专利名称：通孔形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种通孔形成方法。
背景技术：
在半导体晶片制造工艺的后段，各金属层之间需要通过导线互相连通，其中，导线通常设置在介质层的通孔(Via)中。如图1所示，为一种典型的半导体晶片的剖面结构示意图，其中，101为金属层，102为刻蚀阻挡层，103为第一介质层，104为第二介质层，105为通孔，106为粘连层。其中，刻蚀阻挡层102用于作为刻蚀时的阻挡保护金属层，并防止上下层材料的交互扩散，粘连层106通常用于粘合导线材料和刻蚀阻挡层102，并作为两者之间的隔离。通常，现有技术中，在介质层中形成通孔的工艺包括以下步骤在第二介质层表面上依次通过涂布光刻胶、曝光、显影步骤形成通孔的光刻胶图形；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孔；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孔；在通孔的表面上形成粘连层。然而，应用上述现有技术，在通孔中形成导线后，存在导线电阻较高的缺陷。经发明人研究发现，产生该缺陷的主要原因是在通孔对应的刻蚀阻挡层和粘连层交界面区域， 刻蚀阻挡层和粘连层之间存在一层明显的氟层。如图2所示，为通孔对应的刻蚀阻挡层和粘连层交界面区域的局部结构示意图，其中，102为刻蚀阻挡层，105为通孔，106为粘连层， 107为氟层。由于氟层107区域的电阻较大，进而导致和后续工艺中通孔中导线的电阻过高，而较高的导线电阻会进一步的影响最终得到的半导体器件的良品率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通孔形成方法，以避免刻蚀阻挡层和粘连层之间形成氟层，进而实现减小通孔中导线的电阻，以提高半导体器件的良品率。为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案一种通孔形成方法，包括提供基底，所述基底表面上依次形成有金属层、刻蚀阻挡层、第一介质层和第二介质层；在第二介质层表面上形成通孔的光刻胶图形；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孔；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用湿法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孔。优选的，所述湿法刻蚀工艺采用对第一介质层和第二介质层具有高刻蚀选择比的刻蚀溶液。优选的，所述第一介质层为氮氧化硅介质层，所述第二介质层为氧化硅介质层，所述刻蚀阻挡层为氮化钛层。
优选的，所述刻蚀溶液为磷酸溶液。优选的，所述氧化硅介质层中含有氟元素。优选的，所述干法刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺。优选的，所述等离子体刻蚀工艺采用的刻蚀气体中含有氟元素。优选的，在第一介质层中形成通孔之后，还包括在通孔的表面上形成粘连层。优选的，在形成粘连层之后，还包括去除第二介质层表面上的光刻胶。优选的，所述粘连层为钛薄膜层，通过离子注入工艺形成。应用本发明实施例所提供的技术方案，采用湿法刻蚀工艺取代现有技术中的干法刻蚀工艺以在第一介质层中形成通孔。由于湿法刻蚀工艺是通过溶液腐蚀进行刻蚀，不存在离子撞击过程，且无需使用含氟元素的等离子气体，因此，能够有效的避免氟元素进入底层的刻蚀阻挡层中，从而避免了在后续粘连层形成时的高温环境下刻蚀阻挡层中的氟元素扩散形成氟层，使刻蚀阻挡层和粘连层之间不存在电阻较高的氟层，因此，本实施例提供的技术方案中，能够减小通孔中导线的电阻，进而提高半导体器件的良品率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中典型的半导体晶片的剖面结构示意图；图2为现有技术中典型的半导体晶片的局部剖面结构示意图；图3为本发明实施例提供的半导体器件中通孔形成方法流程示意图；图4为本发明实施例提供的形成通孔的光刻胶图形后的半导体晶片局部结构示意图；图5为本发明实施例提供的第二介质层中形成通孔后的半导体晶片局部结构示意图；图6为本发明实施例提供的第一介质层中形成通孔后的半导体晶片局部结构示意图；图7为本发明实施例提供的通孔表面上形成粘连层后的半导体晶片局部结构示意图。
