用于制造半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】本申請涉及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。制造半導(dǎo)體器件同時保持其互連之間的短路裕度。其方法包括以下步驟：當(dāng)使用多層抗蝕劑在層間介電質(zhì)中制作互連溝槽時，使用至少包括CF4氣體、C2H2F4氣體和O2氣體作為其組成的混合氣體來執(zhí)行干法蝕刻以形成該多層抗蝕劑。
【專利說明】
用于制造半導(dǎo)體器件的方法
[0001 ] 相關(guān)申請的交叉參考
[0002] 在此通過參考并入2015年3月20日提交的日本專利申請第2015-058032號的全部 公開內(nèi)容，包括說明書、附圖和摘要。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體器件的方法，具體地涉及用于使用多層抗蝕劑制造半 導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在用于制造諸如先進(jìn)的微計算機(jī)的半導(dǎo)體產(chǎn)品、先進(jìn)的S0C(片上系統(tǒng)）產(chǎn)品或者 高功能液晶驅(qū)動器的工藝中，使用了利用ArF準(zhǔn)分子激光的ArF光刻或者其中將互連層形成 為埋入絕緣膜的鑲嵌工藝。
[0005] 當(dāng)在鑲嵌工藝中在絕緣膜中制作溝槽（互連溝槽）時，使用以下部件作為蝕刻掩 膜:通過將光刻膠膜、無機(jī)薄膜(諸如底部抗反射(BARC底部抗反射涂層)膜和S0G(旋涂玻 璃)膜)和有機(jī)膜(諸如TE0S(正硅酸四乙酯)膜）中的一些相互堆疊而得到的多層抗蝕劑。
[0006] 在使用這種多層抗蝕劑的工藝中，期望的互連圖案通過ArF光刻被轉(zhuǎn)印到光刻膠 膜上作為最上部的層，然后光刻膠膜被用作蝕刻掩膜來順序蝕刻BARC膜、S0G膜和TE0S膜。 最后，位于多層抗蝕劑下方的絕緣膜被蝕刻以在絕緣膜中制作互連溝槽(溝槽）。
[0007] 作為本技術(shù)領(lǐng)域的【背景技術(shù)】，已知在日本未審查專利申請公開第2001-274141號 中公開的技術(shù)。日本未審查專利申請公開第2001-274141號公開了一種用于制造半導(dǎo)體器 件的方法，包括利用CHF 3、C0和CF4的混合氣體蝕刻由基于硅的材料制成的絕緣膜的步驟。
[0008] 日本未審查專利申請公開第2005-311350號和日本未審查專利申請公開第2007-3354450號均公開了用于使用多層抗蝕劑制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0009] 日本未審查專利申請公開第2011-119310號公開了一種利用包含CHF2C0F的蝕刻 氣體蝕刻由半導(dǎo)體、介電材料或金屬制成的薄膜的方法。
[0010]日本未審查專利申請公開第2013-30531號公開了一種包含CaFbH c的干法蝕刻劑， 其中a、b和c均表示正整數(shù)并滿足關(guān)系2 < a < 5、c〈b 2 1、2a+2>b+c和b < a+c，假設(shè)a為3、b為4 且c為2的情況被排除在外。
[0011] 如上所述，當(dāng)使用包括S0G膜和TE0S膜的多層抗蝕劑時，使用包括CF4氣體的蝕刻 氣體來蝕刻S0G膜和TE0S膜。因此，容易在S0G膜和TE0S膜中發(fā)生側(cè)面蝕刻，使得所得到的半 導(dǎo)體產(chǎn)品在其互連件之間的短路裕度方面下降。結(jié)果，在制造這種半導(dǎo)體產(chǎn)品的工藝中，產(chǎn) 品的產(chǎn)量和可靠性降低。
[0012] 本發(fā)明的其他問題以及新穎特征將根據(jù)說明書和附圖的描述而變得明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 本發(fā)明的一個方面是一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟：當(dāng)使用多 層抗蝕劑在層間介電質(zhì)中制作互連溝槽時，使用至少包括CF4氣體、C3H2F4氣體和0 2氣體作為 其組成的混合氣體來執(zhí)行干法蝕刻以形成該多層抗蝕劑。
[0014] 這一方面使得在制造半導(dǎo)體產(chǎn)品的工藝中，可以限制降低產(chǎn)品的產(chǎn)量和可靠性， 具體地，制造性能較高的半導(dǎo)體器件同時在它們的互連件之間均保持短路裕度。
【附圖說明】
[0015] 圖1A是示出用于制造半導(dǎo)體器件的工藝中的工件的部分截面圖。
[0016] 圖1B是示出通過在該工藝中蝕刻圖1A中的工件而得到的工件的部分截面圖。
[0017] 圖2A是示出在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟中的工件的 部分截面圖。
[0018] 圖2B是示出通過在該工藝中蝕刻圖2A中的工件而得到的工件的部分截面圖。
[0019] 圖3A是示出在工藝的后續(xù)步驟中的工件的部分截面圖。
