专利名称：导电结构及焊盘的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种导电结构及焊盘的形成方法。
背景技术：
半导体集成电路的制作是极其复杂的过程，其目的在于将特定电路所需的各种电 子组件和线路，縮小制作在小面积的硅片上，并且各个组件必须藉由适当的内连导线来作 电性连接，才能发挥所期望的功能。 随着集成电路的制作向超大规模集成电路(ULSI)发展，内部的电路密度越来越 大，所含元件数量不断增加，使得晶片的表面无法提供足够的面积来制作所需的互连线 (Interco皿ect)。因此，为了配合元件縮小后所增加的互连线需求，两层以上的多层金属互 连线的设计，便成为超大规模集成电路技术所必须采用的方法。目前，不同金属层之间(或 底层晶体管与金属互连线之间)的导通，是通过在两层金属层之间(或底层晶体管与金属 互连线之间)的绝缘层挖一开口并填入导电材料，形成导通两金属层的各种导电结构(如 接触孔、通孔或双镶嵌结构)而实现的。该导电结构的形成质量对于电路的性能影响很大， 如果导电结构的形成质量较差，会导致电路整体电阻值上升，严重时器件将不能正常工作。
图1到图4是说明现有的一种导电结构——通孔的器件剖面示意图。其中，图1 为现有的通孔形成过程中形成层间介质层后的器件剖面示意图，如图1所示，在衬底100内 已形成了下层导电结构110，为了实现该层电路与上层电路间的电连接，需要在其上形成通 孔。通常，先在衬底100上生长一层刻蚀停止层101，其可以为氮化硅层或碳化硅层。该刻 蚀停止层101的刻蚀速率要明显低于层间介质层102，以确保在刻蚀通孔开口时能较为均 匀地停止于该刻蚀停止层101内。然后，在该刻蚀停止层101上再生长用于层间电绝缘的 层间介质层102。 图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图，如图2所示，利 用光刻工艺在层间介质层102表面上定义通孔图形105。 图3为现有的通孔形成过程中形成通孔开口后的器件剖面示意图，如图3所示， 用光刻胶定义通孔图形105后，可以利用干法刻蚀技术在层间介质层102内形成通孔开口 107。由于下层的刻蚀停止层101的刻蚀速率要远小于层间介质层102的刻蚀速率，本步刻 蚀会停止于刻蚀停止层101内。 图4为现有的通孔形成过程中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意图，如图4所示， 层间介质层102刻蚀完成后，还需要将通孔开口 107底部残留的刻蚀停止层101去除，以曝 露下层导电结构IIO，本步骤通常可称为停止层去除步骤(LRM， Liner Removal)。
本步的LRM步骤通常是利用干法刻蚀工艺实现，实际操作中，本步刻蚀过程较难 控制，常出现一些缺陷如在刻蚀停止层的侧壁处(即通孔侧壁下方处)出现凹陷问题 (undercut或pull back)，如图4中凹陷120所示；或者是刻蚀停止层101未被完全去除， 下层导电结构110未完全曝露等问题。图5为利用现有的形成方法形成通孔时在侧壁处出 现凹陷问题的器件剖面图，如图5所示，在刻蚀停止层处的侧壁出现了凹陷510。
尤其是65nm以下技术节点中，刻蚀停止层101通常由较为薄弱的掺氮的碳化硅形 成，其对工艺控制的要求更为严格，本步刻蚀出现上述缺陷的问题也更为严重。而一旦出现 该类缺陷问题，将直接影响到后面通孔(或说导电结构)的形成质量，进而影响到集成电路 内的电连接质量，令器件的性能变差甚至失效。 于2008年7月30日公开的公开号为CN101231968A的中国专利申请公开了一种 镶嵌内连线结构与双镶嵌工艺，其利用四氟化碳及三氟化氮气体等离子体为LRM中的刻蚀 气体，以解决镶嵌结构中由于对不准而导致的在下层介质层中形成凹槽的问题。但该申请 对于上述因LRM步骤控制不当而在导电结构内出现缺陷的问题没有提出有效的解决办法。
发明内容
本发明提供一种导电结构及焊盘的形成方法，以改善现有导电结构或焊盘内易出 现缺陷的现象。
为达到上述目的，本发明提供的一种导电结构的形成方法，包括步骤 提供已形成下层导电结构的衬底； 在所述衬底上依次形成刻蚀停止层和层间介质层； 在所述层间介质层上定义导电结构开口图形； 以所述导电结构开口图形为掩膜，刻蚀所述层间介质层形成导电结构开口 ；
