CN100468690C

CN100468690C - 高深宽比自对准接触刻蚀中减低接触电阻的方法

Info

Publication number: CN100468690C
Application number: CNB2006100287774A
Authority: CN
Inventors: 黄光瑜; 李先林
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: CN101106100A

Abstract

本发明涉及一种在高深宽比自对准接触刻蚀中减低接触电阻的方法，该方法包括以下步骤：a)利用包含低氟碳比的氟碳化合物的第一刻蚀气体，对半导体器件结构进行自对准刻蚀，形成接触孔；b)对所形成的接触孔进行刻蚀后清洗；和c)利用包含高氟碳比的氟碳化合物的第二刻蚀气体，对所述接触孔进行第二次轻微刻蚀，除去接触孔底部残留的聚合物膜。该方法的优点在于防止接触孔的接触电阻升高，从而提高半导体器件性能的稳定性并且增大自对准接触工艺的加工窗口和加工能力。

Description

高深宽比自对准接触刻蚀中减低接触电阻的方法

技术领域

本发明涉及一种用于形成半导体器件接触的方法，具体而言，涉及一种在高深宽比自对准接触(SAC)刻蚀中减小接触电阻的方法，其中在传统的自对准刻蚀步骤之后增加一个自对准轻微刻蚀步骤，以移除接触孔底部沉积的聚合物层，从而降低接触孔的接触电阻，由此增大自对准接触工艺的加工窗口和加工能力，并且改善半导体器件性能的稳定性和可靠性。

背景技术

随着器件尺寸不断缩小，自对准接触刻蚀中由于特征尺寸缩小和高深宽比所引起的介质刻蚀问题越来越严重，这往往导致刻蚀工艺窗口减小的问题。

众所周知，在自对准接触刻蚀中重要的是在完全刻蚀接触孔底部的同时，不能损坏栅极侧壁上的绝缘隔离层的肩部。因为，一旦损坏就会暴露出栅极导电层，结果可能会在随后的工序中引起短路。

然而，如果使用刻蚀速率很快的高氟碳比的氟碳化合物如CF₄、C₂F₆、C₃F₈等作为刻蚀气体来进行SAC刻蚀加工，则往往由于接触孔的高深宽比导致上述两方面的要求难以同时满足。

因此，近年来在高深宽比自对准接触刻蚀中，倾向于使用低氟碳比的氟碳化合物作为替代的刻蚀气体，此类的氟碳化合物例如可以是C₄F₈、C₄F₆、C₅F₈等。采用上述低氟碳比的氟碳化合物的原因是其氟碳比较低有利于提高刻蚀选择性，因而在SAC刻蚀中能够有效保护栅极侧壁的肩部不受损伤，同时也能很好地刻蚀高深宽比接触孔的底部。

中国专利CN200410104925.7公开了一种利用C₅F₈作为主要刻蚀气体，分两步进行自对准刻蚀的方法。该方法可以完全刻蚀接触孔底部的绝缘膜，从而使半导体器件性能稳定。

但是，使用上述低氟碳比的氟碳化合物(例如C₅F₈)的缺点在于其在刻蚀过程中会在接触孔的侧壁和底部产生高度交联和绝缘的沉积聚合物膜，这些聚合物膜甚至在经过刻蚀后清洗步骤之后还会部分残留在接触孔底部。因此，导致在接触孔底部的接触电阻R_c明显上升，使得半导体器件的性能不稳定以及加工窗口变小。

发明内容

本发明的技术方案的目的在于克服现有技术中存在的沉积聚合物膜残留的缺陷。

本发明提供一种在高深宽比自对准接触刻蚀中减小接触电阻的方法，该方法包括以下步骤：a)利用包含低氟碳比的氟碳化合物的第一刻蚀气体，对半导体器件结构进行自对准刻蚀，形成接触孔；b)对所形成的接触孔进行刻蚀后清洗；c)利用包含高氟碳比的氟碳化合物的第二刻蚀气体，对所述接触孔结构进行第二次轻微刻蚀，除去接触孔底部残留的聚合物膜。

