一种半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体结构及其制造方法，上述半导体结构包括沿上述半导体结构的高度方向贯穿介质层的通孔，上述通孔互连上述半导体结构的前段器件和上述半导体结构的后段金属线，通过执行第一刻蚀工艺和第二刻蚀工艺，使得所形成的上述通孔的正交于上述高度方向的横截面在上述后段金属线的延伸方向的第一尺寸大于在垂直于上述延伸方向的第二尺寸。根据本发明专利技术所提供的制造方法所形成的通孔结构，能够在不通过修改光罩的情况下，保持通孔的第二方向特征尺寸不变，并扩大第一方向的特征尺寸，从而有效降低位于通孔中的金属触点的阻值，并且不会造成第二方向上的器件短路。

A Semiconductor Structure and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种半导体结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体结构及其制造方法，尤其设计一种通孔结构及其制造方法。
技术介绍
自从早年德州仪器的JackKilby博士专利技术了集成电路之时起，科学家们和工程师们已经在半导体器件和工艺方面作出了众多专利技术和改进。近50年来，半导体尺寸已经有了明显的降低，这转化成不断增长的处理速度和不断降低的功耗。迄今为止，半导体的发展大致遵循着摩尔定律，摩尔定律大致是说密集集成电路中晶体管的数量约每两年翻倍。现在，半导体工艺正在朝着28nm以下发展，其中一些公司正在着手14nm工艺。这里仅提供一个参考，一个硅原子约为0.2nm，这意味着通过28nm工艺制造出的两个独立组件之间的距离仅仅约为一百多个硅原子。半导体器件制造因此变得越来越具有挑战性，并且朝着物理上可能的极限推进。对于如何提高28nm半导体器件的性能已经是半导体制造行业内的当务之急，同时也是巨大的挑战。目前，可以通过减低半导体器件后段金属层中的开尔文通孔(KelvinVia)的阻值去改善28nm半导体器件的性能。在减低开尔文通孔的阻值方面，放大开尔文通孔的特征尺寸(CD，CriticalDimension)被认为是一种有效的方法。然而，如前所述，在半导体器件的特征尺寸均在日益微缩的情况下，放大开尔文通孔的特征尺寸意味着开尔文通孔与后段金属层中的其他通孔和金属线之间短路的可能性大大增加，从而导致半导体器件的良率下降，这是本领域技术人员不愿意看到的。更进一步的，在放大开尔文通孔的特征尺寸的实现方法上，通过修改光罩来修改器件的版图设计是一种最普遍的做法。然而，由于开尔文通孔位置的特殊性，其系位于转折区的通孔，擅自更改开尔文通孔的特征尺寸需要大量改动整个半导体器件的版图设计，增加了半导体器件制造工艺的成本。因此，亟需要一种半导体结构的制造方法，能够通过不改变光罩而改变开尔文通孔的特征尺寸，来降低开尔文通孔的阻值，同时通过上述制造方法所制造的开尔文通孔样貌不会增加与后段金属层中的其他通孔和金属线之间短路的可能性，以保证半导体结构的良率。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。如上所述，为了解决上述问题，本专利技术提供了一种半导体结构的制造方法，用以形成沿上述半导体结构的高度方向贯穿介质层的通孔，上述制造方法包括：提供衬底，其中，上述衬底中形成有上述半导体结构的前段器件，上述前段器件通过上述通孔电连接于上述半导体结构的后段金属线，上述衬底上部形成有覆盖上述衬底的上述介质层；在对应上述前段器件的位置执行第一刻蚀工艺，上述第一刻蚀工艺在上述介质层的上部形成部分通孔；以及执行第二刻蚀工艺，上述第二刻蚀工艺使上述通孔沿上述高度方向贯穿上述介质层，以暴露上述前段器件，其中，上述第一刻蚀工艺和上述第二刻蚀工艺使所形成的上述通孔的正交于上述高度方向的横截面在上述后段金属线的延伸方向的第一尺寸大于在垂直于上述延伸方向的第二尺寸。在上述的实施例中，可选的，上述第一刻蚀工艺包括采用包含CF4气体的气体组合，其中，上述CF4气体在上述气体组合中的占比为20-35％。在上述的实施例中，较优的，上述CF4气体在上述气体组合中的占比为28％。在上述的实施例中，可选的，上述第二刻蚀工艺包括设定刻蚀气体的解离功率为270-350W。在上述的实施例中，较优的，其特征在于，所设定的解离功率为280-330W。在上述的实施例中，较优的，所设定的解离功率为300W。在上述的实施例中，可选的，上述第二刻蚀工艺包括采用包含CF4气体的气体组合，其中，上述CF4气体在上述气体组合中的占比为25-40％。在上述的实施例中，较优的，上述CF4气体在上述气体组合中的占比为35％。在上述的实施例中，可选的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值大于1.2。在上述的实施例中，可选的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值为1.2-1.5。在上述的实施例中，可选的，执行上述第二刻蚀工艺还包括在上述介质层的上部形成沟槽，其中，上述后段金属线形成在上述沟槽中；以及上述制造方法还包括，在执行上述第二刻蚀工艺前，在上述介质层的上表面形成图案化的硬掩膜层，上述图案化的硬掩膜层定义上述沟槽的刻蚀图案。在上述的实施例中，较优的，上述硬掩膜层为金属掩膜，和/或，上述硬掩膜层为的材质为TiN。在上述的实施例中，较优的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值为1.5-1.8。