[0020] 圖3B是示出通過在該工藝中蝕刻圖3A中的工件而得到的工件的部分截面圖。
[0021] 圖4A是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體制造工藝中的步驟的部分截面圖。
[0022] 圖4B是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0023] 圖4C是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0024] 圖4D是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0025] 圖4E是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0026] 圖4F是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0027] 圖4G是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0028] 圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體制造工藝中的步驟的部分截面圖。
[0029] 圖5B是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0030] 圖5C是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0031] 圖?是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0032] 圖5E是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0033] 圖5F是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0034] 圖5G是示出在該工藝中上面剛剛描述的步驟之后的步驟的部分截面圖。
[0035] 圖6A是示意性示出干法蝕刻中的抗蝕劑表面的反應(yīng)的示圖。
[0036]圖6B是示意性示出另一干法蝕刻中的抗蝕劑表面的反應(yīng)的示圖。
[0037]圖7是示意性示出干法蝕刻裝置的示圖。
[0038] 圖8是示出用于制造半導(dǎo)體器件的工藝的概況的流程圖。
[0039] 圖9是示出半導(dǎo)體器件制造工藝的先前工藝的概況的流程圖。
【具體實施方式】
[0040] 以下，將參照附圖描述本發(fā)明的實例。在各個附圖之間，相同的參考標(biāo)號附于相同 的組成或部件。關(guān)于相同的組成或部件，將省略詳細(xì)的重復(fù)描述。
[0041 ] 第一實施例
[0042]參照圖1A和圖1B，進(jìn)行用于使用多層抗蝕劑在單個鑲嵌工藝中制造溝槽(互連溝 槽)的方法的描述。圖1A示出了均形成在半導(dǎo)體晶圓的表面上方的底部抗反射膜(BARC膜） 和中間層(TEOS膜)在它們被蝕刻之前的狀態(tài)，以及圖1B示出了底部抗反射膜(BARC膜)和中 間層(TE0S膜)在蝕刻之后的狀態(tài)。
[0043] 如圖1A所示，在蝕刻之前，氧化硅膜1形成在半導(dǎo)體晶圓的表面(主表面)上。包括 鎢插塞2的鎢插塞以及未示出的下層互連件形成在膜1的部分中。阻擋膜(SiCN膜)3形成在 氧化硅膜1上作為絕緣膜。當(dāng)制造每個溝槽(互連溝槽)時，阻擋膜(SiCN膜)3用作蝕刻停止 膜。
[0044] 在阻擋膜（SiCN膜)3上，例如，氧化硅膜4被形成為絕緣膜，其是其中將制作溝槽 (互連溝槽）的被加工膜。多層抗蝕劑形成在氧化硅膜4上。該多層抗蝕劑由四層制成，其中 從該抗蝕劑的底部開始，順序配置以下層:下層抗蝕劑膜5、上面提及的中間層(TE0S膜）（其 是氧化硅膜6)、上面提及的底部抗反射膜(其是當(dāng)圖1A所示的工件被曝光時用作抗反射膜 的BARC膜7)以及光刻膠膜8。氧化硅膜(TE0S)膜6是絕緣膜的實例。絕緣膜可以是不同材料 的膜。
[0045] 光刻膠膜8是使用ArF激光器通過ArF曝光而感光的ArF抗蝕劑。在光刻膠膜8中，使 用ArF曝光裝置，通過光刻形成例如用于半導(dǎo)體器件的互連圖案或電路圖案的預(yù)定圖案。
[0046]如在圖1A所示的堆疊膜結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的那樣，在將多層抗蝕劑用作掩膜來加工的單 鑲嵌溝槽(互連溝槽）中，BARC膜7、用作中間膜的TE0S膜6和下層抗蝕劑膜5分別被利用四氟 化碳(CH4)氣體、氬和四氟化碳(CF 4)的混合氣體以及氮(N2)和氧(02)的混合氣體來順序蝕 刻。
[0047]此后，其中制作溝槽(互連溝槽）的氧化硅膜4利用氬(Ar)和四氟化碳(CF4)的混合 氣體來蝕刻。此后，工件經(jīng)受氧(〇2)氣的灰化，并且阻擋膜(SiCN膜)3利用氬(Ar)、四氟化碳 (CF 4)氣體和氧氣(02)的混合氣體進(jìn)行蝕刻以終止蝕刻。
