一種絕緣介質層刻蝕方法及金屬層導通連接方法
【專利摘要】本發明涉及一種絕緣介質層刻蝕方法及金屬層導通連接方法，利用氣相沉積法中沉積物在不同介質上表面沉積速率不同原理，合理選用用于氣相沉積的反應氣體，使之滿足在金屬層上表面的沉積速率大于絕緣介質層上表面的沉積速率，使晶元上表面生成的阻擋層在金屬介質層上表面的厚度大于絕緣介質層上表面的厚度，從而在對晶元上表面的絕緣介質層進行等離子體刻蝕中，能夠利用金屬介質層上表面與絕緣介質層上表面阻擋層的厚度差，有效保護晶元上表面的金屬層免受刻蝕，避免金屬飛濺導致等離子體刻蝕反應腔受金屬污染，提高等離子體刻蝕反應腔的穩定性，且整個流程均可在等離子體刻蝕反應腔中進行，無需光罩，簡化了工藝流程，降低了工藝成本。
【專利說明】
一種絕緣介質層刻蝕方法及金屬層導通連接方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種絕緣介質層刻蝕方法及金屬層導通連接方法。
【背景技術】
[0002]目前，半導體制造工藝中的刻蝕多采用與光刻相聯系的圖形化處理，工藝流程中涉及到光刻膠的涂覆以及光罩的制備;對于不同層次金屬層導通連接制程中，為了防止金屬飛濺，通常采用多次涂光刻膠并搭配抗反射層，分多次刻蝕實現不同層次金屬層的導通連接，其工藝流程繁瑣，且需要至少制備兩層光罩，工藝成本高。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提供一種絕緣介質層刻蝕方法及金屬層導通連接方法，解決現有技術中存在的上述問題。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0005]—種絕緣介質層刻蝕方法，包括如下步驟:
[0006]步驟11，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第一晶圓的上表面生成第一阻擋層;其中，所述第一晶圓包括第一絕緣介質層和第一金屬層，所述第一晶元的上表面包括第一絕緣介質層的上表面和第一金屬層的上表面；
[0007]步驟12，對第一晶圓進行等離子體刻蝕，并采集第一金屬層對應的第一晶圓的上表面的第一光譜信號，根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層的上表面;如果刻蝕到第一金屬層的上表面時，第一絕緣介質層未刻蝕到預設深度，則返回執行步驟11;
[0008]步驟13，循環執行步驟11和步驟12，至第一絕緣介質層刻蝕到預設深度時，如果第一金屬層的上表面殘留有第一阻擋層，則去除殘留的第一阻擋層，并結束操作;反之，直接結束操作。
[0009]本發明的有益效果是:利用氣相沉積法中沉積物在不同介質上表面沉積速率不同原理，合理選用用于氣相沉積的反應氣體，使之滿足在金屬層上表面的沉積速率大于絕緣介質層上表面的沉積速率，使晶元上表面生成的阻擋層在金屬介質層上表面的厚度大于絕緣介質層上表面的厚度，從而在對晶元上表面的絕緣介質層進行等離子體刻蝕中，能夠利用金屬介質層上表面與絕緣介質層上表面阻擋層的厚度差，有效保護晶元上表面的金屬層免受刻蝕，避免金屬飛濺導致等離子體刻蝕反應腔受金屬污染，提高等離子體刻蝕反應腔的穩定性，且整個流程均可在等離子體刻蝕反應腔中進行，無需光罩，簡化了工藝流程，降低了工藝成本。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0011]進一步，所述步驟11的具體實現為向等離子體刻蝕反應腔中通入硅化合物氣體和氧氣，通過電離在第一晶圓的上表面生成物質成分為硅聚合物的第一阻擋層。
[0012]采用上述進一步方案的有益效果是，反應氣體選用硅化合物氣體，有效滿足氣相沉積中在金屬層上表面的沉積速率大于絕緣介質層上表面的沉積速率;且生成物質成分為硅聚合物的阻擋層，使阻擋層的物質成分與晶元的絕緣介質層的物質成分相近，有效保證了利用金屬介質層上表面與絕緣介質層上表面阻擋層的厚度差對絕緣介質層進行刻蝕。
[0013]進一步，所述硅化合物氣體包括硅烷和/或全氯硅烷。
[0014]進一步，所述硅烷為甲硅烷，所述全氯硅烷為四氯甲硅烷。
[0015]進一步，所述根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層的上表面的具體實現為判斷第一光譜信號是否發生了預設程度的變化;是，則表示刻蝕到第一金屬層的上表面；否，則表示未刻蝕到第一金屬層的上表面;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高。
