一种倒锥形轮廓刻蚀方法
【专利摘要】本发明提供一种倒锥形轮廓刻蚀方法，包括以下步骤：(a)在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层；(b)在所述绝缘介质层上形成光刻胶的刻蚀图案；(c)对所述绝缘介质层进行第一次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的部分绝缘介质层，在所述绝缘介质层上形成开口；(d)去除光刻胶，露出所述绝缘介质层的上表面；(e)对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层，形成绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角为50°至70°，本发明通过两次刻蚀的工艺步骤，即第一次刻蚀、去光刻胶、第二次刻蚀的步骤，巧妙地获得更小的刻蚀角度，形成倒锥形轮廓，得到更大的金属填充开口。
【专利说明】一种倒锥形轮廓刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刻蚀方法，特别是一种减小刻蚀角度的倒锥形轮廓刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的?’另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。
[0003]干法刻蚀又分为三种:物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。很明显，该溅射刻蚀靠能量的轰击打出原子的过程和溅射非常相像。(想象一下，如果有一面很旧的土墙，用足球用力踢过去，可能就会有墙面的碎片从中剥离)这种极端的干法刻蚀方向性很强，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀。
[0004]化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。由于刻蚀的核心还是化学反应(只是不涉及溶液的气体状态)，因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近，具有较好的选择性，但各向异性较差。
[0005]人们对这两种极端过程进行折中，得到目前广泛应用的一些物理化学性刻蚀技术。例如反应离子刻蚀(RIE—Reactive 1n Etching)和高密度等离子体刻蚀(HDP)。这些工艺通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前RIE已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。
`[0006]通常，在小规模的集成电路芯片或是焊盘设计中，很难获得适合的间隙来填充铜线或铝线。通常由于间隙较小，给填充金属带来诸多不便。要获得良好的间隙填充性能就必须要获得相对尖锐的刻蚀角度，具体来说，实际生产过程中，刻蚀角度α小于70°才能得到良好的间隙。
[0007]而传统的干法刻蚀方法难以得到一个适合金属填充的倒锥形轮廓。图1(a)到1(d)示出传统的干法刻蚀方法。(可以参照【专利附图】
【附图说明】中的用语修改)通常的干法刻蚀方法要经历如下四个步骤:
[0008]如图1 (a)至图1 (d)所示，刻蚀的对象包括从下至上依次叠加的金属层、刻蚀停止层、氧化物层以及光刻胶层。
[0009]图1(a)为现有技术的刻蚀工艺中的起始状态的示意图；
[0010]图1(b)为现有技术的刻蚀工艺中的刻蚀过程的示意图；
[0011]图1(c)为现有技术的刻蚀工艺中去除光刻胶的步骤的示意图；
[0012]图1 (d)为现有技术的刻蚀工艺中去除刻蚀停止层的步骤的示意图。
[0013]通过这种工艺，最后得到的刻蚀角度α通常大于80°。[0014]同样地，图2 (a)到2(d)示出另一种传统的干法刻蚀方法。如图2(a)至图2(d)所示，刻蚀的对象包括依次叠加的金属层、第一刻蚀停止层、第一氧化物层、第二刻蚀停止层、第二氧化物层以及光刻胶层。
[0015]图2(a)为现有技术的刻蚀工艺中的起始状态的示意图；
[0016]图2(b)为现有技术的刻蚀工艺中的刻蚀过程的示意图；
[0017]图2(c)为现有技术的刻蚀工艺中去除光刻胶的步骤的示意图；
[0018]图2(d)为现有技术的刻蚀工艺中去除刻蚀停止层的步骤的示意图。
[0019]通过这种工艺，与图1的结果相似的，最后得到的刻蚀角度α通常还是大于80°。
[0020]现有技术如日本专利JP 7050292Α和美国专利US4978420A，均是为了获得更小的刻蚀角度而发明的技术，但实际使用效果并不理想。
[0021]有鉴于此，提供一种能够获得更小刻蚀角度，提供更大的金属填充开口的刻蚀方法显得尤为重要。
【发明内容】
[0022]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种倒锥形轮廓刻蚀方法，通过两次刻蚀的工艺步骤，即第一次刻蚀、去光刻胶、第二次刻蚀的步骤，获得更小的刻蚀角度，形成倒锥形轮廓，得到更大的金属填充开口。
[0023]根据本发明的一个方面，提供一种倒锥形轮廓刻蚀方法，包括以下步骤:
[0024](a)在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层；
