專利名稱：干法刻蝕第一金屬層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)，特別是涉及一種干法刻蝕第一金屬層的方法。
背景技術(shù)：
隨著對超大規(guī)模集成電路高集成度和高性能的需求逐漸增加，半導(dǎo)體技術(shù)向著 65nm甚至更小特征尺寸技術(shù)發(fā)展，工藝的復(fù)雜程度不斷增加，對刻蝕工藝提出了更高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)的刻蝕方法包括以下步驟在半導(dǎo)體基底上依次沉積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護(hù)層、金屬硬掩膜層、底部抗反射層和光刻膠(PR)層；然后，對光刻膠層進(jìn)行圖案化處理，即根據(jù)所需轉(zhuǎn)印的圖形對光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影，得到圖案化的光刻膠層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，對底部抗反射層和金屬硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成后續(xù)進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口 ；進(jìn)行主刻蝕工藝，即通過常用的干法刻蝕方式依次對上述的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行刻蝕，刻蝕停止在刻蝕阻擋層；進(jìn)行過刻蝕工藝，去除刻蝕阻擋層，形成所需的金屬線溝槽。然而，由于第一層金屬層和形成在其下層的層間介質(zhì)層的接觸點(diǎn)(contact)相連，同時又需要填入銅作為連通導(dǎo)線，在進(jìn)行主刻蝕工藝時，現(xiàn)有技術(shù)采用CF4、CHF3、4和& 作為刻蝕氣體，有可能發(fā)生刻蝕阻擋層刻穿(Punch Through)的現(xiàn)象，即已經(jīng)在主刻蝕步驟把刻蝕阻擋層刻蝕掉了，使得在過刻蝕步驟造成層間介質(zhì)層(ILD)的刻蝕損耗較多，形成層間介質(zhì)層凹槽(ILD recess)，圖1示出了通過現(xiàn)有技術(shù)的干法刻蝕方法形成的層間介質(zhì)層凹槽(見虛線圈)，進(jìn)而造成后續(xù)工藝流程產(chǎn)生銅空洞的缺陷，最終對所形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能造成極大的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種干法刻蝕第一金屬層的方法，以避免對刻蝕阻擋層的刻穿現(xiàn)象，從而減少對層間介質(zhì)層的損耗，以降低銅空洞的缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有金屬硬掩膜的銅金屬層的干法刻蝕方法，該方法包括提供一半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上依次沉積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護(hù)層，金屬硬掩膜層、底部抗反射層和光刻膠(PR)層；對光刻膠層進(jìn)行圖案化處理，形成圖案化的光刻膠層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，對底部抗反射層和金屬硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口；對所述刻蝕窗口內(nèi)的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕，所述干法刻蝕采用C5F8、 Ar和O2作為刻蝕氣體，所述C5F8、Ar和O2的流量比為2. 2 50 1 3 50 1，以使刻蝕停止在刻蝕阻擋層；對刻蝕阻擋層進(jìn)行過刻蝕工藝，去除刻蝕阻擋層，形成第一層銅金屬層溝槽。作為優(yōu)選，所述C5F8的流量為15sccm 21sccm作為優(yōu)選，所述Ar的流量為300sccm 350sccm。作為優(yōu)選，所述&的流量為kccm 7sccm。作為優(yōu)選，所述對介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕的時間為90 95s。作為優(yōu)選，所述對介電保護(hù)層和介電層的干法刻蝕在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90mt IOOmt。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在主刻蝕步驟中采用了 C5F8、4和&作為干法刻蝕氣體， 通過選擇氣體的比例、流量及控制處理時間，使得刻蝕停止在刻蝕阻擋層，不對刻蝕阻擋層進(jìn)行刻蝕，從而有效地避免了過刻蝕現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體器件的性能。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的干法刻蝕方法形成的層間介質(zhì)層凹槽的電子顯微照片；圖2為本發(fā)明的光刻定義圖案后的示意圖；圖3為本發(fā)明的底部抗反射層刻蝕完后的示意圖；圖4為本發(fā)明的主刻蝕后的示意圖；圖5為本發(fā)明的過刻蝕后的示意圖。圖6為本發(fā)明的干法刻蝕第一金屬層的方法形成的層間介質(zhì)層凹槽的電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種干法刻蝕第一金屬層的方法，包括提供一半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上依次沉積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護(hù)層，金屬硬掩膜層、底部抗反射層和光刻膠(PR)層；對光刻膠層進(jìn)行圖案化處理，形成圖案化的光刻膠層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，對底部抗反射層和金屬硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口 ；對所述刻蝕窗口內(nèi)的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕，所述干法刻蝕采用C5F8、Ar和 O2作為干法刻蝕氣體，所述C5F8、4和O2的流量比為2. 2 50 1 3 50 1，以使刻蝕停止在刻蝕阻擋層；對刻蝕阻擋層進(jìn)行過刻蝕工藝，形成第一層銅金屬層溝槽。下面將結(jié)合剖面示意圖對本發(fā)明的一種干法刻蝕第一金屬層的方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。請參考圖2，圖2為本發(fā)明的光刻定義圖案后的示意圖。提供一半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底是形成有器件層的硅片，器件層(未圖示)通過金屬接觸點(diǎn)110與第一層金屬層連接。