專利名稱：連接孔形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連接孔形成方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今半導(dǎo)體器件制造技術(shù)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件已經(jīng)具有深亞微米結(jié)構(gòu)，集成電路中包含大量的半導(dǎo)體元件。在如此大規(guī)模集成電路中，元件之間的高性能、高密度的連接不僅在單個(gè)互連層中互連，而且要在多層之間進(jìn)行互連。因此，通常提供多層互連結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)互連層互相堆疊，并且層間絕緣膜置于其間，用于連接半導(dǎo)體元件。常規(guī)的方法一般是利用大馬士革雙鑲嵌工藝在層間絕緣層中形成連接孔(via)和溝槽(trench)，然后用導(dǎo)電材料例如銅(Cu)填充所述溝槽和連接孔。這種互連結(jié)構(gòu)已經(jīng)在集成電路制造中得到廣泛應(yīng)用。如圖1a Id所示的利用大馬士革工藝制造連接孔的方法流程，包括如下步驟:在半導(dǎo)體器件如MOS晶體管(未示出)表面沉積層間介質(zhì)層ILD11，并在ILD層11中刻蝕通孔并填充有金屬材料形成連接孔12，金屬材料優(yōu)選為銅Cu ;在ILD層11上沉積刻蝕停止層13,刻蝕停止層13優(yōu)選使用NBLoK(Nitrided Barrier Low K,低介電常數(shù)氮化物阻擋層)材料；接著在刻蝕停止層13上依次沉積電介質(zhì)層14、金屬硬掩膜層16，其中，優(yōu)選在電介質(zhì)層14和金屬硬掩膜層16之間設(shè)置用于防止金屬擴(kuò)散的保護(hù)層15，保護(hù)層15的材料可以是Teos (正娃酸乙酯)，金屬硬掩膜層16的材料優(yōu)選為TiN(氮化鈦)，電介質(zhì)層14優(yōu)選Lowk (低介電常數(shù))材料；接著在金屬硬掩膜層16的表面旋涂形成底部抗反射層(BARC) 17，在底部抗反射層17的表面形成圖案化的光刻膠18 ;利用圖案化的光刻膠18對(duì)金屬硬掩膜進(jìn)行刻蝕，并去除底部抗反射層17和圖案化的光刻膠18，形成定義溝槽19位置的圖案化金屬硬掩膜16’;再次形成一層底部抗反射層20和圖案化光刻膠21，以該圖案化光刻膠21為掩膜刻蝕所述電介質(zhì)層14和刻蝕停止層13定義連接孔22位置；利用所述的圖案化金屬硬掩膜16’刻蝕所述ILDll形成溝槽(未示出)，并在溝槽和連接孔22中填充金屬材料與之前形成的連接孔12接觸。當(dāng)集成電路的設(shè)計(jì)規(guī)格收縮時(shí)，由于器件尺寸變小，對(duì)于利用大馬士革工藝制造連接孔來(lái)說(shuō)要制作理想的連接孔變得非常困難。有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)連接孔與溝槽不能對(duì)準(zhǔn)的情況，如圖1c所示，在定義出溝槽位置后，再次形成的用以定義連接孔位置的圖案化光刻膠開(kāi)口位置與溝槽位置未對(duì)準(zhǔn)，存在一定偏差，而且現(xiàn)有的工藝中一般形成的連接孔(12、22)的形狀為圓形，當(dāng)如圖1d所示的進(jìn)行連接孔刻蝕時(shí)，由于刻蝕劑被金屬硬掩膜的一部分阻擋，刻蝕后生成的連接孔中會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階，圖2為圖1d的俯視圖，溝槽19中刻蝕形成圓形連接孔22時(shí)，被金屬硬掩膜16’阻擋，得不到完整形狀的接觸孔，進(jìn)而導(dǎo)致連接孔的關(guān)鍵尺寸與設(shè)計(jì)值存在偏差，元件之間的電接觸變差，如影響整個(gè)集成電路的經(jīng)時(shí)擊穿(TDDB)性能，進(jìn)而使得集成電路的產(chǎn)品良率降低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種連接孔形成方法，解決現(xiàn)有半導(dǎo)體制造連接孔時(shí)出現(xiàn)的連接孔不能與溝槽對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致的不能得到完整的連接孔形狀的問(wèn)題。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種連接孔形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底具有預(yù)先形成的半導(dǎo)體器件；在所述襯底上形成覆蓋半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層，并在所述層間介質(zhì)層中刻蝕通孔并填充有金屬材料形成第一連接孔；在所述層間介質(zhì)層上依次沉積刻蝕停止層、電介質(zhì)層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠；圖案化所述第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜并定義溝槽位置，去除第一光刻膠及第一底部抗反射層；在所述圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠；圖案化所述第二光刻膠，并以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔，去除第二光刻膠及第二底部抗反射層；所述第二連接孔為矩形。