專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造工藝，特別涉及一種去除刻蝕后覆蓋在半導(dǎo)體器件表面的殘留物的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的線寬不斷地縮小，半導(dǎo)體元件的微小化已進入到深亞微米及納米等級，而單一芯片上的半導(dǎo)體元件的密度越大表示元件之間的間隔也就越小，這使得接觸孔和通孔的制作越來越困難。尤其當半導(dǎo)體元件的線寬達到65nm節(jié)點甚至更小的技術(shù)節(jié)點時，要制作出如接觸孔、通孔與溝槽等開口，特別是高深寬比(aspect ratio)的開口，難
度日益升高。對于高深寬比的開口，為了增加光刻膠聚焦景深(cbpth of focus, D0F)的余裕度，必須使用很薄的光刻膠來轉(zhuǎn)移圖案，但是光刻膠較薄會使刻蝕過程中光刻膠消耗嚴重， 因而導(dǎo)致最終形成的圖案發(fā)生較大變形。為了避免光刻膠厚度不足引起的問題，在刻蝕工藝中通常使用三層掩膜技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光刻膠掩膜技術(shù)。圖1A-1B是現(xiàn)有技術(shù)使用三層掩膜形成接觸孔結(jié)構(gòu)的工藝流程中各個步驟的剖視圖。首先，如圖IA所示，提供一已經(jīng)制造了半導(dǎo)體器件的襯底100。在襯底100的表面上以化學(xué)氣相沉積等方式形成停止層101。 在停止層101的表面上形成高應(yīng)力覆蓋層102，該層的材料是氮化硅。在高應(yīng)力覆蓋層102 上形成第一介電層103。接著，在第一介電層103上形成第二介電層104。在第二介電層 104上形成含硅的底部抗反射涂層105。然后，在含硅的底部抗反射涂層105上涂覆一層具有圖案的光刻膠層106。如圖IB所示，以光刻膠層106為掩膜，采用干法刻蝕，對含硅的底部抗反射涂層105和第二介電層104進行刻蝕，露出第一介電層103的表面。接著，以具有圖案的含硅的底部抗反射涂層105和第二介電層104為掩膜，對第一介電層103和高應(yīng)力覆蓋層102進行干法刻蝕，并使刻蝕停止在停止層101。然后，通過剝離工藝來去除第二介電層104、含硅的底部抗反射涂層105和光刻膠層106，形成接觸孔。但是，不同于直接采用光刻膠作為掩膜的技術(shù)，為了形成具有較大深寬比的孔，三層掩膜技術(shù)的刻蝕過程中需要通入能形成大量聚合物的氣體，這樣當刻蝕工藝完成之后就會在器件表面引入大量微小的殘留物。圖2是現(xiàn)有技術(shù)使用三層掩膜形成接觸孔的TEM平面圖。如圖2所示，在接觸孔或通孔的表面殘留有許多微小的殘留物。通過EDX能量譜對殘留物的成分進行分析，檢測結(jié)果顯示殘留物的主要成分是Si和0，尺寸小于30nm。由于隨后還要沉積多層薄膜，因此這些殘留物會使晶片表面變得不平整。進一步，由于光刻中光刻機聚焦深度的影響，使得無法在晶片表面制作電路圖案。另外，晶片表面不平整還會影響器件的長期可靠性，降低良品率。于是，目前需要一種能有效去除接觸孔或通孔刻蝕之后器件表面殘留物的方法， 以便使晶片表面變得平整，并提高器件的長期可靠性和良品率
發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。本發(fā)明提出一種制作半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括下列步驟a)在前端器件層上依次形成停止層、高應(yīng)力覆蓋層、第一介電層、第二介電層、含硅的底部抗反射涂層以及帶有圖案的光刻膠層；b)以所述光刻膠層作為掩模，刻蝕所述含硅的底部抗反射涂層和所述第二介電層，露出所述第一介電層的上表面；C)以所述含硅的底部抗反射涂層和所述第二介電層為掩膜，對第一介電層和高應(yīng)力覆蓋層進行干法刻蝕，并停止在所述停止層；d) 通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物；以及e)對所述第二介電層進行剝離，形成半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，所述氟代烴氣體為碳氟比大于等于0.5的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，所述氟代烴氣體選自C4F8、C4F6或C5F6。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，所述氟代烴氣體為c4F8。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，所述氟代烴氣體的流速為5-20SCCm，所述氧氣的流速為20-100sccm。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，在所述d步驟中反應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓為 100-500 毫托。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，在所述d步驟中不施加偏壓。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其特征在于，在所述d步驟中氣體的通入時間為5-50秒。根據(jù)本發(fā)明的方法能有效去除接觸孔或通孔刻蝕之后器件表面殘留物，使晶片表面變得平整，并提高器件的長期可靠性和良品率。