提高连接孔特征尺寸均匀性的方法技术

本发明专利技术公开一种提高连接孔特征尺寸均匀性的方法，应用于解决连接孔特征尺寸在晶圆中间区域大，边缘区域小的问题：在ＩＬＤ上依次涂布ＯＤＬ、底部抗反射层和光阻胶层，所述ＯＤＬ的厚度从晶圆中间到边缘区域逐渐减薄；曝光显影图案化所述光阻胶层，以图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀所述底部抗反射层和ＯＤＬ，至显露出下面的ＩＬＤ；刻蚀ＯＤＬ时采用氮气和氢气作为刻蚀气体，或者采用二氧化硫作为刻蚀气体；对ＩＬＤ进行刻蚀形成连接孔，并去除所述光阻胶层、底部抗反射层和ＯＤＬ。本发明专利技术还公开一种提高连接孔特征尺寸均匀性的方法，应用于解决连接孔特征尺寸在晶圆中间区域小，边缘区域大的问题。本发明专利技术大大提高了连接孔特征尺寸均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造工艺，特别涉及一种提高连接孔特征尺寸均勻性的方法。
技术介绍
目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工艺中，制作半导体集成 电路时，半导体器件层形成之后，需要在半导体器件层之上形成金属互连层，每层金属互连 层包括金属互连线和层间介质层(ILD)，这就需要对上述层间介质层制造沟槽(trench)和 连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作 为金属互连线材料。层间介质层一般为低介电常数(Low-K)材料层，例如含有硅、氧、碳、氢 元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond，BD)，掺有氟离子的硅玻璃(FSG)或 者未掺杂的硅玻璃(USG)。现有技术中，铜互连层可以为三层，包括顶层、中间层及底层铜互连层，在实际工 艺制程中，可根据不同需要设置多层铜互连层。如果是在多层铜互连层的情况下，可以按要 求复制多层中间层铜互连层，有时也会按需要复制两层顶层铜互连层。具有三层铜互连层 的半导体器件结构示意图如图1所示。图中层间介质层下是半导体器件层，图中未显示。图 中每层铜互连层包括层间介质层101和由沟槽和连接孔形成的铜互连线102，铜互连线102 掩埋在层间介质层101中，用于连接各个铜互连层。其中，连接孔作为多层金属层间互连以及半导体器件层有源区与外界电路之间连 接的通道，在器件结构组成中具有重要的作用。在现有技术中，连接孔刻蚀是指对连接孔刻 蚀结构进行刻蚀，以获得多层金属间的互连以及半导体器件层有源区与外界电路之间连接 通路的工艺。其中，连接孔分为接触孔和通孔。接触孔(contact)指半导体器件层与底层 金属层之间在晶圆表面的连接。通孔(via)指穿过各种层间介质层从某一金属层到毗邻的 另一金属层之间形成电通路的开口。对于接触孔和通孔来说，刻蚀工艺是相同的。现有技术中形成连接孔的的流程，包括以下步骤步骤11、在层间介质层上涂布底部抗反射层。底部抗反射层包括有机抗放射层、或 含硅的有机抗放射层、及氮氧化硅等，底部抗反射层不仅作为吸光层，而且能够起到刻蚀硬 掩膜层时的阻挡作用。步骤12、在所述底部抗反射层上涂布光阻胶(PR，Photo Resist)层，并图案化所 述光阻胶层。步骤13、以图案化的光阻胶层为掩膜，干法刻蚀底部抗反射层。步骤14、以刻蚀后的底部抗反射层为掩膜，对层间介质层进行刻蚀，形成连接孔。 在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀的方法形成沟槽。步骤15、去除底部抗反射层以及光阻胶层。需要说明的是，刻蚀连接孔时，进入刻蚀反应腔的刻蚀气体首先接触晶圆中间区 域，然后向边缘扩散，所以刻蚀气体在晶圆中间区域刻蚀的时间比较久，这样就导致刻蚀得到晶圆中间区域的连接孔特征尺寸比晶圆边缘区域的要大4纳米左右。随着半导体技术代 的提高，半导体器件的特征尺寸逐渐减小，连接孔的特征尺寸也逐渐减小至60纳米左右， 对于如此小的特征尺寸，晶圆中间区域和边缘区域存在4纳米的差异是设计规则所无法容 忍的。为了减小此差异，即为了提高晶圆上连接孔特征尺寸的均勻性，一种现有技术方 法为涂布底部抗反射层时，使得底部抗反射层在晶圆中间区域要比边缘区域厚。由于底部 抗反射层下面的层间介质层为较硬的不同材料，所以对底部抗反射层进行刻蚀的气体基本 不会对其下面的层间介质层进行刻蚀，因此在干法刻蚀底部抗反射层时，晶圆边缘较薄的 底部抗反射层首先被消耗完后，就开始横向扩大底部抗反射层开口的尺寸，使完成底部抗 反射层刻蚀时，晶圆边缘和中间底部抗反射层开口的尺寸趋于一致，从而使得整个晶圆上 无论中间区域和边缘区域最终刻蚀形成的连接孔特征尺寸都接近目标值。