通孔及双镶嵌结构的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种通孔的形成方法，包括步骤：提供衬底，且在所述衬底上具有刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上具有介质层；在所述介质层上定义通孔图形；进行第一刻蚀，在所述介质层内形成通孔开口，至暴露出所述刻蚀停止层；进行第二刻蚀，去除所述通孔开口内的刻蚀停止层，且所述第二刻蚀中所用的气体包括刻蚀反应气体及辅助气体，其中，刻蚀反应气体包括含氟气体，辅助气体包括质量小于氩气的气体。本发明专利技术还公开了对应的一种双镶嵌结构的形成方法，本发明专利技术的通孔及双镶嵌形成方法避免了在通孔侧壁下方出现凹陷的问题，提高了通孔或双镶嵌结构的形成质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
半导体集成电路的制作是极其复杂的过程，其目的在于将特定电路所需的各种电 子组件和线路，縮小制作在小面积的硅片上，并且各个组件必须藉由适当的内连导线来作 电性连接，才能发挥所期望的功能。其中，为了实现硅片上多层电路间的电连接需要制作大 量的通孔，这些通孔性能的好坏对电路的整体性能有着重要的影响。 图1到图4是说明现有的通孔形成方法的器件剖面示意图。其中，图1为现有的 通孔形成过程中形成介质层后的器件剖面示意图，如图1所示，通常在生长用于层间电绝 缘的介质层102之前，会在硅衬底IOO上生长刻蚀停止层IOI，其可以为氮化硅层或碳化硅 层，如，在65nm以下工艺结点中，该层通常为掺氮的碳化硅层(NDC)。该刻蚀停止层101的 刻蚀速率要明显低于介质层102，以确保在刻蚀通孔开口时能较为均匀地停止于该刻蚀停 止层101内。 图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图，如图2所示，利 用光刻工艺在介质层102表面上定义通孔图形105。 图3为现有的通孔形成过程中形成通孔开口后的器件剖面示意图，如图3所示，用 光刻胶定义通孔图形105后，可以利用干法刻蚀技术在介质层102内形成通孔开口 107。由 于下层的刻蚀停止层101的刻蚀速率要远小于介质层102的刻蚀速率，本步刻蚀会停止于 刻蚀停止层101内。 图4为现有的通孔形成过程中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意图，如图4所示， 介质层刻蚀完成后，还需要将通孔开口 107底部残留的刻蚀停止层101去除，以曝露下层的 导电结构，本步骤通常可称为停止层去除步骤(LRM， Liner Removal)。 实际操作中，本步的LRM步骤通常是利用干法刻蚀工艺实现，其同时会利用等离 子体对刻蚀时产生的聚合物进行各向同性的去除。因此，在本步刻蚀过程中易在刻蚀停止 层的侧壁处(即通孔侧壁下方处)出现凹陷问题(undercut或pull back)，如图4中凹陷 110所示。尤其是65nm以下技术结点中，该刻蚀停止层101通常由较为薄弱的掺氮的碳化 硅形成，这一凹陷问题就更为严重。而一旦出现该类凹陷问题，将直接影响到后面通孔内金 属的填充质量，进而影响到集成电路内的电连接质量，令器件的性能，如可靠性等方面，变 差甚至失效。 于2008年7月30日公开的公开号为CN101231968A的中国专利申请公开了一种 镶嵌内连线结构与双镶嵌工艺，其利用四氟化碳及三氟化氮气体等离子体为LRM中的刻蚀 气体，以解决镶嵌结构中由于对不准而导致的在下层介质层中形成凹槽的问题。但该申请 对于上述LRM步骤中通孔侧壁下方处出现凹陷的问题没有提出有效的解决办法。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以改善现有通孔或双镶嵌结构形 成过程中易在通孔侧壁下方处出现凹陷的现象。为达到上述目的，本专利技术提供的一种通孔的形成方法，包括步骤 提供衬底，且在所述衬底上具有刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上具有介质层； 在所述介质层上定义通孔图形； 进行第一刻蚀，在所述介质层内形成通孔开口，至曝露出所述刻蚀停止层； 进行第二刻蚀，去除所述通孔开口内的刻蚀停止层，且所述第二刻蚀中所用的气 体包括刻蚀反应气体及辅助气体，其中，刻蚀反应气体包括含氟气体，辅助气体包括质量小 于氩气的气体。 本专利技术具有相同或相应技术特征的另一种双镶嵌结构的形成方法，包括步骤 提供衬底，且在所述衬底上具有下层导电结构，在所述下层导电结构上具有刻蚀 停止层，在所述刻蚀停止层上具有第一介质层； 在所述第一介质层上定义通孔图形； 进行第一刻蚀，在所述第一介质层内形成通孔开口 ，至曝露出所述刻蚀停止层； 在所述第一介质层上及通孔开口内形成第二介质层； 在所述第二介质层上形成沟槽图形； 进行第二刻蚀，形成与至少一个通孔开口相连的沟槽； 去除所述通孔开口内的第二介质层； 进行第三刻蚀，去除所述通孔开口内的刻蚀停止层，且所述第三刻蚀中所用的气 体包括刻蚀反应气体及辅助气体，其中，刻蚀反应气体包括含氟气体，辅助气体包括质量小 于氩气的气体。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点 本专利技术的，在LRM步骤中的辅助气体不再采用质量 较重的氩气，而采用质量较轻的气体，如采用氮气、氦气、氧气、氢气等的一种或若干种，该 类质量较轻的气体轰击力较小，减少了各向同性的物理性轰击对刻蚀停止层侧壁的损伤， 避免了在通孔侧壁下方出现凹陷的问题，提高了通孔或双镶嵌结构的形成质量。