专利名称：连接孔的刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造工艺，特别涉及一种连接孔的刻蚀方法。
背景技术：
目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工艺中，可根据不同需要 在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需 要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积 的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘层包括在半导体衬底上依 次形成的刻蚀终止层，例如掺氮的碳化硅层；低介电常数(Low-K)绝缘材料层，例如含有 硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond, BD)材料；还包括形成 于Low-K绝缘材料层上的硬掩膜层，例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化硅层，即TEOS 层。显然，半导体衬底上，还可以形成各种器件结构，例如形成在衬底上的有源区、隔离区， 以及有源区中的晶体管的源/漏和栅极。其中，连接孔作为多层金属层间互连以及器件有源区与外界电路之间连接的通 道，在器件结构组成中具有重要的作用。连接孔分为接触孔和通孔。接触孔(contact)指 硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔(via)指穿过各种介质层从某一 金属层到毗邻的另一金属层之间形成电通路的开口。对于接触孔和通孔来说，刻蚀工艺是 相同的。现有技术中对绝缘层制造连接孔的流程，包括以下步骤步骤11、在绝缘层的硬掩膜层上涂布光阻胶(PR，Photo Resist)层。步骤12、曝光显影图案化所述光阻胶层。该步骤中经曝光显影光阻胶层，在要形成连接孔的位置的光阻胶被去除，而其它 部分的绝缘层仍然有光阻胶覆盖，即形成了图案化的光阻胶层。此时被去除了光阻胶的部 分露出绝缘层，该露出的绝缘层与光阻胶的侧壁共同形成开口，称之为光阻胶开口。随着半导体器件技术代的提高，连接孔的形貌比(Aspect ration)，即刻蚀形成连 接孔的深度、宽度比也随之提高。提高了连接孔的深度，就需要较长时间进行孔的刻蚀，也 就是说在连接孔上涂布光阻胶的厚度也越来越厚，这样才可以确保在完成连接孔的刻蚀之 前，光阻胶不被消耗完。由于较深的光阻胶孔深，曝光时的光源无法深入到光阻胶开口底 部，因此就会出现曝光不足的问题，而且如果显影液的量控制不好，出现显影不足的情况， 都会导致残渣问题(scumming)，即在曝光显影后，光阻胶开口底部出现残留的光阻胶，具体 示意图如图1所示。从图1中可以看出，绝缘层101上涂布光阻胶层，并形成图案化的光 阻胶层102，然后以图案化的光阻胶层102为掩膜，进行连接孔的刻蚀。而在光阻胶开口的 底部，即去除了部分光阻胶后，露出的绝缘层上，存在的残渣103就是由于显影不足所导致 的。Scumming问题会在后续进行连接孔的刻蚀时，引发严重的问题，导致连接孔刻蚀不完 全，无法达到预定的目标值。因此一般在图案化光阻胶后，接着执行去除光阻胶残渣的步骤 (De-scumming)，即步骤 13。
步骤13、去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣。步骤14、对绝缘层进行刻蚀，具体来说，依次刻蚀硬掩膜层和Low-K绝缘材料层， 在刻蚀终止层停止刻蚀，形成连接孔。在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀的方法 形成连接孔。现有技术中进行步骤13时，一般主要采用氧气(O2)去除残留光阻胶，但是大量 的02，一般大于50标准立方厘米/分钟(sccm)，不但去除了残留光阻胶，而且还会对光阻 胶开口内侧壁进行消耗，即扩大了光阻胶开口的尺寸。对于整个晶圆(wafer)来说，O2对 光阻胶开口内侧壁消耗的程度也是不同的，由于光阻胶掩膜尺寸的不均勻，导致在进行步 骤14后，出现不同的连接孔尺寸，即出现了较差的刻蚀后检测的特征尺寸均勻性(After EtchInspection Critical Dimension Uniformity, AEI CDU)。为显示wafer上刻蚀的连接孔直径均勻性，利用扫描电子显微镜(SEM)捕获wafer 上各连接孔的直径值。连接孔直径的范围(range)为12. 9纳米。这里的范围是指连接孔 直径最大值-连接孔直径最小值。伴随着半导体制造技术的飞速发展，晶片朝向更高的元 件密度、高集成度方向发展，半导体器件的制造技术已进入更高的工艺节点，控制均勻性指 标range在10纳米的范围内，越来越成为一个技术上的挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是提高连接孔直径均勻性。为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的本发明公开了一种连接孔的刻蚀方法，该方法包括在绝缘层上涂布光阻胶层；曝光显影图案化所述光阻胶层；采用氮气N2和一氧化碳C0，或者N2和二氧化碳CO2去除光阻胶开口底部的光阻胶 残渣；对绝缘层进行刻蚀形成连接孔。所述光阻胶残渣的去除进一步包括氧气02。所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内的压力为5 20毫托。所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内使用的源功率与 偏置功率的比值为2 5。所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内使用的偏置功率 小于200瓦。所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔内通入气体的总量小于500标准立方厘米 /分钟Sccm0所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔内通入N2与CO或CO2的比值为1. 5 2. 5。所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔内通入02的流量小于5sCCm。由上述的技术方案可见，本发明通过在曝光显影光阻胶层之后，进行去光阻胶残 渣的步骤，使得连接孔能够刻蚀完全。并且在去光阻胶残渣的步骤中通入氮气(N2)和一氧 化碳(CO)，或者N2和二氧化碳(CO2)。去光阻胶残渣主要采用CO或者CO2,其0元素的含量要比单纯的O2含量少，既起到去光阻胶残渣的作用，又可以有效防止扩大光阻胶开口的尺 寸。并且N2主要作为保护气体，进一步防止在去光阻胶残渣时扩大了光阻胶开口的尺寸。 从而有效提高了连接孔直径的均勻性。