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖1A-1B是現(xiàn)有技術(shù)使用三層掩膜形成接觸孔結(jié)構(gòu)的工藝流程中各個步驟的剖視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)使用三層掩膜形成接觸孔的TEM平面圖；圖3A-3E是根據(jù)本發(fā)明方法制作接觸孔的制作工藝流程中各個步驟的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明方法形成的接觸孔的TEM平面圖；圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的方法形成的接觸孔的TEM剖視圖；圖6A-6E是根據(jù)本發(fā)明方法制作通孔的制作工藝流程中各個步驟的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例制作接觸孔/通孔的制造工藝的流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發(fā)明是如何去除接觸孔/通孔刻蝕之后在器件表面的殘留物的。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中利用三層掩膜技術(shù)制作接觸孔/通孔帶來的上述問題，本發(fā)明提出了一種在接觸孔/通孔刻蝕之后并在掩膜剝離之前通入含氟氣體的工藝，來去除器件表面的殘留物，以使晶片表面平整，并提高器件的長期可靠性和良品率。參照圖3A至圖 3E，示出根據(jù)本發(fā)明方法制作接觸孔的制作工藝流程中各個步驟的剖視圖。首先，如圖3A所示，提供一已經(jīng)制造了半導(dǎo)體器件的襯底300，其中襯底300可以包括但不限于以下所提到的材料，例如硅、絕緣體上硅(siliconon insulator, SOI)、絕緣體上層疊硅(stacked silicon on insulator，SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅(stacked SiGe on insulator，S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGe on insulator, SiGeOI)以及絕緣體上鍺 (Ge on insulator, GeOI)中的至少一種物質(zhì)。在襯底300的表面上以化學(xué)氣相沉積等方式形成停止層301，停止層301可以是摻雜NiSi層，具體地可以是摻雜鉬(Pt)。在停止層 301的表面上形成高應(yīng)力覆蓋層302，該層的材料可以是氮化硅。在高應(yīng)力覆蓋層302上以化學(xué)氣相沉積法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂布法(SOC)形成第一介電層303。第一介電層303的材料可以是摻雜硅玻璃、二氧化硅或低介電常數(shù)材料等等。該層起到絕緣的用途，用來隔離器件與之后形成的金屬互連層。接著，在第一介電層303上形成第二介電層304，該層的厚度約為2000-4000埃，材料可以是有機介電材料。在第二介電層304上形成含硅的底部抗反射涂層305，其材料為含硅的有機高分子聚合物或聚硅物，厚度約為500-1000埃。該層具有良好的抗反射能力。然后，在含硅的底部抗反射涂層305上涂覆一層具有圖案的光刻膠層 306。光刻膠層306的厚度約為1000-3000埃。如圖;3B所示，以光刻膠層306為掩膜，采用干法刻蝕，對含硅的底部抗反射涂層 305和第二介電層304進行刻蝕，露出第一介電層303的上表面，以將光刻膠層306的圖案轉(zhuǎn)移至含硅的底部抗反射涂層305和第二介電層304。由于形成的接觸孔尺寸較小，涂敷的光刻膠較薄，因此在上述轉(zhuǎn)移圖案的過程中光刻膠層306基本被消耗殆盡了。如圖3C所示，以具有圖案的含硅的底部抗反射涂層305和第二介電層304為掩膜，對第一介電層303和高應(yīng)力覆蓋層302進行干法刻蝕，并使刻蝕停止在停止層301中， 從而完成接觸孔的刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述干法刻蝕工藝中所使用的刻蝕氣體至少包括氟代烴氣體，例如，CF4、C2F6、C4F8等，以及氧氣。另外，還可以通入起到稀釋作用和轟擊作用的氬氣。氟代烴氣體的流速可以是50-500sCCm，氧氣的流速可以是5-50sCCm，氬氣的流速可以是100-500sCCm，其中，sccm是標準狀態(tài)下，也就是1個大氣壓、25攝氏度下每分鐘1立方厘米(Icm3Aiin)的流量?？涛g形成接觸孔的過程中，含硅的底部抗反射涂層305 也被消耗，但是會在器件表面留有含硅殘留物，這些殘留物無法通過剝離工藝來去除。如圖3D所示，通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物。其中，氟代烴氣體為碳氟比大于等于0. 5的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)，例如C4F8、C4F6或 C5F6等中的至少一種。氟代烴能與含硅的殘留物發(fā)生反應(yīng)生成SiF4氣體被氣泵抽走。然而， 由于含碳量較高的氟代烴氣體會形成阻止刻蝕進行的聚合物，氧氣對這些聚合物有剝離作用，因此需通入氧氣以增加反應(yīng)速率。在該步驟中，為了避免對停止層301的損失，反應(yīng)腔室內(nèi)需保持較高的氣壓，并且不施加偏壓，其中反應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓需保持在100-500毫托。 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，通入C4F8氣體的實驗條件如下氣壓約為100-300毫托，更優(yōu)選地為200毫托；C4F8氣體的流速則約為5-20sCCm，優(yōu)選地為IOsccm ；氧氣的流速則約為 20-100SCCm，優(yōu)選地為50SCCm。