专利名称：蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方法
技术领域：
本发明涉及蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方法。
背景技术：
随着半导体元件集成度提高，半导体元件的线宽越来越小，临界尺寸的 控制也越来越重要。在光刻工艺中，由于晶片表面存在高低落差，因此在光 刻胶覆盖于晶片表面时，会随着光刻胶的平坦化特性，造成光刻胶层厚度不 一。而当光刻光线在光刻胶中行进时，在晶片表面的反射光与入射光则会形 成增益性/损耗性干涉现象，因而产生所谓的摆动效应。上述光刻胶厚度不均 与摆动效应，均会造成临界尺寸变化的不良效应。
由于越来越多高反射基板，如硅基板和金属基板的广泛使用，在深紫外 光波段的反射问题都大过可见光波段，因此导致光刻胶层的驻波效应和凹缺 效应更加严重，使得光刻程序的图案转移可靠度大幅降低。为了避免摆动效
应， 一般可以釆用旋转涂布底层抗反射层(BARC, Bottom Anti-Reflection Coating)而实现。 一般的底层抗反射层可采用有机薄膜，因为有机薄膜中的 有机成分可以吸收基板所反射的光线，以降低线宽的变异。在例如申请号为 03131458.9的中国专利申请中还能发现更多与底层抗反射层相关的信息。因 此，采用底层抗反射层可以有效地提高光刻的精度。
随着器件尺寸的越来越小，底层抗反射层的厚度对于器件尺寸的影响也 越来越大，因而对于底层抗反射层的蚀刻控制也变得非常重要。特别在制作 金属布线层的工艺中，由于目前普遍采用铜布线工艺，而铜布线工艺是先形 成布线沟槽，而后在布线沟槽内形成铜布线的。因而无论底层抗反射层的厚度过高还是过低，都会影响光刻工艺的准确性，从而影响所形成的铜布线沟 槽。目前，在涂布底层抗反射层的时候，通常是用旋转涂布的方法，这种方 法会使得晶圆边缘的底层抗反射层的厚度与晶圆中心的底层抗反射层的厚度 出现差异。而对底层抗反射层进行蚀刻的过程中发现，对于晶圆中心的蚀刻 底层抗反射层的蚀刻速率要快于对于晶圓边缘的底层抗反射层的蚀刻速率， 而这会导致晶圓边缘的底层抗反射层的厚度与晶圆中心的底层抗反射层的厚 度的差异进一步加大。例如，参照图1所示，在底层抗反射层的蚀刻工艺之 后，用于形成布线沟槽的半导体结构包括上下两层第一绝缘层1，以及上下两
层第一绝缘层1之间的蚀刻停止层2,第二绝缘层3以及剩余的底层抗反射层 4。在蚀刻底层抗反射层之后，就会进行制作铜布线沟槽的蚀刻工艺。例如， 参照图2所示，要去除中间的两层第一绝缘层1中的上层第一绝缘层1来形 成布线沟槽。那么通常是先蚀刻中间的两层第一绝缘层1的上层第一绝缘层1 直到蚀刻停止层2停止。此时，晶圆中心的底层抗反射层4就会由于较薄， 而在蚀刻上层第一绝缘层1时，也会同时蚀刻到沟槽内的底层抗反射层4。并 且，由于控制时间反馈的延迟，在对上层第一绝缘层l蚀刻到达蚀刻停止层2 时，通常还会继续向下蚀刻一段较小的时间。此时，蚀刻停止层2下方的下 层第一绝缘层1也会被蚀刻到，而由于所述蚀刻对第一绝缘层1的蚀刻速率 与对底层抗反射层4的蚀刻速率不同，就会在所述布线沟槽内形成图2所示 的台面5，从而影响形成布线沟槽工艺的精度。
发明内容
本发明提供一种蚀刻底层抗反射层的方法及制作布线沟槽的方法，解决 现有技术在形成布线沟槽工艺中会形成台面，从而影响布线沟槽工艺的精度 的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种蚀刻底层抗反射层的方法，包括在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层 的蚀刻速率快于晶圓中心的底层抗反射层的蚀刻速率。
可选的，所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圓边缘，并且 磁场方向与晶圓表面垂直的i兹场。
可选的，所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且 》兹场方向与晶圓表面平^f亍的i兹场。
可选的，所述磁场的强度为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80- 100mT, 所述蚀刻采用的蚀刻气体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm,所述蚀 刻时采用的射频功率源的功率为300-360W。
本发明还提供一种制作布线沟槽的方法，包括蚀刻底层抗反射层的步骤， 其中，在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底 层抗反射层的蚀刻速率快于晶圓中心的底层抗反射层的蚀刻速率。
