专利名称：一种通孔刻蚀方法
技术领域：
本发明属于集成电路制造技术领域，涉及一种通孔刻蚀方法。
背景技术：
随着半导体技术的快速发展，半导体器件特征尺寸显著减小，通孔尺寸 也随之显著缩小，然而需要开通孔的介质层厚度并不能与通孔尺寸同比例缩 小，所以通孔的深宽比越来越大，这样在后续高温回流工艺过程中容易在通
孔中产生"瓶颈，，100 (如图l所示)，使得后续在通孔中填充钨或铝等金属失败。
解决这一问题通常采用的方法是改变通孔的结构，使得通孔开口具有一
定的斜度。制备这种开口具有一定斜度的通孔有许多方法。图2A-C为一种 典型的通孔刻蚀方法流程示意图。首先，如图2A所示，以图案化的牺牲层 200为掩膜，先用各向同性刻蚀方法在介质层210中刻蚀出一个具有圓弧轮 廓的通孔开口 211;然后，如图2B所示，用各向异性刻蚀方法在具有圆弧 轮廓的通孔开口 211底部刻蚀通孔直至衬底220表面。去除牺牲层后就获得 如图2C所示的通孔212。用这种方法刻蚀得到的通孔212具有底部小、开 口大的特点，在高温回流工艺过程中不会产生"瓶颈"。但是这种方法首先 使用的是各向同性刻蚀方法，各向同性刻蚀开口尺寸不易控制，会导致底部 尺寸的不易控制；另外，这种方法采用各向同性刻蚀和各向异性刻蚀两种不同的方法，前者经常釆用湿法刻蚀，后者经常为干法刻蚀，需要在不同的机 台中进行，生产效率4艮低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术的通孔刻蚀方法所制备的通孔底 部尺寸不易控制，生产效率很低。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种通孔刻蚀方法，包括 提供一半导体村底，所述半导体衬底具有介质层； 在所述介质层形成牺牲层；
图案化所述牺牲层并在所述牺牲层中形成开口以界定通孔位置； 以所述图案化的牺牲层为掩膜，执行第一各向异性干法刻蚀制程，刻 蚀所述介质层至暴露出所述村底表面，在所述介质层中出刻蚀通孔； 执行一各向同性干法刻蚀制程，扩大所述牺牲层中开口的尺寸； 以所述开口扩大后的牺牲层为掩膜，执行第二各向异性干法刻蚀制 程，并过刻蚀形成酒杯状轮廓的通孔； 去除所述牺牲层。
其中，所述牺牲层为均匀涂布的光致抗蚀剂层，厚度大于9600义。所 述第一各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。所述各向同性干 法刻蚀的气体为02。所述第二各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar
和ccx
本发明提供了另外一种通孔刻蚀方法，包括 提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有介质层； 在所述介质层形成牺牲层；图案化所述牺牲层并在所述牺牲层中形成开口以界定通孔位置； 以所述图案化的牺牲层为掩膜，执行第一各向异性干法刻蚀制程，刻 蚀所述介质层至接近所述衬底表面，在所述介质层中刻蚀出初级通孔； 执行一各向同性干法刻蚀制程，扩大所述牺牲层中开口的尺寸； 以所述开口扩大后的牺牲层为掩膜，执行第二各向异性干法刻蚀制
程，刻蚀所述初级通孔底部以下的介质层至暴露出所述衬底表面，并过刻
蚀形成酒杯状轮廓的通孔； 去除所述牺牲层。
其中，所述牺牲层为均匀涂布的光致抗蚀剂层，厚度大于9600义。所 述第一各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。所述各向同性干
法刻蚀的气体为02。所述第二各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar
和co。
本发明由于釆用了上述的技术方案，使之与现有4支^目比，具有以下
优点和积4 L效果
1、 先用各向异性刻蚀接触到通孔底部，定义出底部的尺寸，再扩大通孔 开口 ，这样底部尺寸的控制会比较精确；
2、 只用干法刻蚀方法，只有一个程式，可以在一个才几台里面一次性成型， 生产效率得到很大提高。
图1为具有"瓶颈"的通孔示意图。
图2A 图2C为传统刻蚀通孔方法流程示意图。
图3A 图3G为根据本发明实施例一的通孔刻蚀方法流程示意图。图3A、图3B、图3H、图31、图3E、图3F、图3G为根据本发明实施 例二的通孔刻蚀方法流程示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
作进一 步的详细描述。
图3A 图3G为本发明实施例的通孔刻蚀方法流程示意图，所述示意图 只是实施例，在此不应过度限制本发明的保护范围。在本发明实施例的通孔 刻蚀方法中，通孔形成于半导体衬底表面的介质层中。该半导体衬底可以是 单晶硅或锗，其中还可以包括形成于该半导体材料中的如MOS-FET (金属 氧化物半导体场效应晶体管)、bipolar (双极型晶体管)等电子器件(还有 其它么？)以及电极接触区域。该介质层可以是金属前介质层(PMD)，也 可以是层间介质层(ILD)。 PMD层中的通孔用于连接半导体衬底中电子器 件的电极和上层互连层中的金属导线。ILD层中的通孔用于连接相邻金属互 连层中的导线。所述介质层可以包括一层ILD层，也可以包4舌多层ILD层， 如2、 3或4层。本发明以在PMD层中刻蚀通孔为例。