[0048] 作為用于蝕刻的裝置，使用圖7所示的干法蝕刻裝置，其是將降低雙頻的平行板 型。圖7所示的干法蝕刻裝置的下電極22用作晶圓臺，并且半導(dǎo)體晶圓26被放置在其上。上 電極23被配置為與上電極22平行，以在這些電極22和23之間具有預(yù)定的間隔。
[0049] 高頻電源A24電耦合至下電極222MHz的高頻電源被施加至下電極22。
[0050] 高頻電源B25電耦合至上電極23 ΑΟΜΗζ的高頻電源被施加至上電極23。
[0051]下電極22、半導(dǎo)體晶圓26和上電極23被設(shè)置在干法蝕刻裝置的處理室內(nèi)。處理室 被真空排空，然后蝕刻氣體被引入到下電極22和上電極23之間。高頻電源被施加給下電極 22和上電極23中的每一個以在下電極22和上電極23之間生成等離子體27(等離子體放電）， 從而實現(xiàn)干法蝕刻。
[0052]圖1Β所示的狀態(tài)是圖7所示的干法蝕刻裝置被用于蝕刻BARC膜7和TE0S膜6之后的 BARC膜7等的狀態(tài)。如上所述，用于TE0S膜6的蝕刻氣體包括CF4氣體；因此，當(dāng)蝕刻TE0S膜6 時容易發(fā)生側(cè)面蝕刻。結(jié)果，通過蝕刻形成的TE0S膜6的溝槽圖案的孔徑尺寸(b)變得大于 形成在光刻膠膜8中的溝槽圖案的孔徑尺寸(a)(a〈b)，使得所得到的半導(dǎo)體產(chǎn)品不利地降 低了其互連之間的短路裕度。
[0053]當(dāng)互連之間的短路裕度被降低時，擔(dān)心會影響半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性。此外，如果互 連之間的短路由制造半導(dǎo)體產(chǎn)品的工藝引起，則產(chǎn)品稱為缺陷產(chǎn)品。從而，這種產(chǎn)品的產(chǎn)量 降低。
[0054]因此，在本實施例中，在通過使用多層抗蝕劑加工的溝槽(互連溝槽）中，使用圖7 所示的干法蝕刻裝置來在表格1中示出的干法蝕刻條件下蝕刻圖2A所示堆疊膜結(jié)構(gòu)的TEOS 膜6,以實現(xiàn)蝕刻，同時在圖2B所示的TE0S膜6、BARC膜7和光刻膠膜8的側(cè)壁上形成沉積(反 應(yīng)產(chǎn)物)膜9。換句話說，使用至少包括CF4氣體和C 3H2F4氣體(代替Ar/CH4混合氣體)作為其組 成的混合氣體來實現(xiàn)蝕刻，使得可以以高精度加工TE0S膜6，同時限制TE0S膜6的側(cè)面蝕刻。 [0055]當(dāng)期望TE0S膜6利用較高的精度來蝕刻時，使用表格2所示的干法蝕刻條件。
[0056] [表格 1]
[0057]
[0061]如上所述，在本實施例的干法蝕刻中，如表格1和2所示使用至少包括四氟化碳 (CF4)和C3H2F4作為其組成的混合氣體。
[0062]作為該氣體C3H2F4,使用具有線性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)且由以下示出的化學(xué)式1-8中的任何 一種表示的分子的氣體。
[0063][化學(xué)式1]
[0064]
[0065] 化學(xué)式丨表示^)-13,3,3-四氟-丨-丙烯。
[0066] [化學(xué)式2]
[0067]
[0068] 化學(xué)式2表示(Z)-l，3，3，3-四氟丙烯。
[0069] [化學(xué)式3]
[0070]
[0071] 化學(xué)式3表示1，1，2,2_四氟環(huán)丙烷。
[0072] [化學(xué)式4]
[0073]
[0074] 化學(xué)式4表示1，1，2，3-四氟環(huán)丙烷。
[0075] [化學(xué)式5]
[0076]
[0077]化學(xué)式5表示1，1，3,3_四氟-1-丙烯。
[0078] [化學(xué)式6]
[0079]
[0080] 化學(xué)式6表示1，2，3，3-四氟丙烯。
[0081] [化學(xué)式7]
[008；
[0083]化學(xué)式7表示1，3，3，3-四氟-1-丙烯。
[0084] [化學(xué)式8]
[0085]
[0086] 化學(xué)式8表示2，3，3，3-四氟丙烯。
[0087] C3H2F4的分子可以為碳原子(C)的數(shù)量為3、氫原子(H)的數(shù)量為2且氟原子(F)的數(shù) 量為4的任何形式；因而分子可以是其中氫原子和氟原子中的任何一種通過α鍵或β鍵而與 碳原子鍵合的C3H2F4分子、或者其中氫原子和氟原子中的任何一種通過一個或多個自由基 而添加至碳原子的C3H2F4分子。
[0088]上面示出或描述的C3H2F4分子的各種形式在根據(jù)線性結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者根據(jù)一 些碳原子是否具有雙鍵的分子離解度方面相互不同。因此，優(yōu)選選擇C3H2F4的分子以使目標(biāo) 被蝕刻成期望蝕刻狀態(tài)，并且使用所選的分子。
[0089]參照圖6A和圖6B，以下將描述當(dāng)作為多層抗蝕劑的一個組成的中間層的TE0S膜6 被蝕刻時，通過使用四氟化碳(CF4)和C3H2F4的混合氣體在被蝕刻的TE0S膜6的側(cè)壁上有效 形成的沉積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9為何如圖2B所示的原因。