图1为光阻胶开口底部出现残留光阻胶的示意图。图2为本发明对绝缘层制造连接孔的的流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。
本发明通过在曝光显影光阻胶层之后，进行去光阻胶残渣的步骤，使得连接孔能 够刻蚀完全。并且优选地，在去光阻胶残渣的步骤中通入N2、CO以及微量的O2，或者N2、CO2 以及微量的02。由于只有微量的02，去光阻胶残渣主要采用CO或者CO2，其0元素的含量要 比单纯的O2含量少，既起到去光阻胶残渣的作用，又可以有效防止扩大光阻胶开口的尺寸。 并且N2主要作为保护气体，进一步防止在去光阻胶残渣时扩大了光阻胶开口的尺寸。从而 有效提高了连接孔直径的均勻性。图2示出了本发明对绝缘层制造连接孔的流程示意图，包括以下步骤步骤21、在绝缘层的硬掩膜层上涂布光阻胶层。步骤22、曝光显影图案化所述光阻胶层。步骤23、去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣。本发明的该步骤中通入N2和C0，或 者队禾口 CO2。一般去除光阻胶残渣的过程在刻蚀反应腔内进行。反应腔内的压力较低，较佳地， 反应腔内的压力为5 20毫托(mT)，优选为10mT、15mT或20mT。反应腔内所使用的源功 率(Source Power)和偏置功率(Bias Power)的比值为2 5，并且要求Bias Power的功 率小于200瓦(W)，优选为100W、150W或180W。其中，源功率用于增大等离子体的密度，可 以提高对残留光阻胶的去除速率；偏置功率主要是为控制等离子体的方向性，彻底全面地 去除残留在各个光阻胶开口底部的残渣。通入气体的总流量要求小于500SCCm。其中，N2与CO或者N2与CO2的比值为1. 5 2. 5，优选为1. 5、2或2. 5。通入CO或CO2的流量优选为80sccm、100sccm或150sccm。那 么根据气体总流量以及气体比例就能够得到通入N2的流量。步骤24、对绝缘层进行刻蚀，具体来说，依次刻蚀硬掩膜层和Low-K绝缘材料层， 在刻蚀终止层停止刻蚀，形成连接孔。本发明去光阻胶残渣主要采用CO或者CO2，其0元素的含量要比单纯的O2含量少， 既起到去光阻胶残渣的作用，又可以确保光阻胶开口内侧壁不被消耗，有效防止扩大光阻 胶开口的尺寸。并且N2主要作为保护气体，进一步防止在去光阻胶残渣时扩大光阻胶开口 的尺寸。光阻胶残渣去除后，不但使得连接孔刻蚀完全，达到目标值，而且有效提高了连接 孔直径的均勻性。进一步地，本发明在通入N2与CO或者N2与CO2的同时，为了加强连接孔直径的均勻性，通入了微量O2，其流量小于5SCCm，优选为3SCCm、4SCCm或5SCCm。因此本发明的优选 实施例为在去光阻胶残渣的步骤中通入N2、CO以及微量的O2，或者N2、CO2以及微量的02。由于本发明中去除光阻胶残渣只有微量的02，用于加强连接孔直径的均勻性，去 光阻胶残渣主要采用CO或者CO2，其0元素的含量要比单纯的O2含量少，既起到去光阻胶 残渣的作用，又可以确保光阻胶开口内侧壁不被消耗，有效防止扩大光阻胶开口的尺寸。并 且N2主要作为保护气体，进一步防止在去光阻胶残渣时扩大光阻胶开口的尺寸。光阻胶残 渣去除后，不但使得连接孔刻蚀完全，达到目标值，而且有效提高了连接孔直径的均勻性。通过采用本发明，使得连接孔直径均勻性指标range控制在10纳米的范围内，而 且能够保持同样的目标⑶。这对于连接孔⑶小于60纳米的技术中，效果尤其显著。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
权利要求
一种连接孔的刻蚀方法，该方法包括在绝缘层上涂布光阻胶层；曝光显影图案化所述光阻胶层；采用氮气N2和一氧化碳CO，或者N2和二氧化碳CO2去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣；对绝缘层进行刻蚀形成连接孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除进一步包括氧气02。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内 进行，所述刻蚀反应腔内的压力为5 20毫托。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内 进行，所述刻蚀反应腔内使用的源功率与偏置功率的比值为2 5。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除在刻蚀反应腔内进 行，所述刻蚀反应腔内使用的偏置功率小于200瓦。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔 内通入气体的总量小于500标准立方厘米/分钟seem。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔内通 入N2与CO或CO2的比值为1. 5 2. 5。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光阻胶残渣的去除，在刻蚀反应腔内通 入02的流量小于5sccm。
全文摘要
本发明公开了一种连接孔的刻蚀方法，该方法包括在绝缘层上涂布光阻胶层；曝光显影图案化所述光阻胶层；采用氮气(N2)和一氧化碳(CO)，或者N2和二氧化碳(CO2)去除光阻胶开口底部的光阻胶残渣；对绝缘层进行刻蚀形成连接孔。采用该方法能够有效提高刻蚀的连接孔直径均匀性。
文档编号H01L21/768GK101969040SQ200910055488
公开日2011年2月9日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者王新鹏, 韩秋华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司