首先，如图3A所示，半导体衬底310为硅衬底，该半导体衬底310表 面上的介质层为PMD层320,该PMD层320的材料为硅的氧化物和氮化物， 用化学气相沉积的方法淀积到该半导体衬底310表面上。
然后，如图3B所示，在PMD层320表面涂布一层光致抗蚀剂层330
作为牺牲层，该光致抗蚀剂层330的厚度为大于9600义。本实施例中选用光 致抗蚀剂层为牺牲层，也可以采用其他材料作为牺牲层，不限于本实施例。 用传统的光刻工艺图案化该光致抗蚀剂层330,形成开口 331以界定通孔位置。
接着，如图3C所示，利用形成有开口 331的光致抗蚀剂层330为掩膜， 采用第一各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀PMD层320至暴露出所述衬底310 表面，在所述介质层320中刻蚀出通孔321。该第一各向异性的干法刻蚀工 艺的功率为1500~1700W,气压为45 55mT，采用的刻蚀气体为CxFy、 02、 Ar和CO,对应的气体流量分别为9 14sccm、 5 10sccm、 180 240sccm、 45 60sccm。
接下来，如图3D所示，釆用各向同性干法刻蚀的工艺刻蚀开口 331， 扩大开口 331的尺寸，用以控制通孔321的顶部尺寸。例如，若开口 331为 圆形，则开口 331的直径扩大少于3000义；若开口331为矩形，则开口 331
的长和宽各自扩大少于3000义。该各向同性干法刻蚀的工艺，功率为 200~400W，气压为100mT 200mT,釆用的刻蚀气体为02，流量为 300 500sccm。开口 331的尺寸扩大后，通孔321的开口边缘322就暴露出 来。
再后来，如图3E所示，以所述开口 331扩大后的光致抗蚀剂层330为 掩膜，采用第二各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀通孔321的顶部，形成如图3E 所示的酒杯状轮廓的通孔325;同时过刻蚀充分将衬底310表面暴露出来。 该第二各向异性的干法刻蚀工艺有两个作用， 一是刻蚀通孔321的顶部，由 于通孔321的开口边缘322为尖角的突出，第二各向异性的干法刻蚀工艺的 刻蚀速率由开口边缘322向远离开口边缘322的平面区域逐渐减慢，因此在 通孔321下方形成弧形侧壁323，最终形成酒杯状轮廓的通孔325。同时由 于是采用各向异性刻蚀工艺，通孔321底部尺寸几乎没有变化，因此这就保 证了通孔底部的精确控制。二是过刻蚀暴露出来的衬底310表面，使衬底310表面充分暴露出来。
最后，如图3F所示，采用一般传统办法去除所述光致抗蚀剂层330。 图3F所示的酒杯状^^廓的通孔经过高温回流工艺过程之后形成的通孔
如图3G所示。
本发明另外一个在PMD层中刻蚀通孔的实施例如下。
首先，如图3A所示，半导体衬底310为硅村底，该半导体衬底310表
面上的介质层为PMD层320,该PMD层320的材料为硅的氧化物和氮化物，
用化学气相沉积的方法淀积到该半导体衬底310表面上。
然后，如图3B所示，在PMD层320表面涂布一层光致抗蚀剂层330
作为牺牲层，该光致抗蚀剂层330的厚度为大于9600A。本实施例中选用光 致抗蚀剂层为牺牲层，也可以采用其他材料作为牺牲层，不限于本实施例。 用传统的光刻工艺图案化该光致抗蚀剂层330，形成开口 331以界定通孔位 置。
接着，如图3H所示，利用形成有开口 331的光致抗蚀剂层330为掩膜，
面，在所述介质层320中刻蚀出初级通孔324。该第一各向异性的干法刻蚀 工艺的功率为1500~1700W,气压为45~55mT,采用的刻蚀气体为CxFy、 02、 At和CO，对应的气体流量分别为9 14sccm、 5 10sccm、 180 240sccm、 45 60sccm。
接下来，如图3I所示，采用各向同性干法刻蚀的工艺刻蚀开口 331，扩 大开口331的尺寸，用以控制初级通孔324的顶部尺寸。例如，若开口331
为圆形，则开口 331的直径扩大少于3000义；若开口 331为矩形，则开口 331的长和宽各自扩大少于3000义。该各向同性干法刻蚀的工艺，功率为200~400W ，气压为100mT 200mT,釆用的刻蚀气体为02 ，流量为 300 500sccm。开口 331的尺寸扩大后，初级通孔324的开口边*皋322就暴 露出来。 '
再后来，如图3E所示，以所述开口 331扩大后的光致抗蚀剂层330为 掩膜，采用第二各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀初级通孔324的顶部，形成如 图3E所示的酒杯状轮廓的通孔325;同时刻蚀初M孔324底部以下的介 质层至暴露出衬底310表面，并过刻蚀以充分将衬底310暴露出来，最终形 成酒杯状轮廓的通孔325。该第二各向异性的干法刻蚀工艺有两个作用，一 是刻蚀初级通孔324的顶部，由于初级通孔324的开口边纟彖322为尖角的突 出，第二各向异性的干法刻蚀工艺的刻蚀速率由开口边缘322向远离开口边 缘322的平面区域逐渐减慢，因此在初级通孔324下方形成弧形侧壁323。 同时由于是采用各向异性刻蚀工艺，通孔321底部尺寸几乎没有变化，因此 这就保证了通孔底部的精确控制。二是刻蚀初级通孔324底部以下的介质层 至暴露出衬底310表面，并过刻蚀以充分将衬底310暴露出来。