可选的，所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圓边缘，并且 磁场方向与晶圆表面垂直的磁场。
可选的，所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圓边缘，并且 ;兹场方向与晶圆表面平4亍的;兹场。
可选的，所述》兹场的强度为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80 - 100mT, 所述蚀刻采用的蚀刻气体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm，所述蚀 刻时采用的射频功率源的功率为300-360W。
与现有技术相比，上述所公开的蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方 法具有以下优点上述所公开的蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方法， 通过在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入作用于晶圓边缘的磁场，使 得晶圆边缘蚀刻气体与底层抗反射层的反应加剧，而使得晶圆中心蚀刻气体 与底层抗反射层的反应减慢。从而加快晶圆边缘的底层抗反射层的蚀刻速率，减慢晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。使得在蚀刻之后，晶圆中心余留 的底层抗反射层的厚度较厚。从而使得晶圆中心的底层抗反射层在蚀刻形成 沟槽时的余量较大，避免了形成沟槽时出现台面而影响制作布线沟槽精确度 的情况。
图l是现有技术蚀刻底层抗反射层后的半导体结构图； 图2是现有技术制作布线沟槽工艺时的半导体结构图； 图3是本发明制作布线沟槽的方法流程图； 图4至图8是本发明制作布线沟槽的示意图9是图3所示流程中蚀刻底层抗反射层时加入磁场的第一种实施例示 意图IO是图3所示流程中独刻底层抗反射层时加入^f兹场的第二种实施例示 意图。
具体实施例方式
本发明所公开的蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方法，通过在对晶 圆上的底层抗反射层进行独刻时加入作用于晶圆边缘的磁场，使得晶圆边缘 蚀刻气体与底层抗反射层的反应加剧，而使得晶圆中心蚀刻气体与底层抗反 射层的反应减慢。从而加快晶圓边缘的底层抗反射层的蚀刻速率，减慢晶圆 中心的底层抗反射层的蚀刻速率。使得在蚀刻之后，晶圆中心余留的底层抗 反射层的厚度较厚。从而使得晶圆中心的底层抗反射层在蚀刻形成沟槽时的 余量较大，避免了形成沟槽时出现台面而影响制作布线沟槽精确度的情况。
本发明蚀刻底层抗反射层的方法的一种实施方式包括，在对晶圓上的底 层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层的蚀刻速率快于晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。
所述蚀刻时加入f兹场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且》兹场方向 与晶圓表面垂直的》兹场。
所述蚀刻时加入》兹场包括在蚀刻时加入作用于晶圓边缘，并且磁场方向 与晶圆表面平行的磁场。
所述^f兹场的强度为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80- 100mT,所述蚀 刻采用的蚀刻气体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm,所述蚀刻时采 用的射频功率源的功率为300-360W。
参照图3所示，本发明制作布线沟槽方法的一种实施方式，包括下列步
骤,
步骤s10,提供半导体结构，所述半导体结构包括由下绝缘层、下绝缘层 上的蚀刻停止层、蚀刻停止层上的上绝缘层以及上绝缘层上的抗反射层构成 的多层结构，所述多层结构具有沟槽，所述沟槽内和抗反射层表面覆盖有底 层抗反射层；
步骤s20,对晶圓上的底层抗反射层进行蚀刻，以去除底层抗反射层至曝 露出抗反射层，其中所述晶圓上的底层抗反射层包括晶圆中心的底层抗反射 层以及环绕晶圆中心的底层抗反射层的晶圆边缘的底层抗反射层，所述蚀刻 时加入磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层的蚀刻速率快于晶圆中心的底层 抗反射层的蚀刻速率；
