專利名稱：通孔刻蝕方法
技術領域：
本發明涉及集成電路制造技術領域，特別涉及一種通孔刻蝕方法。
背景技術：
隨器件尺寸的縮小，通孔尺寸也隨之縮小，導致按傳統工藝填充通孔時， 通孔填充能力受到限制，在填充過程中易產生孔洞。此孔洞對集成電路器件 可能造成的影響包括對于金屬前介質層中的通孔，若在后續填充通孔互連 材料時產生孔洞，繼而在經歷平整化過程后，易在后續沉積金屬層工藝中形 成金屬層沉積表面不平，即易造成金屬層材料對通孔的填充，又由于當前通 孔互連材料多選用鵠(W),金屬層材料多選用銅(Cu),而現有工藝中防止 通孔互連材料向半導體襯底中擴散的阻擋層對金屬層材料的阻擋作用較弱， 使得已填充通孔內孔洞的金屬層材料極易向半導體襯底中擴散，向器件導電 溝道區的擴散會使導電溝道內電子處于禁帶中的狀態，致使導電溝道內少數 載流子發生越遷，最終導致器件漏電流過大；向淺溝槽隔離區的擴散易引發 淺溝槽隔離區隔離失效，繼而增加淺溝槽隔離區漏電流，嚴重時甚至引發集 成電路器件失效；對于層間介質層中的通孔，若在向層間介質層間線縫填充 金屬層時產生孔洞，經歷平整化過程后，易造成后續介質層材料對通孔的填 充，繼而影響金屬互連的可靠性。
由此，如何填充通孔成為本領域技術人員面臨的主要問題，而改變通孔 結構，即擴大通孔開口成為解決填充孔洞問題的指導方向。
公告號為"US 5453403C"的美國專利中公開了 一種通孔刻蝕方法，圖1A 1C為說明現有技術中擴大通孔開口的第一刻蝕方法流程示意圖，首先，如圖 IA所示，利用HF進行各向同性刻蝕以將通孔30開口31變寬；然后，如圖1B所 示，再利用CF4和CHF3，形成具有豎直通孔側壁32的開口，以部分地穿過介質 層20;繼而，如圖1C所示，利用氬氣和CF4，進行濺射蝕刻從而完成通孔底部 的蝕刻，最終形成通往下層金屬接觸區10的通孔。
公告號為"US 5420078C"的美國專利中公開了一種通孔刻蝕方法，圖2A 2B為說明現有技術中擴大通孔開口的第二刻蝕方法流程示意圖，首先，如圖 2A所示，在介質層20中，利用一種各向同性的HF蝕刻在通孔30開口31處形成
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一有斜度的或一有小平面的開口；然后，如圖2B所示，繼續用一種各向異性 蝕刻形成一具有通孔側壁32的通向下面接觸區10的直壁開口。
但利用上述方法形成的通孔開口均具有尖角結構，使得此尖角處在后續 沉積過程中仍然易形成沉積材料的堆積，降低了擴大通孔開口的作用。如何 形成無尖角結構的擴大的通孔開口成為本發明解決的主要問題。

發明內容
本發明提供了一種通孔刻蝕方法，可在擴大通孔開口的同時，不形成尖 角結構；本發明還提供了一種通孔結構，所述通孔具有圓角開口，且所述圓 角開口與所述通孔側壁平滑連接。
本發明提供的一種通孔刻蝕方法，包括
在半導體襯底上形成通孔刻蝕基底；
執行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；
沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；
刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開口；
執行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開口具有圓角結構；
去除所述犧牲層。
所述各向同性刻蝕為濕法刻蝕；所述刻蝕溶液選用氪氟酸；所述刻蝕溶 液百分比濃度小于或等于2%;所述犧牲層材料為ARC;所述各向同性刻蝕為 干法刻蝕；所述犧牲層材料為光刻膠；所述刻蝕氣體包括氟化碳、三氟化氬 碳、八氟化三碳及/或八氟化四碳中的一種或其組合。
本發明提供的一種通孔結構，所述通孔貫穿層間介質層，所述通孔包含 通孔開口及通孔側壁，所述通孔開口區具有圓角結構，且所述具有圓角結構 的通孔開口與所述通孔側壁平滑連接。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
1.首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向同性的方法擴大通孔開 口，可形成具有圓角開口的通孔結構，且所述圓角開口與所述通孔側壁平滑 連接，相比具有尖角開口的通孔結構，對具有相同深寬比的通孔，更不易在 開口處形成沉積材料的堆積；
2. 通過在刻蝕通孔后，在通孔中沉積犧牲層，繼而，利用所述犧牲層控 制通孔側壁形貌，選擇對所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕選擇
比的材料刻蝕通孔開口 ，可形成具有圓角開口的通孔結構；
3. 利用濕法工藝擴大通孔開口時，選用ARC (抗反射涂層)材料形成所述 犧牲層，以及，利用干法工藝擴大通孔開口時，選用光刻膠材料形成所述犧 牲層，可保證所述刻蝕材料對所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕 選擇比。


圖1A ~ 1C為說明現有技術中擴大通孔開口的第 一刻蝕方法流程示意圖2A ~ 2B為說明現有技術中擴大通孔開口的第二刻蝕方法流程示意圖3A ~ 3E為說明本發明實施例的擴大通孔開口的通孔刻蝕方法流程示意圖。
具體實施例方式
