刻蚀金属间介质层的方法技术

一种刻蚀金属间介质层的方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面布置介质层，所述介质层的远离半导体衬底的表面布置有刻蚀阻挡层；图形化所述刻蚀阻挡层，从而形成多个开口，以暴露需要刻蚀的介质层；采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露于开口处的介质层；所述等离子体刻蚀工艺所采用的气体中含有刻蚀辅助气体，所述刻蚀辅助气体是同时含有碳元素和氧元素的气体，优选自一氧化碳和二氧化碳中的一种或两种。本发明专利技术的优点在于，采用含碳和氧的气体作为刻蚀辅助气体，在采用氧元素去除表面聚合物的同时，采用碳元素保护蚀坑的侧壁，降低蚀坑侧壁的倾斜程度，从而降低通孔处金属插塞的表面积，进而降低金属引线之间的寄生电容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，尤其涉及。
技术介绍
金属间介质层是集成电路制造工艺中形成于金属互联线之间，用于实现金属互联 线之间电学隔离的一种结构。金属间介质层的常用材料例如氧化硅或氮化硅等。随着集成 电路特征尺寸的不断缩小，一些低介电常数的材料被用作金属间介质层，以降低金属互联 线之间的寄生电容。常见的低介电常数材料包括氟硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)以及黑钻石(BD Black Diamond)等都可以作为金属间介质层。黑钻石(BD)是目前先进深亚微米逻辑工艺 中所广泛采用的一种低介电常数材料。所谓BD是一种采用化学气相沉积(PECVD)方法制 备的低介电常数材料，主要成分是掺碳的氧化硅。关于上述BD材料的信息可以参考美国专 利US7372158以及US7009280等文献中的相关内容。附图1和附图2所示是现有技术中刻蚀介质层的工艺示意图。首先参考附图1， 被刻蚀的金属间介质层110布置于半导体衬底100的表面，表面布置图形化的掩模层120。 采用等离子体干法刻蚀工艺进行刻蚀。刻蚀气体为含氟甲烷(例如CF4或者CH2F2等)，并 采用氮气、氢气或者氧气作为辅助气体，辅助气体的作用是去除刻蚀过程中在刻蚀表面产 生的聚合物(polymer)，从而提高刻蚀工艺的质量。附图2所示是掩模层被腐蚀之后的腐蚀 工艺示意图，由于掩模层120的窗口被腐蚀而获得了蚀坑130。所述蚀坑具有倾斜的侧壁。现有技术的缺点在于，所采用的辅助气体除了可以去除聚合物之外，还会腐蚀金 属间介质材料的本体，越接近沟槽开口处，受腐蚀的时间越长，因此腐蚀的程度也越严重。 上述现象会导致掩模层120的窗口逐渐变大，因此腐蚀获得的蚀坑具有倾斜的侧壁。附图3 是采用现有技术获得的具有倾斜侧壁的蚀坑剖面的扫描电镜(SEM)照片，虚线框出的部分 是两个具有倾斜侧壁的蚀坑。由于在后续的工艺中，上述通过刻蚀获得的蚀坑130用于金属层之间的导电通 孔。因此在填充金属材料之后，倾斜的侧壁会增加金属间的寄生电容的电容面积，从而增加 寄生电容值，导致集成电路的电学性能下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种，可以降低蚀 坑侧壁的倾斜程度，从而降低寄生电容值。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种，包括如下步骤 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面布置介质层，所述介质层的远离半导体衬底的表面 布置有刻蚀阻挡层；图形化所述刻蚀阻挡层，从而形成多个开口，以暴露需要刻蚀的介质 层；采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露于开口处的介质层；所述等离子体刻蚀工艺所采用的 气体中含有刻蚀辅助气体，所述刻蚀辅助气体是同时含有碳元素和氧元素的气体。作为可选的技术方案，所述刻蚀辅助气体选自于一氧化碳和二氧化碳中的一种或 两种。作为可选的技术方案，所述等离子体刻蚀工艺所采用的气体中还含有惰性气体， 所述惰性气体为氩气，所述惰性气体分子数目与刻蚀辅助气体的分子数目比值大于10，优 选为12。作为可选的技术方案，所述介质层的材料为黑钻石。作为可选的技术方案，所述刻蚀阻挡层的材料为氧化硅。本专利技术的优点在于，采用含碳和氧的气体作为刻蚀辅助气体，在采用氧元素去除 表面聚合物的同时，采用碳元素保护蚀坑的侧壁，降低蚀坑侧壁的倾斜程度，从而降低通孔 处金属插塞的表面积，进而降低金属引线之间的寄生电容。