一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法

一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]随着大规模集成电路设计门数的增加，金属布线也越加复杂，由最初的单层布线发展至现在的多层布线，布线层数甚至达到十层以上，与多层金属布线工艺相对应的产生了通孔互连工艺。通孔互连工艺是在金属的层间介质中通过干法刻蚀工艺形成通孔，并在通孔中填充电阻率较低的金属，最终连接上下两层金属。
[0003]通孔刻蚀形成的通孔形貌对于后续金属的填充性、电荷流动性、器件层与金属层的电连接有着很大的影响。传统的通孔刻蚀工艺为一步二氧化硅刻蚀，此工艺中影响孔链电阻的因素有通孔刻蚀的形貌、填充金属的电阻率等等。其中通孔刻蚀形貌中孔侧壁的光滑程度、刻蚀角度、通孔终止层的选择都对金属层间的孔链电阻均有影响。在通孔刻蚀的优化过程中，光滑的孔侧壁及大刻蚀角度均对孔链电阻的降低有一定改善，但由于刻蚀工艺气体及工艺设备的限制，传统的通孔一步刻蚀工艺终止层为下层金属上的氮化钛，这会导致金属层间孔链电阻变大。
[0004]图1和图2分别为传统通孔刻蚀工艺WAT Mapping测试金属层间孔链电阻以及通孔形貌，从WAT参数中看出金属层间的孔链电阻较大，边缘的孔链电阻均超出规范，从通孔的截面形貌分析可知，金属的层间孔链电阻大是因为传统的一步二氧化硅刻蚀工艺在刻蚀后通孔孔底的氮化钛未刻蚀干净，导致孔链电阻偏大，为降低孔链电阻，需将通孔底部氮化钛刻蚀干净，使刻蚀终点停留在下层金属的表面上。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明采用二氧化硅及氮化钛两步刻蚀，通过刻蚀通孔底部的氮化钛，能够有效降低金属层间孔链电阻。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，包括以下步骤:
[0008]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆光刻胶，然后曝光、显影形成通孔层的光刻图形；
[0009]步骤二:完成通孔刻蚀工艺的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属上的氮化钛；
[0010]步骤三:完成通孔刻蚀工艺的第二次干法刻蚀，即氮化钛干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属的表面；
[0011]步骤四:采用干法去胶的工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，完成通孔刻蚀工艺，形成金属的层间通孔。
[0012]进一步地，步骤二中二氧化娃干法刻蚀采用的腔体压力为360?440mt，电极功率为630?770W，工艺时间为120?150s。
[0013]进一步地，步骤二中二氧化硅干法刻蚀采用的工艺气体为CHF3、CFjP Ar。
[0014]进一步地，0册3的流量为9?llsccm，流量为90?llOsccm，Ar的流量为135 ?165sccm0
[0015]进一步地，步骤三中氮化钛干法刻蚀采用的腔体压力为9?llmt，Source电极功率为450?550W，Bias电极功率90?110W，工艺时间为9?11s。
[0016]进一步地，步骤三中氮化钛干法刻蚀采用的工艺气体为BCL3、CLjP Ar。
[0017]进一步地，BCLj^流量为22?28sccm，(^2的流量为22?28sccm，Ar的流量为13 ?17sccm0
[0018]进一步地，步骤四中干法去胶工艺的腔体温度为225?275°C，腔体压力为1.8?2.2t0
[0019]进一步地，步骤四中采用O2作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
[0020]一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，包括以下步骤:
[0021]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形；
[0022]步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为400mt，电极功率为700W,工艺气体CHF3流量为1sccm ；CF 4流量为10sccm ；Ar流量为150sccm，总工艺时间135s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上；
[0023]步骤三:采用AMAT DPS型金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为10mt，Source电极功率为500W，Bias电极功率为100W，工艺气体BCL3流量为25sccm ;CL2流量为25sccm ;Ar流量为15sccm，总工艺时间10s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上；
[0024]步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为250°C，压力为2t的工艺腔体环境中，并采用O2作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0026]本发明采用二氧化硅及氮化钛两步刻蚀，在形成通孔层的光刻图形后，首先通过二氧化硅干法刻蚀使刻蚀的终止层为下层金属上的氮化钛，然后通过氮化钛干法刻蚀使刻蚀的终止层为下层金属的表面，最后去除光刻胶形成金属的层间通孔，通过刻蚀通孔底部的氮化钛，降低金属层间孔链电阻，结果表明本发明的两步通孔刻蚀工艺能去除下层金属上的氮化钛，填充的金属钨能与下层金属充分接触，测试上下金属的层间孔链电阻一致性好，有效降低了金属层间孔链电阻。
【附图说明】
[0027]图1为传统通孔刻蚀方法中WAT Mapping测试金属层间孔链电阻；
[0028]图2为传统通孔刻蚀方法中通孔形貌；
[0029]图3为本发明的通孔刻蚀方法中WAT Mapping测试金属层间孔链电阻；
[0030]图4为本发明的通孔刻蚀方法中通孔形貌；
[0031]图5为本发明的步骤一结束后的剖面示意图；