具体实施例方式正如背景技术部分所述，应用现有技术方案在通孔中形成导线后，在通孔对应的刻蚀阻挡层和粘连层交界面区域，刻蚀阻挡层和粘连层之间存在一层明显的氟层。由于氟层区域的电阻较大，进而导致和后续工艺中通孔中导线的电阻过高，而较高的导线电阻会进一步的影响最终得到的半导体器件的良品率。经发明人研究发现，氟层的形成原因如下由于第二介质层中通常含有氟元素，如第二介质层的材质为含有氟的氧化硅，并且在干法刻蚀工艺中通常采用氮氟化合物气体， 如常见的CF4,其中也含有较多的氟元素，在第二介质层和第一介质层的干法刻蚀过程中， 氮氟化合物气体中的氟元素和第二介质层中的氟元素会被撞击到底层的刻蚀阻挡层中，在后续形成粘连层制造工艺中的高温环境下，刻蚀阻挡层中的氟元素会向表面扩散，聚集在刻蚀阻挡层和形成的粘连层之间，形成了氟层。基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种通孔形成方法，该方法包括以下步骤提供基底，所述基底表面上依次形成有金属层、刻蚀阻挡层、第一介质层和第二介质层；在第二介质层表面上形成通孔的光刻胶图形；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孔；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用湿法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孔。应用本发明实施例所提供的技术方案，采用湿法刻蚀工艺取代现有技术中的干法刻蚀工艺以在第一介质层中形成通孔。由于湿法刻蚀工艺是通过溶液腐蚀进行刻蚀，不存在离子撞击过程，且无需使用含氟元素的等离子气体，因此，能够有效的避免氟元素进入底层的刻蚀阻挡层中，从而避免了在后续粘连层形成时的高温环境下刻蚀阻挡层中的氟元素扩散形成氟层，使刻蚀阻挡层和粘连层之间不存在电阻较高的氟层，因此，本实施例提供的技术方案中，能够减小通孔中导线的电阻，进而提高半导体器件的良品率。以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例一本发明实施例提供了一种通孔形成方法，如图3所示，为该方法的一种流程示意图，具体包括以下步骤步骤S301，提供基底，所述基底表面上依次形成有金属层、刻蚀阻挡层、第一介质层和第二介质层。步骤S302，在第二介质层表面上形成通孔的光刻胶图形。如图4所示，为形成通孔的光刻胶图形后得到的半导体晶片局部结构示意图，其中，401为金属层，402为刻蚀阻挡层，403为第一介质层，404为第二介质层，408为通孔的光刻胶图形，4081为预设的通孔区域。所述通孔的光刻胶图形408的形成步骤可以包括在第二介质层404表面上涂布光刻胶、曝光、显影等。
步骤S303，以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孑L。如图5所示，为第二介质层中形成通孔后得到的半导体晶片局部结构示意图，其中，401为金属层，402为刻蚀阻挡层，403为第一介质层，404为第二介质层，408为通孔的光刻胶图形，4081为预设的通孔区域，4051为第二介质层中形成的通孔。本步骤中所述的干法刻蚀工艺通常为等离子体刻蚀工艺，在刻蚀过程中通常采用含有氟元素的刻蚀气体，如氮氟化合物气体，常见的具有较高刻蚀速率的CF4,此外，还可以包括一些缓冲气体，如氩气和氦气，氩气具有同于物理刻蚀相对大的质量，氦气质量小，可用于稀释刻蚀气体的浓度，从而增加刻蚀的均勻性。本步骤中，氟元素可能会被撞击到第二介质层404下方的第一介质层中403。同时，为了进一步的减小刻蚀阻挡层402和后续形成的粘连层之间氟层的形成概率，本实施例中，较佳的可以选用氟元素含量较低的第二介质层，或使用氟元素含量较低的等离子气体进行刻蚀。步骤S304，以通孔的光刻胶图形为掩模，采用湿法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孑L。如图6所示，为第一介质层中形成通孔后得到的半导体晶片局部结构示意图，其中，401为金属层，402为刻蚀阻挡层，403为第一介质层，404为第二介质层，405为通孔， 408为通孔的光刻胶图形，4051为第一介质层中形成的通孔，4052为第二介质层中形成的通孔，405为通孔且由4051和4052共同组成。相对比于现有技术中采用干法刻蚀工艺在第一介质层403中形成通孔的技术方案，本发明实施例中湿法刻蚀工艺在第一介质层403中形成通孔。由于湿法刻蚀工艺是通过溶液腐蚀进行刻蚀，不存在离子撞击过程，且无需使用含氟元素的等离子气体，因此，能够有效的避免氟元素进入底层的刻蚀阻挡层402中，从而避免了后续高温环境下，刻蚀阻挡层402中存在的氟元素扩散形成氟层的现象。同时，本实施例中，在通过湿法刻蚀工艺形成通孔的同时，腐蚀去除了通孔区域对应的含氟介质，也去除了第一介质层403在步骤 S302中进入的氟元素。本步骤中，所述湿法刻蚀工艺可以采用对第一介质层403和第二介质层404具有高刻蚀选择比的刻蚀溶液。以所述第一介质层403为氮氧化硅介质层第二介质层404为氧化硅介质层、刻蚀阻挡层402为氮化钛层为例，所述湿法刻蚀工艺中所使用的刻蚀溶液可以为磷酸，由于磷酸只和氮氧化硅反应，且基本上不和氧化硅反应，对氮氧化硅介质层和氧化硅介质层具有较高的刻蚀选择比，因此能够保证在氮氧化硅介质层中的氮氧化硅被去除的同时，通孔侧壁的氧化硅介质层中的氧化硅保持不变。此在，本实施例提供的方法在步骤S304之后还可以包括步骤S305，在通孔的表面上形成粘连层。