氟代烴氣體和氧氣的通入時間為5_50秒，優(yōu)選的時間為10 秒。如圖3E所示，對第二介電層304進行剝離，形成接觸孔。如圖4所示，為根據(jù)本發(fā)明方法形成的接觸孔的TEM平面圖。與圖2相比，根據(jù)本發(fā)明的方法形成的器件表面平整，且沒有殘留物存在。圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的方法形成的接觸孔的TEM剖視圖。從照片上可以測量出，兩種方法形成接觸孔后，接觸孔都進入到停止層表面以下約115埃處。雖然本發(fā)明增加了氟代烴氣體和氧氣的通入步驟，但是并未對刻蝕停止層造成影響，因此不會對襯底上與接觸孔連接的導(dǎo)電區(qū)域造成影響。根據(jù)本發(fā)明的方法還可以用來去除采用三層掩膜技術(shù)形成通孔的過程中殘留在表面的含硅殘留物。參照圖6A至圖6E，示出根據(jù)本發(fā)明方法制作通孔的制作工藝流程中各個步驟的剖視圖。首先，如圖6A所示，在已經(jīng)制造了半導(dǎo)體器件的前端器件層600以化學(xué)氣相沉積等方式形成停止層601，停止層601可以是摻雜NiSi層，具體地可以是摻雜鉬(Pt)。在停止層601的表面上形成高應(yīng)力覆蓋層602，該層的材料可以是氮化硅。在高應(yīng)力覆蓋層602 上以化學(xué)氣相沉積法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂布法(SOC)形成第一介電層603，其中第一介電層603 例如是摻雜硅玻璃、二氧化硅或者低介電常數(shù)材料等等。該層起到絕緣的用途，用來隔離器件與之后形成的金屬互連層。接著，在第一介電層603上形成第二介電層604，該層的厚度約為2000-4000埃，材料可以是有機介電材料。在第二介電層604上形成含硅的底部抗反射涂層605，其材料為含硅的有機高分子聚合物或聚硅物，厚度約為500-1000埃。該層具有良好的抗反射能力。然后，在含硅的底部抗反射涂層605上涂覆一層具有圖案的光刻膠層 606。光刻膠層606的厚度約為1000-3000埃。如圖6B所示，以光刻膠層606為掩膜，采用干法刻蝕，對含硅的底部抗反射涂層 605和第二介電層604進行刻蝕，露出第一介電層603的上表面，以將光刻膠層606的圖案轉(zhuǎn)移至含硅的底部抗反射涂層605和第二介電層604。由于形成的接觸孔尺寸較小，涂敷的光刻膠較薄，因此在上述轉(zhuǎn)移圖案的過程中光刻膠層606基本被消耗殆盡了。如圖6C所示，以具有圖案的含硅的底部抗反射涂層605和第二介電層604為掩膜，對第一介電層603和高應(yīng)力覆蓋層602進行干法刻蝕，并使刻蝕停止在停止層601中， 從而完成接觸孔的刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的實施例，上述干法刻蝕工藝中所使用的刻蝕氣體至少包括氟代烴氣體，例如，CF4、C2F6、C4F8等，以及氧氣。另外，還可以通入起到稀釋作用和轟擊作用的氬氣。氟代烴氣體的流速可以是50-500sCCm，氧氣的流速可以是5-50sCCm，氬氣的流速可以是100-500sCCm?？涛g形成接觸孔的過程中，含硅的底部抗反射涂層605也被消耗，但是會在器件表面留有含硅殘留物，這些殘留物無法通過剝離工藝來去除。如圖6D所示，通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物。其中，氟代烴氣體為碳氟比大于等于0. 5的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)，例如C4F8、C4F6或 C5F6等中的至少一種。氟代烴中的氟能與含硅的殘留物發(fā)生反應(yīng)生成SiF4氣體被氣泵抽走。然而，含碳量較高的氟代烴氣體會形成阻止刻蝕進行的聚合物，氧氣對這些聚合物有剝離作用，因此需通入氧氣以增加反應(yīng)速率。在該步驟中，為了避免對停止層301的損失， 反應(yīng)腔室內(nèi)需保持較高的氣壓，并且不施加偏壓，其中反應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓需保持在100-500 毫托。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，通入C4F8氣體的實驗條件如下氣壓約為100-300毫托，更優(yōu)選地為200毫托；C4F8氣體的流速則約為5-20sCCm，優(yōu)選地為IOsccm ；氧氣的流速則約為20-100sCCm，優(yōu)選地為50SCCm。氟代烴氣體和氧氣的通入時間為5_50秒，優(yōu)選的時間為10秒。如圖6E所示，對第二介電層604進行剝離，形成接觸孔。根據(jù)本發(fā)明的方法通過通入含碳量較高的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)和氧氣， 來去除在刻蝕完成之后在器件表面存在的含硅殘留物。因此，本發(fā)明可以應(yīng)用到任何去除表面含硅殘留物的半導(dǎo)體器件制造工藝。圖7的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明實施例制作接觸孔/通孔的制造工藝。在步驟 701中，在已經(jīng)制造了半導(dǎo)體器件的襯底/前端器件層形成停止層。在停止層的表面上形成高應(yīng)力覆蓋層，該層的材料可以是氮化硅。在高應(yīng)力覆蓋層上形成第一介電層。該層起到絕緣的用途，用來隔離器件與之后形成的金屬互連層。接著，在第一介電層上形成第二介電層，該層的材料可以是有機介電材料。在第二介電層上形成含硅的底部抗反射涂層。然后， 在含硅的底部抗反射涂層上涂覆一層具有圖案的光刻膠層。在步驟702中，以光刻膠層為掩膜，對含硅的底部抗反射涂層和第二介電層進行刻蝕，露出第二介電層的上表面。