[0016]采用上述進一步方案的有益效果是，當等離子體刻蝕到金屬層的上表面時，由于金屬元素等離子體的產生，會導致其金屬層上表面的光譜信號的光譜曲線中表征此金屬元素含量的值增加，通過這一變化能夠準確判斷是否刻蝕到金屬層。
[0017]本發明的另一技術方案如下:
[0018]—種金屬層導通連接方法，包括如下步驟:
[0019]步驟21，采用上述一種絕緣介質層刻蝕方法對第二晶圓的第二金屬層的上表面的第二絕緣介質層進行刻蝕去除，使所述第二金屬層的上表面裸露;其中，所述第二晶圓包括第二絕緣介質層、及位于所述第二絕緣介質層不同層次的第二金屬層和第三金屬層，所述第二金屬層的上表面覆蓋有所述第二絕緣介質層，所述第二晶元的上表面包括第二絕緣介質層的上表面和第三金屬層的上表面；
[0020]步驟22，將第二金屬層與第三金屬層進行導通連接。
[0021 ]本發明的有益效果是:有效防止金屬飛濺，且流程簡化，無需光罩，降低工藝成本，提尚等尚子體刻蝕反應腔的穩定性。
[0022]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0023]進一步，所述步驟21具體包括如下步驟:
[0024]步驟211，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第二晶圓的上表面生成第二阻擋層；
[0025]步驟212，對第二晶圓進行等離子體刻蝕，并采集第二金屬層對應的第二晶圓的上表面的第二光譜信號和第三金屬層對應的第二晶圓的上表面的第三光譜信號；如果僅第三光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第三金屬層的上表面，則返回執行步驟211;如果僅第二光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第二金屬層的上表面，則執行步驟213;如果第二光譜信號和第三光譜信號同時發生預設程度的變化，則表示同時刻蝕到第二金屬層的上表面和第三金屬層的上表面，則執行步驟22;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高；
[0026]步驟213，對第二晶圓繼續進行等離子體刻蝕，至刻蝕到第三金屬層的上表面，則執行步驟22。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明一種絕緣介質層刻蝕方法的第一晶元結構示意圖；
[0028]圖2為本發明一種絕緣介質層刻蝕方法的方法流程中第一晶元狀態第一示意圖；
[0029]圖3為本發明一種絕緣介質層刻蝕方法的方法流程中第一晶元狀態第二示意圖；
[0030]圖4為本發明一種絕緣介質層刻蝕方法的方法流程中第一晶元狀態第三示意圖；
[0031]圖5為本發明一種絕緣介質層刻蝕方法的方法流程中第一晶元狀態第四示意圖；
[0032]圖6為本發明一種金屬層導通連接方法的第二晶元結構示意圖；
[0033]圖7為本發明一種金屬層導通連接方法的方法流程中第二晶元狀態第一示意圖；
[0034]圖8為本發明一種金屬層導通連接方法的方法流程中第二晶元狀態第二示意圖；
[0035]圖9為本發明一種金屬層導通連接方法的方法流程中第二晶元狀態第三示意圖；
[0036]圖10為本發明一種金屬層導通連接方法的方法流程中第二晶元狀態第四示意圖；
[0037]圖11為本發明一種金屬層導通連接方法的方法流程中第二晶元狀態第五示意圖。
[0038]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0039]1、第一晶圓，11、第一絕緣介質層，12、第一金屬層，13、第一阻擋層，2、第二晶圓，21、第二絕緣介質層，22、第二金屬層，23、第三金屬層，24、第二阻擋層，3、標記線，4、導通介質。
【具體實施方式】
[0040]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0041]一種絕緣介質層刻蝕方法，包括如下步驟:
[0042]步驟11，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第一晶圓I的上表面生成第一阻擋層13，如圖2所示;其中，所述第一晶圓I包括第一絕緣介質層11和第一金屬層12，所述第一晶元I的上表面包括第一絕緣介質層11的上表面和第一金屬層12的上表面，如圖1所不O
[0043]所述步驟11的具體實現為向等離子體刻蝕反應腔中通入硅化合物氣體和氧氣，通過電離在第一晶圓I的上表面生成物質成分為硅聚合物的第一阻擋層13。
[0044]所述硅化合物氣體包括硅烷(SixHy)和/或全氯硅烷(SixCly)。
[0045]所述硅烷為甲硅烷(SiH4)，所述全氯硅烷為四氯甲硅烷(SiCl4)。氣相沉積化學反應如下:
[0046]SiCl4+02^Si02+Cl2
[0047]SiH4+02^Si02+H20
[0048]步驟12，對第一晶圓I進行等離子體刻蝕，并采集第一金屬層12對應的第一晶圓I的上表面的第一光譜信號，根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層12的上表面;如果刻蝕到第一金屬層12的上表面時，第一絕緣介質層11未刻蝕到預設深度，預設深度用標記線3表示，如圖3所示，則返回執行步驟11。
[0049]所述根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層12的上表面的具體實現為判斷第一光譜信號是否發生了預設程度的變化;是，則表示刻蝕到第一金屬層12的上表面;否，則表示未刻蝕到第一金屬層12的上表面;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高。
[0050]步驟13，循環執行步驟11和步驟12，至第一絕緣介質層11刻蝕到預設深度時，如果第一金屬層12的上表面殘留有第一阻擋層13，如圖4所示，則去除殘留的第一阻擋層13，并結束操作；反之，第一金屬層12的上表面沒有殘留第一阻擋層13，如圖5所示，直接結束操作。
[0051]圖2，一種金屬層導通連接方法，包括如下步驟:
[0052]步驟21，采用上述一種絕緣介質層刻蝕方法對第二晶圓2的第二金屬層22的上表面的第二絕緣介質層21進行刻蝕去除，使所述第二金屬層22的上表面裸露，如圖7所示;其中，所述第二晶圓2包括第二絕緣介質層21、及位于所述第二絕緣介質層21不同層次的第二金屬層22和第三金屬層23，所述第二金屬層22的上表面覆蓋有所述第二絕緣介質層21，所述第二晶元2的上表面包括第二絕緣介質層21的上表面和第三金屬層23的上表面，如圖6所不O
[0053]所述步驟21具體包括如下步驟:
[0054]步驟211，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第二晶圓2的上表面生成第二阻擋層24，如圖8所示；
[0055]步驟212，對第二晶圓2進行等離子體刻蝕，并采集第二金屬層22對應的第二晶圓2的上表面的第二光譜信號和第三金屬層23對應的第二晶圓2的上表面的第三光譜信號；如果僅第三光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第三金屬層23的上表面，如圖9所示，則返回執行步驟211;如果僅第二光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第二金屬層22的上表面，如圖10所示，則執行步驟213;如果第二光譜信號和第三光譜信號同時發生預設程度的變化，則表示同時刻蝕到第二金屬層22的上表面和第三金屬層23的上表面，如圖7所示，則執行步驟22;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高；
[0056]步驟213，對第二晶圓2繼續進行等離子體刻蝕，至刻蝕到第三金屬層23的上表面，則執行步驟22。因為氣相沉積生成的阻擋層厚度比較薄，盡管第三金屬層23的上表面有殘留的第二阻擋層24，但其厚度很薄，采用繼續進行等離子體刻蝕去除，雖然同時會對第二金屬層22產生刻蝕去除，但去除的厚度較薄，不會影響第二金屬層22后期工藝要求及功能性，并且直接采用等離子體刻蝕去除第三金屬層23的上表面殘留的第二阻擋層24，簡化了工藝流程。
[0057]步驟22，將第二金屬層22與第三金屬層23通過導通介質4進行導通連接，如圖11所不O
[0058]所述第一金屬層12，第二金屬層22和第三金屬層23的材質可以為銅、鋁、鎢或錫等。
