CN101295665A - 一种喇叭状接触的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种喇叭状接触的制作方法，包括如下步骤：在已经形成有源结构和隔离以及金属硅化物的硅衬底上形成第一绝缘层；再形成第二绝缘层；形成光刻胶，并光刻、显影形成光刻胶的接触孔图案；刻蚀第二和第一绝缘层，形成接触孔；回拉光刻胶；刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层形成喇叭状接触孔，所述刻蚀采用第二绝缘层/第一绝缘层选择性比高的气体进行刻蚀；去除光刻胶；填充接触金属，并平坦化；形成金属间电介质层，并刻蚀出金属线图案；填充第一金属，并平坦化；继续其他制程。该方法制作的喇叭状接触可以防止铜金属的扩散。

Description

一种喇叭状接触的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制程中的金属互连工艺，特别是涉及防止铜扩散的喇叭状接触的制作方法。
背景技术
在半导体的后端制程中，在形成铜金属互连线之前，需要在第一层铜金属线和接触金属之间形成一个接触窗，在其中填充钨金属作为与金属线之间的电性连接。
如图1A～1E是现有技术的接触窗的形成过程。
在已经形成有源器件1和隔离2以及金属硅化物3的硅衬底上，形成氧化硅层作为层间电介质层4，氮氧化硅作为硬掩模层5，通过形成光刻胶并光刻、显影来形成接触孔图案，然后以光刻胶层为掩模刻蚀氧化硅层4和氮氧化硅层5形成接触孔，在接触孔中，填充钨金属形成钨金属层6。由于接触孔的顶部尖角处的沉积速度比侧壁的沉积速度大，所以化学气相沉积钨金属更容易从顶部尖角处封闭，这样就在接触孔的中部留下填充不良的孔洞61，如图1A所示。
平坦化钨金属层6，并去除硬掩模氮氧化硅层5，就在接触窗金属钨中形成开口的孔洞61，如图1B所示。
然后形成金属间电介质层7，进行第一金属线刻蚀和清洗的电化学效应时，将使钨金属接触中的孔洞61变大，如图1C中62所示。
当进行铜金属层8沉积时，将有部分铜填充到钨金属接触的孔洞62中，如图1D中的81。
在后续的高温退火制程中，铜81很容易通过钨金属接触中的孔洞沿着有源区域扩散，如图1E中的82所示。
其结果，很容易导致漏电等问题，使产品合格率下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能防止铜扩散的喇叭状接触孔的制作方法。
本发明的喇叭状接触孔的制作方法，包括如下步骤：
在已经形成了有源结构和隔离以及金属硅化物的硅衬底上形成第一绝缘层；
再形成第二绝缘层；
形成光刻胶，并光刻、显影形成光刻胶的接触孔图案；
刻蚀第二和第一绝缘层，形成接触孔；
回拉(Pull back)光刻胶；
刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层形成喇叭状接触孔，所述刻蚀采用第二绝缘层/第一绝缘层选择性比高的气体进行刻蚀；
去除光刻胶；
填充接触金属，并平坦化；
形成金属间电介质层，并刻蚀出金属线图案；
填充第一金属，并平坦化；
继续其他制程。
根据本发明的一个实施方式，第一绝缘层以硅氧化物作为层间电介质层；第二绝缘层以氮氧化硅层作为硬掩模。
所述的光刻胶回拉(pull back)是指通过采用干法刻蚀等，使光刻胶图案的开口增大，但不刻蚀光刻胶下面的材料层。
在本发明中优选采用Ar/O2干法刻蚀对光刻胶进行回拉，优选Ar和O2的比例为10∶1，优选光刻胶回拉幅度是0.01～0.05μm。
然后，选择那些对刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层的选择性比高的刻蚀剂进行刻蚀，使第一绝缘层被刻蚀掉得较少而第二绝缘层刻蚀掉得较多。在本发明中，优选第二绝缘层和第一绝缘层的刻蚀选择性比为1～5；更优选第二绝缘层和第一绝缘层的刻蚀选择性比为3～5。
因此优选刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层采用的刻蚀气体为CHxFy，其中0≤x≤4，0＜y≤4，x+y＝4。更优选为CHF3或者CF4。
根据本发明，优选接触孔中填充的金属为钨。所形成的第一金属为铜。
根据本发明的方法，形成的喇叭状接触孔为90～150度开口，即与晶片的垂直方向呈45～75度，更优选为150度开口，即与晶片的垂直方向呈75度。
本发明的方法，形成的接触孔为呈喇叭状，因此在填充钨金属时就不会形成孔洞，由此可以防止形成金属线的铜通过接触孔的扩散。
附图说明
图1A～1E是现有技术的方法制作接触孔的过程示意图。
图2是现有技术的方法形成的具有铜扩散问题的结构的电子显微镜照片。
图3A～3I是本发明的方法制作喇叭状接触孔的过程示意图。
附图标记说明
1   有源区域
2   隔离
3   金属硅化物
4   层间电介质氧化硅
5   氮氧化硅硬掩模
6   钨金属沉积
61  孔洞
62  增大的孔洞
7   金属间电介质层
8   铜金属沉积
81  孔洞中的铜
82  扩散的铜
31  有源区域
32  隔离
33  金属硅化物
34  层间电介质氧化硅
35  氮氧化硅硬掩模
351  喇叭状接触孔
36   光刻胶层
361  光刻胶回拉形成的较大开口
37   钨金属沉积
38   金属间电介质层
39   铜沉积
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施方式较为详细地介绍本发明。
图3A～3I是本发明的方法制作喇叭状接触孔的过程示意图。
首先在硅衬底上形成有源区域和隔离以及金属硅化物接触等，由于这些是常规技术，因此，在此不再详细说明。
在已经形成有源区域31和隔离32以及金属硅化物接触33的硅衬底上，用常规方法，如化学气相沉积，沉积氧化硅层34作为层间电介质层，形成的厚度为0.9μm；用常规方法，如化学气相沉积，沉积氮氧化硅层35作为硬掩模层，厚度为0.08μm；再用常规方法，如旋涂法形成SEPR552光刻胶层36，厚度为0.7μm；通过依次进行光刻、显影等步骤，光刻采用DUV248nm光，显影用常规方法，如碱性显影液四甲基氢氧化氨，形成光刻胶的接触孔图案，如图3A所示。
用干式刻蚀方法，如O2/CHxFy，其比例为1∶3.5，对氮氧化硅层35和氧化硅层34进行刻蚀，形成接触孔；
然后对光刻胶进行干式刻蚀，用Ar/O2，其比例为10∶1，这项刻蚀不去氮氧化硅层35，这样使光刻胶图案侧壁回拉，如回拉幅度为0.01～0.05μm，如图3C中361所示。
再次对氮氧化硅层35和氧化硅层34进行刻蚀，采用对氮氧化硅/氧化硅刻蚀选择性比高的刻蚀方法，如，0～60℃温度下，用CH3F4或者CF4以对氮氧化硅/氧化硅刻蚀选择性比为3～5进行干刻蚀，得到喇叭状接触孔351，如图3D所示，其中，喇叭状接触孔的轮廓为90～150度的一个开口。
用常规方法去除光刻胶，如图3E所示。
按照常规方法，如采用化学气相沉积方法，将钨金属填充到喇叭状接触孔中，由于接触孔顶部较大，因此具有良好的填充效果，如图3F中的37所示。
然后采用常规方法，如化学机械研磨进行平坦化，去除多余的钨金属层，如图3G所示。
按照常规方法，如曝光、显影，在金属间电介质层38上，用干式刻蚀方法刻蚀出金属线图案，如图3H所示。
按照常规方法，如化学气相沉积方法填充铜金属39，如图3I所示。
然后继续其他后续制程。
这样得到的钨接触中没有孔洞，因此也没有铜被填充到该孔洞中，因此不会产生填充的铜向有源区域的扩散，从而解决了形成金属线的铜通过接触孔进行扩散的问题。
以上是通过实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是这些实施例并构成对本发明的任何限制。在不脱离本发明的基本构思的条件下，还可以有更多其他等效实施例。本发明的保护范围由所附的权利要求书所确定。