[0090] 圖6A和圖6B分別是示意性示出當(dāng)膜被干法蝕刻時TE0S膜(氧化硅膜）的表面的反 應(yīng)的示圖。圖6A是利用Ar和CF4的傳統(tǒng)混合氣體執(zhí)行干法蝕刻時的反應(yīng)狀況，以及圖6B是利 用CF4和C3H2F4的混合氣體執(zhí)行干法蝕刻時的反應(yīng)狀況。在每一幅圖中，每個符號都表不 自由基，即具有不成對的電子的原子或分子。
[0091] 構(gòu)成蝕刻氣體的氣體分子中的每一種在等離子體中離解以產(chǎn)生離子或自由基。與 TEOS膜6-樣，光刻膠膜8和BARC膜7也被刻蝕，所以氧自由基(0*)和氫自由基(Η*)也從這些 膜的材料中被供給到等離子體中。等離子體中的自由基被部分地彼此鍵合，從而產(chǎn)生一氧 化碳(C0)、氟化氫(HF)等。這些所產(chǎn)生的復(fù)合物經(jīng)受抽真空。
[0092]自由基還部分地粘附在TE0S膜的外表面上以產(chǎn)生聚合物(沉積)膜。該聚合物(沉 積)膜用作保護(hù)膜，用于保護(hù)TE0S膜的蝕刻側(cè)壁表面不經(jīng)受等離子體中生成的離子的濺射 以及氟自由基(F*)和TE0S膜外表面之間的化學(xué)反應(yīng)。
[0093]如圖6Β所示，在CF4/C3H2F4混合氣體被用于干法蝕刻的干法蝕刻條件下，聚合物 (沉積)膜被形成為比圖6A所示傳統(tǒng)蝕刻條件下的沉積膜厚得多。這是因為將C3H2F4用作蝕 刻氣體的一種組成增加了提供給等離子體的碳(C)和氫(H)原子的數(shù)量。結(jié)果，TE0S膜可以 在抗蝕刻能力方面加強，側(cè)面蝕刻量降低。
[0094] 在用于干法蝕刻的CF4/C3H2F4混合氣體中，CF4氣體是主蝕刻氣體，其主要用于蝕刻 氧化硅膜。關(guān)于CF4/C3H2F4混合氣體，CF4的流量需要小于C3H 2F4的流量。如上所述，C3H2F4氣體 用于聚合物（沉積）膜的形成；因此，如果C 3H2F4的流量大于CF4的流量，則所形成的聚合物 (沉積)膜的量太多而使得TE0S膜6的蝕刻被不利地擾亂。例如，在蝕刻期間，會不利地停止 TE0S膜6的蝕刻(蝕刻停止）。
[0095] 如表格1或2所示，氬(Ar)氣可以任選地作為稀釋氣體(載氣)添加至蝕刻氣體。通 過添加 Ar氣體，在等離子體中產(chǎn)生Ar離子，使得當(dāng)蝕刻TE0S膜6時，可以針對蝕刻溝槽底部 得到離子輔助蝕刻效應(yīng)。
[0096] 氧(02)氣或氮氣(N2)可以任選地添加至蝕刻氣體。添加氧(02)氣或氮氣(N 2)使得 可以調(diào)整通過干法蝕刻形成的蝕刻形狀(溝槽形狀）。在添加〇2時，更優(yōu)選地將CF 4/C3H2F4/02 混合氣體中氣體的對應(yīng)流量設(shè)置如下:CF4的流量>02的流量〉C3H2F4的流量。在添加犯時，更 優(yōu)選地將CF4/C 3H2F4/N2混合氣體中氣體的對應(yīng)流量設(shè)置如下：CF4的流量〉N2的流量>C 3H2F4 的流量。
[0097] 如果在添加〇2和N2的任一種情況下C3H2F4的流量太大，則變得難以通過〇2添加或N 2 添加控制蝕刻形狀(溝槽形狀）。換句話說，優(yōu)選地，使C3H2F4氣體的流量小于CF 4和Ar氣體中 的任一種的流量，并且還使得C3H2F4氣體的流量等于或小于氧(0 2)氣和氮氣(N2)中的每一個 的流量。
[0098] 具體地，當(dāng)蝕刻諸如氧化物膜的絕緣膜時，優(yōu)選將氧(02)氣添加至蝕刻氣體。在使 用碳添加氧化硅膜(SiOC膜)的情況下或者使用介電常數(shù)低于氧化硅膜的任何其他有機(jī)絕 緣膜的情況下，優(yōu)選使用CF4/C 3H2F4/N2混合氣體作為其蝕刻氣體。這種情況使得可以防止有 機(jī)絕緣膜的側(cè)面蝕刻。
[0099] 如上所述，根據(jù)本實施例中的半導(dǎo)體器件制造方法，在TE0S膜(其是使用多層抗蝕 劑的單鑲嵌工藝中的中間層)的干法蝕刻時，可以限制TE0S膜的側(cè)面蝕刻，使得可以以更高 的精度制造中間層(TE0S膜）。
[0100] 這種情況使得可以在隨后執(zhí)行的圖2B中的下層抗蝕劑膜5和氧化硅膜4的蝕刻中， 以更高的精度實現(xiàn)蝕刻，從而防止所得到的半導(dǎo)體器件在其互連之間的短路裕度方面下 降。
[0101]圖3A示出了在氧化硅膜4上的下層抗蝕劑膜5中形成溝槽(互連溝槽）圖案的狀態(tài)。 當(dāng)使用圖7所示的干法蝕刻裝置來在表格1或2所示的條件下蝕刻圖3A所示的堆疊膜結(jié)構(gòu) 時，可以蝕刻氧化硅膜4,同時可以如圖3B所示在氧化硅膜4的蝕刻側(cè)壁上形成沉積(反應(yīng)產(chǎn) 物)膜9。從而，可以限制氧化硅膜4的蝕刻側(cè)壁的側(cè)面蝕刻。
[0102] 參照圖4A至圖4G，以下描述在上述單鑲嵌工藝中制造溝槽(互連溝槽）的一系列步 驟。
[0103] 如圖4A和圖4B所示，使用光刻膠膜8作為掩膜來蝕刻BARC膜7。對于該蝕刻，使用四 氟化碳(CF4)氣體。此時，光刻膠膜8還被蝕刻以減小膜厚。
