专利名称：一种利用二氧化硫混合气体消除有机物的等离子刻蚀方法
技术领域：
本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及一种在集成电路中利用二氧化硫混合气体消除有机物的等离子刻蚀方法。
背景技术：
随着信息技术、通讯技术和互联网技术的不断发展，对集成电路性能的要求越来越高，进而不断推动着集成电路制造工艺向高集成度、大容量、高速、低功耗的方向高速发展。随着芯片的运行速度越来越快，如何解决保持低的电源功率消耗和低的发热量，延长使用时间，最高限度地提高芯片整体性能成为集成电路工艺制造的关键之一。
集成电路的导通是靠金属连线来完成的，在以往的工艺中是使用金属铝来完成此目标，但随着芯片的高集成化、芯片相关的尺寸越来越小，金属铝布线的弱点越来越明显；由于金属铜比金属铝具有更低的电阻率、更好的电迁移稳定性，利用铜来代替铝做为集成电路后道金属布线已成必然趋势。但在制造铜布线的时候，依靠原有的等离子干法刻蚀金属铝的方法非常困难，所以使用不同的图形技术是必需的，这就是铜大马士革结构的由来。如今，在深亚微米技术集成电路后道中，大马士革结构的使用最为普遍，如何做好大马士革结构，消除异常现象，成为集成电路制造工艺的关键之一。根据大马士革结构的特点，如何做好有机物的填充、利用高密度等离子体进行各向异性的刻蚀，是解决问题的关键点。相对于业界常用的利用碳氟类刻蚀气体对有机物进行消除的方法，在刻蚀有机物的同时，会对下地的氧化物或低介质材料进行刻蚀，导致结构产生差异(micro-loading effect)，最终影响电路性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在集成电路大马士革结构中消除有机物填充层的等离子刻蚀方法。
本发明利用二氧化硫混合气体消除有机物具有显著的效果，即可获得极高的刻蚀选择比率，在刻蚀有机物的同时，对下地材料不刻蚀，保持了结构无差异，从而保证电路性能均匀性。使用二氧化硫混合气体对有机物进行各向异性刻蚀，对特征结构(由刻蚀阻挡层和绝缘介质层构成)形成侧壁保护，提高了结构边缘的平整度。
因此，本发明提出的在集成电路大马士革结构中消除有机物填充层的等离子刻蚀方法，是使用含有二氧化硫的混合气体对集成电路大马士革结构中的有机物进行各向异性刻蚀，从而对由刻蚀阻挡层和绝缘介质层构成的特征结构形成侧壁保护，提高结构边缘的平整度。刻蚀阻挡层材料可采用氮化硅、氮氧化硅或碳化硅材料等，绝缘介质层材料可采用氧化膜材料或低介电常数材料；所述的混合气体可采用氧气、氢气、氮气、氩气、一氧化碳、二氧化碳或碳氟类气体与二氧化硫气体混合的气体，混合气体中二氧化硫为其它气体体积的50％～300％。
本发明通过使用二氧化硫混合气体对结构上所填充的有机物抗反射层进行消除，可以极大改善结构差异现象(micro-loading effect)对集成电路后道大马士革结构工艺技术的影响，提高金属布线的成品率，也消除了由于结构差异现象对晶体管的电阻电容时间延迟(RC Delay)、串扰(cross-talk)现象的影响。
图1是传统的利用碳氟类刻蚀气体削减有机物填充层的工艺示意图。
图2是传统的利用碳氟类刻蚀气体削减有机物填充层后得到的结构示意图。
图3是刻蚀完成后湿法去除有机残留物后得到的大马士革结构示意图(有结构差异现象发生)。
图4是利用二氧化硫混合刻蚀气体削减有机物填充层的工艺示意图。
图5是利用二氧化硫混合刻蚀气体削减有机物填充层后得到的结构示意图。
图6是刻蚀完成后湿法去除有机残留物后得到的完整的大马士革结构示意图。
附图标号1为曝光后的光刻胶图形、2为有机物填充层、3为绝缘介质材料层、4为为下地刻蚀阻挡层材料、5为碳氟类气体刻蚀有机填充物、6为结构差异现象、7为二氧化硫混合气体刻蚀有机填充物、8为完整的大马士革结构(无结构差异现象)。
具体实施例方式
本发明的实施步骤如下1、用增强型等离子体化学气相淀积法淀积刻蚀阻挡层材料碳化硅；2、用增强型等离子体化学气相淀积法淀积绝缘介质材料二氧化硅3、进行第一步光刻步骤，将通孔的图形曝光在硅片上；4、对通孔进行刻蚀，光刻胶去除，硅片清洗；5、进行抗反射层有机物的填充、涂布；6、进行第二步光刻步骤，将金属沟槽的图形曝光在硅片上；7、利用二氧化硫混合气体，混合气体可为氧气、氢气、氮气、氩气、一氧化碳、二氧化碳或者碳氟类气体，二氧化硫与混合气体的体积比值为0.5∶1或者1.25∶1或者3∶1，对有机物填充层进行刻蚀；8、对金属沟槽进行刻蚀，光刻胶去除，硅片清洗，得到完整的大马士革结构。
权利要求
1.一种在集成电路大马士革结构中消除有机物填充层的等离子刻蚀方法，其特征在于使用含有二氧化硫的混合气体对有机物进行各向异性刻蚀，对由刻蚀阻挡层和绝缘介质层构成的特征结构形成侧壁保护，提高结构边缘的平整度。
2.根据权利要求1所述的消除有机物填充层等离子刻蚀方法，其特征在于所述的刻蚀阻挡层材料采用氮化硅、氮氧化硅或碳化硅材料。
3.根据权利要求1所述的消除有机物填充层等离子刻蚀方法，其特征在于所述的绝缘介质层材料采用氧化膜材料或低介电常数材料。
4.根据权利要求1所述的消除有机物填充层等离子刻蚀方法，其特征在于所述的含有二氧化硫的混合气体采用氧气、氢气、氮气、氩气、一氧化碳、二氧化碳或碳氟类气体与二氧化硫气体混合组成。
5.根据权利要求4所述消除有机物填充层的等离子刻蚀方法，其特征在于所述的混合气体中二氧化硫气体为其它气体体积的50％～300％。
全文摘要
本发明是一种可消除集成电路铜后道大马士革结构中结构差异(micro－loading effect)现象的等离子体刻蚀工艺。双大马士革技术(dual damascene)是随着深亚微米集成电路技术的发展，而产生的一种新兴的后道金属布线技术。该技术具有集成度高、隔离效果好、刻蚀工艺相对简单的特点；但是，该技术同时存在等离子干法刻蚀控制困难的问题，其中较为突出的是在大马士革工艺中的结构差异问题。本发明利用二氧化硫混合气体对有机物填充层进行各向异性刻蚀，对由刻蚀阻挡层和绝缘介质层构成的特征结构形成保护，并提高结构边缘的平整度，克服了大马十革工艺中的结构差异问题，从而大大提高了成品率。
文档编号H01L21/02GK1632927SQ20041009345
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者周炜捷 申请人:上海华虹(集团)有限公司, 上海集成电路研发中心有限公司