進(jìn)一步，所述圖案化的第二光刻膠具有定義所述第二連接孔形狀和位置的矩形開(kāi)□。進(jìn)一步，所述矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于所述溝槽的關(guān)鍵尺寸。進(jìn)一步，通過(guò)等離子體刻蝕以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔。進(jìn)一步，所述等離子體刻蝕的刻蝕氣體為CH2F2或C4F8。進(jìn)一步，所述金屬硬掩膜的厚度為100至500埃。進(jìn)一步，所述電介質(zhì)層的介電常數(shù)為2.0至3.0。進(jìn)一步，還包括通過(guò)所述圖案化的金屬硬掩膜刻蝕形成溝槽；去除所述金屬硬掩膜；在所述溝槽和第二連接孔填充金屬材料。進(jìn)一步，所述利用濕法刻蝕去除所述圖案化的第一和第二光刻膠。進(jìn)一步，所述濕法刻蝕的刻蝕劑為HF、H2O2或EKC。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用以上的技術(shù)手段有以下的優(yōu)點(diǎn):由于將現(xiàn)有的圓形連接孔改為矩形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開(kāi)口位置與溝槽位置未對(duì)準(zhǔn)的情況下，也能得到完整的矩形連接孔形狀且準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)溝槽的位置；作為優(yōu)選的技術(shù)手段，定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于溝槽的關(guān)鍵尺寸，在進(jìn)行連接孔刻蝕時(shí)，由于金屬硬掩膜的阻擋，溝槽的關(guān)鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開(kāi)口寬度定義的，所以，連接孔關(guān)鍵尺寸可等于溝槽的關(guān)鍵尺寸，保證了連接孔的關(guān)鍵尺寸，穩(wěn)定了集成電路的性能。


圖1a-1d為現(xiàn)有技術(shù)形成連接孔流程示意圖；圖2為圖1d的俯視圖；圖3為本發(fā)明連接孔形成方法流程圖；圖4為本發(fā)明連接孔形成后的俯視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖3所示的本發(fā)明方法流程圖，本發(fā)明連接孔形成方法包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底具有預(yù)先形成的半導(dǎo)體器件；在所述襯底上形成覆蓋半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層，并在所述層間介質(zhì)層中刻蝕通孔并填充有金屬材料形成第一連接孔，優(yōu)選的，金屬材料為Cu ；在所述層間介質(zhì)層上依次沉積刻蝕停止層、電介質(zhì)層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠，其中，刻蝕停止層優(yōu)選使用NBLoK(Nitrided Barrier Low K,低介電常數(shù)氮化物阻擋層)材料，電介質(zhì)層優(yōu)選介電常數(shù)為2.0至3.0的低介電常數(shù)材料，金屬硬掩膜層優(yōu)選為TiN，金屬硬掩膜的厚度優(yōu)選為100至500埃；圖案化第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜并定義溝槽位置，去除第一光刻膠和第一底部抗反射層，其中，優(yōu)選利用濕法刻蝕去除第一光刻膠，刻蝕劑為HF、H2O2或EKC(羥氨、單乙醇胺、異丙醇胺等的混合物)；在圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠；圖案化第二光刻膠，圖案化的第二光刻膠具有定義第二連接孔形狀和位置的矩形開(kāi)口，并以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成矩形第二連接孔，去除第二光刻膠和第二底部抗反射層；作為優(yōu)選的，第二光刻膠矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于溝槽的關(guān)鍵尺寸，因此，在進(jìn)行連接孔刻蝕時(shí)，如圖4所示，由于金屬硬掩膜16’的阻擋，溝槽的關(guān)鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開(kāi)口寬度定義的，所以，連接孔22 ’關(guān)鍵尺寸可等于溝槽19的關(guān)鍵尺寸，且準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)溝槽19的位置，穩(wěn)定了集成電路的性能。