[0025](b)在所述绝缘介质层上形成图案化的光刻胶；
[0026](C)对所述绝缘介质层进行第一次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的部分绝缘介质层，在所述绝缘介质层上形成开口 ；
[0027](d)去除光刻胶，露出所述绝缘介质层的上表面；
[0028](e)对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层，形成绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角为50°至70°。
[0029]优选地，所述步骤(e)中，同时对所述绝缘介质层中开口的侧壁和露出的上表面进行轰击刻蚀，所述绝缘介质中开口的截面逐渐形成倒锥形轮廓。
[0030]优选地，所述步骤(C)中，第一次干法刻蚀的深度为绝缘介质层总高度的20%至80%。
[0031]优选地，第一次干法刻蚀和第二次干法刻蚀均包括轰击刻蚀和多步化学刻蚀。
[0032]优选地，第二次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量大于第一次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量。
[0033]优选地，所述轰击刻蚀为以下中的一种:
[0034]溅射与离子束铣蚀；
[0035]等离子刻蚀；
[0036]高压等离子刻蚀；
[0037]高密度等离子体刻蚀；以及
[0038]反应离子刻蚀。
[0039]优选地，所述轰击刻蚀中，其反应气体组合为02、Ar、C0、C02、CHF3、CF4、C4F8、C4F6以及 C5Fgo
[0040]优选地，所述绝缘介质层包括至少一氧化物层和至少一刻蚀停止层，所述刻蚀停止层上设有至少一所述氧化物层。
[0041]优选地，所述刻蚀停止层被刻蚀的速度慢于所述绝缘介质层被刻蚀的速度。
[0042]优选地，所述绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层和第一刻蚀停止层。
[0043]优选地，所述步骤(C)中，第一次干法刻蚀仅去除了部分第一氧化物层，保留剩余
第一氧化物层和第一刻蚀停止层。
[0044]优选地，所述绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层、第一刻蚀停止层、第二氧化物层以及第二刻蚀停止层。
[0045]优选地，所述步骤(C)中第一次干法刻蚀，去除了部分第一氧化物层、第一刻蚀停止层以及部分第二氧化物层，保留剩余第二氧化物层和第二刻蚀停止层。
[0046]优选地，所述步骤(d)之后，步骤(e)之前还包括步骤(dl)对第一刻蚀停止层进行侧蚀。
[0047]优选地，所述绝缘介质层的总厚度为IOOnm至50000nm。
[0048]优选地，所述光刻胶的厚度为IOOnm至40000nm。
[0049]优选地，所述底层金属连线为铝线或者铜线。
[0050]优选地，所述绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角为60
[0051]本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法，通过两次刻蚀的工艺步骤，即第一次刻蚀、去光刻胶、第二次刻蚀的步骤，巧妙地获得更小的刻蚀角度，形成倒锥形轮廓，得到更大的金属填充开口。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0053]图1(a)为现有技术的刻蚀工艺中的起始状态的示意图；
[0054]图1(b)为现有技术的刻蚀工艺中的刻蚀过程的示意图；
[0055]图1(c)为现有技术的刻蚀工艺中去除光刻胶的步骤的示意图；
[0056]图1 (d)为现有技术的刻蚀工艺中去除刻蚀停止层的步骤的示意图；
[0057]图2(a)为现有技术的刻蚀工艺中的起始状态的示意图；
[0058]图2(b)为现有技术的刻蚀工艺中的刻蚀过程的示意图；
[0059]图2(c)为现有技术的刻蚀工艺中去除光刻胶的步骤的示意图；
[0060]图2(d)为现有技术的刻蚀工艺中去除刻蚀停止层的步骤的示意图；
[0061]图3示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法的流程图；
[0062]图4(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中起始状态的示意图；
[0063]图4(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第一次刻蚀的示意图；
[0064]图4(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中去除光刻胶的示意图；
[0065]图4(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀的示意图；
[0066]图5示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图；
[0067]图6(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中起始状态的示意图；