刻蚀所述导电结构开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在 15sccm至25sccm之间5 在所述导电结构开口内填充金属，形成导电结构。 其中，在刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还对所述衬底进行了原位氢等离子体处理。 本发明具有相同或相应技术特征的另一种焊盘的形成方法，包括步骤
提供已形成下层导电结构的衬底；
在所述衬底上形成刻蚀停止层；
在所述刻蚀停止层上形成钝化层；
在所述钝化层上定义焊盘开口图形； 以所述焊盘开口图形为掩膜，刻蚀所述钝化层形成焊盘开口 ； 刻蚀所述焊盘开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在 15sccm至25sccm之间5 在所述焊盘开口内覆盖铝金属，形成焊盘。 其中，在刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还对所述衬底进行了原位氢等离子体处理。 与现有技术相比，本发明具有以下优点 本发明的导电结构及焊盘的形成方法，对去除刻蚀停止层时的刻蚀工艺进行了优 化，使用氧气代替传统的氢气作为刻蚀气体，并将氧气流量严格限制在15至25sccm之间。 一方面使得层间介质层或钝化层与刻蚀停止层间的选择比最为合适，另一方面还可以利用 氧气在刻蚀过程中对聚合物的多少进行调整，从上述两个方面确保得到更为理想的导电结 构开口或焊盘开口的侧壁形状。此外，还可以利用氧气在刻蚀的同时清除部分聚合物，使得
4刻蚀过程中仅有少量聚合物沉积在开口底部或基本没有，从而得到更为干净的导电结构开口或焊盘开口。利用本发明的导电结构及焊盘的形成方法，可以提高导电结构或焊盘的形成质量，有效改善器件的电性能。 本发明的导电结构及焊盘的形成方法的其中一个实施例中，还在刻蚀去除刻蚀停止层后加入了原位氢等离子体处理步骤，对刻蚀过程中可能被部分氧化的下层导电结构的表面进行去氧化处理，进一步提高了导电结构或焊盘的形成质量，进一步改善了器件的电性能。
图1为现有的通孔形成过程中形成层间介质层后的器件剖面示意图； 图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图； 图3为现有的通孔形成过程中形成通孔开口后的器件剖面示意图； 图4为现有的通孔形成过程中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意图； 图5为利用现有的形成方法形成通孔时在侧壁处出现凹陷问题的器件剖面图； 图6为说明本发明第一实施例的通孔形成方法的流程图； 图7至图9为说明本发明第一实施例的通孔形成方法的器件剖面示意图； 图10为说明本发明第二实施例的焊盘形成方法的流程图； 图11至图16为说明本发明第二实施例的焊盘形成方法的器件剖面示意图； 图17为利用本发明第二实施例方法形成的焊盘开口剖面图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。 本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许多适当的材料
制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域
内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。 其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说
明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此
外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 为了提高导电结构(或焊盘)的形成质量，本发明对导电结构(或焊盘)的形成
方法进行了改进，提出了一种导电结构的形成方法，包括步骤 提供已形成下层导电结构的衬底； 在所述衬底上依次形成刻蚀停止层和层间介质层； 在所述层间介质层上定义导电结构开口图形； 以所述导电结构开口图形为掩膜，刻蚀所述层间介质层形成导电结构开口 ；