進(jìn)一步，優(yōu)選使用高選擇比的等離子體刻蝕形成矩形第二連接孔，刻蝕氣體優(yōu)選為CH2F2或C4F8 ;優(yōu)選利用濕法刻蝕去除第二光刻膠，刻蝕劑為HF、H202或EKC (羥氨、單乙醇胺、異丙醇胺等的混合物)。通過(guò)圖案化的金屬硬掩膜刻蝕電介質(zhì)層形成溝槽；去除金屬硬掩膜；在溝槽和第二連接孔填充金屬材料。本發(fā)明提供的連接孔形成方法中，以形成矩形連接孔替代現(xiàn)有的圓形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開(kāi)口位置與溝槽位置未對(duì)準(zhǔn)的情況下，也能得到準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)溝槽位置、且完整的矩形連接孔形狀，在當(dāng)定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于溝槽的關(guān)鍵尺寸時(shí)，連接孔關(guān)鍵尺寸可等于溝槽的關(guān)鍵尺寸，穩(wěn)定了集成電路的性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種連接孔形成方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底具有預(yù)先形成的半導(dǎo)體器件； 在所述襯底上形成覆蓋半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層，并在所述層間介質(zhì)層中刻蝕通孔并填充有金屬材料形成第一連接孔； 在所述層間介質(zhì)層上依次沉積刻蝕停止層、電介質(zhì)層、金屬硬掩膜層、第一底部抗反射層及第一光刻膠； 圖案化所述第一光刻膠，以所述圖案化的第一光刻膠作為掩膜刻蝕所述金屬硬掩膜層形成圖案化的金屬硬掩膜并定義溝槽位置，去除第一光刻膠及第一底部抗反射層； 在所述圖案化的金屬硬掩膜上沉積第二底部抗反射層和第二光刻膠； 圖案化所述第二光刻膠，并以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔，去除第二光刻膠及第二底部抗反射層； 其特征在于，所述第二連接孔為矩形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖案化的第二光刻膠具有定義所述第二連接孔形狀和位置的矩形開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于所述溝槽的關(guān)鍵尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)等離子體刻蝕以所述圖案化的第二光刻膠作為掩膜刻蝕形成第二連接孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕的刻蝕氣體為CH2F2或C4F8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜的厚度為100至500埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電介質(zhì)層的介電常數(shù)為2.0至3.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括通過(guò)所述圖案化的金屬硬掩膜刻蝕形成溝槽；去除所述金屬硬掩膜；在所述溝槽和第二連接孔填充金屬材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用濕法刻蝕去除所述圖案化的第一和第二光刻膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述濕法刻蝕的刻蝕劑為HF、H2O2或EKC。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連接孔形成方法，將現(xiàn)有的圓形連接孔改為矩形連接孔，即使在定義連接孔位置的圖案化光刻膠開(kāi)口位置與溝槽位置未對(duì)準(zhǔn)的情況下，也能得到完整的矩形連接孔形狀且準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)溝槽的位置；作為優(yōu)選的技術(shù)手段，定義連接孔位置的圖案化光刻膠矩形開(kāi)口關(guān)鍵尺寸大于溝槽的關(guān)鍵尺寸，在進(jìn)行連接孔刻蝕時(shí)，由于金屬硬掩膜的阻擋，溝槽的關(guān)鍵尺寸是由圖案化的金屬硬掩膜開(kāi)口寬度定義的，所以，連接孔關(guān)鍵尺寸可等于溝槽的關(guān)鍵尺寸，保證了連接孔的關(guān)鍵尺寸，穩(wěn)定了集成電路的性能。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103094179SQ201110332269
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者張海洋, 王新鵬 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司