通孔的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种通孔(via)的制造方法。

背景技术：

如图1a至图1e所示，是现有通孔的制造方法各步骤中的器件结构示意图；现有通孔的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1a所示，在半导体衬底(未显示)上形成由第一tin层101a、al主体层101b和第二tin层101c叠加而成的第一金属层。

步骤二、如图1a所示，在所述第一金属层表面形成硬质掩膜层102，对所述硬质掩膜层102进行图形化将金属连线的形成区域覆盖以及所述金属连线的形成区域外覆盖。

通常，所述硬质掩膜层102的材料采用sion。

步骤三、如图1a所示，以所述硬质掩膜层102为掩膜对所述第一金属层刻蚀形成所述金属线101。

步骤四、如图1b所示，采用hdpcvd工艺沉积层间膜103，所述层间膜103将所述金属线101之间的间隔区域完全填充并延伸到所述金属线101顶部表面上，位于所述金属线101的顶部表面上和所述间隔区中的所述层间膜103的顶部表面相平，所述hdpcvd工艺中的等离子体会对所述硬质掩膜层102产生轰击作用而使所述硬质掩膜层102的宽度小于所述金属线101的宽度。比较图1a和图1b可知，图1b中的所述硬质掩膜层102的宽度减少，这样就无法对所述金属线101的顶部表面进行全覆盖，部分所述第二tin层101c的表面会暴露。

通常，所述层间膜103的材料为氧化硅。

步骤五、如图1c所示，定义出通孔的形成区域，各所述通孔位于所述金属线101的选定区域的正上方，所述半导体衬底上包括多个所述通孔。

步骤六、如图1c所示，进行刻蚀形成所述通孔的开口104，包括如下分步骤：

步骤61、对所述层间膜103进行第一次刻蚀形成所述通孔的开口104，所述第一次刻蚀停止在所述硬质掩膜层102上；所述第一次刻蚀完成后，部分所述通孔的开口104的底部还具有所述层间膜103的残留，部分所述通孔的开口104区域大于底部的所述硬质掩膜层102所覆盖的区域。

步骤62、进行过刻蚀将所有所述通孔的开口104底部残留的所述层间膜103去除。

步骤63、进行第二次刻蚀去除所述通孔的开口104底部的所述硬质掩膜层102。

由图1c所示，由于部分所述第二tin层101c未被所述硬质掩膜层102的保护，所述通孔的开口104的直径和所述金属线101的宽度接近时，所述通孔的开口104会偏移到所述硬质掩膜层102的覆盖区域外部，这样就容易在所述通孔的开口104的刻蚀工艺中对未被所述硬质掩膜层102所覆盖的所述第二tin层101c产生刻蚀，这样底部的所述al主体层101b的顶部表面会暴露出来，如虚线圈105所示。

之后还包括：

如图1d所示，在所述通孔的开口104的内侧表面形成胶水层(gluelayer)即黏附层106。在形成所述胶水层106形成之前，所述al主体层101b的顶部暴露出来的al容易被氧化形成氧化铝107，这样所述胶水层106就不会和底部的所述al主体层101b接触，而是会被氧化铝107隔离，这样，所述胶水层106和所述al主体层101b之间的电连接关系就被断开。

如图1e所示，在所述通孔的开口104中填充钨层108形成所述通孔。

所述胶水层106的材料通常采用ti层。在所述胶水层106和所述钨层108之间还包括阻挡层。所述阻挡层的材料通常采用tin层。

如图2a所示，是图1c的步骤完成后的器件的照片；图2a中，第一tin层单独用101a1标出、al主体层单独用101b1标出，第二tin层单独用101c1标出，所述通孔的开口单独用104a标出。可以看出，虚线圈105a处的所述al主体层101b1的表面会暴露。

如图2b所示，是图1e的步骤完成后的器件的照片；图2b中，胶水层单独用106a表示，氧化铝单独用107a表示，钨层单独用108a表示，可以看出，胶水层106a和所述第二tin层101c1之间隔离有氧化铝107a，通孔被断开。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种通孔的制造方法，能防止通孔开口底部的第二tin层被去除从而能防止铝被暴露而氧化，从而能防止通孔断开。