步骤s30，蚀刻抗反射层至曝露出上绝缘层；
步骤s40,蚀刻上绝缘层至蚀刻停止层停止；
步骤s50,蚀刻去除残留上绝缘层。
所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且磁场方向与晶圓表面垂直的磁场。
所述蚀刻时加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圓边缘，并且磁场方向 与晶圆表面平行的磁场。
所述磁场的强度为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80- 100mT,所述蚀 刻采用的蚀刻气体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm,所述蚀刻时采 用的射频功率源的功率为300 - 360W。楚。
结合图3和图4所示，提供半导体结构，所述半导体结构包括由下绝缘 层10、下绝缘层10上的蚀刻停止层20、蚀刻停止层20上的上绝缘层11以 及上绝缘层11上的抗反射层50构成的多层结构，所述多层结构具有沟槽(图 中未标识)，所述沟槽内和抗反射层50表面覆盖有底层抗反射层40。
结合图3和图5所示，蚀刻底层抗反射层40至曝露出抗反射层50。所述 蚀刻采用等离子蚀刻方法。所述蚀刻采用的蚀刻气体是氧气、氧气和氮气的 混合气体或氬气和氮气的混合气体中的任意一种。所述蚀刻气体的流量为200 一 400sccm/min，例^t口 200sccm/min、 220sccm/min、 240sccm/min、 260sccm/min、 280sccm/min 、 300sccm/min 、 320sccm/min 、 340sccm/min 、 360sccm/min 、 380sccm/min、 400sccm/min。所述蚀刻时的压力为80 - 100mT,例如80mT、 82mT、 84mT、 86mT、 88mT、 90mT、 92mT、 94mT、 96mT、 98mT、 100mT。 所述蚀刻时采用的射频功率源的功率为300-360W,例如300W、 310W、 320W、 330W、 340W、 350W、 360W。
并且，在所述的蚀刻过程中加入了磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层 的蚀刻速率快于晶圓中心的底层抗反射层的蚀刻速率。参照图9所示，所述 蚀刻时加入的磁场，其磁场方向与晶圓100表面垂直，并且所述磁场作用于晶圆100边缘。或者参照图IO所示，在晶圆100四周布置4个》兹极200,通 过;兹才及200产生i兹场方向与晶圓100表面平行的^兹场，并且所述》兹场作用于 晶圆边缘。加入磁场的作用是4吏得蚀刻气体中的反应离子在磁场作用下向晶 圆边缘聚集，从而使晶圆边缘底层抗反射层的反应离子浓度增加，加剧晶圓 边缘底层抗反射层的蚀刻反应程度，从而使得晶圓边缘底层抗反射层的蚀刻 速率增加。相应地，晶圓中心底层抗反射层的反应离子则相对减少，从而晶 圆中心底层抗反射层的蚀刻速率变慢。本例中，所述磁场强度为20-30高斯， 例如20高斯、22高斯、24高斯、26高斯、28高#々、30高斯。
由于蚀刻底层抗反射层40的气体不会蚀刻抗反射层50，因此抗反射层 50对于蚀刻底层抗反射层40的工艺来说相当于蚀刻停止层。当蚀刻到达抗反 射层50时，蚀刻底层抗反射层40的工艺就会停止。而实际情况下，由于控 制蚀刻工艺的反馈时间的延迟，所述蚀刻气体还会沿沟槽方向继续向下蚀刻 掉一部分底层抗反射层。而由于晶圆中心底层抗反射层的蚀刻速率较慢，因 此此时晶圆中心余留的底层抗反射层就较厚。
结合图3和图6所示，在完成了蚀刻底层抗反射层40之后，蚀刻抗反射 层50。所述蚀刻抗反射层50同样采用等离子蚀刻工艺。所述等离子蚀刻的步 骤一般包括涂光刻胶，对光刻胶曝光、显影形成光刻胶图案，以光刻胶为 掩模蚀刻抗反射层，清除光刻胶。例如，所述抗反射层为SiON时，所述蚀刻 气体采用CF4和CHF3的混合气体。所述CF4的流量为80 - 100sccm/min, 例如 80sccm/min 、 82sccm/min 、 84sccm/min 、 86sccm/min 、 88sccm/min 、 90sccm/min、 92sccm/min、 94sccm/min、 96sccm/min、 98sccm/min、 100sccm/min。 所述CHF3的流量为100- 120sccm/min，例如100sccm/min、 102sccm/min、 104sccm/min 、 106sccm/min 、 108sccm/min 、 — 11 Osccm/min 、 112sccm/min 、 114sccm/min、 116sccm/min、 118sccm/min、 120sccm/min。戶斤述々虫刻时的压力 为100- 150mT，例如100mT、 105mT、 110mT、 115mT、 120mT、 125mT、130mT、 135mT、 140mT、 145mT、 150mT。所述蚀刻时釆用的射频功率源的 功率为500-600W,例如500W、 520W、 540W、 560W、 580W、 600W。所 述蚀刻的时间根据SiON的厚度而定，例如，SiON的厚度为1200埃，则蚀刻 的时间为67s。