本专利技术还提供了一种根据上述制造方法所制造的半导体结构，上述半导体结构包括沿上述半导体结构的高度方向贯穿介质层的通孔，上述通孔互连上述半导体结构的前段器件和上述半导体结构的后段金属线，其中，上述通孔的正交于上述高度方向的横截面在上述后段金属线的延伸方向的第一尺寸大于在垂直于上述延伸方向的第二尺寸。在上述的实施例中，可选的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值大于1.2。在上述的实施例中，可选的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值为1.2-1.5。在上述的实施例中，较优的，上述第一尺寸与上述第二尺寸的比值为1.5-1.8。根据本专利技术所提供的半导体结构及其制造方法，通过调整刻蚀工艺，实现通孔的特征尺寸的增大，并且使得上述通孔的横截面保持在一个方向上的尺寸大于另一垂直方向上的尺寸，从而不会由于特征尺寸的增大而导致通孔与其他通孔或金属线之间的短路，以保证半导体结构的良率。附图说明图1-8示出了本专利技术提供的制造方法制造过程中的半导体结构示意图。图9A示出了本专利技术提供的通孔的俯视示意图。图9B示出了图9A中AA’面的剖面示意图。图9C示出了图9A中BB’面的剖面示意图。图10A示出了根据本专利技术提供的制造方法制造的通孔阻值与现有技术制造的通孔阻值的对比示意图。图10B示出了根据本专利技术提供的制造方法制造的器件良率与现有技术制造的器件良率的对比示意图。附图标记100衬底110有源区200NDC层300TEOS层400介质层500NDC层600NFDARC层700硬掩膜层800氧化层900BARC层901光阻层910阻挡层911SIARC层912光阻层具体实施方式给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本专利技术并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本专利技术并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本专利技术的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本专利技术的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本专利技术。请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的制造方法，用以形成沿所述半导体结构的高度方向贯穿介质层的通孔，所述制造方法包括：提供衬底，其中，所述衬底中形成有所述半导体结构的前段器件，所述前段器件通过所述通孔电连接于所述半导体结构的后段金属线，所述衬底上部形成有覆盖所述衬底的所述介质层；在对应所述前段器件的位置执行第一刻蚀工艺，所述第一刻蚀工艺在所述介质层的上部形成部分通孔；以及执行第二刻蚀工艺，所述第二刻蚀工艺使所述通孔沿所述高度方向贯穿所述介质层，以暴露所述前段器件，其中，所述第一刻蚀工艺和所述第二刻蚀工艺使所形成的所述通孔的正交于所述高度方向的横截面在所述后段金属线的延伸方向的第一尺寸大于在垂直于所述延伸方向的第二尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的制造方法，用以形成沿所述半导体结构的高度方向贯穿介质层的通孔，所述制造方法包括：提供衬底，其中，所述衬底中形成有所述半导体结构的前段器件，所述前段器件通过所述通孔电连接于所述半导体结构的后段金属线，所述衬底上部形成有覆盖所述衬底的所述介质层；在对应所述前段器件的位置执行第一刻蚀工艺，所述第一刻蚀工艺在所述介质层的上部形成部分通孔；以及执行第二刻蚀工艺，所述第二刻蚀工艺使所述通孔沿所述高度方向贯穿所述介质层，以暴露所述前段器件，其中，所述第一刻蚀工艺和所述第二刻蚀工艺使所形成的所述通孔的正交于所述高度方向的横截面在所述后段金属线的延伸方向的第一尺寸大于在垂直于所述延伸方向的第二尺寸。2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺包括采用包含CF4气体的气体组合，其中，所述CF4气体在所述气体组合中的占比为20-35％。3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述CF4气体在所述气体组合中的占比为28％。4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二刻蚀工艺包括设定刻蚀气体的解离功率为270-350W。5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所设定的解离功率为280-330W。6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所设定的解离功率为300W。7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二刻蚀工艺包括采用包含CF4气体的气体组合，其中，所述CF4气体在所述气体组合中的占比为25-40％。8.如权利要求7所述的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张年亨，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31