为解决上述技术问题，本发明提供的通孔的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在半导体衬底上形成由第一tin层、al主体层和第二tin层叠加而成的第一金属层。

步骤二、在所述第一金属层表面形成硬质掩膜层，对所述硬质掩膜层进行图形化将金属连线的形成区域覆盖以及所述金属连线的形成区域外覆盖。

步骤三、以所述硬质掩膜层为掩膜对所述第一金属层刻蚀形成所述金属线。

步骤四、采用hdpcvd工艺沉积层间膜，所述层间膜将所述金属线之间的间隔区域完全填充并延伸到所述金属线顶部表面上，位于所述金属线的顶部表面上和所述间隔区中的所述层间膜的顶部表面相平，所述hdpcvd工艺中的等离子体会对所述硬质掩膜层产生轰击作用而使所述硬质掩膜层的宽度小于所述金属线的宽度。

步骤五、定义出通孔的形成区域，各所述通孔位于所述金属线的选定区域的正上方，所述半导体衬底上包括多个所述通孔。

步骤六、进行刻蚀形成所述通孔的开口，包括如下分步骤：

步骤61、对所述层间膜进行第一次刻蚀形成所述通孔的开口，所述第一次刻蚀停止在所述硬质掩膜层上；所述第一次刻蚀完成后，部分所述通孔的开口的底部还具有所述层间膜的残留，部分所述通孔的开口区域大于底部的所述硬质掩膜层所覆盖的区域。

步骤62、进行过刻蚀将所有所述通孔的开口底部残留的所述层间膜去除，所述过刻蚀采用递进式的多步子过刻蚀组成。

按工艺时间的先后顺序，各所述子过刻蚀的工艺压强依次增加；各所述子过刻蚀中采用聚合物气体，所述聚合物气体在对所述层间膜进行刻蚀的同时生成聚合物，最后一步所述子过刻蚀的所述聚合物气体加重。

各所述子过刻蚀的工艺压强和聚合物气体的设置保证在完全去除所有所述通孔的开口底部残留的所述层间膜的同时保护位于所述硬质掩膜层所覆盖区域外的所述第二tin层，以防止所述过刻蚀将位于所述硬质掩膜层所覆盖区域外的所述第二tin层去除。

步骤63、进行第二次刻蚀去除所述通孔的开口底部的所述硬质掩膜层。

进一步的改进是，步骤六之后还包括：

在所述通孔的开口中填充第二金属层形成所述通孔。

进一步的改进是，所述第二金属层包括胶水层和通孔主体层。

进一步的改进是，所述通孔主体层的材料包括钨层。

进一步的改进是，所述胶水层的材料包括第三ti层。

进一步的改进是，在所述胶水层和所述通孔主体层之间还包括阻挡层。

进一步的改进是，所述阻挡层的材料包括第四tin层。

进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。

进一步的改进是，在所述半导体衬底上还形成有器件结构，在所述器件结构和所述第一金属层之间还形成有一层以上的底部层间膜。

进一步的改进是，所述层间膜的材料为氧化硅。

进一步的改进是，步骤62中，所述过刻蚀包括3步所述子过刻蚀，第一步子过刻蚀、第二步子过刻蚀和第三步子过刻蚀依次进行。

进一步的改进是，所述第二步子过刻蚀的工艺压强比所述第一步子过刻蚀的工艺压强大5mtorr；所述第三步子过刻蚀的工艺压强比所述第二步子过刻蚀的工艺压强大5mtorr。

进一步的改进是，所述第一步子过刻蚀和所述第二步子过刻蚀的聚合物气体都采用第一种气体，所述第三步子过刻蚀的聚合物气体在所述第一种气体的基础上增加了第二种气体，所述第二种气体形成的聚合物更重；

进一步的改进是，所述第一步子过刻蚀、所述第二步子过刻蚀和所述第三步子过刻蚀中的所述第一种气体的流量相等。

所述第三步子过刻蚀中的所述第二种气体的流量小于等于所述第一种气体的流量的25％。

进一步的改进是，所述第一种气体包括c4f6，所述第二种气体包括c4f8。

进一步的改进是，所述硬质掩膜层的材料采用sion。

进一步的改进是，步骤63中、所述第二次刻蚀的工艺气体中添加h2，利用h2增加所述通孔的开口底部的聚合物以保护所述第二tin层，同时利用h2的还原性防止暴露的所述al主体层被氧化。

