一种干法刻蚀方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种干法刻蚀方法。

背景技术：

随着对超大规模集成电路高集成度和高性能的需求逐渐增加，半导体技术向着更小特征尺寸技术发展，工艺的复杂程度不断增加，对刻蚀工艺提出了更高的要求。

现有技术的干法刻蚀方法包括以下步骤：

提供一干法刻蚀腔体；

提供一半导体基底，所述半导体基底由下至上依次包括器件层、铜互联层、介电层以及图案化的掩膜层；

进行主刻蚀工艺，即通过常用的干法刻蚀方式依次对上述介电层进行刻蚀，去除介电层，暴露上述铜互联层；

去除多余的光刻胶层。

上述干法刻蚀方法主要包括主刻蚀(mainetch，me)和光刻胶去除(strip)两个步骤，主刻蚀步骤用于通过一次性的刻蚀暴露上述铜互联层，光刻胶步骤用于在完成主刻蚀步骤后去除光刻胶层。由于在进行干法刻蚀时，多个晶元(wafer)位于同一个干法刻蚀腔体中，已经完成干法刻蚀的晶元会在主刻蚀步骤中不可不免的产生一些含有的cf^*的高分子聚合物，这些含有的cf^*的高分子聚合物不仅会与已经完成干法刻蚀的晶元上的铜发生反应生成还会附着在未完成干法刻蚀的晶元的表面，晶元盒中其他还未完成干法刻蚀的晶元在完成主刻蚀步骤后也会与含有的cf^*的高分子聚合物发生反应生成如果晶元在干法刻蚀后其表面的铜与与含有的cf^*的高分子聚合物发生反应生成则在干法刻蚀步骤后的清洗步骤(通常采用st250)中，会与清洗剂中含有的碱性(alkalescent)物质发生反应产生cu²⁺，从而导致铜表面产生凹坑缺陷。一旦生成凹坑缺陷在进行清洗步骤后的一些处理操作中，凹坑缺陷会被不断放大，最终导致严重的工艺缺陷。

图1-3为现有技术中晶元完成干法刻蚀步骤和清洗步骤后的一种处理操作，如图1所示，上述凹坑缺陷位于tm层，tm层上由下至上依次设有氮化硅(sin)层和氧化物(oxide)层，sin层和oxide层形成有位于凹坑缺陷上方的凹槽，沉积tin/al/tin层并在tin/al/tin层继续形成位于凹坑缺陷上方的凹槽，沉积oxide层并在oxide层继续形成位于凹坑缺陷上方的凹槽，由图中可清楚的看出，当进行上述处理操作时，tm层中的凹坑缺陷越来越大，从而造成越来越严重的工艺缺陷。

图4-5为现有技术中完成图1-3的处理操作后的晶元的电子显微镜示意图，由图中可看出tm层中的凹坑缺陷越来越大。

综上所述，如何在干法刻蚀中降低含有的cf^*的高分子聚合物对晶元的影响，避免产生凹坑缺陷是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能避免产生凹坑缺陷的干法刻蚀方法。

