連接孔形成方法
2023-05-01 07:57:11 2
專利名稱：連接孔形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種連接孔形成方法。
背景技術：
當今半導體器件製造技術飛速發展，半導體器件已經具有深亞微米結構，集成電路中包含大量的半導體元件。在如此大規模集成電路中，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個互連層中互連，而且要在多層之間進行互連。因此，通常提供多層互連結構，其中多個互連層互相堆疊，並且層間絕緣膜置於其間，用於連接半導體元件。常規的方法一般是利用大馬士革雙鑲嵌工藝在層間絕緣層中形成連接孔(via)和溝槽(trench)，然後用導電材料例如銅(Cu)填充所述溝槽和連接孔。這種互連結構已經在集成電路製造中得到廣泛應用。如圖1a Id所示的利用大馬士革工藝製造連接孔的方法流程，包括如下步驟:在半導體器件如MOS電晶體(未示出)表面沉積層間介質層ILD11，並在ILD層11中刻蝕通孔並填充有金屬材料形成連接孔12，金屬材料優選為銅Cu ;在ILD層11上沉積刻蝕停止層13,刻蝕停止層13優選使用NBLoK(Nitrided Barrier Low K,低介電常數氮化物阻擋層)材料；接著在刻蝕停止層13上依次沉積電介質層14、金屬硬掩膜層16，其中，優選在電介質層14和金屬硬掩膜層16之間設置用於防止金屬擴散的保護層15，保護層15的材料可以是Teos (正娃酸乙酯)，金屬硬掩膜層16的材料優選為TiN(氮化鈦)，電介質層14優選Lowk (低介電常數)材料；接著在金屬硬掩膜層16的表面旋塗形成底部抗反射層(BARC) 17，在底部抗反射層17的表面形成圖案化的光刻膠18 ;利用圖案化的光刻膠18對金屬硬掩膜進行刻蝕，並去除底部抗反射層17和圖案化的光刻膠18，形成定義溝槽19位置的圖案化金屬硬掩膜16』;再次形成一層底部抗反射層20和圖案化光刻膠21，以該圖案化光刻膠21為掩膜刻蝕所述電介質層14和刻蝕停止層13定義連接孔22位置；利用所述的圖案化金屬硬掩膜16』刻蝕所述ILDll形成溝槽(未示出)，並在溝槽和連接孔22中填充金屬材料與之前形成的連接孔12接觸。當集成電路的設計規格收縮時，由於器件尺寸變小，對於利用大馬士革工藝製造連接孔來說要製作理想的連接孔變得非常困難。有時候會出現連接孔與溝槽不能對準的情況，如圖1c所示，在定義出溝槽位置後，再次形成的用以定義連接孔位置的圖案化光刻膠開口位置與溝槽位置未對準，存在一定偏差，而且現有的工藝中一般形成的連接孔(12、22)的形狀為圓形，當如圖1d所示的進行連接孔刻蝕時，由於刻蝕劑被金屬硬掩膜的一部分阻擋，刻蝕後生成的連接孔中會出現臺階，圖2為圖1d的俯視圖，溝槽19中刻蝕形成圓形連接孔22時，被金屬硬掩膜16』阻擋，得不到完整形狀的接觸孔，進而導致連接孔的關鍵尺寸與設計值存在偏差，元件之間的電接觸變差，如影響整個集成電路的經時擊穿(TDDB)性能，進而使得集成電路的產品良率降低
發明內容
本發明提供了一種連接孔形成方法，解決現有半導體製造連接孔時出現的連接孔不能與溝槽對準導致的不能得到完整的連接孔形狀的問題。本發明採用的技術手段如下:一種連接孔形成方法，包括:提供半導體襯底，所述襯底具有預先形成的半導體器件；在所述襯底上形成覆蓋半導體器件的層間介質層，並在所述層間介質層中刻蝕通孔並填充有金屬材料形成第一連接孔；在所述層間介質層上依次沉積刻蝕停止層、電介質層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠；圖案化所述第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜並定義溝槽位置，去除第一光刻膠及第一底部抗反射層；在所述圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠；圖案化所述第二光刻膠，並以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔，去除第二光刻膠及第二底部抗反射層；所述第二連接孔為矩形。進一步，所述圖案化的第二光刻膠具有定義所述第二連接孔形狀和位置的矩形開□。進一步，所述矩形開口關鍵尺寸大於所述溝槽的關鍵尺寸。進一步，通過等離子體刻蝕以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔。進一步，所述等離子體刻蝕的刻蝕氣體為CH2F2或C4F8。進一步，所述金屬硬掩膜的厚度為100至500埃。進一步，所述電介質層的介電常數為2.0至3.0。進一步，還包括通過所述圖案化的金屬硬掩膜刻蝕形成溝槽；去除所述金屬硬掩膜；在所述溝槽和第二連接孔填充金屬材料。進一步，所述利用溼法刻蝕去除所述圖案化的第一和第二光刻膠。進一步，所述溼法刻蝕的刻蝕劑為HF、H2O2或EKC。與現有技術相比，本發明採用以上的技術手段有以下的優點:由於將現有的圓形連接孔改為矩形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開口位置與溝槽位置未對準的情況下，也能得到完整的矩形連接孔形狀且準確對準溝槽的位置；作為優選的技術手段，定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開口關鍵尺寸大於溝槽的關鍵尺寸，在進行連接孔刻蝕時，由於金屬硬掩膜的阻擋，溝槽的關鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開口寬度定義的，所以，連接孔關鍵尺寸可等於溝槽的關鍵尺寸，保證了連接孔的關鍵尺寸，穩定了集成電路的性能。