盡管下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的 優選實施例，應當理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實 現本發明的有利效果。因此，下列的描述應當被理解為對于本領域技術人員 的廣泛教導，而并不作為對本發明的限制。
為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述 公知的功能和結構，因為它們會使本發明由于不必要的細節而混亂。應當認 為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定 目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實 施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于具 有本發明優勢的本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下列說明 和權利要求書本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常 簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實 施例的目的。
本文件中涉及的通孔包括但不限于層間介質層中用以形成金屬互連的連 接孔，以及，器件制造過程中形成的線縫。在本文件中，術語"線縫"表示 芯片內同層材料圖形間的隔離區域，并可與術語"縫隙"或"間隙"互換；
術語"孔洞"表示線縫填充后形成的材料內的隔離區域，并可與術語"空洞" 或"空隙"互換。
應用本發明提供的方法進行通孔刻蝕的步驟包括在半導體襯底上形成 通孔刻蝕基底；執行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔； 沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開口； 執行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開口具有圓角結構；去除所述犧牲 層。
圖3A~ 3E為說明本發明實施例的擴大通孔開口的通孔刻蝕方法流程示意 圖，如圖所示，以第一層間介質層中用以形成金屬互連的連接孔為例，應用 本發明提供的方法進行通孔刻蝕的具體步驟包括
首先，如圖3A所示，在半導體襯底40上形成通孔刻蝕基底。
所述通孔刻蝕基底通過在所述半導體襯底上形成器件區和非器件區，所 述器件區之間通過淺溝槽隔離區隔離；繼而在所述器件區表面形成柵極結構 及源區和漏區，所述柵極結構包含柵極43、環繞柵極的側墻42以及覆蓋所述 柵極和側墻的阻擋層41,所述柵極結構還包含柵氧化層44;進而在所述半導 體襯底表面沉積金屬前介質層50 (即第一層間介質層)，所述金屬前介質層覆 蓋所述柵極結構及源區和漏區并填滿位于所述柵極結構間的線縫45。
顯然，對于第二層間介質層，所述通孔刻蝕基底還可通過在所述半導體 襯底表面沉積金屬前介質層后，所述金屬前介質層覆蓋所述柵極結構及源區 和漏區并填滿位于所述柵極結構間的線縫；繼而，在所述源區和/或漏區表面 形成第一層通孔，所述通孔貫穿所述金屬前介質層；隨后，填充所述第一層 通孔；然后，形成第一金屬層并圖形化所述第一金屬層；繼而，沉積第二層 間介質層后形成，所述第二層間介質層填充所述第一金屬層。
顯然，所述通孔刻蝕基底中包含的層間介質層的數目可為任意自然數， 如3、 5、 7或9等，所述通孔刻蝕基底中包含的層間介質層的具體數目根據 產品要求確定。
隨后，如圖3B所示，執行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上 刻蝕通孔30。
所述通孔30具有開口 31及側壁32，所述通孔30貫穿所述層間介質層。 所述層間介質層材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(Si02， USG)、磷硅玻璃(phosphosilicate glass, PSG )、硼珪玻璃(borosi 1 icate , BSG )、硼磷 硅玻璃(borophosphosilicate ， BPSG )、氟硅玻璃(FSG)或具有低介電常 數材料中的一種或其組合。所述具有低介電常數材料包括但不限于黑鉆石 (Black Diamond, BD)或coral等。所述復合材料包含對USG摻雜形成的材 料以及不同摻雜的USG組合而成的材料。
所述刻蝕氣體包括氟化碳(CF4)、三氟化氫碳(CHF3)、八氟化三碳(C3FJ8)及/或八氟化四碳(C4F8)中的一種或其組合。所述刻蝕氣體中還包括氬氣(Ar )、 氦氣(He)等緩沖氣體。
所述形成通孔的方法可采用任何傳統的方法，涉及的技術方案在任何情 況下均未被視作本發明的組成部分，在此不再贅述。
然后，如圖3C所示，沉積犧牲層60,所述犧牲層填充所述通孔；并刻蝕 所述犧牲層，以暴露通孔開口 31。
所述通孔開口 31包含所述通孔30頂部區域。利用濕法工藝擴大通孔開 口時，選用ARC (抗反射涂層)材料形成所述犧牲層；利用干法工藝擴大通孔 開口時，選用光刻膠材料形成所述犧牲層。
通過在利用濕法工藝擴大通孔開口過程中，選用ARC (抗反射涂層)材料 形成所述犧牲層，以及，在利用千法工藝擴大通孔開口過程中，選用光刻膠 材料形成所述犧牲層，可保證所述刻蝕材料對所述待刻蝕材料和所述犧牲層 材料具有高刻蝕選擇比。
所述ARC及光刻膠的選取及沉積方法可采用任何傳統的工藝，涉及的技 術方案在任何情況下均未被視作本發明的組成部分，在此不再贅述。