[0104] 接下來，如圖4B和圖4C所示，使用光刻膠膜8和圖案化的BARC膜7作為掩膜來蝕刻 TE0S膜6(其是多層抗蝕劑的中間層）。對于該蝕刻，如表格1或2所示使用CF4/C3H2F4混合氣 體?？梢允褂貌煌幕旌蠚怏w，其中〇 2氣體、N2氣體和Ar氣體中的一種或多種根據(jù)需要被進(jìn) 一步添加至CF4/C3H 2F4混合氣體。此時，光刻膠膜8也被蝕刻以進(jìn)一步減小膜厚度。
[0105] 由于蝕刻氣體包括C3H2F4氣體，所以在TE0S膜6、BARC膜7和光刻膠膜8的側(cè)壁上形 成沉積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9作為側(cè)壁保護(hù)膜，以限制這些膜的側(cè)面蝕刻。當(dāng)在該步驟中將0 2氣體 添加至蝕刻氣體時，期望使該步驟中〇2氣體的添加量小于稍后詳細(xì)描述的氧化硅膜4蝕刻 步驟中的添加量。
[0106] 隨后，如圖4C和圖4D所示，在光刻膠膜8、BARC膜7和TE0S膜6的側(cè)壁上形成光刻膠 膜9的狀態(tài)下，使用光刻膠膜8和沉積膜9作為掩膜來蝕刻下層抗蝕劑膜5。對于該蝕刻，使用 N2/02混合氣體或N2/02/CH2F2混合氣體。此時，光刻膠膜8和BARC膜7也被蝕刻，使得圖案化 的TE0S膜6和下層抗蝕劑膜5保留在氧化硅膜4上。此時，還去除沉積膜9。
[0107] 此后，如圖4D和圖4E所示，使用圖案化的TE0S膜6和下層抗蝕劑膜5作為掩膜來蝕 刻氧化硅膜4，對于該蝕刻，使用CF4/C 3H2F4混合氣體，或者可以使用不同的混合氣體，其中02 氣體、N2氣體和Ar氣體中的一種或多種進(jìn)一步根據(jù)需要被添加至CF4/C3H2F4混合氣體。
[0108] 此時，蝕刻氣體包括C3H2F4氣體；因此，在氧化硅膜4和下層抗蝕劑膜5的側(cè)壁上形 成沉積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9作為側(cè)壁保護(hù)膜以限制這些膜的側(cè)面蝕刻。此外，TE0S膜6被去除，同 時氧化硅膜4被蝕刻。當(dāng)在該步驟中將0 2氣體添加至蝕刻氣體時，期望使該步驟中02氣體的 添加量大于蝕刻TE0S膜6的上述步驟中的添加量。
[0109] 此外，如圖4E和圖4F所示，工件經(jīng)受氧(02)氣體的灰化以去除下層抗蝕劑膜5和沉 積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9。
[0110]最后，如圖4F和圖4G所示，利用Ar/CF4/〇2混合氣體來蝕刻阻擋膜(SiCN膜)3。以這 種方式，使包括W插塞2的W插塞和未示出的下層互連件裸露以終止本工藝。在所制作的包括 溝槽21的溝槽(互連溝槽）中，通過隨后的Cu(銅)鍍覆步驟和CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)步驟（圖9 中的步驟j和步驟k)形成掩埋的銅互連件。
[0111] 如上所述，當(dāng)通過圖4A至圖4G所示的單鑲嵌工藝在氧化硅膜4中制作包括溝槽21 的溝槽(互連溝槽)時，包括CF4/C3H 2F4混合氣體的蝕刻氣體被用于蝕刻TE0S膜6(其是多層 抗蝕劑的中間層)和氧化硅膜4(其是被加工膜）。這種方式使得可以以良好精度制作溝槽 (互連溝槽）以防止所得到的半導(dǎo)體器件在互連之間的短路裕度方面的下降。
[0112] 第二實施例
[0113] 參照圖5A至圖5G，以下描述第二實施例中的雙鑲嵌工藝中的溝槽(互連溝槽)制造 方法。
[0114] 圖5A示出了堆疊膜結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，其中，在結(jié)構(gòu)被蝕刻之前，兩個不同的層間介電質(zhì) 形成在半導(dǎo)體晶圓的表面上方，并且由四個層制成的多層抗蝕劑形成在層間介電質(zhì)上方。 圖5B示出了其在BARC膜和TEOS膜(組成多層抗蝕劑膜的部分)被蝕刻之后的狀態(tài)。包括Cu互 連件11的Cu互連件形成在兩個層間介電質(zhì)的一個10的部分中。例如，層間介電質(zhì)10是有機(jī) 絕緣膜，諸如碳添加氧化硅膜(SiCO)膜，并且具有比氧化硅膜低的介電常數(shù)。阻擋膜(SiCN 膜)12形成在層間介電質(zhì)10上。
[0115] 在阻擋膜(SiCN膜）12上，形成具有三層結(jié)構(gòu)的另一層間介電質(zhì)；并且該層間介電 質(zhì)是其中制作溝槽(互連溝槽)的被加工膜。該三層的層間介電質(zhì)從其底部開始依次具有低 介電常數(shù)膜A13、低介電常數(shù)膜B14和氧化硅膜15。低介電常數(shù)膜A13和低介電常數(shù)膜B14是 原材料相互不同的有機(jī)或無機(jī)低介電常數(shù)膜，并且均具有比氧化硅膜低的介電常數(shù)。這些 膜相互堆疊的順序可以根據(jù)層間介電質(zhì)所要求的介電常數(shù)而適當(dāng)變化。