在半導(dǎo)體基底100上形成沉積刻蝕阻擋層101，用于確定刻蝕工藝的終點(diǎn)，所述刻蝕阻擋層101的主要成分可以是氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氧化硅(SiOC)或碳氮化硅 (SiNC)等材料中的一種或其任意組合，所述刻蝕阻擋層101可采用化學(xué)氣相沉積形成。然后在所述刻蝕阻擋層101上形成介電層102用以鑲嵌第一金屬互連層，所述介電層102通常采用低介電常數(shù)(Low-K)材料，介電常數(shù)為2. 5 3. 7 ；所述介電層可采用化學(xué)氣相沉積形成。在介電層102上形成介電保護(hù)層103和金屬硬掩膜層104，所述介電保護(hù)層103可以是由正硅酸乙酯(TE0Q形成的氧化硅層，即TEOS層；所述金屬硬掩模層104的材料為Ta 或Ti或W或TaN或TiN或WN。在金屬硬掩膜層104上沉積底部抗反射層105，在底部抗反射層105上涂覆光刻膠 (PR)層106，對光刻膠層106進(jìn)行曝光、顯影從而在光刻膠層上形成溝槽圖案；所述底部抗反射層105作為吸光層，其主要成分一般為SiON。參照圖3所示，以圖案化的光刻膠層106為掩膜，刻蝕底部抗反射層105和金屬硬掩膜層104，刻蝕停留在介電保護(hù)層103，去除光刻膠層106，在底部抗反射層105和金屬硬掩膜層104內(nèi)形成后續(xù)進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口 107。參照圖4，對所述刻蝕窗口 107內(nèi)的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕，所述刻蝕工藝采用(5&、Ar和O2作為干法刻蝕氣體，所述C5F8、Ar和O2的流量比為2. 2 50 1 3 50 1，刻蝕貫穿介電保護(hù)層103和介電層102后終止于刻蝕停止層101中，剩余一部分刻蝕停止層101以保護(hù)其下層的基底100的層間介質(zhì)層不被過度消耗；所述C5F8的流量為15sccm 21sccm，所述Kr的流量為300sccm 350sccm，所述仏的流量為5sccm 7sCCm，所述對介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕的時間為90 95s ；所述對介電保護(hù)層和介電層的干法刻蝕在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90mt lOOmt。在本實(shí)施例中，所述C5F8的流量優(yōu)選為ISsccm，所述4的流量優(yōu)選為300sCCm，所述仏的流量優(yōu)選為7sCCm，所述對介電保護(hù)層和介電層的進(jìn)行干法刻蝕的時間優(yōu)選為92s ；所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力優(yōu)選為90mt。參照圖5，對剩余的一部分刻蝕阻擋層101進(jìn)行過刻蝕工藝，去除刻蝕阻擋層，形成銅金屬層溝槽108。圖6為C5F8的流量為18sccm，Ar的流量為300sccm，O2的流量為7sccm，干法刻蝕的時間為92s ；壓力為90mt時干法刻蝕方法形成的層間介質(zhì)層凹槽(見虛線)電子顯微照片。與圖1對比，本發(fā)明實(shí)施例的干法刻蝕工藝所產(chǎn)生的層間介質(zhì)層凹槽厚度大大減小，大大改善了銅空洞的現(xiàn)象，有效地提高了半導(dǎo)體器件的性能。綜上所述，本發(fā)明的一種干法刻蝕第一金屬層的方法，通過采用C5F8、\和&作為干法刻蝕氣體并細(xì)化工藝參數(shù)，有效地避免了刻蝕阻擋層的過刻蝕現(xiàn)象，減少了過刻蝕步驟造成層間介質(zhì)層(ILD)層的刻蝕損耗，從而有效改善銅空洞的缺陷。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(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
1.一種干法刻蝕第一金屬層的方法，該方法包括提供一半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上依次沉積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護(hù)層，金屬硬掩膜層、底部抗反射層和光刻膠層；對光刻膠層進(jìn)行圖案化處理，形成圖案化的光刻膠層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，對底部抗反射層和金屬硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口；對所述刻蝕窗口內(nèi)的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕，所述干法刻蝕采用C5F8、l和 O2作為刻蝕氣體，所述C5F8、Ar和O2的流量比為2. 2 50 1 3 50 1，以使刻蝕停止在刻蝕阻擋層；對刻蝕阻擋層進(jìn)行過刻蝕工藝，去除刻蝕阻擋層，形成第一層銅金屬層溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述C5F8的流量為15sCCm 21sCCm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述A,的流量為300sCCm 350sCCm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述&的流量為kccm 7SCCm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕的時間為90 95s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對介電保護(hù)層和介電層的干法刻蝕在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為90mt lOOmt。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干法刻蝕第一金屬層的方法，該方法包括提供一半導(dǎo)體基底；半導(dǎo)體基底上依次沉積刻蝕阻擋層、介電層、介電保護(hù)層，金屬硬掩膜層、底部抗反射層和光刻膠層；光刻膠層進(jìn)行圖案化處理，形成圖案化的光刻膠層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，對底部抗反射層和金屬硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，形成進(jìn)行主刻蝕的刻蝕窗口；對所述刻蝕窗口內(nèi)的介電保護(hù)層和介電層進(jìn)行干法刻蝕，所述刻蝕工藝采用C5F8、Ar和O2作為刻蝕氣體，所述C5F8、Ar和O2的流量比為2.2∶50∶1-3∶50∶1，以使刻蝕停止在刻蝕阻擋層；對刻蝕阻擋層進(jìn)行過刻蝕工藝，去除刻蝕阻擋層，形成銅金屬層溝槽。
文檔編號H01L21/768GK102403269SQ20111038894
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者張瑜, 李程, 黃君 申請人:上海華力微電子有限公司