粘连层通常用于作为通孔中的导线材料和刻蚀阻挡层的之间的隔离，并用于粘结导线材料和刻蚀阻挡层。所述粘连层具体可以通过离子注入工艺形成，以导线为钨材料、刻蚀阻挡层为氮化钛为例，所述粘连层可以为钛层。由于前四个步骤已经形成了所需的通孔， 因此步骤305为优选的方案。如图7所示，为通孔的表面上形成粘连层后得到的半导体晶片局部结构示意图，其中，401为金属层，402为刻蚀阻挡层，403为第一介质层，404为第二介质层，405为通孔， 408为通孔的光刻胶图形，4051为第二介质层中形成的通孔，4052为第一介质层中形成的通孔，406为粘连层。其中4051和4052共同组成了通孔405。本步骤中形成粘连层时也可以用通孔的光刻胶图形为掩模，在形成粘连层之后， 还可以包括去除第二介质层表面上的光刻胶。此外，后续步骤中在通孔中淀积导电材料形成导线时，也可以用通孔的光刻胶图形为掩模，因此，所述光刻胶还可以在形成导线之后再去除。本实施例中，所述金属层可以为铝层，刻蚀阻挡层可以为氮化钛层，第一介质层可以为氮氧化硅层，第二介质层可以为氧化硅层，粘连层可以为钛层。上述各层的材料仅仅是本发明提供的一种典型的例子，本实施例提供的技术方案可以应用于其它材料的半导体器件中，在此不再赘述。应用本发明实施例所提供的技术方案，采用湿法刻蚀工艺取代现有技术中的干法刻蚀工艺以在第一介质层中形成通孔。由于湿法刻蚀工艺是通过溶液腐蚀进行刻蚀，不存在离子撞击过程，且无需使用含氟元素的等离子气体，因此，能够有效的避免氟元素进入底层的刻蚀阻挡层中，从而避免了在后续粘连层形成时的高温环境下刻蚀阻挡层中的氟元素扩散形成氟层，使刻蚀阻挡层和粘连层之间不存在电阻较高的氟层，因此，本实施例提供的技术方案中，能够减小通孔中导线的电阻，进而提高半导体器件的良品率。本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种通孔形成方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底表面上依次形成有金属层、刻蚀阻挡层、第一介质层和第二介质层；在第二介质层表面上形成通孔的光刻胶图形；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孔； 以通孔的光刻胶图形为掩模，采用湿法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述湿法刻蚀工艺采用对第一介质层和第二介质层有高刻蚀选择比的刻蚀溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一介质层为氮氧化硅介质层，所述第二介质层为氧化硅介质层，所述刻蚀阻挡层为氮化钛层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于 所述刻蚀溶液为磷酸溶液。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于 所述氧化硅介质层中含有氟元素。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述干法刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于 所述等离子体刻蚀工艺采用的刻蚀气体中含有氟元素。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一介质层中形成通孔之后，还包括 在通孔的表面上形成粘连层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在形成粘连层之后，还包括 去除第二介质层表面上的光刻胶。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于 所述粘连层为钛薄膜层，通过离子注入工艺形成。
全文摘要
本发明实施例公开了一种通孔形成方法，包括提供基底，所述基底表面上依次形成有金属层、刻蚀阻挡层、第一介质层和第二介质层；在第二介质层表面上形成通孔的光刻胶图形；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺在第二介质层中形成通孔；以通孔的光刻胶图形为掩模，采用湿法刻蚀工艺在第一介质层中形成通孔。该方案能够有效的避免氟元素进入底层的刻蚀阻挡层中，从而避免了在后续粘连层形成时的高温环境下刻蚀阻挡层中的氟元素扩散形成氟层，使刻蚀阻挡层和粘连层之间不存在电阻较高的氟层，因此，本实施例提供的技术方案中，能够减小通孔中导线的电阻，进而提高半导体器件的良品率。
文档编号H01L21/3105GK102487040SQ20101057446
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者李健 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司