最后，如图3F所示，采用一般传统办法去除所述光致抗蚀剂层330。 图3F所示的酒杯状轮廓的通孔经过高温回流工艺过程之后形成的通孔 如图3G所示。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的 实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明 书中所述的具体实施例。
权利要求
1.一种通孔刻蚀方法，包括提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有介质层；在所述介质层形成牺牲层；图案化所述牺牲层并在所述牺牲层中形成开口以界定通孔位置；以所述图案化的牺牲层为掩膜，执行第一各向异性干法刻蚀制程，刻蚀所述介质层至暴露出所述衬底表面，在所述介质层中出刻蚀通孔；执行一各向同性干法刻蚀制程，扩大所述牺牲层中开口的尺寸；以所述开口扩大后的牺牲层为掩膜，执行第二各向异性干法刻蚀制程，并过刻蚀形成酒杯状轮廓的通孔；去除所述牺牲层。
2. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述牺牲层为均 匀涂布的光致抗蚀剂层。
3. 根据权利要求2所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述光致抗蚀剂层的厚度大于9600A 。
4. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述第一各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。
5. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述各向同性千 法刻蚀的气体为02。
6. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述第二各向异 性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。
7. —种通孔刻蚀方法，包括 提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有介质层；在所述介质层形成牺牲层；图案化所述牺牲层并在所述牺牲层中形成开口以界定通孔位置； 以所述图案化的牺牲层为掩膜，执行第一各向异性干法刻蚀制程，刻蚀所述介质层至接近所述衬底表面，在所述介质层中刻蚀出初级通孔； 执行一各向同性干法刻蚀制程，扩大所述牺牲层中开口的尺寸； 以所述开口扩大后的牺牲层为掩膜，执行第二各向异性干法刻蚀制程，刻蚀所述初级通孔底部以下的介质层至暴露出所述衬底表面，并过刻蚀形成酒杯状轮廓的通孔；去除所述牺牲层。
8. 根据权利要求7所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述牺牲层为均 匀涂布的光致抗蚀剂层。
9. 根据权利要求8所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述光致抗蚀剂层的厚度大于9600A 。
10. 根据权利要求7所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述第一各向异性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。
11. 根据权利要求7所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述各向同性干 法刻蚀的气体为o2。
12. 根据权利要求7所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述第二各向异 性干法刻蚀的气体为CxFy、 02、 Ar和CO。
全文摘要
一种通孔刻蚀方法，包括提供一半导体衬底，所述半导体衬底表面具有介质层；在所述介质层表面形成牺牲层；图案化所述牺牲层并在所述牺牲层中形成开口以界定通孔位置；以所述图案化的牺牲层为掩膜，执行第一各向异性干法刻蚀制程，刻蚀所述介质层至暴露出或接近所述衬底表面，在所述介质层中刻蚀通孔；执行一各向同性干法刻蚀制程，扩大所述牺牲层中开口的尺寸；以所述开口扩大后的牺牲层为掩膜，执行第二各向异性干法刻蚀制程，并过刻蚀形成酒杯状轮廓的通孔；去除所述牺牲层。本发明的优点在于所制备的通孔底部尺寸的控制会比较精确；只用干法刻蚀方法，只有一个程式，可以在一个机台里面一次性成型，生产效率得到很大提高。
文档编号H01L21/768GK101667556SQ200910195420
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者彭树根, 徐昕睿, 洋 李, 林俊毅, 王玉磊, 冲 黄 申请人:上海宏力半导体制造有限公司