针对层间膜的hdpcvd工艺中的等离子体会对硬质掩膜层产生轰击而损耗从而使硬质掩膜层的宽度小于金属线的宽度并从而使部分第二tin层未被保护的情形，本发明对通孔的开口的刻蚀工艺中对层间膜的第一次刻蚀的过刻蚀工艺做了特别的设置，将过刻蚀工艺拆分成递进式的多步子过刻蚀，通过对各子过刻蚀工艺压强和聚合物气体的设置，能在完全去除所有通孔的开口底部残留的层间膜的同时保护位于硬质掩膜层所覆盖区域外的第二tin层，从而能防止过刻蚀将位于硬质掩膜层所覆盖区域外的第二tin层去除，这样就能防止底部的铝被暴露，从而能防止铝被氧化形成绝缘的氧化铝，这样就能防止通孔断开，最后能提高产品良率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1a-图1e是现有通孔的制造方法各步骤中的器件结构示意图；

图2a是图1c的步骤完成后的器件的照片；

图2b是图1e的步骤完成后的器件的照片；

图3是本发明实施例通孔的制造方法的流程图；

图4a-图4d是本发明实施例通孔的制造方法各步骤中的器件结构示意图；

图5是图4c的步骤完成后的器件的照片。

具体实施方式

如图3所示，是本发明实施例通孔的制造方法的流程图；如图4a至图4d所示，是本发明实施例通孔的制造方法各步骤中的器件结构示意图；本发明实施例通孔的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图4a所示，在半导体衬底(未显示)上形成由第一tin层201a、al主体层201b和第二tin层201c叠加而成的第一金属层。

本发明实施例方法中，所述半导体衬底包括硅衬底。

在所述半导体衬底上还形成有器件结构，在所述器件结构和所述第一金属层之间还形成有一层以上的底部层间膜203。所述第一金属层位于下一层的所述底部层间膜203的表面。

步骤二、如图4a所示，在所述第一金属层表面形成硬质掩膜层202，对所述硬质掩膜层202进行图形化将金属连线的形成区域覆盖以及所述金属连线的形成区域外覆盖。

本发明实施例方法中，所述硬质掩膜层202的材料采用sion。

步骤三、如图4a所示，以所述硬质掩膜层202为掩膜对所述第一金属层刻蚀形成所述金属线201。

步骤四、如图4b所示，采用hdpcvd工艺沉积层间膜203，所述层间膜203将所述金属线201之间的间隔区域完全填充并延伸到所述金属线201顶部表面上，位于所述金属线201的顶部表面上和所述间隔区中的所述层间膜203的顶部表面相平，所述hdpcvd工艺中的等离子体会对所述硬质掩膜层202产生轰击作用而使所述硬质掩膜层202的宽度小于所述金属线201的宽度。比较图4a和图4b可知，图4b中的所述硬质掩膜层202的宽度减少，这样就无法对所述金属线201的顶部表面进行全覆盖，部分所述第二tin层201c的表面会暴露。

本发明实施例方法中，所述层间膜203的材料为氧化硅。

步骤五、如图4c所示，定义出通孔的形成区域，各所述通孔位于所述金属线201的选定区域的正上方，所述半导体衬底上包括多个所述通孔。

步骤六、如图4c所示，进行刻蚀形成所述通孔的开口204，包括如下分步骤：

步骤61、对所述层间膜203进行第一次刻蚀形成所述通孔的开口204，所述第一次刻蚀停止在所述硬质掩膜层202上；所述第一次刻蚀完成后，部分所述通孔的开口204的底部还具有所述层间膜203的残留，部分所述通孔的开口204区域大于底部的所述硬质掩膜层202所覆盖的区域。