结合图3和图7所示，在完成了蚀刻抗反射层50之后，蚀刻上绝缘层11 至停止蚀刻层20。所述蚀刻上绝缘层ll同样采用等离子蚀刻工艺。例如上绝 缘层11为氟硅玻璃，所述蚀刻气体采用C2F6和CO的混合气体。所述C2F6 的流量为200 — 240sccm/min，例如200sccm/min、 204sccm/min、 208sccm/min、 212sccm/min 、 216sccm/min 、 220sccm/min、 224sccm/min 、 228sccm/min 、 232sccm/min、 236sccm/min 、 240sccm/min 。戶斤述CO的；克量为 300 — 350sccm/min, 例如100sccm/min、 105sccm/min、 110sccm/min、 115sccm/min、 120sccm/min、 125sccm/min、 130sccm/min、 135 ccm/min、 140sccm/min 、 145sccm/min、 150sccm/min。所述蚀刻时的压力为200 - 220mT，例如202mT、 204mT、 206mT、 208mT、 210mT、 212mT、 214mT、 216mT、 218mT、 220mT。 所述蚀刻时采用的射频功率源的功率为1800-2000W，例如1800W、 1820W、 1840W、 1860W、 1880W、 1900W、 1920W、 1940W、 1960W、 1980W、 2000W。 所述蚀刻的时间根据氟硅玻璃的厚度而定，例如，氟硅玻璃的厚度为16700 埃，则蚀刻的时间为72s。在蚀刻上绝缘层ll时，在上绝缘层ll边上的底层 抗反射层40也会被腐蚀，因而随着上绝缘层11的厚度减小，边上的底层抗 反射层40的厚度也会随之减小。并且，由于上述在蚀刻上绝缘层11时，也 同时蚀刻了底层抗反射层40,原本用于蚀刻上绝缘层11的蚀刻气体可能就不 足以将所述上绝缘层11完全去除。因而，在蚀刻上绝缘层11的工艺完成后， 蚀刻停止层20上可能还会有一些残留的上绝缘层11，。而且，在之前的蚀刻 抗反射层50的工艺后，光刻胶也有可能有残留。因此，为了工艺的精确度， 还需要对于残留物质进行清除。结合图3和图8所示，清除残留上绝缘层11，。所述去除上绝缘层11， 同样釆用等离子蚀刻的方法。例如，上绝缘层11，为氟硅玻璃，所述蚀刻气 体釆用C4F8、 CO和Ar的混合气体。所述C2F6的流量为18 - 20sccm/min, 18sccm/min 、 18.2sccm/min、 18.4sccm/min、 18.6sccm/min、 18.8sccm/min、 19sccm/min、 19.2sccm/min 、 19.4sccm/min、 19.6sccm/min 、 19.8sccm/min 、 20sccm/min。 所述CO的流量为90 — 100sccm/min ， 例J(口 91 sccm/min 、 92sccm/min、 93sccm/min、 94sccm/min、 95sccm/min、 96sccm/min、 97sccm/min、 98sccm/min、 99sccm/min、 100sccm/min。所述Ar的流量为200 - 250sccm/min, 例如200sccm/min、 205sccm/min、 210sccm/min、 215sccm/min、 220sccm/min、 225sccm/min 、 230sccm/min 、 235sccm/min 、 240sccm/min 、 245sccm/min 、 250sccm/min。所述蚀刻时的压力为50 - 60mT,例如91mT、 92mT、 93mT、 94mT、 95mT、 96mT、 97mT、 98mT、 99mT、 100mT。所述蚀刻时采用的射 频功率源的功率为1800-2000W,例如1800W、 1820W、 1840W、 1860W、 1880W、 1900W、 1920W、 1940W、 1960W、 1980W、 2000W。所述蚀刻的时 间根据残留的氟硅玻璃的厚度而定，例如，残留的氟硅玻璃的厚度为5000埃， 则蚀刻的时间为110s。为了使得蚀刻过程中晶圓中心的蚀刻速率和晶圆边缘 的蚀刻速率的一致性更好，在蚀刻过程中还可以加入磁场。所述加入,兹场的 磁场方向平行于晶圆表面。所述磁场的强度为25 -30高斯，例如25高斯、 26高斯、27高斯、28高斯、29高斯、30高斯。在蚀刻残留的上绝缘层11， 时，残留的光刻胶也会被一并清除。
