CN101777491A - 开启接触孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开启接触孔的方法。本发明在刻蚀接触孔底部停止层之前，先利用惰性气体和氧气的混合气体轰击接触孔底部的停止层，以移除堆积在接触孔底部的停止层上表面的聚合物，从而易于将接触孔底部的停止层全部刻蚀掉，以避免器件的接触电阻过大，进而提高器件质量。进一步地，本发明还可以在开启接触孔之后去除光刻胶的过程中，利用低温无氧灰化处理、而非高温有氧灰化处理，从而能够避免器件上表面的金属硅化物被氧化，进一步提高器件质量。再进一步地，本发明还可以在无氧灰化之后，利用氮气和氢气轰击与接触孔底部连通的器件上表面，以移除器件上表面堆积的由低温无氧灰化处理而产生的聚合物、并避免器件上表面的金属硅化物氧化。

Description

开启接触孔的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造中的接触孔(CT)加工技术，特别涉及一种开启接触孔的方法。

背景技术

接触孔是半导体集成电路芯片中的重要工艺结构。然而，随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，相应地，接触孔的尺寸也就越来越小。然而，对于小尺寸的接触孔却更容易受被其加工过程中所产生的各类高分子量聚合物所覆盖、且更容易被氧化而导致该处的接触电阻过高。

参见图1并结合图2a～图2c，以基于形成栅极多晶硅(Poly Gate)、以及源/漏(S/D)极掺杂区的硅衬底实现接触孔开启为例，现有开启接触孔的方法通常包括如下步骤：

步骤101，在光刻胶曝光形成的接触孔形状所在位置，刻蚀位于停止层上方的层间介质层，形成接触孔。

参见图2a，在本步骤之前，硅衬底200形成有沉积于栅氧化硅层201的栅极多晶硅202、以及位于栅极多晶硅202两侧(图中仅示出了一侧)的源/漏极掺杂区203，停止层204覆盖于栅极多晶硅202、以及源/漏极掺杂区203上，且停止层204上方还具有层间介质层205，光刻胶206则旋涂于层间介质层205上。

仍参见图2a，在本步骤中，对光刻胶206形成接触孔的形状207，然后在光刻胶206曝光形成的接触孔形状207所在位置，刻蚀位于停止层204上方的层间介质层205，即可形成栅极多晶硅202的接触孔209、以及源/漏极掺杂区203的接触孔210，且接触孔209和接触孔210的底部被停止层204阻断。

步骤102，刻蚀接触孔底部的停止层，以将接触孔与停止层下方的器件连通，从而实现开启接触孔的线性去除(LRM)工艺。

参见图2b，经本步骤处理后，接触孔209和接触孔210底部的停止层204被刻蚀掉，从而使得接触孔209与停止层204下方的栅极多晶硅202连通、接触孔210与停止层下方的源/漏极掺杂区203连通。

步骤103，在200～280℃的温度范围内进行有氧高温灰化，以去除旋涂于层间介质层上的光刻胶。

参见图2c，经本步骤处理之后，图2a和图2b中的光刻胶206被去除。

至此，本流程结束。

然而，上述流程虽然能够实现接触孔的开启，但却存在以下问题：

1)在步骤101刻蚀完位于停止层上方的层间介质层之后，仍参见图2a，会有大量的高分子量聚合物211堆积在接触孔209和接触孔210底部的停止层204上表面，因此，虽然图2b中显示接触孔209和接触孔210底部的停止层204被全部刻蚀掉，但在实际应用中，高分子量聚合物211的存在会使得接触孔209和接触孔210底部的停止层204在经步骤102处理后，并不会如图2b所示的那样被全部刻蚀掉，从而易造成器件的接触电阻过大；

2)栅极多晶硅202的上表面212、源/漏极掺杂区203的上表面213会由于例如镍等金属的沉积而形成例如镍化硅等金属硅化物，因而经步骤103的高温有氧灰化后，虽然能够去除旋涂于层间介质层上的光刻胶206，但如图2c所示，也会使得栅极多晶硅202的上表面212、源/漏极掺杂区203的上表面213的例如镍化硅等金属硅化物被氧化，从而影响器件的特性。

可见，现有开启接触孔的方法会降低器件的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种开启接触孔的方法，能够提高器件的质量。

本发明提供的一种开启接触孔的方法，该方法包括：

在光刻胶曝光形成的接触孔形状所在位置，刻蚀位于停止层上方的层间介质层，形成接触孔；

利用惰性气体和氧气轰击所述接触孔底部的停止层；

刻蚀所述接触孔底部的停止层，以将所述接触孔底部与所述停止层下方的器件上表面连通。

所述惰性气体为氩气。

氧气与氩气的流量比在1∶4至1∶5之间。

所述接触孔的直径在90～110纳米之间、所述接触孔的深度在2500～4000埃之间；

且，该方法10～50sccm的氧气流量、50～200sccm的氩气流量，并以200～500瓦的能量对氧气和氩气加速后的等离子体轰击方式，实现对所述接触孔底部的停止层的压力为20～100托马斯的轰击。

开启所述接触孔底部的停止层之后，该方法进一步对所述光刻胶进行无氧灰化。

在10～25℃的温度范围内进行无氧灰化，以去除所述光刻胶。

以15℃进行无氧灰化。

该方法在所述无氧灰化之后，进一步利用氮气和氢气轰击与所述接触孔底部连通的器件上表面。

氮气和氢气的流量比为5∶1。

所述接触孔的直径在90～110纳米之间、所述接触孔的深度在2500～4000埃之间；

且，该方法以100～500sccm的氮气流量、20～100sccm的氢气流量，并以200～500瓦的能量对氮气和氢气加速后的等离子体轰击方式，实现对与所述接触孔底部连通的器件上表面的压力为20～100托马斯的轰击。