[0068]图6(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第一次刻蚀的示意图；
[0069]图6(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中去除光刻胶的示意图；
[0070]图6(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中进行侧蚀的示意图；
[0071]图6(e)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀的示意图；以及
[0072]图7示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图。
[0073]附图标记
[0074]A为刻蚀开口的上部
[0075]B为刻蚀开口的下部
[0076]K为轰击粒子运动方向
[0077]α为刻蚀角度
【具体实施方式】
[0078]本领域技术人员理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
[0079]图3示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法的流程图。如图3所示，本发明提供了一种倒锥形轮廓刻蚀方法，包括以下步骤:
[0080](a)在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层；
[0081](b)在绝缘介质层上形成图案化的光刻胶；
[0082](c)对绝缘介质层进行第一次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的部分绝缘介质层，在绝缘介质层上形成开口 ；
[0083](d)去除光刻胶，露出绝缘介质层的上表面；
[0084](e)对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层，形成绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角为50°至70°。
[0085]本发明主要是通过两次刻蚀，即第一次刻蚀，去除光刻胶，第二次刻蚀，来形成倒锥形轮廓。其中，第一次刻蚀主要是根据光刻胶的刻蚀图案进行刻蚀，形成刻蚀开口。而在去除了光刻胶后，由于绝缘介质层的上表面和侧壁均暴露在反应气体中，第二次刻蚀主要是加强对刻蚀开口上部的横向刻蚀，强力消减刻蚀开口的上部，获得更小的刻蚀角度，形成倒锥形轮廓，得到更大的金属填充开口。
[0086]步骤(e)中，同时对绝缘介质层中开口的侧壁和露出的上表面进行轰击刻蚀，绝缘介质中开口的截面逐渐形成倒锥形轮廓。
[0087]绝缘介质层包括至少一氧化物层和至少一刻蚀停止层。
[0088]图4(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中起始状态的示意图。图4(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第一次刻蚀的示意图。图4(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中去除光刻胶的示意图。图4(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀的示意图。如图4(a)至图4(d)所示，绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层和第一刻蚀停止层。
[0089]对于图4(a)至图4(d)所示的结构，在步骤(C)中，第一次干法刻蚀仅去除了部分第一氧化物层，保留剩余第一氧化物层和第一刻蚀停止层。余下的供第二次刻蚀之用。
[0090]图5示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图。如图5所示，其中A为刻蚀开口的上部，B为刻蚀开口的下部，K为轰击粒子运动方向，α为刻蚀角度。在本发明的第二次刻蚀过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，所以刻蚀开口的上部A相比刻蚀开口的下部B更容易受到多个方向的轰击刻蚀，其被轰击的程度非常高，刻蚀开口的上部A被刻蚀的程度也就远大于刻蚀开口的下部B，所以在同样的刻蚀步骤时间内，刻蚀开口的上部A被反复轰击，形成了大开口的斜坡，而刻蚀开口的下部B受到的轰击相对较弱，形成小开口斜坡，故整个刻蚀开口形成倒锥形轮廓。相应的刻蚀角度α与常规技术的刻蚀角度相比角度更小。
[0091 ] 结合轰击粒子运动方向K，可以看出第二次刻蚀中，越靠近刻蚀开口的开口部分受到轰击粒子的轰击刻蚀越强，刻蚀开口的上部A更容易产生明显的横向刻蚀效果，越靠近刻蚀开口底部受到轰击粒子的轰击刻蚀越弱，刻蚀开口的下部B的横向刻蚀效果也相对较弱。所以通过本发明形成的倒锥形轮廓更显著，有助于金属填充的需要，而传统刻蚀工艺下的刻蚀开口完全无法实现这种结构。