在本发明的优选实施方案中，步骤a)中的低氟碳比的氟碳化合物包括C₄F₈、C₄F₆、C₅F₈等；其中所形成的接触孔具有大于或等于8的深宽比。

在步骤a)中的自对准刻蚀步骤中，调整所述自对准刻蚀步骤的刻蚀条件，使得所述刻蚀步骤不损伤所述半导体器件结构中栅极侧壁的肩部，从而不暴露所述栅极导电层。

步骤b)的刻蚀后清洗完成后，在所述接触孔底部还残留有聚合物膜。

在步骤b)的刻蚀后清洗中，采用的清洗液是稀HF水溶液，其体积比为H₂O/HF＝(30～200)/(2～10)，清洗时间为10～30分钟。

步骤c)的第二次轻微刻蚀所使用的第二刻蚀气体包括高氟碳比的氟碳化合物如CF₄、C₂F₆、C₃F₈等、惰性气体如氮气、氩气等和氧气。

步骤c)的刻蚀条件包括：第二刻蚀气体中各组分流量分别为高氟碳比的氟碳化合物：3～200sccm、O₂：10～400sccm、Ar：0～100sccm或N₂：0～50sccm，射频功率为300～1500W、压力为5～400mTorr和温度为40～80℃。

在本发明的一个实施方案中，通过步骤c)的第二次轻微刻蚀在所述接触孔的底部移除厚度为的聚合物膜。

在本发明的优选实施方案中，步骤a)和c)中的刻蚀步骤均采用反应性等离子体刻蚀方法。

本发明还提供具有根据本发明的方法形成的所述接触孔的半导体器件。与根据现有技术制造的半导体器件相比，该半导体器件的接触电阻明显减小，并且稳定性和可靠性得到提高。

本发明的优点在于1)保持了现有自对准刻蚀过程中利用低氟碳比的氟碳化合物保护半导体器件结构的栅极侧壁的肩部不受损伤的优点；2)通过增加一步轻微刻蚀步骤，有效移除接触孔底部的聚合物膜，防止接触孔的接触电阻升高，提高半导体器件性能的稳定性；3)增大自对准接触工艺的加工窗口和加工能力。

附图说明

下文中将参照附图对本发明的上述优点和特征进一步进行说明。

图1a～1f示出根据本发明的自对准接触刻蚀方法的各个步骤，其中：

图1a为进行传统自对准刻蚀后的半导体器件的TEM图；

图1b为除去光刻胶掩模层后的半导体器件的TEM图；

图1c为经过根据本发明的刻蚀后清洗之后的半导体器件的TEM图；

图1d为根据本发明刻蚀后清洗之后的半导体器件的接触孔底部的放大TEM图；

图1e为进行根据本发明的第二次轻微刻蚀之后的半导体器件的TEM图；和

图1f为进行根据本发明的第二次轻微刻蚀之后的半导体器件的接触孔底部的放大TEM图。

图2示出根据本发明制造的半导体晶片的晶片验收测试(WAT)数据。

具体实施方式

以下参照附图对本发明作进一步的说明。

参考图1，如图1a所示，利用含有低氟碳比气体如C₄F₈的第一刻蚀气体，在60℃的温度下，使半导体器件结构101经历自对准刻蚀步骤，得到深宽比约为8～12的接触孔102。其中，本领域技术人员可根据公知技术调节上述刻蚀条件，使得在得到高深宽比接触孔的同时，半导体器件结构101的栅极侧壁的肩部得到保护，未受损伤。

如图1b所示，剥除光刻胶掩模层103。其中在接触孔底部可见残留有沉积的聚合物膜104。

之后，对所得结构101进行刻蚀后清洗，如图1c所示。采用的清洗液是稀HF水溶液，其比例为H₂O/HF约为(30～200)/(2～10)，清洗时间为10～30分钟。

