專利名稱：雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的面積越來越小，同時，在一個半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體器件的數(shù)量也越來越多。為了減小電路的Re延時，采用了銅代替鋁作為半導(dǎo)體后段(BE0L，Back End Of Line)的金屬互連線，并使用介電常數(shù)小的材料作為金屬絕緣層。
由于銅難以被刻蝕，因此傳統(tǒng)上用于形成鋁金屬布線的刻蝕技術(shù)對于銅來說是不適用的。為此，一種被稱為雙大馬士革(Dual Damascene)結(jié)構(gòu)的布線方式被開發(fā)出來。所謂雙大馬士革結(jié)構(gòu)工藝是指現(xiàn)在介質(zhì)層中開出互連溝槽和通孔，然后通過電鍍或化學(xué)鍍銅在互連溝槽和通孔中淀積銅，再利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)將過填的銅磨去。當(dāng)半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入到40納米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，在后段一倍設(shè)計規(guī)格雙大馬士革結(jié)構(gòu)(IXDD)中，為了提高金屬絕緣層的絕緣效果，普遍采用超低介電常數(shù)(ULK，Ultra Low K)材料作為金屬絕緣層。由于ULK絕緣層中含有大量多孔(porous)結(jié)構(gòu)，因此在等離子體刻蝕過程中ULK絕緣層很容易被損壞而導(dǎo)致翅曲(bowing) /扭曲(kinks)等不利后續(xù)填充，以及金屬斷開和金屬短接等一系列不利電性和良率的因數(shù)。這就要求在刻蝕過程中選擇盡可能小傷害ULK絕緣層的步驟，同時也要求更穩(wěn)定的刻蝕深度均勻度控制，在保證安全刻蝕余度(Process Window)的同時,來減少主刻蝕(Main etch)后的過刻蝕(Over etch)的百分比，以減少對ULK絕緣層的損壞。在雙大馬士革工藝，開底部抗反射涂層(BARC, BottomAnti-Reflective Coating)是一個非常重要的步驟。目前開BARC的刻蝕工藝普遍采用的是基于CxFy和CxHyFz的等離子刻蝕，這類氣體使光阻對下面的氧化層的刻蝕選擇比較低(通常在2:1以下)。為克服由于在不同圖案(例如稀疏區(qū)(ISO)/密集區(qū)(Dense))以及晶片中間、周邊刻蝕率的差異而引起的深度差，需要必要的過刻蝕來保證BARC刻蝕完全性。目前開BARC的刻蝕工藝請參考圖IA及圖IB，結(jié)合IA及圖IB，目前的BARC刻蝕工藝具體地包括以下步驟SI :提供半導(dǎo)體襯底，其中所述半導(dǎo)體襯底上已經(jīng)從下至上依次制備好第一金屬層、刻蝕阻擋層103、第一介質(zhì)層104、第二介質(zhì)層105、第一硬掩模層106、第二硬掩模層107、以及第三硬掩模層108，其中在所述第一硬掩模層106、第二硬掩模層107以及第三硬掩模層108中形成開槽，并且BARC 109填充所述開槽并覆蓋在所述第三硬掩模層108上，且所述BARC 109上覆蓋有圖形化的光阻110 ;其中，所述第一金屬層包括金屬層間介質(zhì)層101及位于所述金屬層間介質(zhì)層101中的第一金屬102 ;所述肆意介質(zhì)層104為ULK絕緣層，所述第二介質(zhì)層105為二氧化硅層，所述第一硬掩模層106為SiN層，所述第二硬掩模層107為二氧化硅層，所述第三硬掩模層108為低溫氧化層；如圖IA所示；S2 以所述圖形化的光阻110為掩模，采用CxFy和CxHyFz的等離子對所述BARC109及所述第二介質(zhì)層105進(jìn)行刻蝕，并進(jìn)行必要的過刻蝕，刻蝕完成后的器件結(jié)構(gòu)圖如圖IB所示。然而，上述目前的開BARC的刻蝕工藝使得刻蝕率快的地方的氧化層被過度刻蝕過多，而刻蝕率慢的地方過度刻蝕比較少，造成刻蝕深度不均勻。具體的刻蝕情況請參考圖2A及圖2B，其中圖2A為目前的開BARC工藝在BARC打開后Dense區(qū)域的光阻/BARC剩余及氧化層損失示意圖，圖2B為目前的開BARC工藝在BARC打開后ISO區(qū)域的光阻/BARC剩余及氧化層損失示意圖，如圖2A及圖2B所示，Dense區(qū)域的光阻/BARC剩余1400埃，氧化層損失1060埃；ISO區(qū)域的光阻/BARC剩余1400埃，氧化層損失650埃。由圖2A及圖2B可知，采用目前的BARC刻蝕工藝，Dense區(qū)域與ISO區(qū)域的刻蝕深度非常不均勻(高達(dá)400埃以上的差異)因此，有必要對現(xiàn)有的開BARC的刻蝕工藝進(jìn)行改進(jìn)，以提高BARC的刻蝕效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，以提高BARC的刻蝕效果。