[0116] 圖5A所示的狀態(tài)是制作包括所示過孔的過孔的狀態(tài)。通過利用CF4/C3H2F 4混合氣 體干法蝕刻低介電常數(shù)膜A13、低介電常數(shù)膜B14和氧化硅膜15來制作過孔。此時，CF4/ C3H2F4混合氣體條件與表格1或2所不的相同。
[0117] 以與第一實施例相同的方式，在三層的層間介電質(zhì)上，形成具有四層的上述多層 抗蝕劑。如圖5A所示，該多層抗蝕劑(具有四層)從其下方開始依次具有下層抗蝕劑膜16、上 面提及的TE0S膜17 (其是中間層）、上面提及的BARC膜18(當(dāng)工件曝光時，其用作底部抗反射 涂層膜)以及光刻膠膜19 JE0S膜17是絕緣膜的實例，并且可以是不同原材料的膜。
[0118] 光刻膠膜19是通過使用ArF激光的ArF曝光而感光的ArF抗蝕劑。在光刻膠膜19中， 使用ArF曝光裝置，通過光刻形成例如用于半導(dǎo)體器件的互連圖案或電路圖案的預(yù)定圖案。 [0119]預(yù)先在三層的互連介電質(zhì)（即，低介電常數(shù)膜A13、低介電常數(shù)膜B14和氧化硅膜 15)中形成包括過孔填充20的過孔填充。包括過孔填充20的過孔填充的形成通過利用干法 蝕刻在三層的互連介電質(zhì)中制作過孔(接觸孔）、然后利用過孔填充材料填充該孔來得到。
[0120] 以與第一實施例相同的方式，使用圖7所示的干法蝕刻裝置，在表格3所示的干法 蝕刻條件下執(zhí)行圖5A所示至圖5G所示的步驟的工藝。以與第一實施例相同的方式，根據(jù)將 被蝕刻的每個絕緣膜的原材料，根據(jù)需要向CF4/C 3H2F4混合氣體中適當(dāng)?shù)靥砑?2氣體、N2氣 體和Ar氣體中的一種或多種。
[0121] 在表格3中，步驟1示出了蝕刻BARC膜18的步驟的條件;步驟2示出了蝕刻TE0S膜17 (其是中間層17)的步驟的條件;步驟3示出了蝕刻下層抗蝕劑16的步驟的條件;步驟4示出 了部分蝕刻氧化硅膜15和低介電常數(shù)膜B14的步驟的條件；以及步驟5示出了蝕刻阻擋膜12 的步驟的條件。
[0122] [表格 3]
[0123]
[0124]
[0125] 初始，如圖5A和圖5B所示，使用光刻膠膜19作為掩膜來蝕刻BARC膜18。對于該干法 蝕刻，使用CF4/0 2混合氣體(表格3中的步驟1)。此時，光刻膠膜19也被蝕刻以減小膜厚。
[0126] 接下來，如圖5B和圖5C所示，使用光刻膠膜19和圖案化的BARC膜18作為掩膜來干 法蝕刻TE0S膜17。對于該干法蝕刻，使用CF4/C 3H2F4/〇2混合氣體或CF4/C3H2F4/N2混合氣體 (表格3中的步驟2)。此時，沉積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9形成在TE0S膜17、BARC膜18和光刻膠膜19的 側(cè)壁上以防止這些膜的側(cè)面蝕刻。此外，光刻膠膜19與TE0S膜17-起被蝕刻以進(jìn)一步減小 膜厚。當(dāng)在該步驟中向蝕刻氣體添加％氣體時，期望使該步驟中的％氣體添加量小于稍后詳 細(xì)描述的氧化硅膜15蝕刻步驟中的添加量。
[0127] 隨后，如圖5C和圖5D所示，在光刻膠膜19以及圖案化的BARC膜18和TE0S膜17的側(cè) 壁上形成沉積膜9的狀態(tài)下，使用光刻膠膜19和沉積膜9作為掩膜來干法蝕刻下層抗蝕劑膜 16。對于該干法蝕刻，使用N2/02混合氣體或者其中CH2F2被添加至N2/02混合氣體的混合氣體 (表格3中的步驟3)。此時，下層抗蝕劑16與抗蝕劑16上方的光刻膠膜19和BARC膜16-起被 蝕刻并去除。此時，還去除沉積膜9。
[0128] 此后，如圖5D和圖5E所示，使用圖案化的TE0S膜17和下層抗蝕劑膜16作為掩膜來 部分地干法蝕刻氧化硅膜15和低介電常數(shù)膜B14(其組成三層的層間介電質(zhì)的部分）。對于 該干法蝕刻，使用CF 4/C3H2F4/〇2混合氣體或CF4/C 3H2F4/N；^合氣體(表格3中的步驟4)。此 時，沉積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9形成在低介電常數(shù)膜B14、氧化硅膜15和下層抗蝕劑16的側(cè)壁上，使 得可以防止這些膜的側(cè)面蝕刻。
[0129] 具體地，CF4/C3H2F4/N2混合氣體的使用使得可以更加有效地限制低介電常數(shù)膜B14 的側(cè)面蝕刻。當(dāng)蝕刻氧化硅膜15時，優(yōu)選使用CF 4/C3H2F4/0^合氣體。在這種情況下，期望0 2 氣體的添加量小于蝕刻TE0S膜17的上述步驟的添加量。此外，如上所述，當(dāng)蝕刻低介電常數(shù) 膜B14時，優(yōu)選使用CF4/C3H2F4/N2混合氣體。
[0130]此外，如圖5E和圖5F所示，使工件經(jīng)受利用02的灰化以部分去除下層抗蝕劑16、沉 積(反應(yīng)產(chǎn)物)膜9、低介電常數(shù)膜B14和低介電常數(shù)A13,并去除過孔填充20。
[0131] 最后，如圖5F和圖5G所示，對位于過孔底部的阻擋層12進(jìn)行干法蝕刻以去除。以這 種方式，過孔被制作用于在包括溝槽21的溝槽(互連溝槽)與包括溝槽下方的互連件11的互 連件之間形成接觸(過孔)（表格3中的步驟5)。