刻蚀所述导电结构开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在15sccm至25sccm之间5 在所述导电结构开口内填充金属，形成导电结构。 其中，所述刻蚀过程中加入的含碳氟气体的流量在30sccm至80sccm之间。且在
5所述刻蚀过程中还加入了惰性气体，所述惰性气体的流量可以在150sccm至250sccm之间。
其中，刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还进行了原位氢等离子体处理，且所述原位 氢等离子体处理时通入氢气的流量在300sccm至800sccm之间。 其中，所述刻蚀及原位氢等离子体处理过程中的腔室压力在5mTorr至20mTorr之 间。 本发明还提出了一种焊盘的形成方法，包括步骤
提供已形成下层导电结构的衬底；
在所述衬底上形成刻蚀停止层；
在所述刻蚀停止层上形成钝化层；
在所述钝化层上定义焊盘开口图形； 以所述焊盘开口图形为掩膜，刻蚀所述钝化层形成焊盘开口 ； 刻蚀所述焊盘开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在 15sccm至25sccm之间5 在所述焊盘开口内覆盖铝金属，形成焊盘。 其中，所述刻蚀过程中加入的含碳氟气体的流量在30sccm至80sccm之间。 其中，刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还对所述衬底进行了原位氢等离子体处理，
所述原位氢等离子体处理时通入氢气的流量在300sccm至800sccm之间。其中，所述刻蚀及原位氢等离子体处理过程中的腔室压力在5mTorr至20mTorr之间。 本发明提出的导电结构或焊盘的形成方法主要是对其中去除刻蚀停止层的步骤 (LRM步骤)进行了工艺优化，将传统方法中通入的氢气改为氧气，且将氧气的流量严格控 制在15至25sccm，实现导电结构开口 (或焊盘开口)的侧壁形状良好，残留聚合物较少，进 而实现导电结构(或焊盘)形成质量的提高。 本发明中的导电结构具体可以包含多种结构，如接触孔、通孔或双镶嵌结构等中 的任一种。下面通过第一实施例详细介绍利用本发明的导电结构形成方法形成通孔的具体 过程。 第一实施例 图6为说明本发明第一实施例的通孔形成方法的流程图，图7至图9为说明本发 明第一实施例的通孔形成方法的器件剖面示意图，下面结合图6至图9对本发明的第一实 施例进行详细说明。 步骤601 :提供已形成下层导电结构的衬底。 本实施例中衬底内已形成的下层导电结构为铜金属连线结构，其可以与再下一层 的金属连线结构相连通，也可以与下层的金属氧化物半导体晶体管的导电结构相连通。
步骤602 :在所述衬底上依次形成刻蚀停止层和层间介质层。 图7为本发明第一实施例的通孔形成方法中形成层间介质层后的器件剖面示意 图，如图7所示，在衬底700内已形成了下层导电结构710，在形成了下层导电结构710的衬 底上又依次形成了刻蚀停止层701和层间介质层702。 因器件密集度不同的区域之间以及中心区域和边缘区域之间的刻蚀速率有较大 差别；或因刻蚀去除的各层在沉积时出现了厚度不均匀一致的情况，都会导致同一衬底上
6不同区域的刻蚀结果不一致。为了避免上述问题，确保后面刻蚀层间介质层702时能得到较为均匀一致的刻蚀结果，可以在沉积层间介质层702之前先在衬底上形成一层刻蚀停止层701。该刻蚀停止层701选用的材料需要与其后形成的层间介质层702选用的材料不同，且刻蚀速率要慢得多。 本实施例中，层间介质层702选用了低介电常数的氧化硅材料，如，可以是黑钻石(BD)材料，则刻蚀停止层701可以选用氮化硅、氮氧化硅或碳化硅等材料。具体在本实施例中，选用了氮化硅材料，其在氧化硅的刻蚀条件下具有较低的刻蚀速率，可以确保对层间介质层702的刻蚀能较为均匀一致地停止于刻蚀停止层701中，防止下层导电结构710受到损伤。 通常情况下，刻蚀停止层701的厚度可以设置在300A至600A之间，层间介质层
702的厚度则至少需要在3000A以上，如5000A、8000A、15000A等。其中，具体的刻蚀停
止层701的厚度的设置与其和层间介质层702的刻蚀速率差、层间介质层702的刻蚀深度
等有关。当二者的刻蚀速率差较大或层间介质层702的刻蚀深度较小时，可以将刻蚀停止