在蚀刻残留的上绝缘层ll，时，其边上的底层抗反射层40同样也会净皮腐 蚀，而由于在前面蚀刻底层抗反射层40之后，余留的底层抗反射层40较厚， 因而当去除残留的上绝缘层11，时，也不会出现前述的台面现象。而由于没 有出现台面现象，因而提高了制作布线沟槽的精度。
综上所述，上述所公开的蚀刻底层抗反射层及制作布线沟槽的方法，通过在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入作用于晶圆边缘的磁场，使得 晶圆边缘蚀刻气体与底层抗反射层的反应加剧，而使得晶圆中心蚀刻气体与 底层抗反射层的反应减慢。从而加快晶圓边缘的底层抗反射层的蚀刻速率， 减慢晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。使得在蚀刻之后，晶圆中心余留 的底层抗反射层的厚度较厚。从而使得晶圓中心的底层抗反射层在蚀刻形成 沟槽时的余量较大，避免了形成沟槽时出现台面而影响制作布线沟槽精确度 的情况。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1. 一种蚀刻底层抗反射层的方法，其特征在于，包括在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层的蚀刻速率快于晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。
2. 如权利要求1所述的蚀刻底层抗反射层的方法，其特征在于，所述蚀刻时 加入,兹场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并JU兹场方向与晶圓表面垂直 的》兹场。
3. 如权利要求1所述的蚀刻底层抗反射层的方法，其特征在于，所述蚀刻时 加入磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且磁场方向与晶圆表面平行 的》兹场。
4. 如权利要求1所述的蚀刻底层抗反射层的方法，其特征在于，所述磁场的 强度为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80- 100mT,所述蚀刻采用的蚀刻气 体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm,所述蚀刻时采用的射频功率源 的功率为300-360W。
5. —种制作布线沟槽的方法，其特征在于，包括蚀刻底层抗反射层的步骤， 其中，在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底 层抗反射层的蚀刻速率快于晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。
6. 如权利要求5所述的制作布线沟槽的方法，其特征在于，所述蚀刻时加入 磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且磁场方向与晶圆表面垂直的磁 场。
7. 如权利要求5所述的制作布线沟槽的方法，其特征在于，所述蚀刻时加入 磁场包括在蚀刻时加入作用于晶圆边缘，并且磁场方向与晶圆表面平行的磁 场。
8. 如权利要求5所述的制作布线沟槽的方法，其特征在于，所述磁场的强度 为20-30高斯，所述蚀刻的压力为80- 100mT,所述蚀刻采用的蚀刻气体为氧气，所述氧气的流量为200-400sccm,所述蚀刻时采用的射频功率源的功 率为300 - 360W。
全文摘要
一种蚀刻底层抗反射层的方法，包括在对晶圆上的底层抗反射层进行蚀刻时加入磁场，使得晶圆边缘的底层抗反射层的蚀刻速率快于晶圆中心的底层抗反射层的蚀刻速率。本发明还公开了一种制作布线沟槽的方法。所述蚀刻底层抗反射层的方法及制作布线沟槽的方法能够提高制作布线沟槽的精度。
文档编号H01L21/311GK101459072SQ200710094489
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者鸣 周, 沈满华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司