含碳层的刻蚀方法技术

一种含碳层的刻蚀方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有含碳层；以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀气体，在等离子体刻蚀所述含碳层以形成含碳层图形的同时，所述刻蚀气体反应产生的二氧化硅在含碳层图形的侧壁形成保护层。本发明专利技术保证后续半导体器件尺寸符合要求，提高半导体器件的质量及良品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及。
技术介绍
随着半导体器件的集成度越来越高，半导体器件的临界尺寸也在不断减 小，并且在形成金属互连结构的过程中，通孔的深宽比也在不断提高。在刻 蚀形成通孔过程中，为了能使被刻蚀膜层被完全刻蚀，形成贯穿该膜层的通 孔，而避免产生刻蚀残留的现象，需要将定义出通孔图形的光刻胶层厚度减小；然而光刻胶层的厚度过薄的话，会产生很多问题。为了解决这些问题， 现有技术在形成光刻胶层之前，先形成一无定形碳层作为刻蚀阻挡层。现有技术在形成通孔过程中，采用无定形碳层作为刻蚀阻挡层的具体工 艺如下如图l所示，在半导体衬底10上形成层间绝缘层12,所述半导体衬底 10与层间绝缘层12之间有晶体管及金属布线层等。在层间绝缘层12上形成含 碳层14,所述含碳层14为无定形碳层。在含碳层14上旋涂光刻胶层16,经过 曝光显影工艺后，在光刻胶层16上定义出光刻胶图形17,其中，还可以在光 刻胶层16与阻挡层14之间形成防反射层，用以提高光刻胶层的分辨率，防止 尺寸精度下降。如图2所示，以光刻胶层16为掩膜，沿通孔光刻胶图形17刻蚀含碳层14至 露出层间绝缘层12,形成含碳层图形18,所述刻蚀方法为等离子体干法刻蚀， 所采用的刻蚀气体为氧气或氧气与 一氧化碳混合气体或氧气与二氧化硫混合 气体。用灰化法去除光刻胶层16,然后再采用湿法刻蚀法去除光刻胶层16的 残留物。3如图3所示，以含碳层14为掩膜，沿含碳层图形18刻蚀层间绝缘层12至露 出半导体衬底IO,形成工艺所需器件19。现有技术中，用等离子体刻蚀法刻蚀含碳层，形成含碳层图形时，由于 氧气等含氧气体和碳发生化学刻蚀具有各向同性，虽然等离子体刻蚀具有各 向异性，能通过电压对刻蚀方向进行控制，但是含氧气体与碳的反应在刻蚀 总量中所占比例更高，所以仍然会在形成含碳层图形时，在刻蚀阻挡层侧壁 上产生侵蚀，使得其侧壁上产生底切(undercut),使后续以阻挡层为掩膜， 刻蚀层间绝缘层形成通孔过程中，通孔的临界尺寸(Critical Dimension)会发 生变化，P争低了半导体器件的质量。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，在刻蚀含碳层的过程中，防止或减少在含碳层的 上端形成底切，从而导致后续工艺尺寸不符合要求的不足。为解决上述问题，本专利技术一种，包括提供半导体衬 底，所述半导体衬底上形成有含碳层；以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀 气体，在等离子体刻蚀所述含碳层以形成含^^层图形的同时，所述刻蚀气体 反应产生的二氧化硅在含碳层图形的侧壁形成保护层。可选的，在含碳层的整个侧壁形成保护层。可选的，所述含氧气体包括氧气或一氧化碳或二氧化硫或上述气体的两 种或三种气体的混合物。可选的，所述含硅气体包括硅烷或正硅酸乙酯或四氟化硅或四氯化硅或 上述气体的两种或两种以上气体的混合物。可选的，所述含硅气体流量占混合刻蚀气体总流量的5% 50%。可选的，所述保护层的厚度为150埃 400埃。可选的，所述含碳层的材料是无定形碳。一种层间绝缘层的刻蚀方法，包括提供半导体村底，所述半导体衬底上依次形成有层间绝缘层和含碳层；以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀气 体，在等离子体刻蚀所述含碳层以形成含碳层图形的同时，所述刻蚀气体反应产生的二氧化硅在含碳层图形的侧壁形成保护层；以含碳层为掩膜，沿含 碳层图形刻蚀层间绝缘层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点在刻蚀形成含碳层图形过程中， 在含碳层图形侧壁形成保护层，防止在刻蚀时由于含氧气体刻蚀的各向同性 使含碳层图形上产生底切，进而保证后续半导体器件尺寸符合要求，提高半 导体器件的质量及良品率。 附图说明图1至图3是现有形成通孔工艺中采用含碳层作为刻蚀阻挡层的示意图； 图4是本专利技术刻蚀含碳层的具体实施方式流程图； 图5是本专利技术刻蚀层间绝缘层的具体实施方式流程图； 图6至图9是本专利技术形成通孔工艺中刻蚀含碳层的第一实施例示意图； 图10至图14是本专利技术形成通孔工艺中刻蚀含碳层的第二实施例示意图。 具体实施例方式图4是本专利技术刻蚀含碳层的具体实施方式流程图。作为一种实施方式， 所述含碳层通常作为一种含碳掩膜层，来刻蚀设置于其下的其他层。