层701的厚度设置得较小，反之则需要设置得较大。 步骤603 :在所述层间介质层上定义通孔开口图形。 在层间介质层702上覆盖光刻胶，再利用光刻工艺形成通孔开口图形。 步骤604 :以所述通孔开口图形为掩膜，刻蚀所述层间介质层形成通孔开口 。 图8为本发明第一实施例的通孔形成方法中形成通孔开口后的器件剖面示意图，
如图8所示，利用光刻胶形成的通孔开口图形为掩膜，刻蚀层间介质层702，在其内形成通
孔开口 707。由于刻蚀停止层701的刻蚀速率要远小于层间介质层702的刻蚀速率，本步刻
蚀会停止于刻蚀停止层701内。 本步刻蚀完成后，在衬底上通常会残留部分光刻胶705，在形成的通孔开口 707侧壁上也会附着一些聚合物。接着，可以进行去除残留光刻胶705及本步刻蚀中产生的聚合物(图中未示出)的操作。该操作通常可以利用微波在较高温度下进行，也可以利用专门的灰化去胶机进行。 在去除残留的光刻胶705后，还可以加入一步湿法清洗步骤，以去除光刻胶残渣及残留的聚合物。该清洗操作可以利用SC1清洗液完成。 步骤605 :刻蚀所述通孔开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在15至25sccm之间。 本步刻蚀可以利用感应耦合等离子体刻蚀机(Inductive CoupledPlasma， ICP)完成。 本实施例中，为了克服现有技术中通孔中易出现的缺陷，对刻蚀机理进行了深入分析。认为出现缺陷的原因是现有技术中利用含碳氟气体及氢气作为刻蚀气体，虽然在刻蚀过程中加入氢气在一定程度上可以增大层间介质层702和刻蚀停止层701之间的选择比，但是，其通常会导致刻蚀时产生的聚合物等难以去除，使得形成的通孔开口质量较差，器件电性能也受到明显影响。 为此，本实施例中使用氧气代替传统的氢气作为刻蚀气体，但采用氧气后，层间介质层702和刻蚀停止层701之间的选择比较难控制，易出现缺陷。 现有技术中，在刻蚀中通入氧气的流量通常会较小或较大，如在刻蚀氮化硅等材料时有时会通入少量氧气，其常用流量也仅在10sccm左右，甚至更小，以得到较大的刻蚀 速率。但实验发现，在去除刻蚀停止层701时，若氧气用量较少，则刻蚀停止层701(本实施 例中为氮化硅材料)的刻蚀速率会过快于层间介质层702 (本实施例中为氧化硅材料)，因 此，若采用现有的刻蚀氮化硅的常规用量，则会形成图5中所示的凹陷510。
另外，现有技术中，在刻蚀去除光刻胶时通常会选择较大的氧气流量，如在数百 sccm以上。但实际操作中发现，如果氧气用量太多，氮化硅的蚀刻速率会小于氧化硅，此时， 为了确保作为刻蚀停止层701的氮化硅材料被完全刻蚀去除，会有更多的由氧化硅材料形 成的层间介质层702被去除(注意到此时层间介质层702上已没有光刻胶保护，其会损失 较多)，而层间介质层702的厚度是有要求的，不能过薄，这就使得刻蚀去除刻蚀停止层701 时只能设置较小的过刻蚀率(过刻蚀时间与主刻蚀时间之间比值)，结果很容易导致有部 分通孔未刻蚀到位，使通孔电阻值较大，器件电性能较差。 但经过实验分析后，发现如果采用某一小范围内的氧气流量仍可以得到满意的结 果。如，将氧气流量严格限制在15至25sccm之间，一方面可以得到较为合适的层间介质层 702与刻蚀停止层701之间的刻蚀选择比，另一方面还可以因引入氧气而实现在刻蚀过程 中对聚合物的多少的调整，从而从上述两个方面确保了能得到更为理想的通孔开口 。
此外，还可以利用氧气在刻蚀的同时清除部分聚合物，使得刻蚀过程中仅有少量 聚合物沉积在开口底部或基本没有，从而得到更为干净的通孔开口。利用本实施例中的通 孔形成方法，可以提高通孔的形成质量，有效改善器件的电性能。 优化后的本步刻蚀的工作条件可以设置为将待刻蚀的衬底放入等离子体刻蚀设 备中，抽真空，通入刻蚀气体及辅助气体，在室温下(通常为25t:左右)进行等离子体刻 蚀处理。其中，腔室压力可以设置在5至20mTorr之间，如为5mTorr、 10mTorr、 15mTorr或 20mTorr等；刻蚀功率调节至200至600W之间，如为200W、300W、400W或600W等。
刻蚀过程中通入的氧气流量严格控制在15至25sccm之间，如为15sccm、 18sccm、 22sccm或25sccm等。同时通入的含碳氟的刻蚀气体，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3等，流量 设置在30至80sccm之间，如为30sccm、40sccm、50sccm、60sccm、70sccm或80sccm等。