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，該方法采用的刻蝕氣體包括H2、Ar和CxFy系氣體，并且其中所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體?？蛇x的，所述CxFy系氣體包括CF4和CHF3?？蛇x的，刻蝕氣體的流量比為H2: CF4: CHF3: Ar為200:25:25: lOOsscm?？蛇x的，該刻蝕方法的壓力50mT?？蛇x的，該刻蝕方法的高頻功率與低頻功率的比為1000:500W。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，通過采用包括H2、Ar和CxFy系氣體的混合氣體作為刻蝕氣體，并且所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體；由于H2對光阻有較高的刻蝕率，而對下層氧化層的刻蝕率幾乎為零，從而減少了過刻蝕對ULK絕緣層的損傷；并且由于Ar在蝕刻過程中增加了等離子體對BARC的轟擊作用，這樣對氧化層無損耗而克服了由于在不同圖案(ISO/Dense)以及晶片中間、周邊蝕刻率的差異而引起的深度差；從而大幅減少整個晶片下層的氧化層的損失，并大幅提高了整個蝕刻深度的均勻性，并使得在開BARC的步驟中，在保證光阻圖案高度真實(shí)的被轉(zhuǎn)移到BARC層且無殘留的情況下，減小了光阻的消耗而提高了蝕刻工藝的可靠性。


圖IA至圖IB為目前開BARC的刻蝕工藝各步驟對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為目前的開BARC工藝在BARC打開后Dense區(qū)域的光阻/BARC剩余及氧化層損失示意圖；圖2B為目前的開BARC工藝在BARC打開后ISO區(qū)域的光阻/BARC剩余及氧化層損失不意圖；圖3A至圖3B為本發(fā)明提供的開BARC的刻蝕工藝各步驟對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)示意圖4A為采用目前的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面圖；圖4B為采用本發(fā)明提供的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的 刻蝕方法，通過采用包括H2、Ar和CxFy系氣體的混合氣體作為刻蝕氣體，并且所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體；由于H2對光阻有較高的刻蝕率，而對下層氧化層的刻蝕率幾乎為零，從而減少了過刻蝕對ULK絕緣層的損傷；并且由于Ar在蝕刻過程中增加了等離子體對BARC的轟擊作用，這樣對氧化層無損耗而克服了由于在不同圖案(ISO/Dense)以及晶片中間、周邊蝕刻率的差異而引起的深度差；從而大幅減少整個晶片下層的氧化層的損失，并大幅提高了整個蝕刻深度的均勻性，并使得在開BARC的步驟中，在保證光阻圖案高度真實(shí)的被轉(zhuǎn)移到BARC層且無殘留的情況下，減小了光阻的消耗而提高了蝕刻工藝的可靠性。本發(fā)明提供的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法采用的刻蝕氣體包括H2、Ar和CxFy系氣體，并且其中所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體。進(jìn)一步地，所述CxFy系氣體包括CF4和CHF3。進(jìn)一步地，刻蝕氣體的流量比為H2: CF4: CHF3: Ar 為 200:25:25: lOOsscm。進(jìn)一步地，該刻蝕方法的壓力50mT。進(jìn)一步地，該刻蝕方法的高頻功率與低頻功率的比為1000:500W。其中，所述H2與BARC的反應(yīng)方程式如下H2+n-CxHy (BARC) — n-CxHy+1本發(fā)明提供的BARC刻蝕工藝具體地包括以下步驟SI :提供半導(dǎo)體襯底，其中所述半導(dǎo)體襯底上已經(jīng)從下至上依次制備好第一金屬層、刻蝕阻擋層203、第一介質(zhì)層204、第二介質(zhì)層205、第一硬掩模層206、第二硬掩模層207、以及第三硬掩模層208，其中在所述第一硬掩模層206、第二硬掩模層207以及第三硬掩模層208中形成開槽，并且BARC 209填充所述開槽并覆蓋在所述第三硬掩模層208上，且所述BARC 209上覆蓋有圖形化的光阻210 ;其中，所述第一金屬層包括金屬層間介質(zhì)層201及位于所述金屬層間介質(zhì)層201中的第一金屬202 ;所述肆意介質(zhì)層204為ULK絕緣層，所述第二介質(zhì)層205為二氧化硅層，所述第一硬掩模層206為SiN層，所述第二硬掩模層207為二氧化硅層，所述第三硬掩模層208為低溫氧化層；如圖3A所示；S2 :以所述圖形化的光阻210為掩模，采用H2、Ar為主，CxFy系氣體為輔的等離子對所述BARC 209及所述第二介質(zhì)層205進(jìn)行刻蝕，并進(jìn)行必要的過刻蝕，刻蝕完成后的器件結(jié)構(gòu)圖如圖3B所示。