等工艺、设备及化工材料、试剂均为本领 域通用技术，不再详述。
权利要求
1.一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法，其特征在于，包括步骤1)准备硅衬底，并在硅衬底上淀积介质层；2)在所述介质层上均勻涂布光致抗蚀剂，作为牺牲层；3)根据实际通孔的需要，采用光刻曝光技术，图案化所述牺牲层，在牺牲层上形成通孔 图案；4)等离子体刻蚀所述介质层，形成通孔；5)去除所述牺牲层。
2.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，在步 骤3)中，通过调整光刻的曝光显影及高温坚膜条件，将所述牺牲层的图形边缘倾斜度降 低，使其顶部变得圆滑。
3.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，在步 骤4)中，以所述图案化的牺牲层为掩蔽层，调整等离子体刻蚀机的腔室压力、功率、气体类 型及流量等工艺参数，进行通孔刻蚀，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔。
4.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述 介质层为二氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的提高台阶金属覆盖率的的通孔刻蚀方法，其特征在于，所述 的刻蚀气体为CF4和He。
全文摘要
本发明涉及一种提高台阶金属覆盖率的通孔刻蚀方法。本发明方法通过调整牺牲层，即光致抗蚀剂的曝光显影及高温坚膜条件，在光致抗蚀剂上形成通孔图案，再以图案化的牺牲层作为掩蔽层，通过调整离子体刻蚀工艺的工艺条件参数，得到开口具有一定斜度且顶部轮廓圆滑的介质通孔。本发明方法的通孔处的台阶金属覆盖率达90％以上。本方法在一台等离子刻蚀机机上只用一种程序，一次形成通孔结构，生产效率大大提高，生产成本大幅降低。本发明方法广泛用于集成电路制造技术中的干法刻蚀领域。
文档编号H01L21/768GK102110642SQ20101058211
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者刘勇, 杨永晖, 梁涛, 王强, 王斌 申请人:中国电子科技集团公司第二十四研究所