【技术实现步骤摘要】 本专利技术涉及半导体加工工艺领域，尤其涉及一种氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法。技术介绍在深亚微米集成电路中，氮化钽TaN是金属互连结构中常用的材料层。这是因为氮化钽是目前理想的阻止金属扩散的扩散阻挡材料。在沉积薄膜的工艺中，反应离子溅射(ReactiveIonSputtering)是制备TaN(氮化钽)薄膜的常用方法。但是，由于溅射沉积工艺的特点导致TaN薄膜主要有由多种化学态的钽氟化学组分的柱状结构晶粒组成，并且晶粒间存在非晶态以及化学组分偏析的晶介区域。XRD检测表明在溅射沉积的TaN薄膜是Ta2N、Ta4N以及TaN等多种化学组分的混合结构。在刻蚀TaN薄膜的常规方法中，由于上文所述的薄膜物理和化学特性造成在等离子刻蚀过程中刻蚀速率的不均匀性和各向异性。特别地，由于在晶界区域可能存在更多的非晶结构和非化学计量配比的结构，通常在晶界区域的刻蚀速率明显高于周围的晶粒区域。因此，在刻蚀工艺过程中，由于刻蚀速率在整个薄膜上的不均与性和各向异性在部分区域特别是晶界区域会存在过刻蚀的现象，并且由于不均匀和各向异性速率在刻蚀中会随工艺过程进行进一步恶化。过刻蚀现象会造成TaN薄膜下方的薄膜的刻蚀，从而将刻蚀损伤传递到下层结构中，并且由于离子的轰击作用使得损伤进一步加剧。不均匀刻蚀和下层薄膜的损伤会影响刻蚀工艺的兼容性，极大地降低产品良率。技术实现思路有鉴于此，本专利技术提供了一种新的氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法，避免了对TaN薄膜刻蚀的不均与性以及对TaN薄膜层结构的损害，提高工艺兼容性和产品良率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法，包括：步骤a、在第一时间段内，向反应腔室内通入第一刻蚀气体，以使TaN与所述第一刻蚀气体发生界面反应生成第一刻蚀产物，所述第一刻蚀产物附着在未反应的TaN薄膜表面上；步骤b、在第二时间段内，向反应腔室内通入第二刻蚀气体，所述第二刻蚀气体与至少一部分所述第一刻蚀产物发生反应生成第二刻蚀产物，同时利用所述第二刻蚀气体的气流将所述第二刻蚀产物和未反应的所述第一刻蚀产物从TaN薄膜移除；步骤c、循环执行所述步骤a和所述步骤b，直至所述TaN薄膜完全去除。可选地，所述第一刻蚀产物包括结构为类金刚石结构的碳氟聚合物，以及包裹于所述碳氟聚合物中的钽氟化物。可选地，所述钽氟化物与所述碳氟聚合物之间通过弱化学键连接，或者，所述钽氟化物与所述碳氟聚合物之间仅为物理内嵌关系。可选地，所述第一刻蚀气体为C4F8、CO和Ar的混合气体。可选地，所述第一刻蚀气体为C4F8、H2和Ar的混合气体。可选地，所述第二刻蚀气体为O2。可选地，所述第二刻蚀气体还可以为O2和CF4的混合气。可选地，O2和CF4的混合气比例在100:1至1000:1之间。可选地，所述步骤b中，反应腔室内的压力为10-100mTorr，第二刻蚀气体的流量为500-2000sccm。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法中，步骤a和步骤b能够将与第一刻蚀气体接触的最外一薄层TaN薄膜刻蚀掉，并从晶圆表面将生成的刻蚀产物移除，从而将未刻蚀掉的TaN裸露在外，再次通入第一刻蚀气体后，该未刻蚀掉的TaN会与通入反应腔内的第一刻蚀气体继续在界面处发生反应，并在步骤b中将步骤a中形成的附着于TaN薄膜表面的生成物移除至腔室抽气系统，由抽气系统排出。如此，通过循环执行步骤a和步骤b逐层将TaN薄膜刻蚀掉，从而达到完全刻蚀TaN薄膜的目的。由于本专利技术提供的刻蚀方法，每一个循环过程中只能刻蚀掉与第一刻蚀气体接触的最外一层TaN薄膜，通过多次循环过程逐层将待刻蚀TaN薄膜完全刻蚀。由于每个循环过程中步骤a只与最外一层TaN薄膜反应形成类金刚石结构的碳氟聚合物，这层碳氟聚合物沉积在薄膜表面，主要起到两个作用：1、碳氟聚合物中的氟能与TaN中的Ta反应形成钽氟化物，这一钽氟化物被碳氟聚合物包裹，以便在步骤b中随大流量的第二刻蚀气体的气流移除TaN表面，进入抽气系统。2、表面沉积的碳氟聚合物相当于在TaN薄膜表面形成一层保护层，阻止第一刻蚀气体与下层TaN反应，同时也保证了晶界和非晶区域也仅有最外一层与第一刻蚀气体发生反应，阻止了刻蚀速率不均匀和各向异性现象的发生。因此，在每个循环过程中，均不会出现由于TaN薄膜的多晶结构以及晶体缺陷导致的不同区域刻蚀速率不一的现象。所以，在本专利技术提供的TaN薄膜的刻蚀方法中，在整个刻蚀过程中，能够保证TaN薄膜不同区域的刻蚀速率均匀，因此，在整个TaN薄膜刻蚀结束后，不会出现局部区域出现过刻蚀的现象，不会出现过刻蚀损害TaN薄膜下层薄膜的现象。因此，相较于现有技术的刻蚀方法，本专利技术提供的刻蚀方法能够提高刻蚀工艺的兼容性和产品的良率。附图说明为了清楚地理解本专利技术的技术方案，下面将描述本专利技术的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术的部分实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它附图。图1是带有柱状结晶结构的氮化钽TaN薄膜的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法的流程示意图；图3是本专利技术实施例提供的TaN与步骤a的刻蚀气体反应的原理示意图；图4是本专利技术实施例提供的去除刻蚀产物的原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的和技术效果更加清楚、完整，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述。图1是结晶结构含有柱状晶体的TaN薄膜的结构示意图。从该图1中可以看出，TaN薄膜10的内部微观结构并不均一。其不均一的微观结构导致TaN薄膜不同区域的刻蚀速率不同。并且在晶界处或结晶缺陷处的刻蚀速率过快。这就导致，当其它区域达到刻蚀完全的时候，晶界处或结晶缺陷处的刻蚀已经出现了过刻蚀。过刻蚀的出现以及在缺陷处离子轰击效果的增强会将TaN薄膜的缺陷传递到其下方的薄膜结构20中，形成缺陷从而影响半导体器件的性能，降低产品良率为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法。图2是本专利技术实施例提供的氮化钽TaN的刻蚀方法流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤：S201、在第一时间段内，向反应腔室内通入第一刻蚀气体，以使TaN薄膜的最外一层TaN与第一刻蚀气体发生界面反应生成第一刻蚀产物，所述第一刻蚀产物附着在未反应的TaN薄膜表面：需要说明的是，在通入第一刻蚀气体之前，需要将待处理的晶圆放置在反应腔室内的静电吸盘ESC上。该步骤对应的反应原理示意图如图3所示。当待处理的晶圆放置在反应腔室内后，在第一时间段内，向反应腔室内通入第一刻蚀气体，该第一刻蚀气体与TaN薄膜最外一层的TaN发生界面反应，生成第一刻蚀产物，所述第一刻蚀产物附着在未反应的TaN薄膜表面，形成沉积层30。作为本专利技术的一个具体实施例，该第一刻蚀气体在射频能量的作用下电离产生包含CxFy+基团的等离子体。CxFy+随气流扩散到TaN薄膜层10表面与TaN发生反应，生成类金刚石结构的碳氟聚合物沉积于未反应的TaN薄膜表面，然后，碳氟聚合物中的氟与TaN发生化学反应形成钽的氟化物并包裹于碳氟聚合物中，如此，形成一层覆盖于TaN薄膜上的沉积层30，如图3所示。该沉积层30附着在未反应的TaN薄膜层10表面上。该沉积层本文档来自技高网...