如图4 所示，执行步骤S1，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有含碳层。在形成含碳层之前，所述半导体衬底上已形成有晶体管等半导体器件及 金属布线层，层间绝缘层等。所述含碳层可以是无定形碳层。执行步骤S2,以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀气体，在等离子体刻 蚀所述含碳层以形成含碳层图形的同时，所述刻蚀气体反应产生的二氧化硅 在含^^层图形的侧壁形成保护层。采用等离子体刻蚀方法刻蚀含碳层形成通孔图形，在刻蚀气体中加入硅烷、四氟化石圭、四氯化石圭或正硅酸乙酯，与刻蚀气体中的氧气或臭氧反应， 在通孔图形的侧壁形成二氧化硅保护层。本专利技术在刻蚀形成含碳层图形过程中，在含碳层图形侧壁形成保护层， 用以保护掩膜层，防止在刻蚀时由于含氧气体刻蚀的各向同性使而使含碳层 图形上方产生底切，进而保证后续半导体器件尺寸符合要求，提高半导体器 件的质量及良品率。作为一种较佳实施方式，本专利技术在刻蚀形成含碳层图形过程中，在含碳 层上方的光刻胶层上，也可能会沉积有少量的二氧化硅，可以通过控制刻蚀 反应装置的各种参数，比如，离子能量、射频功率、射频频率、反应腔内的 气压等，尽量减少沉积于光刻胶层上方的二氧化硅，而在含碳层图形的垂直 侧壁上形成二氧化硅保护层。或者，在刻蚀过程中，也可以通过控制偏置电压(Vdc)来移除沉积于光刻胶层上方的二氧化硅。图5是本专利技术刻蚀层间绝缘层的具体实施方式流程图。如图5所示，执 行步骤Sll,提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有层间绝缘层和含 碳层；执行步骤S12，以含氧气体与含硅气体作为刻蚀气体，等离子体刻蚀含 碳层形成含碳层图形的同时，刻蚀气体反应产生的二氧化硅在含碳层图形的 侧壁形成保护层；执行步骤S13,以含碳层为掩膜，沿含碳层图形刻蚀层间绝 缘层。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。 实施例一图6至图9是本专利技术形成通孔工艺中刻蚀含碳层的第一实施例示意图。如 图6所示，在半导体衬底100上用化学气相沉积法形成厚度为5000埃 15000埃 的层间绝缘层102,其中层间绝缘层102的材料可以是二氧化硅、氮化硅或氮 氧化硅等；所述半导体衬底100与层间绝缘层102之间形成有晶体管及金属布线层等。在层间绝缘层102上形成含碳层104,所述含碳层104的材料为无定形碳，厚度为1000埃 2000埃；形成以无定形碳为材料的含碳层104的方法为化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法。在含碳层104上旋涂光刻胶层106,经过曝光显影工艺后，在光刻胶层106上定义出通孔光刻胶图形107，其层，用以提高光刻胶层的分辨率，防止尺寸精度下降。如图7所示，以光刻胶层106为掩膜，以含氧气体与含硅气体作为刻蚀气体IIO,沿通孔光刻胶图形107,等离子体化刻蚀含碳层104至露出层间绝缘层102,形成通孔含碳层图形108;其中，在刻蚀的过程中，含氧气体与含硅气体反应产生的二氧化硅，在通孔含碳层图形108侧壁沉积厚度为150埃 400埃的保护层112。本实施例中，刻蚀气体110中含氧气体包括氧气或一氧化碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳层的刻蚀方法，包括：　提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有含碳层；　以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀气体，在等离子体刻蚀所述含碳层以形成含碳层图形的同时，所述刻蚀气体反应产生的二氧化硅在含碳层图形的侧壁形成保护层。

【技术特征摘要】
1. 一种含碳层的刻蚀方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有含碳层；以含氧气体与含硅气体作为混合刻蚀气体，在等离子体刻蚀所述含碳层以形成含碳层图形的同时，所述刻蚀气体反应产生的二氧化硅在含碳层图形的侧壁形成保护层。2. 如权利要求1所述含碳层的刻蚀方法，其特征在于，在含碳层的整个侧壁形成保护层。3. 如权利要求1所述含碳层的刻蚀方法，其特征在于，所述含氧气体包括氧气或一氧化碳或二氧化疏或上述气体的两种或三种气体的混合物。4. 如权利要求1所述含碳层的刻蚀方法，其特征在于，所述含硅气体包括硅 烷或正硅酸乙酯或四氟化硅或四氯化硅或上述气体的两种或两种以上气体 的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃文皮尔斯，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]