[0132] 如上所述，本實施例中的半導(dǎo)體器件制造方法在雙鑲嵌工藝中使得可以：當(dāng)在包 括低介電常數(shù)膜(諸如氧化硅膜和添加碳的氧化硅膜(SiCO膜））的堆疊結(jié)構(gòu)的層間介電質(zhì) 中制作溝槽(互連溝槽)時，有效地限制側(cè)面蝕刻。因此，可以以更高的精度實現(xiàn)溝槽(互連 溝槽)制作。
[0133] 在本實施例中，公開了一種實例，其包括低介電常數(shù)膜A13、低介電常數(shù)膜B14和氧 化硅膜15作為層間介電質(zhì)的膜。然而，本發(fā)明不限于該實例。因此，層間介電質(zhì)可以是低介 電常數(shù)膜A13和低介電常數(shù)膜B14的雙層膜或者可以是單層膜。
[0134] 第三實施例
[0135] 參照圖8和圖9,以下描述了用于通過第一實施例或第二實施例中描述的工藝流程 制造半導(dǎo)體器件(諸如先進(jìn)的微計算機(jī)、先進(jìn)的S0C產(chǎn)品或高功能液晶驅(qū)動器）的方法。圖8 是示出用于制造半導(dǎo)體器件的工藝的概況的流程圖。圖9是示出用于該半導(dǎo)體器件制造工 藝的預(yù)處理的概況的流程圖。
[0136] 如圖8所示，半導(dǎo)體器件制造工藝被大體分為三個步驟。
[0137] 初始地，設(shè)計半導(dǎo)體電路，并且基于電路設(shè)計制造掩膜。
[0138] 接下來，在稱為前工藝的晶圓處理工藝中，對半導(dǎo)體襯底(諸如硅）的表面重復(fù)多 次地施加各種類型的表面處理，以形成集成電路。如圖8所示，這種前工藝被大體分為形成 元件隔離層的步驟、形成元件(諸如M0S晶體管)的步驟、在各個元件和晶體管之間形成互連 的互連形成步驟、檢查所完成的晶圓的步驟和其他步驟。
[0139] 此外，在后工藝中，表面上形成有集成電路的晶圓被分為獨立的單元。單元均被制 造為半導(dǎo)體器件，然后檢查該器件。
[0140]在前工藝（晶圓處理工藝）中，表面處理步驟（即，圖9所示的步驟被重復(fù) 多次。
[0141]初始地，清潔作為半導(dǎo)體襯底的晶圓的表面以去除粘附至晶圓表面的外來物質(zhì)和 雜質(zhì)(步驟"a"）。
[0142] 接下來，例如，使用CVD裝置在晶圓表面的一個表面上/上方形成薄膜。薄膜例如為 層間介電質(zhì)（諸如氧化硅膜和低介電常數(shù)膜）或者其中制作互連的膜（諸如鋁膜）（步驟 "b"）。
[0143] 在晶圓表面上/上方形成薄膜之后，再次對工件進(jìn)行清潔以去除粘附至工件表面 的外來物質(zhì)和雜質(zhì)(步驟"c"）。
[0144] 在具有其上/上方形成有層間介電質(zhì)和其中制作互連的膜的表面的晶圓上涂覆諸 如光敏材料的抗蝕劑材料(步驟"d"）。
[0145] 通過諸如ArF曝光裝置的曝光裝置，使用其中形成有期望電路圖案的掩膜來將電 路圖案轉(zhuǎn)印至抗蝕劑上(步驟"e"）。
[0146] 使工件經(jīng)歷顯影處理以去除抗蝕劑的不需要的部分，從而在晶圓上方的抗蝕劑中 成形期望的電路圖案(步驟"f"）。
[0147] 使用其中成形期望電路圖案的抗蝕劑作為蝕刻掩膜來通過干法蝕刻裝置蝕刻并 去除在晶圓上/上方形成的薄膜的不需要的部分。以這種方式，在薄膜中完成期望的電路圖 案(步驟"g"）。該步驟對應(yīng)于第一實施例或第二實施例中的溝槽(互連溝槽)的形成。
[0148] 此后，根據(jù)需要，使用離子注入裝置來將雜質(zhì)注入到晶圓表面上(步驟"h"）。
[0149] 通過灰化處理或清潔來剝離(去除)形成在晶圓上方的抗蝕劑(步驟"i"）。
[0150] 當(dāng)使用單鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝來形成掩埋的銅互連件時，使用鍍覆處理將銅 (Cu)埋入在步驟g中通過蝕刻在薄膜中制作的過孔和溝槽(互連溝槽)中（步驟j)。
[0151] 通過Cu-CMP拋光去除晶圓表面上產(chǎn)生的過量的銅(Cu)(步驟k)。
[0152] 最后，使用外來物質(zhì)檢查裝置和外觀檢查裝置來檢查在晶圓上是否存在外來物質(zhì) 以及是否精確地形成期望的電路圖案(步驟"1"）。
[0153] 在步驟"a"至"Γ的任何兩個相鄰的步驟之間，根據(jù)需要執(zhí)行清潔或干燥晶圓的處 理。
[0154] 在本實施例的半導(dǎo)體器件制造方法中，第一實施例或第二實施例中描述的單鑲嵌 工藝或雙鑲嵌工藝被應(yīng)用于上述步驟g以形成掩埋的銅互連件。具體地，在步驟g的干法蝕 刻中，使用包含CF 4和C3H2F4的混合氣體作為蝕刻氣體以實現(xiàn)氧化硅膜(其是多層抗蝕劑的 層中的中間層)的蝕刻或者實現(xiàn)用于制作溝槽(互連溝槽)的蝕刻。通過步驟j中的銅(Cu)鍍 覆處理和步驟k中的Cu-CMP拋光，掩埋的銅互連件被形成在所制作的溝槽(互連溝槽)和過 孔中。