[0092]图6(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中起始状态的示意图。图6(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第一次刻蚀的示意图。图6(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中去除光刻胶的示意图。图6(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中进行侧蚀的示意图。图6(e)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀的示意图。如图6(a)至图6(e)所示，绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层、第一刻蚀停止层、第二氧化物层以及第二刻蚀停止层。
[0093]对于图6 (a)至图6(e)所示的结构，在步骤(C)中第一次干法刻蚀，去除了部分第一氧化物层、第一刻蚀停止层以及部分第二氧化物层，保留剩余第二氧化物层和第二刻蚀停止层。余下的供第二次刻蚀之用。在这个过程中，由于刻蚀对第一氧化物层和第一刻蚀停止层的刻蚀速率不一样,穿过第一层刻蚀停止层往下刻蚀时会自动形成对第一刻蚀停止层的横向刻蚀。
[0094]当然，为了实现特殊的工艺要求也可以考虑在步骤(d)之后，步骤(e)之前还包括步骤(dl)对第一刻蚀停止层进行侧蚀。
[0095]图7示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图。如图7所示，其中A为刻蚀开口的上部，B为刻蚀开口的下部，K为轰击粒子运动方向，α为刻蚀角度。在本发明的第二次刻蚀过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，所以刻蚀开口的上部A相比刻蚀开口的下部B更容易受到多个方向的轰击刻蚀，其被轰击的程度非常高，刻蚀开口的上部A被刻蚀的程度也就远大于刻蚀开口的下部B，所以在同样的刻蚀步骤时间内，刻蚀开口的上部A被反复轰击，形成了大开口的斜坡，而刻蚀开口的下部B受到的轰击相对较弱，形成小开口斜坡，故整个刻蚀开口形成倒锥形轮廓。相应的刻蚀角度α与常规技术的刻蚀角度相比角度更小。
[0096]结合轰击粒子运动方向K，可以看出第二次刻蚀中，越靠近刻蚀开口的开口部分受到轰击粒子的轰击刻蚀越强，刻蚀开口的上部A更容易产生明显的横向刻蚀效果，越靠近刻蚀开口底部受到轰击粒子的轰击刻蚀越弱，刻蚀开口的下部B的横向刻蚀效果也相对较弱。所以通过本发明形成的倒锥形轮廓更显著，有助于金属填充的需要，而传统刻蚀工艺下的刻蚀开口完全无法实现这种结构。
[0097]步骤(c)中，第一次干法刻蚀的深度为绝缘介质层总高度的20%至80%。相对而言。第一次干法刻蚀的目的和进行的步骤与普通的刻蚀相同，主要是根据光刻胶的刻蚀图案进行刻蚀，形成刻蚀开口，但是，第一次干法刻蚀的深度不能到底，仅为绝缘介质层总高度的20%至80%，留出的80%至20%供第二次刻蚀时，能够留有横向刻蚀的余量，使刻蚀开口可以形成倒锥形轮廓。
[0098]第一次干法刻蚀和第二次干法刻蚀均包括轰击刻蚀和多步化学刻蚀。与常规的刻蚀方法类似，本发明中的刻蚀均包括轰击刻蚀和多步化学刻蚀，但是本发明的刻蚀步骤中轰击刻蚀的刻蚀强度要强于多步化学刻蚀的刻蚀强度，本发明中主要是通过轰击刻蚀来形成倒锥形轮廓的刻蚀开口。
[0099]第二次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量大于第一次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量。本发明主要是通过第二次干法刻蚀中的轰击刻蚀来促成倒锥形轮廓的形成，加强第二次干法刻蚀中的轰击刻蚀更有助于实现这个目的。实际刻蚀过程中可以通过增强第二次干法刻蚀的刻蚀功率和/或压强等来实现。最后得到的所述绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角最优选的为60°。
[0100]轰击刻蚀为以下中的一种:溅射与离子束铣蚀；等离子刻蚀；高压等离子刻蚀；高密度等离子体刻蚀；以及反应离子刻蚀。常规的轰击刻蚀方法都适用于本发明，不限于列出的这些方式。
[0101]第一次刻蚀中，轰击刻蚀的压强为30至500mT之间，频率为2Mhz，13.56Mhz，27Mhz，60Mhz等之一，刻蚀功率为500至60000W之间，刻蚀时间取决于刻蚀速率和实际要求。
[0102]第二次刻蚀中，轰击刻蚀的压强为20至200mT之间、频率为2Mhz，13.56Mhz,27Mhz等之一、刻蚀功率500至60000W、刻蚀时间取决于刻蚀速率和实际要求。[0103]轰击刻蚀中，其反应气体组合为02、Ap CO、CO2, CHF3、CF4, C4F8, C4F6以及C5F8。该反应气体组合中的气体均为常规刻蚀气体，其作用均为公知技术，在此不再赘述。常规的轰击刻蚀的反应气体或是反应气体的流速比例都适用于本发明，不限于列出的这些气体。
[0104]绝缘介质层的总厚度为IOOnm至50000nm。常规的绝缘介质层都适用于本发明，不限于列出的厚度。
[0105]光刻胶的厚度为IOOnm至40000nm。常规的光刻胶都适用于本发明，不限于列出的厚度。而且，适合本方法的去除光刻胶的工艺是通过02或者02+CF4洗去，传统的去光刻胶工艺均可。
[0106]底层金属连线为铝线或者铜线。常规的金属连线都适用于本发明，不限于列出的种类。
