[发明专利]通孔刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种通孔刻蚀方法。

背景技术

随器件尺寸的缩小，通孔尺寸也随之缩小，导致按传统工艺填充通孔时，通孔填充能力受到限制，在填充过程中易产生孔洞。此孔洞对集成电路器件可能造成的影响包括：对于金属前介质层中的通孔，若在后续填充通孔互连材料时产生孔洞，继而在经历平整化过程后，易在后续沉积金属层工艺中形成金属层沉积表面不平，即易造成金属层材料对通孔的填充，又由于当前通孔互连材料多选用钨(W)，金属层材料多选用铜(Cu)，而现有工艺中防止通孔互连材料向半导体衬底中扩散的阻挡层对金属层材料的阻挡作用较弱，使得已填充通孔内孔洞的金属层材料极易向半导体衬底中扩散，向器件导电沟道区的扩散会使导电沟道内电子处于禁带中的状态，致使导电沟道内少数载流子发生越迁，最终导致器件漏电流过大；向浅沟槽隔离区的扩散易引发浅沟槽隔离区隔离失效，继而增加浅沟槽隔离区漏电流，严重时甚至引发集成电路器件失效；对于层间介质层中的通孔，若在向层间介质层间线缝填充金属层时产生孔洞，经历平整化过程后，易造成后续介质层材料对通孔的填充，继而影响金属互连的可靠性。

由此，如何填充通孔成为本领域技术人员面临的主要问题，而改变通孔结构，即扩大通孔开口成为解决填充孔洞问题的指导方向。

公告号为“US 5453403C”的美国专利中公开了一种通孔刻蚀方法，图1A～1C为说明现有技术中扩大通孔开口的第一刻蚀方法流程示意图，首先，如图1A所示，利用HF进行各向同性刻蚀以将通孔30开口31变宽；然后，如图1B所示，再利用CF₄和CHF₃，形成具有竖直通孔侧壁32的开口，以部分地穿过介质层20；继而，如图1C所示，利用氩气和CF₄，进行溅射蚀刻从而完成通孔底部的蚀刻，最终形成通往下层金属接触区10的通孔。

公告号为“US 5420078C”的美国专利中公开了一种通孔刻蚀方法，图2A～2B为说明现有技术中扩大通孔开口的第二刻蚀方法流程示意图，首先，如图2A所示，在介质层20中，利用一种各向同性的HF蚀刻在通孔30开口31处形成一有斜度的或一有小平面的开口；然后，如图2B所示，继续用一种各向异性蚀刻形成一具有通孔侧壁32的通向下面接触区10的直壁开口。

但利用上述方法形成的通孔开口均具有尖角结构，使得此尖角处在后续沉积过程中仍然易形成沉积材料的堆积，降低了扩大通孔开口的作用。如何形成无尖角结构的扩大的通孔开口成为本发明解决的主要问题。

发明内容

本发明提供了一种通孔刻蚀方法，可在扩大通孔开口的同时，不形成尖角结构；本发明还提供了一种通孔结构，所述通孔具有圆角开口，且所述圆角开口与所述通孔侧壁平滑连接。

本发明提供的一种通孔刻蚀方法，包括：

在半导体衬底上形成通孔刻蚀基底；

执行一各向异性刻蚀制程，在所述通孔刻蚀基底上刻蚀通孔；

沉积牺牲层，所述牺牲层填充所述通孔；

刻蚀所述牺牲层，以暴露通孔开口；

执行一各向同性刻蚀制程，以使所述通孔开口具有圆角结构；

去除所述牺牲层。

所述各向同性刻蚀为湿法刻蚀；所述刻蚀溶液选用氢氟酸；所述刻蚀溶液百分比浓度小于或等于2％；所述牺牲层材料为ARC；所述各向同性刻蚀为干法刻蚀；所述牺牲层材料为光刻胶；所述刻蚀气体包括氟化碳、三氟化氢碳、八氟化三碳及/或八氟化四碳中的一种或其组合。

本发明提供的一种通孔结构，所述通孔贯穿层间介质层，所述通孔包含通孔开口及通孔侧壁，所述通孔开口区具有圆角结构，且所述具有圆角结构的通孔开口与所述通孔侧壁平滑连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.首先采用各向异性刻蚀通孔，继而再采用各向同性的方法扩大通孔开口，可形成具有圆角开口的通孔结构，且所述圆角开口与所述通孔侧壁平滑连接，相比具有尖角开口的通孔结构，对具有相同深宽比的通孔，更不易在开口处形成沉积材料的堆积；

2.通过在刻蚀通孔后，在通孔中沉积牺牲层，继而，利用所述牺牲层控制通孔侧壁形貌，选择对所述待刻蚀材料和所述牺牲层材料具有高刻蚀选择比的材料刻蚀通孔开口，可形成具有圆角开口的通孔结构；

3.利用湿法工艺扩大通孔开口时，选用ARC(抗反射涂层)材料形成所述牺牲层，以及，利用干法工艺扩大通孔开口时，选用光刻胶材料形成所述牺牲层，可保证所述刻蚀材料对所述待刻蚀材料和所述牺牲层材料具有高刻蚀选择比。

附图说明