但是现有技术中 刻蚀底部抗反射层时一般为含氟的气体，层间介质层为含氧和硅的材料，遇到含氟的气体 会发生化学反应，所以这类气体同样会对其下的层间介质层进行刻蚀(纵向刻蚀)，而不是 理想化的完全横向扩大底部抗反射层开口，这样就无法对连接孔的特征尺寸均勻性进行精 确控制。另外，还存在一种情况，就是检测到刻蚀得到晶圆中间区域的连接孔特征尺寸比 晶圆边缘区域的小，导致晶圆上连接孔的特征尺寸均勻性较差。现有也采用涂布底部抗反 射层的方式，使得底部抗反射层在晶圆中间区域要比边缘区域薄。这样在刻蚀底部抗反射 层时，与上述存在相同的问题由于刻蚀底部抗反射层时一般采用含氟的气体，不但对含硅 和氧材料的层间介质层进行纵向刻蚀，而且同时水平方向扩大底部抗反射层开口，导致无 法对连接孔的特征尺寸均勻性进行精确控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是提高连接孔特征尺寸均勻性。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种提高连接孔特征尺寸均勻性的方法，应用于解决连接孔特征尺 寸在晶圆中间区域大，晶圆边缘区域小的问题，该方法包括在层间介质层上依次涂布有机分布层0DL、底部抗反射层和光阻胶层，所述ODL的 厚度从晶圆中间区域到晶圆边缘区域逐渐减薄；曝光显影图案化所述光阻胶层，以图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀所述底部 抗反射层和0DL，至显露出下面的层间介质层；刻蚀ODL时采用氮气和氢气作为刻蚀气体， 或者采用二氧化硫作为刻蚀气体；对层间介质层进行刻蚀形成连接孔，并去除所述光阻胶层、底部抗反射层和0DL。所述连接孔特征尺寸为50 70纳米时，ODL的厚度从晶圆中间区域至晶圆边缘 区域逐渐减薄，减薄的厚度范围在50 200埃。涂布ODL时，晶圆的转速2000 2500转每分钟rpm。刻蚀ODL采用氮气和氢气作为刻蚀气体时，进一步包括向刻蚀反应腔内通入氧气或者一氧化碳。刻蚀ODL采用二氧化硫作为刻蚀气体时，进一步包括向刻蚀反应腔内通入氧气。本专利技术还公开了一种提高连接孔特征尺寸均勻性的方法，应用于解决连接孔特征 尺寸在晶圆中间区域小，晶圆边缘区域大的问题，该方法包括在层间介质层上依次涂布有机分布层0DL、底部抗反射层和光阻胶层，所述ODL的 厚度从晶圆中间区域到晶圆边缘区域逐渐增厚；曝光显影图案化所述光阻胶层，以图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀所述底部 抗反射层和0DL，至显露出下面的层间介质层；刻蚀ODL时采用氮气和氢气作为刻蚀气体， 或者采用二氧化硫作为刻蚀气体；对层间介质层进行刻蚀形成连接孔，并去除所述光阻胶层、底部抗反射层和0DL。所述连接孔特征尺寸为50 70纳米时，ODL的厚度从晶圆中间区域至晶圆边缘 区域逐渐增加，增加的厚度范围在50 200埃。涂布ODL时，晶圆的转速大于3500rpm。由上述的技术方案可见，本专利技术在层间介质层上涂布有机分布层(Organic Distribution Layer, 0DL)时，根据实际问题的需要，控制涂布ODL的时的晶圆的转速，来 控制ODL在晶圆中间区域和边缘区域的厚度，使得ODL在晶圆中间区域要比边缘区域厚 (解决晶圆中间区域的连接孔特征尺寸比晶圆边缘区域的大的问题)，或者ODL在晶圆中 间区域要比边缘区域薄(解决晶圆中间区域的连接孔特征尺寸比晶圆边缘区域的小的问 题)。而且刻蚀ODL采用不含氟的气体，如果需要ODL在晶圆中间区域要比边缘区域厚，则 晶圆边缘较薄的ODL首先被消耗完后，就开始完全横向扩大ODL开口的尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高连接孔特征尺寸均匀性的方法，应用于解决连接孔特征尺寸在晶圆中间区域大，晶圆边缘区域小的问题，该方法包括：在层间介质层上依次涂布有机分布层ＯＤＬ、底部抗反射层和光阻胶层，所述ＯＤＬ的厚度从晶圆中间区域到晶圆边缘区域逐渐减薄；曝光显影图案化所述光阻胶层，以图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀所述底部抗反射层和ＯＤＬ，至显露出下面的层间介质层；刻蚀ＯＤＬ时采用氮气和氢气作为刻蚀气体，或者采用二氧化硫作为刻蚀气体；对层间介质层进行刻蚀形成连接孔，并去除所述光阻胶层、底部抗反射层和ＯＤＬ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新鹏，胡华勇，黄敬勇，
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]