本发明采用如下技术方案：

一种干法刻蚀方法，包括：

提供一干法刻蚀腔体；

提供一半导体基底，所述半导体基底由下至上依次包括器件层、铜互联层、介电层以及图案化的掩膜层；

所述干法刻蚀方法还包括：

主刻蚀的步骤，以所述图案化的掩膜层进行干法刻蚀，以去除部分所述介电层；

过刻蚀的步骤，继续以所述图案化的掩膜层，配合碳氟聚合物和过量的氧气进行干法刻蚀，以暴露所述铜互联层；

去除所述掩膜层。

优选的，在进行所述主刻蚀步骤之前，所述干法刻蚀方法还包括：

预清理的步骤，向所述干法刻蚀腔体内通入预定体积的氧气以清除附着在所述半导体基底的所述掩膜层上的碳氟聚合物。

优选的，进行所述预清理时，所述反应腔室内的压力为300mt。

优选的，进行所述主刻蚀时，所述反应腔室内的压力为60mt。

优选的，进行所述过刻蚀时，所述反应腔室内的压力为60mt。

优选的，进行所述预清理时，所述氧气的流量为1500sccm。

优选的，利用第一刻蚀气体进行所述主刻蚀，所述第一刻蚀气体包括四氟化碳、三氟甲烷以及氮气；

所述四氟化碳的流量为150sccm，所述三氟甲烷的流量为50sccm，所述氮气的流量为170sccm。

优选的，利用第二刻蚀气体进行所述过刻蚀，所述第二刻蚀气体包括四氟化碳、氩、氧气以及氮气；

所述四氟化碳的流量为80sccm，所述氩的流量为500sccm，所述氧气的流量为20sccm，所述氮气的流量为170sccm。

本发明的有益效果：将原有的通过一次性干法刻蚀暴露铜互联层替换为通过两次干法刻蚀暴露铜互联层，即通过主刻蚀步骤先去除一部分位于铜互联层上方的介电层，在将要完全去除介电层并暴露铜互联层时，通过过刻蚀步骤，去除剩余的介电层以完全暴露所述铜互联层，由于在过刻蚀步骤中添加了相对于主刻蚀步骤中更多的过量的氧气，而氧气能够抑制碳氟聚合物与铜进行反应，从而避免碳氟聚合物与晶元的铜发生反应导致凹坑缺陷。

附图说明

图1-3为现有技术中晶元完成干法刻蚀步骤和清洗步骤后的一种处理操作示意图；

图4-5为现有技术中完成图1-3的处理操作后的晶元的电子显微镜示意图；

图6为本发明的一种优选实施例中，原理示意图之一；

图7为本发明的一种优选实施例中，原理示意图之二；

图8为本发明的一种优选实施例中，干法刻蚀方法的流程图；

图9-12为本发明的一种优选实施例中，干法刻蚀方法的过程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图8-12所示，一种干法刻蚀方法，包括：

提供一干法刻蚀腔体；

提供一半导体基底3，所述半导体基底3由下至上依次包括器件层、铜互联层2、介电层4以及图案化的掩膜层5；

所述干法刻蚀方法还包括：

主刻蚀的步骤，以所述图案化的掩膜层5进行干法刻蚀，以去除部分所述介电层4；

过刻蚀的步骤，继续以所述图案化的掩膜层5，配合碳氟聚合物1和过量的氧气进行干法刻蚀，以暴露所述铜互联层2；

去除所述掩膜层5。

在本实施例中，将原有的通过一次性干法刻蚀暴露铜互联层2替换为通过两次干法刻蚀暴露铜互联层2，即通过主刻蚀步骤先去除一部分位于铜互联层2上方的介电层4，在将要完全去除介电层4并暴露铜互联层2时，通过过刻蚀步骤，去除剩余的介电层4以完全暴露所述铜互联层2，由于在过刻蚀步骤中添加了相对于主刻蚀步骤中更多的过量的氧气，根据如图6-7所示可知，当cf^*的含量大于o^*的含量，干法刻蚀后铜互联层2上会沉积碳氟聚合物1，同时一部分cf^*挥发；当cf^*的含量小于o^*的含量，干法刻蚀后铜互联层2上不会沉积碳氟聚合物1，碳氟聚合物1中的c原子会与o原子结合形成co结合物后挥发，氧气能够抑制碳氟聚合物1与铜进行反应，从而避免碳氟聚合物1与晶元的铜发生反应导致凹坑缺陷。

本发明较佳的实施例中，在进行所述主刻蚀步骤之前，所述干法刻蚀方法还包括：

预清理的步骤，向所述干法刻蚀腔体内通入预定体积的氧气以清除附着在所述半导体基底3的所述掩膜层5上的碳氟聚合物1。

在本实施例中，在主刻蚀步骤前添加预清理步骤，去除附着在掩膜层5上的碳氟聚合物1，避免附着在掩膜层5上的碳氟聚合物1与后续暴露出的铜互联层2发生反应导致凹坑缺陷。

本发明较佳的实施例中，进行上述预清理步骤时，上述反应腔室内的压力为300mt。

本发明较佳的实施例中，进行上述过刻蚀步骤时，上述反应腔室内的压力为60mt。

本发明较佳的实施例中，进行上述预清理步骤时，上述o2的流量为1500sccm。

本发明较佳的实施例中，进行上述主刻蚀时，上述第一刻蚀气体包括cf4、chf3以及n2；

上述cf4的流量为150sccm，上述chf3的流量为50sccm，上述n2的流量为170sccm。

本发明较佳的实施例中，进行上述过刻蚀时，上述第二刻蚀气体包括cf4、ar、o2以及n2；

上述cf4的流量为80sccm，上述ar的流量为500sccm，上述o2的流量为20sccm，上述n2的流量为170sccm。

本申请中，进行预清理步骤(trim)、主清理步骤(me)、过清理步骤(oe)以及去除掩膜层5(prs1和prs2)步骤时的反应条件如

下表所示：

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。