本实施例中，该阶段还加入了辅助气体，如氩气，其流量可以在150至250sccm之 间，如为150sccm、180sccm、200sccm或250sccm等。该辅助气体一方面可以调节腔室内刻 蚀气体的浓度，进而改变刻蚀速率；另一方面也可以用来调整腔室的压力，令其保持在设定 值。 图9为本发明第一实施例的通孔形成方法中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意 图，如图9所示，去除刻蚀停止层701后，原本残留的光刻胶705被去除，通孔开口 707底部 的刻蚀停止层701被去除。 在刻蚀去除刻蚀停止层701后，本实施例中还加入了一步原位的氢等离子体处理 步骤，以对刻蚀过程中可能被部分氧化的下层导电结构710的表面进行去氧化处理，进一 步提高通孔的形成质量。 本实施例中，该步与去除刻蚀停止层701在同一刻蚀设备中完成的原位氢等离子 体处理步骤的工艺条件如下维持腔室的温度不变，腔室压力仍可设置在5至20mTorr之 间，刻蚀功率也可以与上一阶段保持相同，如可以仍保持在200至600W之间，如为200W、 300W、400W或600W等。停止上一阶段通入的刻蚀气体及辅助气体，改为仅通入氢气，其流量可以设置在300至800sccm之间，如为300sccm、500sccm、600sccm或800sccm等。
本实施例中，在刻蚀去除刻蚀停止层701时，还可以加一定的偏置电压(bias power),以令腔室内的等离子体的轰击具有一定的方向性，提高去除光刻胶或刻蚀停止层 的效率(该偏置电压通常可以设置在100至200W之间)。而在进行氢等离子体处理时，通 孔开口 707底部已曝露出下层导电结构710，且其目的仅在于利用氢等离子体对该下层导 电结构710表面进行去氧化处理。为防止氢等离子体损伤已曝露在外的下层导电结构710， 本实施例中，在该步氢等离子体处理步骤中未施加偏置电压。
步骤606 :在所述通孔开口内填充金属，形成通孔。 本实施例中，在该通孔开口内填充的金属可以是铜金属、钨金属或铝金属等。其既 可以利用物理气相沉积的方法形成，也可以利用电镀的方法形成。 在本发明的其它实施例中，还可以利用本发明的导电结构的形成方法形成接触孔
或双镶嵌结构等其它导电结构，具体地，可以利用上述去除通孔结构中的刻蚀停止层的方
法去除接触孔或双镶嵌结构中的刻蚀停止层，同样可以达到提高接触孔或双镶嵌结构的形
成质量，提高器件电性能的目的。其具体实施步骤与思路均和本实施例相似，在本发明第一
实施例的启示下，这一应用的延伸对于本领域普通技术人员而言是易于理解和实现的，在
此不再赘述。
第二实施例 图10为说明本发明第二实施例的焊盘形成方法的流程图，图11至图16为说明本 发明第二实施例的焊盘形成方法的器件剖面示意图，下面结合图IO至图16对本发明的第 二实施例进行详细说明。
步骤1001 :提供已形成下层导电结构的衬底； 本实施例中衬底内已形成的铜导电结构为顶层的铜金属连线结构，其可以与下层 的铜金属连线结构相连通，也可以与下层的金属氧化物半导体晶体管的导电结构相连通。
图11为本发明第二实施例的焊盘形成方法中提供的衬底的剖面示意图，如图11 所示，在衬底1101内已形成了导电结构1102，本实施例中，衬底1101内的导电结构1102为 与下层的铜金属连线结构相连通的顶层金属连线结构，其可以由铜金属形成。
步骤1002 :在所述衬底上形成刻蚀停止层。 因器件密集度不同的区域之间以及中心区域和边缘区域之间的刻蚀速率有较大
差别；或因刻蚀去除的各层在沉积时出现了厚度不均匀一致的情况，都会导致同一衬底上
不同区域的刻蚀结果不一致。为了避免上述问题，确保后面刻蚀钝化层时能得到较为均匀
一致的刻蚀结果，可以在沉积钝化层之前先在衬底上形成一层刻蚀停止层。 图12为本发明第二实施例的焊盘形成方法中形成刻蚀停止层后的器件剖面示意
图，如图12所示，在衬底上形成了刻蚀停止层1103，该刻蚀停止层1103选用的材料需要与