Claims (14)

1.一种喇叭状接触的制作方法，包括如下步骤：
在已经形成了有源结构、隔离以及金属硅化物的硅衬底上形成第一绝缘层；
再形成第二绝缘层；
形成光刻胶层，并光刻、显影形成光刻胶的接触孔图案；
刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层，形成接触孔；
回拉光刻胶，使光刻胶开口增大；
刻蚀第一绝缘层和第二绝缘层形成喇叭状接触孔，所述刻蚀采用第二绝缘层/第一绝缘层选择性比高的气体进行刻蚀；
去除光刻胶；
填充接触金属，并平坦化；
形成金属间电介质层，并刻蚀出金属线图案；
填充第一金属，并平坦化；
继续其他制程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一绝缘层为硅氧化物的层间电介质层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第二绝缘层为氮氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光刻胶回拉是采用Ar/O2进行干法刻蚀，优选其比例为10∶1。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的光刻胶回拉幅度是0.01～0.05μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层的选择性比为1～5。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层的选择性比为3～5。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层的刻蚀气体为CHxFy，其中，0≤x≤4，0＜y≤4，x+y＝4。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的刻蚀气体为CHF3或者CF4。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的接触孔中填充的金属为钨，
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一金属为铜。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的喇叭状接触孔的开口角度为90～150度，即其与晶片垂直方向的角度为45～75度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的喇叭状接触孔开口角度为150度，即与晶片垂直方向的角度为75度。
14.具有根据权利要求1～13中任意一项所述的方法制作的喇叭状接触的半导体互连线结构。
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