[0107]通常会有额外的一步用来去除刻蚀停止层。去除刻蚀停止层的方法为现有技术。
[0108]以下结合附图图4(a)至图7，并通过两个具体实施例，来进一步说明本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法的实现过程。
[0109]第一实施例
[0110]图4(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中起始状态的示意图。通过常规工艺，在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层，并在所述绝缘介质层上形成光刻胶的刻蚀图案。
[0111]本实施例中，在金属连线上依次覆盖刻蚀停止层、氧化物层和光刻胶层。其中金属连线可以是铜线。光刻胶层的厚度为lOOOnm，氧化物层的厚度为350nm，刻蚀停止层的厚度为 35nm。
[0112]图4(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第一次刻蚀的示意图。对所述绝缘介质层进行第一次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的部分绝缘介质层，在所述绝缘介质层上形成开口。
[0113]第一次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为IOOmT,频率为27Mhz，刻蚀功率2000W，本次刻蚀的深度为多少200nm，则氧化物层未被穿透，余下的氧化物层的厚度为150nm，刻蚀停止层的厚度仍未为35nm。
[0114]图4(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中去除光刻胶的示意图。去除光刻胶，露出所述绝缘介质层的上表面，可以通过02或者02+CF4洗去光刻胶。传统的去光刻胶工艺均可。
[0115]图4(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀的示意图。对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层。
[0116]第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为200mT，频率为27Mhz，刻蚀功率10000W，将底层金属连线上方的剩余绝缘介质层去除。在此过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，刻蚀开口的上部受到更多的轰击刻蚀，而刻蚀开口的下部受到的轰击刻蚀较小，所以刻蚀开口逐渐形成了倒锥形轮廓。
[0117]图5示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第一实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图。如图5所示，其中A为刻蚀开口的上部，B为刻蚀开口的下部，K为轰击粒子运动方向，α为刻蚀角度。在本发明的第二次刻蚀过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，在第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为200mT，频率为27Mhz，刻蚀功率IOOOOW的刻蚀工艺下，所以刻蚀开口的上部A相比刻蚀开口的下部B更容易受到多个方向的轰击刻蚀，其被轰击的程度非常高，刻蚀开口的上部A被刻蚀的程度也就远大于刻蚀开口的下部B，所以在同样的刻蚀步骤时间内，刻蚀开口的上部A被反复轰击形成了大开口的斜坡，而刻蚀开口的下部B受到的轰击相对较弱形成小开口斜坡，故整个刻蚀开口形成倒锥形轮廓。相应的刻蚀角度α与常规技术的刻蚀角度相比角度更小。本实施例中，最后得到的刻蚀角度α为62°。
[0118]结合轰击粒子运动方向K，可以看出第二次刻蚀中，越靠近刻蚀开口的开口部分受到轰击粒子的轰击刻蚀越强，刻蚀开口的上部A更容易产生明显的横向刻蚀效果，越靠近刻蚀开口底部受到轰击粒子的轰击刻蚀越弱，刻蚀开口的下部B的横向刻蚀效果也相对较弱。所以通过本发明形成的倒锥形轮廓更显著，有助于金属填充的需要，而传统刻蚀工艺下的刻蚀开口完全无法实现这种结构。
[0119]当然，对本领域内的技术人员来说，即使对第一实施例中的工艺参数进行变化，仍然落在本发明的保护范围之内。
[0120]例如:其中金属连线可以是铝线。光刻胶层的厚度为2000nm，氧化物层的厚度为800nm，刻蚀停止层的厚度为70nm。
[0121]第一次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为200mT，频率为27Mhz，刻蚀功率4000W，本次刻蚀的深度为多少700nm，则氧化物层未被穿透，余下的氧化物层的厚度为lOOnm，刻蚀停止层的厚度仍未为70nm。
[0122]第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为300mT，频率为60Mhz，刻蚀功率20000W，将底层金属连线上方的剩余绝缘介质层全部去除，则最后得到的刻蚀角度α可能为63°。
[0123]第二实施例
