[發明專利]一種倒錐形輪廓刻蝕方法

有效

• 申請號: 201210415193.8
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103779271B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉志強;李俊良
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 張龍哺,馮志云

技術領域

本發明涉及一種刻蝕方法，特別是一種減小刻蝕角度的倒錐形輪廓刻蝕方法。

背景技術

干法刻蝕是用等離子體進行薄膜刻蝕的技術。當氣體以等離子體形式存在時，它具備兩個特點：一方面等離子體中的這些氣體化學活性比常態下時要強很多，根據被刻蝕材料的不同，選擇合適的氣體，就可以更快地與材料進行反應，實現刻蝕去除的目的；另一方面，還可以利用電場對等離子體進行引導和加速，使其具備一定能量，當其轟擊被刻蝕物的表面時，會將被刻蝕物材料的原子擊出，從而達到利用物理上的能量轉移來實現刻蝕的目的。因此，干法刻蝕是晶圓片表面物理和化學兩種過程平衡的結果。

干法刻蝕又分為三種：物理性刻蝕、化學性刻蝕、物理化學性刻蝕。其中物理性刻蝕又稱為濺射刻蝕。很明顯，該濺射刻蝕靠能量的轟擊打出原子的過程和濺射非常相像。(想象一下，如果有一面很舊的土墻，用足球用力踢過去，可能就會有墻面的碎片從中剝離)這種極端的干法刻蝕方向性很強，可以做到各向異性刻蝕，但不能進行選擇性刻蝕。

化學性刻蝕利用等離子體中的化學活性原子團與被刻蝕材料發生化學反應，從而實現刻蝕目的。由于刻蝕的核心還是化學反應(只是不涉及溶液的氣體狀態)，因此刻蝕的效果和濕法刻蝕有些相近，具有較好的選擇性，但各向異性較差。

人們對這兩種極端過程進行折中，得到目前廣泛應用的一些物理化學性刻蝕技術。例如反應離子刻蝕(RIE--Reactive?Ion?Etching)和高密度等離子體刻蝕(HDP)。這些工藝通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學反應雙重作用刻蝕，同時兼有各向異性和選擇性好的優點。目前RIE已成為超大規模集成電路制造工藝中應用最廣泛的主流刻蝕技術。

通常，在小規模的集成電路芯片或是焊盤設計中，很難獲得適合的間隙來填充銅線或鋁線。通常由于間隙較小，給填充金屬帶來諸多不便。要獲得良好的間隙填充性能就必須要獲得相對尖銳的刻蝕角度，具體來說，實際生產過程中，刻蝕角度α小于70°才能得到良好的間隙。

而傳統的干法刻蝕方法難以得到一個適合金屬填充的倒錐形輪廓。圖1(a)到1(d)示出傳統的干法刻蝕方法。(可以參照附圖說明中的用語修改)通常的干法刻蝕方法要經歷如下四個步驟：

如圖1(a)至圖1(d)所示，刻蝕的對象包括從下至上依次疊加的金屬層、刻蝕停止層、氧化物層以及光刻膠層。

圖1(a)為現有技術的刻蝕工藝中的起始狀態的示意圖；

圖1(b)為現有技術的刻蝕工藝中的刻蝕過程的示意圖；

圖1(c)為現有技術的刻蝕工藝中去除光刻膠的步驟的示意圖；

圖1(d)為現有技術的刻蝕工藝中去除刻蝕停止層的步驟的示意圖。

通過這種工藝，最后得到的刻蝕角度α通常大于80°。

同樣地，圖2(a)到2(d)示出另一種傳統的干法刻蝕方法。如圖2(a)至圖2(d)所示，刻蝕的對象包括依次疊加的金屬層、第一刻蝕停止層、第一氧化物層、第二刻蝕停止層、第二氧化物層以及光刻膠層。

圖2(a)為現有技術的刻蝕工藝中的起始狀態的示意圖；

圖2(b)為現有技術的刻蝕工藝中的刻蝕過程的示意圖；

圖2(c)為現有技術的刻蝕工藝中去除光刻膠的步驟的示意圖；

圖2(d)為現有技術的刻蝕工藝中去除刻蝕停止層的步驟的示意圖。

通過這種工藝，與圖1的結果相似的，最后得到的刻蝕角度α通常還是大于80°。

現有技術如日本專利JP?7050292A和美國專利US4978420A，均是為了獲得更小的刻蝕角度而發明的技術，但實際使用效果并不理想。

有鑒于此，提供一種能夠獲得更小刻蝕角度，提供更大的金屬填充開口的刻蝕方法顯得尤為重要。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種倒錐形輪廓刻蝕方法，通過兩次刻蝕的工藝步驟，即第一次刻蝕、去光刻膠、第二次刻蝕的步驟，獲得更小的刻蝕角度，形成倒錐形輪廓，得到更大的金屬填充開口。

根據本發明的一個方面，提供一種倒錐形輪廓刻蝕方法，包括以下步驟：

(a)在襯底上依次形成底層金屬連線和絕緣介質層；

(b)在所述絕緣介質層上形成圖案化的光刻膠；

(c)對所述絕緣介質層進行第一次干法刻蝕，去除底層金屬連線上方的部分絕緣介質層，在所述絕緣介質層上形成開口；

(d)去除光刻膠，露出所述絕緣介質層的上表面；