【技术保护点】 一种氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法，其特征在于，包括：步骤a、在第一时间段内，向反应腔室内通入第一刻蚀气体，以使TaN与所述第一刻蚀气体发生界面反应生成第一刻蚀产物，所述第一刻蚀产物附着在未反应的TaN薄膜表面上；步骤b、在第二时间段内，向反应腔室内通入第二刻蚀气体，所述第二刻蚀气体与至少一部分所述第一刻蚀产物发生反应生成第二刻蚀产物，同时利用所述第二刻蚀气体的气流将所述第二刻蚀产物和未反应的所述第一刻蚀产物从TaN薄膜移除；步骤c、循环执行所述步骤a和所述步骤b，直至所述TaN薄膜完全去除。

【技术特征摘要】 1.一种氮化钽TaN薄膜的刻蚀方法，其特征在于，包括：步骤a、在第一时间段内，向反应腔室内通入第一刻蚀气体，以使TaN与所述第一刻蚀气体发生界面反应生成第一刻蚀产物，所述第一刻蚀产物附着在未反应的TaN薄膜表面上；步骤b、在第二时间段内，向反应腔室内通入第二刻蚀气体，所述第二刻蚀气体与至少一部分所述第一刻蚀产物发生反应生成第二刻蚀产物，同时利用所述第二刻蚀气体的气流将所述第二刻蚀产物和未反应的所述第一刻蚀产物从TaN薄膜移除；步骤c、循环执行所述步骤a和所述步骤b，直至所述TaN薄膜完全去除。2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀产物包括结构为类金刚石结构的碳氟聚合物，以及包裹于所述碳氟聚合物中的钽氟化物。3.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述钽氟化物与所述碳氟聚合物之间通...

【专利技术属性】 技术研发人员：刘骁兵，刘志强， 申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司， 类型：发明 国别省市：上海;31