[0124]图6(a)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中起始状态的示意图。通过常规工艺，在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层，并在所述绝缘介质层上形成光刻胶的刻蚀图案。
[0125]本实施例中，在金属连线上依次覆盖第一刻蚀停止层、第一氧化物层、第二刻蚀停止层、第二氧化物层和光刻胶层。其中金属连线可以是铜线。其中，光刻胶层的厚度lOOOnm、第一氧化物层的厚度200nm、第一刻蚀停止层20nm、第二氧化物层的厚度150nm以及第二刻蚀停止层的厚度分别是35nm。两层刻蚀停止层的作用都是为了帮助停止前一层的刻蚀。
[0126]图6(b)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第一次刻蚀的示意图。
[0127]第一次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为300mT，频率为27Mhz，刻蚀功率1500W，本次刻蚀的深度为多少260nm，则第一氧化物层和第一刻蚀停止层都被穿过，而第二氧化物层被穿过少许，余下的第二氧化物层的厚度为llOnm，刻蚀停止层的厚度仍未为35nm。
[0128]图6(c)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中去除光刻胶的示意图。去除光刻胶，露出所述绝缘介质层的上表面，可以通过02或者02+CF4洗去光刻胶。传统的去光刻胶工艺均可。在这个过程中，由于刻蚀对第一氧化物层和第一刻蚀停止层的刻蚀速率不一样，穿过第一层刻蚀停止层往下刻蚀时会自动形成对第一刻蚀停止层的横向刻蚀。[0129]图6(d)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中进行侧蚀的示意图。这可步骤是可选方案，并不是必要步骤，进行侧蚀可以增强对第一刻蚀停止层的横向刻蚀。
[0130]图6(e)示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀的示意图。对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层。
[0131]第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为80mT，频率为27Mhz，刻蚀功率5000W。将底层金属连线上方的剩余绝缘介质层全部去除。在此过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，刻蚀开口的上部受到更多的轰击刻蚀，而刻蚀开口的下部受到的轰击刻蚀较小，所以刻蚀开口逐渐形成了倒锥形轮廓。
[0132]图7示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法第二实施例中第二次刻蚀形成倒锥形轮廓，减小刻蚀角度的原理图。如图7所示，其中A为刻蚀开口的上部，B为刻蚀开口的下部，K为轰击粒子运动方向，α为刻蚀角度。在本发明的第二次刻蚀过程中，由于绝缘介质层中开口的侧壁和上表面均被暴露，在第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为80mT，频率为27Mhz，刻蚀功率5000W的刻蚀工艺下，所以刻蚀开口的上部A相比刻蚀开口的下部B更容易受到多个方向的轰击刻蚀，其被轰击的程度非常高，刻蚀开口的上部A被刻蚀的程度也就远大于刻蚀开口的下部B，所以在同样的刻蚀步骤时间内，刻蚀开口的上部A被反复轰击形成了大开口的斜坡，而刻蚀开口的下部B受到的轰击相对较弱形成小开口斜坡，故整个刻蚀开口形成倒锥形轮廓。相应的刻蚀角度α与常规技术的刻蚀角度相比角度更小。本实施例中，最后得到的刻蚀角度α为60°。
[0133]结合轰击粒子运动方向K，可以看出第二次刻蚀中，越靠近刻蚀开口的开口部分受到轰击粒子的轰击刻蚀越强，刻蚀开口的上部A更容易产生明显的横向刻蚀效果，越靠近刻蚀开口底部受到轰击粒子的轰击刻蚀越弱，刻蚀开口的下部B的横向刻蚀效果也相对较弱。所以通过本发明形成的倒锥形轮廓更显著，有助于金属填充的需要，而传统刻蚀工艺下的刻蚀开口完全无法实现这种结构。
[0134]第二实施例的应用范围与第一实施例的应用范围相同，最后所得到的刻蚀角度也大致相同。
[0135]当然，对本领域内的技术人员来说，即使对第二实施例中的工艺参数进行变化，仍然落在本发明的保护范围之内。
[0136]例如:其中金属连线可以是铜线，光刻胶层的厚度1500nm、第一氧化物层的厚度400nm、第一刻蚀停止层30nm、第二氧化物层的厚度350nm以及第二刻蚀停止层的厚度分别是60nm。两层刻蚀停止层的作用都是为了帮助停止前一层的刻蚀。
[0137]第一次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为500mT，频率为27Mhz，刻蚀功率30000W，本次刻蚀的深度为多少500nm，则第一氧化物层和第一刻蚀停止层都被穿过，而第二氧化物层被穿过少许，余下的第二氧化物层的厚度为280nm，刻蚀停止层的厚度仍未为60nm。
[0138]第二次干法刻蚀中轰击刻蚀的压强为200mT，频率为27Mhz，刻蚀功率20000W。将底层金属连线上方的剩余绝缘介质层全部去除，则最后得到的刻蚀角度α可能为61°。