通過在刻蝕通孔后，在通孔中沉積犧牲層，繼而，利用所述犧牲層控制 通孔側壁形貌，選擇對所述待刻蝕材料和所述犧牲層材料具有高刻蝕選擇比 的材料刻蝕通孔開口 ，可形成具有圓角開口的通孔結構。
再后，如圖3D所示，執行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開口31具 有圓角結構，且所述圓角開口與所述通孔側壁平滑連接。
利用濕法工藝擴大通孔開口時，刻蝕溶液選用氬氟酸(HF, Hydrofluoric acid)，所述刻蝕溶液百分比濃度小于或等于2%，優選為H20 : HF = 50 : 1 ; 反應溫度范圍為22~24攝氏度，優選為23攝氏度；刻蝕速率范圍為55 60 A/min，優選為57 A/min。刻蝕反應時間根據產品要求及工藝條件確定。
利用干法工藝擴大通孔開口時，所述刻蝕氣體包括氟化碳(CF4)、三氟化氫碳(CHF3)、八氟化三碳(C3F8)及/或八氟化四碳(C4F8)中的一種或其組合。 所述刻蝕氣體中還包括氬氣(Ar )、氦氣(He)等緩沖氣體。所述擴大通孔開 口的干法工藝包括等離子體化學刻蝕，如圓桶式等離子體刻蝕及順流等離子 體刻蝕，以及，等離子體物理化學刻蝕，如平行板式等離子體刻蝕。所述刻 蝕所需射頻功率可選用2000瓦。所述刻蝕速率及刻蝕反應時間根據產品要求 及工藝條件確定。
再后，如圖3E所示，去除所述犧牲層60。
去除所述犧牲層所需的刻蝕氣體可選為氧氣(02),所述形成通孔的方法可采用任何傳統的方法，涉及的技術方案在任何情況下均未被視作本發明的 組成部分，在此不再贅述。
應用本發明提供的方法，首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向 同性的方法擴大通孔開口，可形成具有圓角開口的通孔結構，且所述圓角開 口與所述通孔側壁平滑連接，相比具有尖角開口的通孔結構，對具有相同深 寬比的通孔，更不易在開口處形成沉積材料的堆積。
本發明還提供了一種通孔結構，所述通孔貫穿層間介質層，所述通孔包 含通孔開口及通孔側壁，所述通孔開口具有圓角結構，且所述具有圓角結構 的通孔開口與所述通孔側壁平滑連接。
通過形成具有圓角開口的通孔結構，相比具有尖角開口的通孔結構，對 具有相同深寬比的通孔，更不易在開口處形成沉積材料的堆積。
盡管通過在此的實施例描述說明了本發明，和盡管已經足夠詳細地描述 了實施例，申請人不希望以任何方式將權利要求書的范圍限制在這種細節上。 對于本領域技術人員來說另外的優勢和改進是顯而易見的。因此，在較寬范圍的本發明不限于表示和描述的特定細節、表達的設備和方法和說明性例子。 因此，可以偏離這些細節而不脫離申請人總的發明概念的精神和范圍。
權利要求
1. 一種通孔刻蝕方法，包括在半導體襯底上形成通孔刻蝕基底；執行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開口；執行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開口具有圓角結構；去除所述犧牲層。
2. 根據權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性刻 蝕為濕法刻蝕。
3. 根據權利要求2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕溶液為 氫氟酸。
4. 根據權利要求3所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕溶液百 分比濃度小于或等于2%。
5. 根據權利要求2所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層材料 為ARC。
6. 根據權利要求1所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述各向同性刻 蝕為干法刻々蟲。
7. 根據權利要求6所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述犧牲層材料 為光刻膠。
8. 根據權利要求6所述的通孔刻蝕方法，其特征在于所述刻蝕氣體包 括氟化碳、三氟化氳碳、八氟化三碳及/或八氟化四碳中的一種或其組合。
9. 一種通孔結構，所述通孔貫穿層間介質層，所述通孔包含通孔開口及 通孔側壁，其特征在于所述通孔開口具有圓角結構，且所述具有圓角結構 的通孔開口與所述通孔側壁平滑連接。
全文摘要
一種通孔刻蝕方法，包括在半導體襯底上形成通孔刻蝕基底；執行一各向異性刻蝕制程，在所述通孔刻蝕基底上刻蝕通孔；沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述通孔；刻蝕所述犧牲層，以暴露通孔開口；執行一各向同性刻蝕制程，以使所述通孔開口具有圓角結構；去除所述犧牲層。首先采用各向異性刻蝕通孔，繼而再采用各向同性的方法擴大通孔開口，可形成具有圓角開口的通孔結構，相比具有尖角開口的通孔結構，對具有相同深寬比的通孔，更不易在開口處形成沉積材料的堆積。
文檔編號H01L21/02GK101207036SQ200610147809
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者彬 葉, 曾紅林, 程衛華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司