钝化层选用的材料不同，且刻蚀速率要慢得多。 本实施例中，钝化层选用了氧化硅材料，则刻蚀停止层1103可以选用氮化硅、氮 氧化硅或碳化硅等材料。具体在本实施例中，选用了氮化硅材料，其在氧化硅的刻蚀条件下 具有较低的刻蚀速率，可以确保对钝化层的刻蚀能较为均匀一致地停止于刻蚀停止层1103 中，防止下层的导电结构1102受到损伤。 通常情况下，刻蚀停止层1103的厚度可以设置在300A至600A之间。具体的刻蚀停止层的厚度的设置与其和钝化层的刻蚀速率差、钝化层的刻蚀深度等有关。当二者的刻 蚀速率差较大或钝化层的刻蚀深度较小时，可以将刻蚀停止层的厚度设置得较小，反之则 需要设置得较大。
步骤1003 :在所述刻蚀停止层上形成钝化层。 图13为本发明第二实施例的焊盘形成方法中形成钝化层后的器件剖面示意图， 如图13所示，在刻蚀停止层1103上形成了钝化层1105。该钝化层的作用是在衬底上的 非电连接区域形成绝缘介质层，以保护非电连接区域，并将各焊盘隔离开。该钝化层1105
通常可以由氧化硅或氮氧化硅材料形成，其厚度通常至少需要在3000A以上，如5000A、 8000A、 15000A等。
步骤1004 :在所述钝化层上形成焊盘开口图形。 在钝化层1105上覆盖光刻胶，再利用光刻工艺形成焊盘开口图形。 步骤1005 :刻蚀所述钝化层形成焊盘开口 。 图14为本发明第二实施例的焊盘形成方法中形成焊盘开口后的器件剖面示意 图，如图14所示，利用光刻胶形成的焊盘开口图形为掩膜，刻蚀钝化层1105，在其内形成焊 盘开口 1108。在本步刻蚀完成后，在衬底上仍会残留部分光刻胶1106，且在焊盘开口 1108 的侧壁上会附着一些聚合物1110。 接着，可以进行去除残留光刻胶1106及本步刻蚀中产生的聚合物1110的操作。该 操作通常可以利用微波在较高温度下进行，也可以利用专门的灰化去胶机进行。
在去除残留的光刻胶1106后，还可以加入一步湿法清洗步骤，以去除光刻胶残渣 及残留的聚合物。该清洗操作可以利用SC1清洗液完成。 步骤1006 :刻蚀所述焊盘开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气 流量在15至25sccm之间。 本步刻蚀可以利用感应耦合等离子体刻蚀机(Inductive CoupledPlasma， ICP)完 成。 本实施例中，为了克服现有技术中焊盘中易出现的缺陷，对刻蚀机理进行了深入 分析。使用氧气代替传统的氢气作为刻蚀气体，并对氧气的流量进行了严格的控制。
现有技术中，在刻蚀中通入氧气的流量通常会较小或较大，如在刻蚀氮化硅等材 料时有时会通入少量氧气，其常用流量也仅在10sccm左右，甚至更小，以得到较大的刻蚀 速率。但实验发现，在去除刻蚀停止层1103时，若氧气用量较少，则刻蚀停止层1103(本实 施例中为氮化硅材料)的蚀刻速率会过快于钝化层1105(本实施例中为氧化硅材料)，因 此，若采用现有的刻蚀氮化硅的常规用量，则会形成图5中所示的凹陷510。
另外，现有技术中，在刻蚀去除光刻胶时通常会选择较大的氧气流量，如在数百 sccm以上。但实际操作中发现，如果氧气用量太多，氮化硅的蚀刻速率会小于氧化硅，此 时，为了确保作为刻蚀停止层1103的氮化硅材料被完全刻蚀去除，会有更多的由氧化硅材 料形成的钝化层1105被去除(注意到此时钝化层1105上已没有光刻胶保护，其会损失较 多)，而钝化层1105的厚度是有要求的，不能过薄，这就使得刻蚀去除刻蚀停止层1103时只 能设置较小的过刻蚀率(过刻蚀时间与主刻蚀时间之间比值)，结果很容易导致有部分焊 盘开口未刻蚀到位，使焊盘开口的电阻值较大，器件电性能较差。 本实施例中将氧气流量严格限制在15至25sccm之间，一方面可以得到较为合适
10的钝化层1105与刻蚀停止层1103之间的刻蚀选择比，另一方面还可以因引入氧气而实现 在刻蚀过程中对聚合物的多少的调整，从而从上述两个方面确保了能得到更为理想的焊盘 开口。 此外，还可以利用氧气在刻蚀的同时清除部分聚合物，使得刻蚀过程中仅有少量 聚合物沉积在开口底部或基本没有，从而得到更为干净的焊盘开口。利用本实施例中的焊 盘形成方法，可以提高焊盘的形成质量，有效改善器件的电性能。 优化后的本步刻蚀的工作条件可以设置为将待刻蚀的衬底放入等离子体刻蚀设 备中，抽真空，通入刻蚀气体及辅助气体，在室温下(通常为25t:左右)进行等离子体刻 蚀处理。其中，腔室压力可以设置在5至20mTorr之间，如为5mTorr、 10mTorr、 15mTorr或 20mTorr等；刻蚀功率调节至200至600W之间，如为200W、300W、400W或600W等。