在步驟 703中，以具有圖案的含硅的底部抗反射涂層和第二介電層為掩膜，對第一介電層和高應(yīng)力覆蓋層進行刻蝕，并使刻蝕停止在停止層，從而完成接觸孔/通孔的刻蝕。在步驟704中， 通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物。其中，氟代烴氣體為碳氟比大于等于0. 5的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)，例如C4F8、C4F6或C5F6等中的至少一種。 反應(yīng)腔室內(nèi)需保持較高的氣壓，并且不施加偏壓，以防止停止層的損失，其中氣壓需保持在 100-500毫托。在步驟705中，對第二介電層進行剝離，形成接觸孔/通孔。具有根據(jù)如上所述的實施例制造的接觸孔/通孔的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于多種集成電路(IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC例如是存儲器電路，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài) RAM (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、靜態(tài)RAM (SRAM)、或只讀存儲器(ROM)等等。根據(jù)本發(fā)明的 IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)或任意其他電路器件。根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機、數(shù)碼相機、手機等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射頻產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制作方法，所述方法包括下列步驟a)在前端器件層上依次形成停止層、高應(yīng)力覆蓋層、第一介電層、第二介電層、含硅的底部抗反射涂層以及帶有圖案的光刻膠層；b)以所述光刻膠層作為掩模，刻蝕所述含硅的底部抗反射涂層和所述第二介電層，露出所述第一介電層的上表面；c)以所述含硅的底部抗反射涂層和所述第二介電層為掩膜，對第一介電層和高應(yīng)力覆蓋層進行干法刻蝕，并停止在所述停止層；d)通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物；以及e)對所述第二介電層進行剝離，形成半導(dǎo)體器件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟代烴氣體為碳氟比大于等于0.5的全氟氟代烴氣體(CxFy，χ > 3)中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氟代烴氣體選自C4F8、C4F6或C5F6。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述氟代烴氣體為C4F8。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟代烴氣體的流速為5-20Sccm，所述氧氣的流速為20-100sccm。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述d步驟中反應(yīng)腔室內(nèi)的氣壓為 100-500 毫托。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述d步驟中不施加偏壓。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述d步驟中氣體的通入時間為5-50秒。
9.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導(dǎo)體器件的集成電路，其中所述集成電路選自隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、靜態(tài)隨機存取存儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
10.一種包含通過如權(quán)利要求1所述的方法制造的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備，其中所述電子設(shè)備個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相機。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括a)在前端器件層上依次形成停止層、高應(yīng)力覆蓋層、第一介電層、第二介電層、含硅的底部抗反射涂層以及帶有圖案的光刻膠層；b)以光刻膠層作為掩模，刻蝕含硅的底部抗反射涂層和第二介電層，露出第一介電層的上表面；c)以含硅的底部抗反射涂層和第二介電層為掩膜，對第一介電層和高應(yīng)力覆蓋層進行干法刻蝕，并停止在停止層；d)通入包含氟代烴氣體和氧氣的反應(yīng)氣體，以去除含硅的殘留物；以及e)對第二介電層進行剝離，形成半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的方法能有效去除接觸孔或通孔刻蝕之后器件表面殘留物，使晶片表面變得平整，并提高器件的長期可靠性和良品率。
文檔編號H01L21/768GK102194736SQ201010131820
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者孫武, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司