附图说明附图1和附图2是现有技术中刻蚀介质层的工艺示意图；附图3是采用现有技术获得的蚀坑剖面的SEM照片；附图4是本专利技术具体实施方式的实施步骤示意图；附图5至附图7是本专利技术具体实施方式的工艺示意图；附图8是采用本专利技术具体实施方式所获得的蚀坑剖面的SEM照片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细 说明。附图4是本具体实施方式的实施步骤示意图，包括步骤S20，提供半导体衬底， 所述半导体衬底表面布置介质层，所述介质层的远离半导体衬底的表面布置有刻蚀阻挡 层；步骤S21，图形化所述刻蚀阻挡层，从而形成多个开口，以暴露需要刻蚀的介质层；步骤 S22，采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露于开口处的介质层。附图5所示，参考步骤S20，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200表面布置介 质层210，所述介质层210的远离半导体衬底的表面布置有刻蚀阻挡层220。所述半导体衬底200为单晶硅衬底。所述介质层210的材料为黑钻石(BD)。在先进深亚微米逻辑工艺中，黑钻石是一 种常见的低介电常数材料。在其他的实施方式中，介质层210的材料也可以是FSG、BPSG等 其他本领域内常用的低介电常数材料。所述刻蚀阻挡层220的材料为氧化硅。附图6所示，参考步骤S21，图形化所述刻蚀阻挡层220，从而形成多个开口，本具 体实施方式以开口 221和222表示，以暴露需要刻蚀的介质层210。以上图形化刻蚀阻挡层220的步骤可以采用光刻工艺实施，此处不再赘述。附图7所示，参考步骤S22，采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露于开口 221和222处 的介质层210。上述步骤在介质层210中形成蚀坑211和212。所述等离子体刻蚀工艺所采用的气体中含有刻蚀气体、刻蚀辅助气体以及惰性气体。所述刻蚀气体通常为CF4或者CH2F2等含有卤素的烃类物质，所述惰性气体通常为氩气。 刻蚀气体的作用在于同介质层210发生化学反应以达到刻蚀的目的。惰性气体的作用在于 稀释刻蚀气体和刻蚀辅助气体并调节其浓度至合适的范围，保证刻蚀的质量。本具体实施方式中，所述刻蚀辅助气体是同时含有碳元素和氧元素的气体，优选 一氧化碳和二氧化碳中的一种或两种。选用上述两种气体的组合作为刻蚀辅助气体的作用 在于，气体中所含有的氧可以去除刻蚀表面生成的聚合物，保证刻蚀可以持续进行，而气体 中所含有的碳可以起到保护蚀坑211和212的侧壁不受到腐蚀气体侵蚀，以降低蚀坑侧壁 的倾斜程度。尤其是采用BD材料作为介质层210的情况下，由于BD材料的主要成分是掺 碳的氧化硅，因此对侧壁的保护效果尤其明显。优选一氧化碳和二氧化碳的原因在于上述 两种气体仅含有碳和氧，因此去除聚合物和保护侧壁的效率较高，并且上述两种气体易于 获得，因此是两种优选的气体。在较佳的实施方式中，所述惰性气体分子数目与刻蚀辅助气体的分子数目比值大 于10，优选为12。刻蚀辅助气体的浓度过高容易导致碳元素在刻蚀表面的吸附浓度增高， 阻挡刻蚀气体和介质层的反应，从而降低刻蚀速率。当刻蚀辅助气体为单一的一氧化碳或 者二氧化碳时，所述比值是惰性气体与一氧化碳或者二氧化碳之间的分子数目比；当刻蚀 辅助气体为一氧化碳和二氧化碳的混合气体时，所述比值是惰性气体与所述混合气体之间 的分子数目比。附图8是采用BD材料作为介质层，并采用二氧化碳作为保护气体的等离子刻蚀工 艺形成的蚀坑扫描电镜照片。虚框部分是形成于介质层中的两个蚀坑的剖面照片。对比附 图8和附图3，可以很明显的看出，由于采用了含碳的二氧化碳(采用一氧化碳也可以达到 相同的效果)作为保护气体，对侧壁起到了有效的保护作用，从而显著降低了蚀坑侧壁的 倾斜程度。本具体实施方式采采用含碳和氧的气体作为刻蚀辅助气体，在采用氧元素去除表 面聚合物的同时，采用碳元素保护蚀坑的侧壁，因此降低了蚀坑侧壁的倾斜程度，从而降低 了通孔处金属插塞的表面积，进而降低了寄生电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀金属间介质层的方法，包括如下步骤：　　提供半导体衬底，所述半导体衬底表面布置介质层，所述介质层的远离半导体衬底的表面布置有刻蚀阻挡层；　　图形化所述刻蚀阻挡层，从而形成多个开口，以暴露需要刻蚀的介质层；　　采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露于开口处的介质层；　　所述等离子体刻蚀工艺所采用的气体中含有刻蚀辅助气体，其特征在于，所述刻蚀辅助气体是同时含有碳元素和氧元素的气体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新鹏，黄怡，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]