專利名稱：一種半導體元件的蝕刻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體元件的制造技術，尤其是指一種半導體元件的蝕刻方法。
背景技術：
在大規(guī)模集成電路(IC)的制造過程中，隨著集成電路的集成度的不斷增加，半導 體元件的面積逐漸縮小，集成電路的設計線寬也越來越小，因此通常需要在半導體元件上 形成極細微尺寸的電路結(jié)構(gòu)。 在半導體元件的后段制程(BE0L， Back-End-Of-Line)中，通常需要在基片絕緣介 質(zhì)上形成密集的通孔，并依靠通孔形成金屬導線，將晶體管的電極以及下一層的金屬連接 線連接，從而形成所需的電路結(jié)構(gòu)。而在通孔形成之前，一般將在基片絕緣介質(zhì)上涂布感光 材料；對所述感光材料進行曝光和顯影后，可形成所需通孔和導線槽的形狀和輪廓；然后 再通過等離子體蝕刻有選擇性地去除未被感光材料覆蓋的絕緣介質(zhì)，從而形成所需的通孔 和導線槽；殘留在基片上的感光材料經(jīng)過灰化步驟后形成氣體化合物并逐漸收縮成為固體 殘渣；清除所述固體殘渣后即可得到所需形成的電路結(jié)構(gòu)。 在上述的等離子體蝕刻中，是利用等離子體將反應氣體(也稱之為蝕刻氣體)的 分子分解成離子、原子團和原子，然后與暴露在等離子體下的待蝕刻材料分子進行化學反 應，生成具有揮發(fā)性的生成物，從而去除所需蝕刻的待蝕刻材料。 在現(xiàn)有的65nm技術中使用等離子蝕刻技術形成頂部通孔(Top Via)時，一般所使 用的蝕刻設備中，等離子體蝕刻所使用的源功率(Source Power)的振蕩頻率為27MHz，而 偏置功率(Bias Power)的振蕩頻率一般為2MHz，而且在兩次等離子體蝕刻步驟之間進行 氣體穩(wěn)定過程時，需要關閉等離子體蝕刻的電源；等氣體穩(wěn)定過程完成后再進行等離子體 蝕刻時，再繼續(xù)開啟電源，從而無法進行連續(xù)等離子體蝕刻；另外，在上述蝕刻設備的等離 子體反應處理腔中，由于材料和設計上的原因，不能通入大流量的02，無法進行去除光阻的 灰化制程，所以上述的等離子體蝕刻制程和灰化制程需要在不同的處理腔中進行，而不能 在同一個處理腔中順序進行等離子體蝕刻制程和灰化制程；此外，在上述等離子體蝕刻過
程中，所使用的蝕刻氣體為八氟化四碳(C4F8)，由于C4F8中碳的含量較低，因此使得等離子 體增強氧化沉積物(PE0X)/SiN的蝕刻選擇比(即等離子體對PE0X和SiN的蝕刻速度的比 值)不高，從而影響蝕刻速度，并且使得所形成的通孔的條紋控制以及均勻性不佳，導致所 形成的通孔之間的接觸電阻變化較大，使得所形成的電路的接觸電阻電性能測試(RC WAT) 的范圍較大。 綜上可知，在現(xiàn)有的65nm技術中，頂部通孔的蝕刻工藝受限于現(xiàn)有技術中的設 備，無法進行連續(xù)等離子蝕刻，也不能在同一個處理腔中進行蝕刻制程和灰化制程，且由于 所使用的為C4F8，因此蝕刻速度較低，且所形成的頂部通孔的條紋控制和均勻性較差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種半導體元件的蝕刻方法，從而在獲得更高的蝕刻速度的同時，使得所形成的頂部通孔具有更好的條紋控制和均勻性。 本發(fā)明實施例中提供的一種半導體元件的蝕刻方法，該方法包括 在進行頂部通孔的蝕刻時，在蝕刻設備的同一個處理腔中進行連續(xù)等離子體蝕刻
制程和灰化制程。 所述蝕刻設備為應用材料公司的Enabler機臺。 在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所使用的蝕刻氣體為六氟化四碳C4F6。 在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述(:/6與所通入的氧氣02的比例值的范圍為
0. 4 0. 9。 在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述C4F6與所通入的氧氣02的比例值為0. 65。
在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述C4F6的流量為22標準毫升/分鐘，而所述 通入的氧氣02的流量為32標準毫升/分鐘或34標準毫升/分鐘。 綜上可知，本發(fā)明的實施例中提供了一種半導體元件的蝕刻方法。由于在上述方 法中，在蝕刻設備的同一個處理腔中進行連續(xù)等離子體蝕刻制程和灰化制程，且使用C4F6 作為蝕刻氣體，從而可在獲得更高的蝕刻速度的同時，使得所形成的通孔具有更好的條紋 控制和均勻性。


圖1為本發(fā)明實施例中半導體元件的蝕刻方法的示例性流程圖。
圖2為本發(fā)明實施例中頂部通孔的過蝕刻性能的示意圖。
圖3為頂部通孔的RC WAT的均勻性的對比示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點表達得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體 實施例對本發(fā)明再作進一步詳細的說明。 圖1為本發(fā)明實施例中半導體元件的蝕刻方法的示例性流程圖。如圖1所示，本 發(fā)明的實施例中半導體元件的蝕刻方法包括如下所述的步驟 步驟101，在進行頂部通孔的蝕刻時，使用Enabler機臺進行連續(xù)等離子體蝕刻制 程。 在本發(fā)明的實施例中，使用了應用材料(AMAT)公司的蝕刻設備Enabler機臺進行 頂部通孔的蝕刻，該蝕刻設備Enabler機臺是為BE0L絕緣體蝕刻而設計的下一代工具。在 本發(fā)明的實施例中，將在65nm技術中使用上述Enabler機臺進行蝕刻制程，從而形成所需 的頂部通孔(Top Via)。 在使用Enabler機臺進行連續(xù)等離子體蝕刻制程時，所使用的源功率的振蕩頻率 為162MHz，而偏置功率仍為2MHz。由于所述等離子體蝕刻制程中的的源功率的振蕩頻率 高，因此所形成的等離子體的濃度以及離子解離比較好，而偏置功率的存在將使所形成的 等離子體產(chǎn)生向下的方向性，增強物理轟擊能力和向下的蝕刻速率。當上述源功率和偏置 功率結(jié)合在一起時，可以很好的控制蝕刻的方向性和蝕刻選擇比，而不用在氣體穩(wěn)定過程 中關閉源功率和偏置功率，從而可進行連續(xù)等離子體蝕刻制程。 同時，在本發(fā)明的實施例中，在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，還將使用六氟化四