[0139]综上可知，本发明的倒锥形轮廓刻蚀方法，通过两次刻蚀的工艺步骤，即第一次刻蚀、去光刻胶、第二次刻蚀的步骤，巧妙地获得更小的刻蚀角度，形成倒锥形轮廓，得到更大的金属填充开口。
[0140]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)在衬底上依次形成底层金属连线和绝缘介质层； (b)在所述绝缘介质层上形成图案化的光刻胶； (C)对所述绝缘介质层进行第一次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的部分绝缘介质层，在所述绝缘介质层上形成开口 ； (d)去除光刻胶，露出所述绝缘介质层的上表面； (e)对绝缘介质层进行第二次干法刻蚀，去除底层金属连线上方的剩余绝缘介质层，形成绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的夹角为50°至70°。
2.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述步骤(e)中，同时对所述绝缘介质层中开口的侧壁和露出的上表面进行轰击刻蚀，所述绝缘介质中开口的截面逐渐形成倒锥形轮廓。
3.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述步骤(c)中，第一次干法刻蚀的深度为绝缘介质层总高度的20%至80%。
4.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:第一次干法刻蚀和第二次干法刻蚀均包括轰击刻蚀和多步化学刻蚀。
5.根据权利要求4所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:第二次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量大于第一次干法刻蚀中的轰击刻蚀的轰击粒子的能量。
6.根据权利要求5所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述轰击刻蚀为以下中的一种: 溅射与离子束铣蚀； 等离子刻蚀； 高压等离子刻蚀； 高密度等离子体刻蚀；以及 反应离子刻蚀。
7.根据权利要求6所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述轰击刻蚀中，其反应气体组合为 02、Ar、CO、CO2, CHF3> CF4, C4F8, C4F6 以及 C5F8。
8.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述绝缘介质层包括至少一氧化物层和至少一刻蚀停止层，所述刻蚀停止层上设有至少一所述氧化物层。
9.根据权利要求8所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述刻蚀停止层被刻蚀的速度慢于所述绝缘介质层被刻蚀的速度。
10.根据权利要求8所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层和第一刻蚀停止层。
11.根据权利要求9所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述步骤(C)中，第一次干法刻蚀仅去除了部分第一氧化物层，保留剩余第一氧化物层和第一刻蚀停止层。
12.根据权利要求8所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述绝缘介质层从上到下依次为第一氧化物层、第一刻蚀停止层、第二氧化物层以及第二刻蚀停止层。
13.根据权利要求12所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述步骤(c)中第一次干法刻蚀，去除了部分第一氧化物层、第一刻蚀停止层以及部分第二氧化物层，保留剩余第二氧化物层和第二刻蚀停止层。
14.根据权利要求13所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述步骤(d)之后，步骤(e)之前还包括步骤(dl)对第一刻蚀停止层进行侧蚀。
15.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述绝缘介质层的总厚度为 IOOnm 至 50000nm。
16.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述光刻胶的厚度为IOOnm 至 40000nm。
17.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述底层金属连线为铝线或者铜线。
18.根据权利要求1所述的倒锥形轮廓刻蚀方法，其特征在于:所述绝缘介质层经刻蚀后的斜面与水平面之间的 夹角为60°。
【文档编号】H01L21/768GK103779271SQ201210415193
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】刘志强, 李俊良 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司