步骤62、进行过刻蚀将所有所述通孔的开口204底部残留的所述层间膜203去除，所述过刻蚀采用递进式的多步子过刻蚀组成。

按工艺时间的先后顺序，各所述子过刻蚀的工艺压强依次增加；各所述子过刻蚀中采用聚合物气体，所述聚合物气体在对所述层间膜203进行刻蚀的同时生成聚合物，最后一步所述子过刻蚀的所述聚合物气体加重。

各所述子过刻蚀的工艺压强和聚合物气体的设置保证在完全去除所有所述通孔的开口204底部残留的所述层间膜203的同时保护位于所述硬质掩膜层202所覆盖区域外的所述第二tin层201c，以防止所述过刻蚀将位于所述硬质掩膜层202所覆盖区域外的所述第二tin层201c去除。

本发明实施例中，所述过刻蚀包括3步所述子过刻蚀，第一步子过刻蚀、第二步子过刻蚀和第三步子过刻蚀依次进行。

较佳为，所述第二步子过刻蚀的工艺压强比所述第一步子过刻蚀的工艺压强大5mtorr；所述第三步子过刻蚀的工艺压强比所述第二步子过刻蚀的工艺压强大5mtorr。

所述第一步子过刻蚀和所述第二步子过刻蚀的聚合物气体都采用第一种气体，所述第三步子过刻蚀的聚合物气体在所述第一种气体的基础上增加了第二种气体，所述第二种气体形成的聚合物更重；

所述第一步子过刻蚀、所述第二步子过刻蚀和所述第三步子过刻蚀中的所述第一种气体的流量相等。

较佳为，所述第三步子过刻蚀中的所述第二种气体的流量小于等于所述第一种气体的流量的25％。所述第一种气体包括c4f6，所述第二种气体包括c4f8。

步骤63、进行第二次刻蚀去除所述通孔的开口204底部的所述硬质掩膜层202。

本发明实施例中，步骤63中、所述第二次刻蚀的工艺气体中添加h2，利用h2增加所述通孔的开口204底部的聚合物以保护所述第二tin层201c，同时利用h2的还原性防止暴露的所述al主体层201b被氧化。在所述第二次刻蚀工艺中增加h2能进一步增加对所述第二tin层201c的保护，减少所述第二tin层201c的厚度损耗。

由图4c所示可知，所述通孔的开口204形成后，暴露在所述硬质掩膜层202之外的所述第二tin层201c并没有被完全耗尽，而是保留有部分厚度，这样底部的所述al主体层201b的顶部表面依然会被所述第二tin层201c保护，这样就能防止所述al主体层201b的顶部表面的al在所述通孔的开口204形成后和外部接触而氧化。

如图5所示，是图4c的步骤完成后的器件的照片；图5中，第一tin层单独用201a1标出、al主体层单独用201b1标出，第二tin层单独用201c1标出，所述通孔的开口单独用204a标出。可以看出，所述第二tin层201c1会将所述al主体层201b1的顶部表面全部覆盖。

步骤六之后还包括：

如图4d所示，在所述通孔的开口204中填充第二金属层形成所述通孔。

所述第二金属层包括胶水层205和通孔主体层206。

所述通孔主体层206的材料包括钨层。

所述胶水层205的材料包括第三ti层。

在所述胶水层205和所述通孔主体层206之间还包括阻挡层。所述阻挡层的材料包括第四tin层。

针对层间膜203的hdpcvd工艺中的等离子体会对硬质掩膜层202产生轰击而损耗从而使硬质掩膜层202的宽度小于金属线201的宽度并从而使部分第二tin层201c未被保护的情形，本发明实施例对通孔的开口204的刻蚀工艺中对层间膜203的第一次刻蚀的过刻蚀工艺做了特别的设置，将过刻蚀工艺拆分成递进式的多步子过刻蚀，通过对各子过刻蚀工艺压强和聚合物气体的设置，能在完全去除所有通孔的开口204底部残留的层间膜203的同时保护位于硬质掩膜层202所覆盖区域外的第二tin层201c，从而能防止过刻蚀将位于硬质掩膜层202所覆盖区域外的第二tin层201c去除，这样就能防止底部的铝被暴露，从而能防止铝被氧化形成绝缘的氧化铝，这样就能防止通孔断开，最后能提高产品良率。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。