[0032]图6为本发明的步骤二结束后的剖面示意图；
[0033]图7为本发明的步骤三结束后的剖面示意图；
[0034]图8为本发明的步骤四结束后的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面对本发明作进一步详细描述:
[0036]一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，包括以下步骤:
[0037]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，最底层金属除夕卜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形，如图5 ;
[0038]步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为360?440mt，电极功率为630?770W，工艺气体CHF3流量为9?llsccm ；CF 4流量为90?IlOsccm ；Ar流量为135?165sccm，总工艺时间120?150s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上，如图6 ；
[0039]步骤三:采用AMAT DPS型(Decoupled Plasma Source)金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为9?llmt，Source电极功率为450?550W，Bias电极功率为90?110W，工艺气体BCLJl量为22?28sccm ;CL2流量为22?28sccm ；Ar流量为13?17sccm，总工艺时间9?11s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上，如图7 ;
[0040]步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为225?275°C，压力为1.8?2.2t的工艺腔体环境中，并采用O2作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶，如图8。
[0041]下面结合实施例对本发明的实施过程作进一步详细说明:
[0042]实施例1
[0043]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形；
[0044]步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为400mt，电极功率为700W,工艺气体CHF3流量为1sccm ；CF 4流量为10sccm ；Ar流量为150sccm，总工艺时间135s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上；
[0045]步骤三:采用AMAT DPS型(Decoupled Plasma Source)金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为1mt, Source电极功率为500W，Bias电极功率为100W，工艺气体BCL3流量为25sccm ；CL2流量为25sCCm ；Ar流量为15sCCm，总工艺时间10s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上；
[0046]步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为250°C，压力为2t的工艺腔体环境中，并采用O2作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
[0047]图3和图4分别为本实施例通孔刻蚀方法中WAT Mapping测试金属层间孔链电阻以及通孔形貌，可以看出，本发明的通孔刻蚀方法能去除下层金属上的氮化钛，填充的金属钨能与下层金属充分接触，测试上下金属的层间孔链电阻一致性好，有效降低了金属层间孔链电阻。
[0048]实施例2
[0049]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形；
[0050]步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为360mt，电极功率为630W，工艺气体CHF3流量为9sccm ；CF 4流量为90sccm ；Ar流量为135sccm，总工艺时间120s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上；
[0051]步骤三:采用AMAT DPS型(Decoupled Plasma Source)金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为9mt，Source电极功率为450W，Bias电极功率为90W，工艺气体BCL3流量为22sccm ;(^2流量为22sccm ；Ar流量为13sccm，总工艺时间9s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上；
[0052]步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为225°C，压力为1.St的工艺腔体环境中，并采用02作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
[0053]实施例3
[0054]步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形；
[0055]步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为440mt，电极功率为770W，工艺气体CHF3流量为llsccm ;CF 4流量为IlOsccm ;Ar流量为165sccm，总工艺时间150s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上；