刻蚀过程中通入的氧气流量严格控制在15至25sccm之间，如为15sccm、 18sccm、 22sccm或25sccm等。同时通入的含碳氟的刻蚀气体，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3等，流量 设置在30至80sccm之间，如为30sccm、40sccm、50sccm、60sccm、70sccm或80sccm等。
本实施例中，该阶段还加入了辅助气体，如氩气，其流量可以在150至250sccm之 间，如为150sccm、180sccm、200sccm或250sccm等。该辅助气体一方面可以调节腔室内刻 蚀气体的浓度，进而改变刻蚀速率；另一方面也可以用来调整腔室的压力，令其保持在设定 值。 图15为本发明第二实施例的焊盘形成方法中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意 图，如图15所示，去除刻蚀停止层1103后，原本残留的光刻胶1106被去除，焊盘开口 1108 底部的刻蚀停止层1103被去除。 在刻蚀去除刻蚀停止层1103后，本实施例中还加入了一步原位的氢等离子体处 理步骤，以对刻蚀过程中可能被部分氧化的下层导电结构的表面进行去氧化处理，进一步 提高焊盘的形成质量。 本实施例中，该步与去除刻蚀停止层1103在同一刻蚀设备中完成的原位氢等离 子体处理步骤的工艺条件如下维持腔室的温度不变，腔室压力仍可设置在5至20mTorr 之间，刻蚀功率也可以与上一阶段保持相同，如可以仍保持在200至600W之间，如为200W、 300W、400W或600W等。停止上一阶段通入的刻蚀气体及辅助气体，改为仅通入氢气，其流量 可以设置在300至800sccm之间，如为300sccm、500sccm、600sccm或800sccm等。
本实施例中，在刻蚀去除刻蚀停止层时，还可以加一定的偏置电压(bias power), 以令腔室内的等离子体的轰击具有一定的方向性，提高去除光刻胶或刻蚀停止层的效率 (该偏置电压通常可以设置在100至200W之间)。而在进行氢等离子体处理时，焊盘开口 1108底部已曝露出下层导电结构1102，且其目的仅在于利用氢等离子体对该下层导电结 构1102表面进行去氧化处理。为防止氢等离子体损伤已曝露在外的下层导电结构1102，本 实施例中，在该步氢等离子体处理步骤中未施加偏置电压。 在刻蚀后，还可以再加入一步湿法清洗步骤，该步清洗可采用SC1等清洗液进行， 其可以将上步处理后仍残留的少量聚合物清洗去除。本实施例中采取了氢等离子体处理对 下层的铜导电结构表面进行了去氧化，确保焊盘开口 1108底部曝露的铜导电结构1102表 面基本没有形成氧化铜，因此，本步清洗不会导致现有技术中因氧化铜被去除而导致铜导 电结构1102表面粗糙的问题。
本实施例中，为防止金属铜扩散至焊盘中，在铜的导电结构1102与铝焊盘间可以 先形成一层阻挡层1107，即在所述钝化层上和所述焊盘开口内依形貌覆盖一层阻挡层。
该阻挡层1107可以采用Ta， W， Ti以及它们的氮化物TiN， WN， TaN等材料形成。 经过本实施例的氢等离子体处理后，位于阻挡层1107下的导电结构1102表面光滑，阻挡层 1107的覆盖质量得到了提高，可以更好地阻止铜金属扩散至焊盘内。
步骤1007 :在所述焊盘开口内覆盖铝金属，形成焊盘。 图16为本发明第二实施例的焊盘形成方法中形成焊盘后的器件剖面示意图，如 图16所示，利用物理气相沉积(PVD，Physical V即orD印osition)的方法，如溅射铝靶的方 法，在形成阻挡层1107后的衬底上覆盖铝金属。然后，利用光刻的方法在其上形成焊盘图 形；接着，利用刻蚀方法以光刻胶的焊盘图形为掩膜刻蚀形成焊盘1111。经过本实施例的 上述处理，所形成的焊盘质量得到了明显提高，不仅侧壁形状良好，也没有再出现铜金属扩 散至铝焊盘内的现象。 图17为利用本发明第二实施例方法形成的焊盘开口剖面图，其在去除刻蚀停止 层时所用氧气流量为20sccm，腔室压力在10mTorr，刻蚀气体CF4流量在50sccm左右，刻蚀 功率为40W。在此条件下刻蚀形成的焊盘开口如图17中圆圈1701所示，刻蚀停止层与钝化 层间侧壁基本保持了平滑的形状，所形成的焊盘开口侧壁形状良好，提高了焊盘的形成质 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技 术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保 护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