圖1a-1d為現有技術形成連接孔流程示意圖；圖2為圖1d的俯視圖；圖3為本發明連接孔形成方法流程圖；圖4為本發明連接孔形成後的俯視圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。如圖3所示的本發明方法流程圖，本發明連接孔形成方法包括:提供半導體襯底，所述襯底具有預先形成的半導體器件；在所述襯底上形成覆蓋半導體器件的層間介質層，並在所述層間介質層中刻蝕通孔並填充有金屬材料形成第一連接孔，優選的，金屬材料為Cu ；在所述層間介質層上依次沉積刻蝕停止層、電介質層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠，其中，刻蝕停止層優選使用NBLoK(Nitrided Barrier Low K,低介電常數氮化物阻擋層)材料，電介質層優選介電常數為2.0至3.0的低介電常數材料，金屬硬掩膜層優選為TiN，金屬硬掩膜的厚度優選為100至500埃；圖案化第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜並定義溝槽位置，去除第一光刻膠和第一底部抗反射層，其中，優選利用溼法刻蝕去除第一光刻膠，刻蝕劑為HF、H2O2或EKC(羥氨、單乙醇胺、異丙醇胺等的混合物)；在圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠；圖案化第二光刻膠，圖案化的第二光刻膠具有定義第二連接孔形狀和位置的矩形開口，並以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成矩形第二連接孔，去除第二光刻膠和第二底部抗反射層；作為優選的，第二光刻膠矩形開口關鍵尺寸大於溝槽的關鍵尺寸，因此，在進行連接孔刻蝕時，如圖4所示，由於金屬硬掩膜16』的阻擋，溝槽的關鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開口寬度定義的，所以，連接孔22 』關鍵尺寸可等於溝槽19的關鍵尺寸，且準確對準溝槽19的位置，穩定了集成電路的性能。進一步，優選使用高選擇比的等離子體刻蝕形成矩形第二連接孔，刻蝕氣體優選為CH2F2或C4F8 ;優選利用溼法刻蝕去除第二光刻膠，刻蝕劑為HF、H202或EKC (羥氨、單乙醇胺、異丙醇胺等的混合物)。通過圖案化的金屬硬掩膜刻蝕電介質層形成溝槽；去除金屬硬掩膜；在溝槽和第二連接孔填充金屬材料。本發明提供的連接孔形成方法中，以形成矩形連接孔替代現有的圓形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開口位置與溝槽位置未對準的情況下，也能得到準確對準溝槽位置、且完整的矩形連接孔形狀，在當定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開口關鍵尺寸大於溝槽的關鍵尺寸時，連接孔關鍵尺寸可等於溝槽的關鍵尺寸，穩定了集成電路的性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
權利要求
1.一種連接孔形成方法，包括: 提供半導體襯底，所述襯底具有預先形成的半導體器件； 在所述襯底上形成覆蓋半導體器件的層間介質層，並在所述層間介質層中刻蝕通孔並填充有金屬材料形成第一連接孔； 在所述層間介質層上依次沉積刻蝕停止層、電介質層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠； 圖案化所述第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜並定義溝槽位置，去除第一光刻膠及第一底部抗反射層； 在所述圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠； 圖案化所述第二光刻膠，並以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔，去除第二光刻膠及第二底部抗反射層； 其特徵在於，所述第二連接孔為矩形。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述圖案化的第二光刻膠具有定義所述第二連接孔形狀和位置的矩形開口。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述矩形開口關鍵尺寸大於所述溝槽的關鍵尺寸。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過等離子體刻蝕以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述等離子體刻蝕的刻蝕氣體為CH2F2或C4F8。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述金屬硬掩膜的厚度為100至500埃。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述電介質層的介電常數為2.0至3.0。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括通過所述圖案化的金屬硬掩膜刻蝕形成溝槽；去除所述金屬硬掩膜；在所述溝槽和第二連接孔填充金屬材料。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述利用溼法刻蝕去除所述圖案化的第一和第二光刻膠。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述溼法刻蝕的刻蝕劑為HF、H2O2或EKC。
全文摘要
本發明提供了一種連接孔形成方法，將現有的圓形連接孔改為矩形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開口位置與溝槽位置未對準的情況下，也能得到完整的矩形連接孔形狀且準確對準溝槽的位置；作為優選的技術手段，定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開口關鍵尺寸大於溝槽的關鍵尺寸，在進行連接孔刻蝕時，由於金屬硬掩膜的阻擋，溝槽的關鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開口寬度定義的，所以，連接孔關鍵尺寸可等於溝槽的關鍵尺寸，保證了連接孔的關鍵尺寸，穩定了集成電路的性能。
文檔編號H01L21/768GK103094179SQ201110332269
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者張海洋, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司