[发明专利]一种增强低介电材料对TiN硬掩模刻蚀选择性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种在实现半导体器件中沟道与通孔一次成型的工艺中，能够增强低介电材料对TiN硬掩模刻蚀选择性的方法。

背景技术

如图1~图4所示，是现有一种在半导体器件中对沟道（Trench）和通孔（Via）实行一次成型（All in One）工艺的流程示意图。

如图1所示，在硅衬底上形成有金属层（例如是铜），再在衬底及金属层的表面向上依次形成有阻挡层（例如是氮掺杂碳化物NDC）、低介电常数（low-k）材料的介电层、中间层、TiN（氮化钛）的硬掩模、底部抗反射层BARC，及光刻胶PR。其中，TiN硬掩模上已经形成有用于后续在该半导体结构中刻蚀一个沟道所需要的开口，则所述底部抗反射层BARC不仅覆盖在TiN硬掩模的顶面，还填充在该开口中；而光刻胶PR上也已经形成有用于后续刻蚀一个通孔所需的图案。

如图2所示，根据光刻胶PR上的图案进行刻蚀，向下依次穿透所述底部抗反射层BARC、中间层和介电层所在的深度位置，并刻蚀了所述阻挡层自顶面向下的一部分，但没有穿透该阻挡层，从而形成了该半导体结构所述通孔在深度方向的绝大部分。而在穿透与TiN硬掩模深度对应的位置时，具体是刻蚀了该TiN硬掩模的开口内的底部抗反射层BARC。

如图3所示，光刻胶剥离，即，将光刻胶PR和底部抗反射层BARC全部去除，使得TiN硬掩模上定义所述沟道形状的开口暴露设置。

如图4所示，根据TiN硬掩模的开口向下依次刻蚀，穿透所述中间层，并刻蚀了所述介电层上自顶面向下的一部分，但没有延伸到该介电层的整个深度方向，从而形成了该半导体结构中的所述沟道。再继续所述通孔的刻蚀，即，向下刻蚀所述阻挡层的剩余部分，直至将该阻挡层穿透，并刻蚀了所述铜金属层自顶面向下的一部分，使得该铜金属层在所述通孔中暴露。至此可以继续该半导体结构的后续处理工艺。

对于上述的现有方法来说，在图3所示的步骤中，常见的光刻胶剥离工艺，都会要求100%的过刻蚀比例（OE%），即，除了将光刻胶PR及底部抗反射层BARC全部去除外，还需要向下继续进行过刻蚀来保证光刻胶剥离的效果，在这段过刻蚀的时间内，TiN硬掩模表面完全暴露在光刻胶剥离的等离子体中。

然而，由于一般是使用O₂（氧气）、CO（一氧化碳）和/或CO₂（二氧化碳）的等离子体，来实现上述的光刻胶剥离处理。则，在过刻蚀的过程中，等离子体中的O（氧）会与TiN硬掩模的表面产生化学反应，改变TiN硬掩模表面的N氮含量，即相当于在TiN硬掩模的表面形成有一个含氧的改性层。

在如图4所示的步骤中，具体是利用碳氟化合物的等离子体来刻蚀沟道，而刻蚀速率与TiN氮化钛中的N氮含量有关，N氮含量越高，刻蚀速率越低。因此，如果之前在TiN硬掩模的表面上形成了所述含氧的改性层，则会由于该表面上Ti-O之间的键结能量小于Ti-N之间的键结能量，而使得刻蚀的化学反应速度加快。也就是说，含氧量越高或改性层越厚，硬掩模的刻蚀速率越高，而低介电常数对硬掩模的选择性就越低，影响刻蚀形成所述沟道时的稳定性，这是我们不希望看到的。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强低介电材料对TiN硬掩模刻蚀选择性的方法，将光刻胶剥离分为两个步骤，当第一步骤中刻蚀到与TiN硬掩模表面接近以后，在第二步骤改用含氮气体的等离子体来进行光刻胶的过刻蚀，则在第二步骤中刻蚀到TiN硬掩模表面的一部分时，该TiN硬掩模表面不会被氧化，从而能够有效保证后续刻蚀形成沟道时的刻蚀速率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种增强低介电材料对TiN硬掩模刻蚀选择性的方法，该方法用于在半导体结构中对沟道及通孔进行一次成型的工艺中，所述半导体结构包含在衬底上形成的金属层，再在所述衬底及金属层的表面向上依次形成的阻挡层、低介电常数材料的介电层、中间层、TiN硬掩模、底部抗反射层，以及光刻胶；所述方法包含以下步骤：

根据光刻胶上形成的图案，向下依次刻蚀所述底部抗反射层、中间层和介电层，以形成该半导体结构中的所述通孔；

在形成所述通孔后，依次进行光刻胶剥离的两个步骤：

在第一步骤中，使用第一反应气体的等离子体，刻蚀去除全部的所述光刻胶，并刻蚀去除所述底部抗反射层在深度方向上的绝大部分；

在第二步骤中，使用第二反应气体的等离子体进行过刻蚀，以刻蚀去除所述底部抗反射层的剩余部分，而使TiN硬掩模的表面暴露出来；所述第二反应气体是含氮但不含氧的气体；