1权利要求
一种导电结构的形成方法，其特征在于，包括步骤提供已形成下层导电结构的衬底；在所述衬底上依次形成刻蚀停止层和层间介质层；在所述层间介质层上定义导电结构开口图形；以所述导电结构开口图形为掩膜，刻蚀所述层间介质层形成导电结构开口；刻蚀所述导电结构开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在15sccm至25sccm之间；在所述导电结构开口内填充金属，形成导电结构。
2. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀过程中加入的含碳氟气体的 、流量在30sccm至80sccm之间。
3. 如权利要求1或2所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀过程中还加入了惰性气体。
4. 如权利要求3所述的形成方法，其特征在于所述惰性气体的流量在150sccm至 250sccm之间。
5. 如权利要求l所述的形成方法，其特征在于刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还进行 了原位氢等离子体处理。
6. 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于所述原位氢等离子体处理时通入氢气 的流量在300sccm至800sccm之间。
7. 如权利要求5所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀及原位氢等离子体处理过程 中的腔室压力在5mTorr至20mTorr之间。
8. 如权利要求l所述的形成方法，其特征在于所述导电结构包括接触孔、通孔或双镶 嵌结构中的任一种。
9. 一种焊盘的形成方法，其特征在于，包括步骤 提供已形成下层导电结构的衬底； 在所述衬底上形成刻蚀停止层； 在所述刻蚀停止层上形成钝化层； 在所述钝化层上定义焊盘开口图形；以所述焊盘开口图形为掩膜，刻蚀所述钝化层形成焊盘开口 ；刻蚀所述焊盘开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在15sccm 至25sccm之间；在所述焊盘开口内覆盖铝金属，形成焊盘。
10. 如权利要求9所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀过程中加入的含碳氟气体的 、流量在30sccm至80sccm之间。
11. 如权利要求9所述的形成方法，其特征在于刻蚀去除所述刻蚀停止层之后，还对 所述衬底进行了原位氢等离子体处理。
12. 如权利要求11所述的形成方法，其特征在于所述原位氢等离子体处理时通入氢 气的流量在300sccm至800sccm之间。
13. 如权利要求11所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀及原位氢等离子体处理过 程中的腔室压力在5mTorr至20mTorr之间。
全文摘要
本发明公开了一种导电结构的形成方法，包括步骤提供已形成下层导电结构的衬底；在所述衬底上依次形成刻蚀停止层和层间介质层；在所述层间介质层上定义导电结构开口图形；以所述导电结构开口图形为掩膜，刻蚀所述层间介质层形成导电结构开口；刻蚀所述导电结构开口底部的刻蚀停止层，且所述刻蚀过程中加入的氧气流量在15sccm至25sccm之间；在所述导电结构开口内填充金属，形成导电结构。本发明还对应公开了一种焊盘形成方法。利用本发明的导电结构及焊盘的形成方法，可以提高导电结构或焊盘的形成质量，有效改善器件的电性能。
文档编号H01L21/768GK101728317SQ20081022480
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者孙武, 张海洋, 王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司