[0155] 如上所述，通過將第一實施例或第二實施例中描述的工藝流程應(yīng)用于用于制造先 進(jìn)的微計算機(jī)、先進(jìn)的S0C產(chǎn)品或者任何其他半導(dǎo)體器件的工藝，可以以良好的精度來制作 溝槽(互連溝槽）。因此，這種先進(jìn)的計算機(jī)、先進(jìn)的S0C產(chǎn)品或者半導(dǎo)體產(chǎn)品在產(chǎn)量和成品 率方面可以得以改善。
[0156] 上面通過實施例具體描述了本發(fā)明人做出的本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些實 施例?？梢詫嵤├M(jìn)行各種改變，只要所改變的實施例不脫離本發(fā)明的主題。
【主權(quán)項】
1. 一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶圓的主表面上方形成被加工膜； (b) 在所述被加工膜上方形成第一抗蝕劑膜，以覆蓋所述被加工膜； (c) 在所述第一抗蝕劑膜上方形成第一絕緣膜以覆蓋所述第一抗蝕劑膜； (d) 在所述第一絕緣膜上方形成第二抗蝕劑膜以覆蓋所述第一絕緣膜； (e) 通過光刻將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)印至所述第二抗蝕劑膜；以及 (f) 使用至少包括CF4氣體、C3H2F4氣體和〇2氣體作為其組成的混合氣體，在所述步驟(e) 之后向所述第一絕緣膜施加第一干法蝕刻處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，關(guān)于所述步驟(f)中的用于所述第一干法蝕刻處理的所述混合氣體，CF4的流量〉 C3H2F4氣體的流量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述第一絕緣膜是氧化硅膜，并且 其中，關(guān)于所述步驟(f)中的用于所述第一干法蝕刻處理的所述混合氣體，CF4的流量〉 C3H2F4氣體的流量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述步驟(f)中的用于所述第一干法蝕刻處理的所述混合氣體還包括Ar氣體。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，在所述步驟(e)中，所述光刻是使用ArF激光器的ArF曝光，并且 其中，所述第二抗蝕劑膜是ArF抗蝕劑膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括以下步驟： (g) 在所述步驟(f)之后去除所述第二抗蝕劑膜； (g)在所述步驟(g)之后，將所述第一絕緣膜用作掩膜，以加工所述第一抗蝕劑膜，以及 (i)在所述步驟(h)之后，將所述第一抗蝕劑膜用作掩膜來向所述被加工膜施加第二干 法蝕刻處理。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述被加工膜是包括含有氧化硅膜的層的堆疊膜，并且其中，當(dāng)蝕刻所述氧化硅 膜時，使用至少包括CF4氣體、C3H2F4氣體和02氣體作為其組成的混合氣體來執(zhí)行所述第二干 法蝕刻處理。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，蝕刻所述被加工膜，從而在所述被加工膜中制作互連溝槽，在所述互連溝槽中將 形成銅互連件。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)蝕刻所述氧化硅膜時，關(guān)于用于所述第二干法蝕刻處理的混合氣體，CF4的流量 >〇2的流量〉C3H2F4氣體的流量。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，用于所述第一干法蝕刻處理的混合氣體中的〇2氣體的流量小于用于所述第二干 法蝕刻處理的混合氣體中的〇2氣體的流量。11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述被加工膜包括含有添加碳的氧化硅膜的層，并且 其中，當(dāng)蝕刻所述添加碳的氧化硅膜時，使用至少包括CF4氣體、C3H2F4氣體和N2氣體作 為其組成的混合氣體，執(zhí)行所述第二干法蝕刻處理。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)蝕刻所述添加碳的氧化硅膜時，關(guān)于用于所述第二干法蝕刻處理的混合氣體， CF4的流量〉C3H2F4的流量。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)蝕刻所述添加碳的氧化硅膜時，關(guān)于用于所述第二干法蝕刻處理的混合氣體， CF4的流量>N2的流量〉C3H2F4的流量。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)蝕刻所述碳添加氧化硅膜時，用于所述第二干法蝕刻處理的混合氣體還包括 Ar氣體。
【文檔編號】H01L21/027GK105990126SQ201610159264
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】堀越孝太郎
【申請人】瑞薩電子株式會社