附图说明 图1为现有的通孔形成过程中形成介质层后的器件剖面示意图； 图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图； 图3为现有的通孔形成过程中形成通孔开口后的器件剖面示意图； 图4为现有的通孔形成过程中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意图； 图5为采用现有技术制作的双镶嵌结构的剖面图； 图6为本专利技术第一实施例通孔形成方法的流程图； 图7为本专利技术第一实施例中提供的衬底的剖面示意图； 图8为本专利技术第一实施例中形成通孔图形后的器件剖面示意图； 图9为本专利技术第一实施例中形成通孔开口后的器件剖面示意图； 图10为本专利技术第一实施例中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意 图11为本专利技术第二实施例双镶嵌结构形成方法的流程图； 图12为本专利技术第二实施例中提供的衬底的剖面示意图； 图13为本专利技术第二实施例中形成通孔图形后的器件剖面示意图； 图14为本专利技术第二实施例中形成通孔开口后的器件剖面示意图； 图15为本专利技术第二实施例中形成第二介质层后的器件剖面示意图； 图16为说明本专利技术第二实施例中形成沟槽图形后的器件剖面图； 图17为说明本专利技术第二实施例中进行第二刻蚀后的器件剖面示意图； 图18为说明本专利技术第二实施例中形成双镶嵌结构开口后的器件剖面示意图； 图19为本专利技术第二实施例中去除刻蚀停止层后的器件剖面示意图； 图20为本专利技术第二实施例中形成的双镶嵌结构的剖面图； 图21为本专利技术采用NF3后形成的双镶嵌结构的剖面图； 图22为本专利技术采用NF3后形成的双镶嵌结构的电阻特性图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。 本专利技术的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本专利技术的保护范围内。 其次，本专利技术利用示意图进行了详细描述，在详述本专利技术实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本专利技术的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 现有技术中，在形成通孔和双镶嵌结构时，为了令刻蚀能较为均匀一致，且不会损 伤下层导电结构，通常会在介质层之下，下层导电结构之上生长一层刻蚀停止层。该刻蚀停 止层需选用与介质层不同的材料，且在适于刻蚀介质层的刻蚀条件下对其的刻蚀速率明显 较低，以确保通孔开口的刻蚀能较为均匀地停止于该刻蚀停止层内。之后，还需要再加入一 步去除该刻蚀停止层的步骤(LRM步骤)，以令下层导电结构曝露出来。 然而，在该步LRM步骤中，常会在通孔侧壁处出现凹陷问题。尤其当器件制作工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通孔的形成方法，其特征在于，包括步骤：提供衬底，且在所述衬底上具有刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上具有介质层；在所述介质层上定义通孔图形；进行第一刻蚀，在所述介质层内形成通孔开口，至曝露出所述刻蚀停止层；进行第二刻蚀，去除所述通孔开口内的刻蚀停止层，且所述第二刻蚀中所用的气体包括刻蚀反应气体及辅助气体，其中，刻蚀反应气体包括含氟气体，辅助气体包括质量小于氩气的气体。

【技术特征摘要】
一种通孔的形成方法，其特征在于，包括步骤提供衬底，且在所述衬底上具有刻蚀停止层，在所述刻蚀停止层上具有介质层；在所述介质层上定义通孔图形；进行第一刻蚀，在所述介质层内形成通孔开口，至曝露出所述刻蚀停止层；进行第二刻蚀，去除所述通孔开口内的刻蚀停止层，且所述第二刻蚀中所用的气体包括刻蚀反应气体及辅助气体，其中，刻蚀反应气体包括含氟气体，辅助气体包括质量小于氩气的气体。2. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述含氟气体包括氟化氮。3 如权利要求2所述的形成方法，其特征在于所述辅助气体包括氮气和氦气。4. 如权利要求3所述的形成方法，其特征在于所述氟化氮的流量在5至15sccm之间。5. 如权利要求4所述的形成方法，其特征在于所述氮气的流量在20至100sccm之间， 所述氦气的流量在100至500sccm之间。6. 如权利要求1或5所述的形成方法，其特征在于所述第二刻蚀在室温下进行，且工 作时的腔室压力在20至60mTorr之间，偏置功率在100至500W之间，源功率在50至200W 之间。7. 如权利要求2所述的形成方法，其特征在于所述辅助气体包括氮气、氧气、氦气、氢气中一种或其组合。8. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述刻蚀停止层为掺氮的碳化硅层。9. 一种双镶嵌结构的形成方法，其特征在于，包括步骤提供衬底，且在所述衬底上具有下层导电结构，在所述下层导电结构上具有刻蚀停止 层...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙武，王新鹏，尹晓明，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]