4碳(C4F6)替代C4F8作為進行等離子體蝕刻時的蝕刻氣體。其中，(]/6/02比值(即QF6和氧 氣02的比例值)是一個重要的參數(shù)，該比值的范圍為0. 4 0. 9 ;在實際應用情況中，該比 值最好為O. 65 ;例如，在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述C;F6的流量為22標準毫升/分 鐘(sccm，StandardCubic Centimeter per Minute)，而所述通入的氧氣02的流量為32sccm 或34sccm。由于在C4F6中，碳的含量較高，因此可使得PE0X/SiN的蝕刻選擇比較高，蝕刻 所產(chǎn)生的聚合物容易沉積在頂部通孔的側(cè)壁上，阻隔了側(cè)壁表面與蝕刻氣體的接觸，使得 側(cè)壁不受侵蝕，從而使得所形成的頂部通孔的條紋控制以及均勻性都很好，因此使得所形 成的電路的RC WAT范圍較小，提高了所形成的集成電路的電路特性。 步驟102，在完成連續(xù)等離子體蝕刻制程后，在Enabler機臺的同一個處理腔中進 行灰化制程。 在本發(fā)明的實施例中，由于在Enabler機臺的處理腔中可以通入大流量的02來進 行去除光阻的灰化制程，因此可在蝕刻設備的同一個處理腔中進行連續(xù)等離子體蝕刻和灰 化制程，即在Enabler機臺的同一個處理腔中先進行連續(xù)等離子體蝕刻制程，然后再進行 灰化制程，而不用在Enabler機臺的另一個處理腔中進行灰化制程，從而減小了制程的復 雜度以及節(jié)省了處理時間，降低了制造成本。 圖2為本發(fā)明實施例中頂部通孔的過蝕刻性能的示意圖。如圖2所示，由于在65nm 技術的蝕刻制程中使用了 Enabler機臺進行連續(xù)等離子體蝕刻，所使用的蝕刻氣體為C4F6， 且C4F6/02比值為0. 65，因此無論所是密集型蝕刻還是松散型蝕刻，在完成頂部通孔的蝕刻 之后，SiN的殘留均大于450nm，過蝕刻程度均為35%左右(即蝕刻所形成的頂部通孔的厚 度達到了正常情況下的頂部通孔的厚度的135% )，而且所形成的頂部通孔的條紋控制性 能和均勻性都較好，所形成的頂部通孔的外部輪廓很好。 圖3為頂部通孔的RC WAT的均勻性的對比示意圖。如圖3所示，左邊的兩條數(shù)據(jù) 線表示現(xiàn)有技術中所形成的頂部通孔的RC WAT的均勻性，而右邊的兩條數(shù)據(jù)線表示本發(fā)明 實施例中所形成的頂部通孔的RC WAT的均勻性。由圖3可知，本發(fā)明實施例中所形成的頂 部通孔的RC WAT的均勻性要優(yōu)于現(xiàn)有技術中所形成的頂部通孔的RC WAT的均勻性，從而 具有更好的電路特性。 由于在本發(fā)明實施例中所提供的上述方法中，使用了 Enabler機臺進行等離子體 蝕刻，并使用C4F6作為蝕刻氣體，從而可在獲得更高的蝕刻速度的同時，使得所形成的通孔 具有更好的條紋控制和均勻性。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半導體元件的蝕刻方法，其特征在于，該方法包括在進行頂部通孔的蝕刻時，在蝕刻設備的同一個處理腔中進行連續(xù)等離子體蝕刻制程和灰化制程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括所述蝕刻設備為應用材料公司的Enabler機臺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所使用的蝕刻氣體為六氟化四碳C4F6。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述(:/6與所通入的氧氣02的比例值的范圍為0. 4 0. 9。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述C4F6與所通入的氧氣02的比例值為0. 65。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述連續(xù)等離子體蝕刻制程中，所述C4F6的流量為22標準毫升/分鐘，而所述通入的氧氣02的流量為32標準毫升/分鐘或34標準毫升/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明的實施例中公開了一種半導體元件的蝕刻方法，該方法包括在進行頂部通孔的蝕刻時，在蝕刻設備的同一個處理腔中進行連續(xù)等離子體蝕刻制程和灰化制程。通過使用上述的方法，可在獲得更高的蝕刻速度的同時，使得所形成的通孔具有更好的條紋控制和均勻性。
文檔編號H01L21/02GK101740332SQ200810226328
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者孫武, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司