[0056]步骤三:采用AMAT DPS型(Decoupled Plasma Source)金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为llmt, Source电极功率为550W，Bias电极功率为110W，工艺气体BCL3流量为28sccm ；CL2流量为28sccm ；Ar流量为17sccm，总工艺时间11s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上；
[0057]步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为275°C，压力为2.2t的工艺腔体环境中，并采用02作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
【主权项】
1.一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆光刻胶，然后曝光、显影形成通孔层的光刻图形； 步骤二:完成通孔刻蚀工艺的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属上的氮化钛； 步骤三:完成通孔刻蚀工艺的第二次干法刻蚀，即氮化钛干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属的表面； 步骤四:采用干法去胶的工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，完成通孔刻蚀工艺，形成金属的层间通孔。2.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤二中二氧化硅干法刻蚀采用的腔体压力为360?440mt，电极功率为630?770W，工艺时间为120?150s。3.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤二中二氧化硅干法刻蚀采用的工艺气体为CHF3、CFjP Ar。4.根据权利要求3所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，(:册3的流量为9?llsccm，流量为90?llOsccm，Ar的流量为135?165sccm05.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤三中氮化钛干法刻蚀采用的腔体压力为9?llmt，Source电极功率为450?550W，Bias电极功率90?110W，工艺时间为9?11s。6.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤三中氮化钛干法刻蚀采用的工艺气体为BCL3、CLjP Ar。7.根据权利要求6所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，BCLj^流量为22?28sccm，12的流量为22?28sccm，Ar的流量为13?17sccm。8.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤四中干法去胶工艺的腔体温度为225?275°C，腔体压力为1.8?2.2t。9.根据权利要求1所述的一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，步骤四中采用O2作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。10.一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:在相邻两层金属的下层金属上依次生长钛和氮化钛薄膜，然后再生长金属层间氧化层介质，接着在完成平坦化工艺后，涂覆830nm的光刻胶，通过深紫外曝光机，进行曝光显影联机作业，形成条宽为0.5 μπι的通孔层光刻图形； 步骤二:采用TEL8500型二氧化硅等离子体干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，干法二氧化硅刻蚀采用腔体压力为400mt，电极功率为700W，工艺气体CHF3流量为1sccm ;CF4流量为10sccm ；Ar流量为150sccm，总工艺时间135s，刻蚀后形成通孔的形貌，刻蚀的截止层停在下层金属的氮化钛上； 步骤三:采用AMAT DPS型金属等离子干法刻蚀机进行通孔刻蚀中的第二次干法刻蚀，即干法氮化钛刻蚀，干法氮化钛刻蚀采用腔体压力为10mt，Source电极功率为500W，Bias电极功率为100W，工艺气体BCL3流量为25sccm ；CL 2流量为25sccm ；Ar流量为15sccm，总工艺时间10s，刻蚀的截止层停在下层金属的表面上； 步骤四:采用AMAT微波等离子体干法去胶机进行干法去胶工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，干法去胶工艺在温度为250°C，压力为2t的工艺腔体环境中，并采用02作为去胶反应气体，H2O蒸汽作为光刻胶软化气体，通过微波等离子体的去胶方式去除非通孔图形区域的光刻胶。
【专利摘要】本发明公开了一种降低集成电路多层金属间孔链电阻的通孔刻蚀方法，首先在相邻两层金属的下层金属上生长钛、氮化钛及金属层间氧化层介质，完成平坦化工艺后，涂覆光刻胶，然后曝光、显影形成通孔层的光刻图形；其次完成通孔刻蚀工艺的第一次干法刻蚀，即二氧化硅干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属上的氮化钛；再次完成通孔刻蚀工艺的第二次干法刻蚀，即氮化钛干法刻蚀，此次刻蚀的终止层为下层金属的表面；最后采用干法去胶的工艺，去除非通孔图形区域的光刻胶，完成通孔刻蚀工艺，形成金属的层间通孔。本发明采用二氧化硅及氮化钛两步刻蚀，通过刻蚀通孔底部的氮化钛，能够有效降低金属层间孔链电阻。
【IPC分类】H01L21/311, H01L21/768
【公开号】CN104882408
【申请号】CN201510259350
【发明人】李林, 张可为, 张博, 张耕玮, 王一义
【申请人】中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月20日