經(jīng)測量，采用本發(fā)明提供的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法在BARC打開后Dense區(qū)域的光阻/BARC剩余1000 ±矣，氧化層損失100埃；并且在BARC打開后ISO區(qū)域的光阻/BARC剩余1050埃，氧化層損失110埃。由此可知相比于目前的BARC刻蝕工藝大大減少了氧化層的損失。使得只要20%的過刻蝕就能保障安全刻蝕余度，低于目前的30%的過刻蝕要求。請繼續(xù)參考圖4A及圖4B，其中圖4A是采用目前的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面圖，圖4B是采用本發(fā)明提供的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面圖，由圖4A可知，采用目前的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面具有翹曲(bowing)/扭曲(kinks)現(xiàn)象；而由圖4B可知，采用本發(fā)明提供的BARC刻蝕工藝獲得的器件剖面沒有翹曲(bowing)/扭曲(kinks)現(xiàn)象，得至IJ 了比較理想的剖面，以便于后續(xù)填充，提高電性與良率要求。綜上所述，本發(fā)明提供了一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，該方法通過采用包括H2、Ar和CxFy系氣體的混合氣體作為刻蝕氣體，并且所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體；由于H2對光阻有較高的刻蝕率，而對下層氧化層的刻蝕率幾乎為零，從而減少了過刻蝕對ULK絕緣層的損傷；并且由于Ar在蝕刻過程中增加了等離子體對BARC的轟擊作用，這樣對氧化層無損耗而克服了由于在不同圖案(ISO/ Dense)以及晶片中間、周邊蝕刻率的差異而引起的深度差；從而大幅減少整個晶片下層的氧化層的損失，并大幅提高了整個蝕刻深度的均勻性，并使得在開BARC的步驟中，在保證光阻圖案高度真實(shí)的被轉(zhuǎn)移到BARC層且無殘留的情況下，減小了光阻的消耗而提高了蝕刻工藝的可靠性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，其特征在于，該方法采用的刻蝕氣體包括H2、Ar和CxFy系氣體，并且其中所述H2和Ar為主刻蝕氣體，所述CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體。
2.如權(quán)利要求I所述的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，其特征在于，所述CxFy系氣體包括CF4和CHF3。
3.如權(quán)利要求2所述的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，其特征在于，刻蝕氣體的流量比為 H2: CF4: CHF3: Ar 為 200:25:25: lOOsscm。
4.如權(quán)利要求3所述的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，其特征在于，該刻蝕方法的壓力50mT。
5.如權(quán)利要求4所述的雙大馬士革結(jié)構(gòu)中底部抗反射涂層的刻蝕方法，其特征在于，該刻蝕方法的高頻功率與低頻功率的比為1000:500W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙大馬士革結(jié)構(gòu)中BARC的刻蝕方法，通過采用包括H2、Ar和CxFy系氣體的混合氣體作為刻蝕氣體，并且H2和Ar為主刻蝕氣體，CxFy系氣體為輔助刻蝕氣體；由于H2對光阻有較高的刻蝕率，而對下層氧化層的刻蝕率幾乎為零，從而減少了過刻蝕對ULK絕緣層的損傷；且由于Ar在蝕刻過程中增加了等離子體對BARC的轟擊作用，這樣對氧化層無損耗而克服了由于在不同圖案區(qū)域以及晶片中間、周邊蝕刻率的差異而引起的深度差；從而大幅減少整個晶片下層的氧化層的損失，提高了整個蝕刻深度的均勻性，同時在保證光阻圖案高度真實(shí)的被轉(zhuǎn)移到BARC層且無殘留的情況下，減小了光阻的消耗而提高了蝕刻工藝的可靠性。
文檔編號H01L21/3065GK102832118SQ20121033554
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者黃君, 張瑜, 蓋晨光 申請人:上海華力微電子有限公司