[0059]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種絕緣介質層刻蝕方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟11，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第一晶圓(I)的上表面生成第一阻擋層(13);其中，所述第一晶圓(I)包括第一絕緣介質層(11)和第一金屬層(12)，所述第一晶元(I)的上表面包括第一絕緣介質層(11)的上表面和第一金屬層(12)的上表面； 步驟12，對第一晶圓(I)進行等離子體刻蝕，并采集第一金屬層(12)對應的第一晶圓(1)的上表面的第一光譜信號，根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層(12)的上表面;如果刻蝕到第一金屬層(12)的上表面時，第一絕緣介質層(11)未刻蝕到預設深度，則返回執行步驟11; 步驟13，循環執行步驟11和步驟12，至第一絕緣介質層(11)刻蝕到預設深度時，如果第一金屬層(12)的上表面殘留有第一阻擋層(13)，則去除殘留的第一阻擋層(13)，并結束操作;反之，直接結束操作。2.根據權利要求1所述一種絕緣介質層刻蝕方法，其特征在于，所述步驟11的具體實現為向等離子體刻蝕反應腔中通入硅化合物氣體和氧氣，通過電離在第一晶圓(I)的上表面生成物質成分為硅聚合物的第一阻擋層(13)。3.根據權利要求2所述一種絕緣介質層刻蝕方法，其特征在于，所述硅化合物氣體包括硅烷和/或全氯硅烷。4.根據權利要求3所述一種絕緣介質層刻蝕方法，其特征在于，所述硅烷為甲硅烷，所述全氯硅烷為四氯甲硅烷。5.根據權利要求1所述一種絕緣介質層刻蝕方法，其特征在于，所述根據第一光譜信號的變化情況判斷是否刻蝕到第一金屬層(12)的上表面的具體實現為判斷第一光譜信號是否發生了預設程度的變化;是，則表示刻蝕到第一金屬層(12)的上表面;否，則表示未刻蝕到第一金屬層(12)的上表面;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高。6.一種金屬層導通連接方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟21，采用權利要求1至5任一所述一種絕緣介質層刻蝕方法對第二晶圓(2)的第二金屬層(22)的上表面的第二絕緣介質層(21)進行刻蝕去除，使所述第二金屬層(22)的上表面裸露；其中，所述第二晶圓(2)包括第二絕緣介質層(21)、及位于所述第二絕緣介質層(21)不同層次的第二金屬層(22)和第三金屬層(23)，所述第二金屬層(22)的上表面覆蓋有所述第二絕緣介質層(21)，所述第二晶元(2)的上表面包括第二絕緣介質層(21)的上表面和第三金屬層(23)的上表面； 步驟22，將第二金屬層(22)與第三金屬層(23)進行導通連接。7.根據權利要求6所述一種金屬層導通連接方法，其特征在于，所述步驟21具體包括如下步驟: 步驟211，在等離子體刻蝕反應腔中通過氣相沉積法，在第二晶圓(2)的上表面生成第二阻擋層(24); 步驟212，對第二晶圓(2)進行等離子體刻蝕，并采集第二金屬層(22)對應的第二晶圓(2)的上表面的第二光譜信號和第三金屬層(23)對應的第二晶圓(2)的上表面的第三光譜信號；如果僅第三光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第三金屬層(23)的上表面，則返回執行步驟211;如果僅第二光譜信號發生了預設程度的變化，表示僅刻蝕到第二金屬層(22)的上表面，則執行步驟213;如果第二光譜信號和第三光譜信號同時發生預設程度的變化，則表示同時刻蝕到第二金屬層(22)的上表面和第三金屬層(23)的上表面，則執行步驟22;其中，所述預設程度的變化為對應的光譜信號的光譜曲線中表征對應金屬層的金屬元素含量的值升高； 步驟213，對第二晶圓(2)繼續進行等離子體刻蝕，至刻蝕到第三金屬層(23)的上表面，則執行步驟22。
【文檔編號】H01L21/768GK105931959SQ201610387777
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】任連娟, 陸飛, 丁振宇
【申請人】武漢新芯集成電路制造有限公司