图1d为未进行第二次轻微刻蚀步骤的接触孔102的底部放大TEM照片，由图1d可见，经过刻蚀后清洗步骤之后，在接触孔102的底部仍然残留有沉积的聚合物膜104。

接着，如图1e所示，对所得接触孔102进行第二次轻微刻蚀，其中采用的刻蚀条件为：刻蚀气体为CF₄、O₂和Ar或N₂，流量分别为CF₄：60sccm、O₂：240sccm和Ar：0～100sccm或N₂：0～50sccm，射频功率为300～500W，压力为225mTorr，温度为60℃。

在第二次轻微刻蚀步骤中，所移除物质的厚度为50～200

。当移除厚度低于50

时，接触孔102底部的聚合物膜难以完全清除，残留的聚合物膜导致接触电阻高。当移除厚度大于200

时，刻蚀过程可能使半导体结构的栅极侧壁的肩部受损。

图1f为进行第二次轻微刻蚀步骤的接触孔102的底部放大TEM照片，由图1f可见，此时接触孔102的底部已经基本不存在沉积的聚合物膜。

图2是根据本发明制造的半导体晶片的晶片验收测试(WAT)数据。

在图2中，晶片编号06、07、12、14为进行了第二次轻微刻蚀步骤的半导体晶片，而其他编号的晶片未接受第二次轻微刻蚀。

由图2的数据可见，经过本发明方法处理过的晶片的平均接触电阻的绝对值和波动幅度均明显小于未经本发明方法处理的晶片。这表示经过本发明方法处理的半导体器件的接触电阻明显下降，并且具有经本发明方法处理的接触孔的半导体器件的稳定性和可靠性得到改善。

本发明并不局限于上述实施方案，这些实施方案不以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员在权利要求的范围内所作出的任何改变和调整也应认为属于本发明的范围。

Claims

1.一种在高深宽比自对准接触刻蚀中减低接触电阻的方法，该方法包括以下步骤：

a)利用包含低氟碳比的氟碳化合物的第一刻蚀气体，对半导体器件结构进行自对准刻蚀，形成接触孔，并且刻蚀条件不损伤所述半导体器件结构中栅极侧壁的肩部；

b)对所形成的接触孔进行刻蚀后清洗；和

c)利用包含高氟碳比的氟碳化合物的第二刻蚀气体，对所述接触孔进行第二次轻微刻蚀，除去接触孔底部残留的厚度为50～200

聚合物膜，所形成的接触孔的深宽比大于或等于8。

2.权利要求1的方法，其特征在于，步骤a)中用作第一刻蚀气体的低氟碳比的氟碳化合物包括C₄F₈、C₄F₆和C₅F₈。

3.权利要求1的方法，其特征在于，步骤b)的刻蚀后清洗完成后，所述接触孔底部还残留有聚合物膜。

4.权利要求3的方法，其特征在于，在步骤b)的刻蚀后清洗中，采用的清洗液是稀HF水溶液，其体积比为H₂O/HF＝(30～200)/(2～10)，清洗时间为10～30分钟。

5.权利要求1的方法，其特征在于，步骤c)中的第二次轻微刻蚀使用的第二刻蚀气体包含高氟碳比的氟碳化合物、氧气和惰性气体。

6.权利要求5的方法，其特征在于，所述高氟碳比的氟碳化合物包括CF₄、C₂F₆和C₃F₈。

7.权利要求5的方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氩气及其混合物。

8.权利要求5的方法，其特征在于，步骤c)中的第二次轻微刻蚀的刻蚀条件为：第二刻蚀气体中各组分流量分别为高氟碳比的氟碳化合物：3～200sccm、O₂：10～400sccm、Ar：0～100sccm或N₂：0～50sccm，射频功率为300～1500W、压力为5～400mTorr和温度为40～80℃。

9.权利要求1的方法，其特征在于，步骤a)和c)中的刻蚀步骤采用反应性等离子体刻蚀方法。

10.具有根据权利要求1的方法形成的所述接触孔的半导体器件。