由上述技术方案可见，本发明在刻蚀接触孔底部停止层之前，先利用惰性气体和氧气的混合气体轰击接触孔底部的停止层，以移除堆积在接触孔底部的停止层上表面的高分子量聚合物，从而易于将接触孔底部的停止层全部刻蚀掉，以避免器件的接触电阻过大，进而提高器件质量。

进一步地，本发明还可以在开启接触孔之后去除光刻胶的过程中，利用低温无氧灰化处理、而非高温有氧灰化处理，从而能够避免栅极多晶硅、源/漏极掺杂区等器件的上表面的例如镍化硅等金属硅化物被氧化，进一步提高器件质量。

再进一步地，本发明还可以在无氧灰化之后，进一步利用氮气和氢气轰击与接触孔底部连通的器件上表面，以移除器件上表面堆积的由低温无氧灰化处理而产生的高分子量聚合物、并避免将栅极多晶硅、源/漏极掺杂区等器件上表面的例如镍化硅等金属硅化物氧化。

附图说明

图1为现有开启接触孔的方法流程示意图；

图2a～图2c为现有接触孔开启过程的剖面示意图；

图3为本发明实施例中开启接触孔的方法流程示意图；

图4a～图4d为本发明实施例中接触孔开启过程的剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明的一处改进在于，在刻蚀接触孔底部停止层之前，先利用惰性气体和氧气的混合气体轰击接触孔底部的停止层，以移除堆积在接触孔底部的停止层上表面的高分子量聚合物，从而易于将接触孔底部的停止层全部刻蚀掉，以避免器件的接触电阻过大，进而提高器件质量。

可选地，本发明的另一处改进在于，在开启接触孔之后去除光刻胶的过程中，利用低温无氧灰化处理、而非高温有氧灰化处理，从而能够避免栅极多晶硅、源/漏极掺杂区等器件的上表面的金属硅化物被氧化，进一步提高器件质量。

参见图3并结合图4a～图4d，仍以基于形成栅极多晶硅、以及源/漏极掺杂区的硅衬底实现接触孔开启为例，本发明中开启接触孔的方法包括：

步骤301，在光刻胶曝光形成的接触孔形状所在位置，刻蚀位于停止层上方的层间介质层，形成接触孔。其中，本步骤刻蚀的过程可采用现有任一种方式来实现。

参见图4a，在本步骤之前，硅衬底200形成有沉积于栅氧化硅层201的栅极多晶硅202、以及位于栅极多晶硅202两侧(图中仅示出了一侧)的源/漏极掺杂区203，停止层204覆盖于栅极多晶硅202、以及源/漏极掺杂区203上，且停止层204上方还具有层间介质层205，光刻胶206则旋涂于层间介质层205上。

仍参见图4a，在本步骤中，对光刻胶206形成接触孔的形状207，然后在光刻胶206曝光形成的接触孔形状207所在位置，刻蚀位于停止层204上方的层间介质层205，即可形成栅极多晶硅202的接触孔209、以及源/漏极掺杂区203的接触孔210，且接触孔209和接触孔210的底部被停止层204阻断。

此外，在图4a中，刻蚀层间介质层205所产生的大量高分子量聚合物211，堆积在接触孔209和接触孔210底部的停止层204上表面。

步骤302，利用大原子量的惰性气体和氧气的混合气体轰击接触孔底部的停止层。其中，可将大原子量的惰性气体和氧气的混合气体，以等离子体轰击方式实现对接触孔底部停止层的轰击。

这样，由大原子量的惰性气体将氧气带入至接触孔底部，堆积于接触孔底部停止层的高分子聚合物在与氧气反应分解后即可被吹散，从而实现将堆积在接触孔底部的停止层上表面的高分子量聚合物移除。其中，这里所述的“大原子量”较佳地可以选定为原子量大于氧气。

参见图4b，在本步骤中，利用大原子量惰性气体和氧气的混合气体400轰击接触孔209和接触孔210底部的停止层204后，图4a中堆积在接触孔209和接触孔210底部的停止层204上表面的大量高分子量聚合物211被移除。

较佳地，本步骤中所使用的大分子量惰性气体，可以采用半导体加工中常用的氩气，当然也可以采用例如氪气等原子量更大的惰性气体。

如果选择氩气，则可以设定氧气与氩气的流量比在1∶4至1∶5之间。而氧气与氩气的具体流量取值，则可以根据接触孔的实际尺寸来任意设定。假设接触孔的直径在90～110纳米之间、接触孔的深度在2500～4000埃之间，则可以以10～50标准状态毫升/分钟(standard cubic centimeter per minute，sccm)的氧气流量、50～200sccm的氩气流量，并以200～500瓦的能量对氧气和氩气的混合气体加速后的等离子体轰击方式，实现对接触孔底部的停止层的压力为20～100托马斯的轰击。

而对于对接触孔底部的停止层的轰击时间，则可以根据实际工艺过程中在接触孔底部的停止层上表面堆积的高分子量聚合物多少、以及轰击的压力大小等因素来任意设定，通常可选择10分钟左右的轰击时间即可。

步骤303，刻蚀接触孔底部的停止层，以将接触孔与停止层下方的器件连通，从而实现开启接触孔的LRM工艺。其中，本步骤刻蚀的过程可采用现有任一种方式来实现。

参见图4c，经本步骤处理后，接触孔209和接触孔210底部的停止层204被刻蚀掉，从而使得接触孔209与停止层204下方的栅极多晶硅202连通、接触孔210与停止层下方的源/漏极掺杂区203连通。

且由于图4a中的高分子量聚合物211已在步骤302被移除，因此，实际应用中，在执行本步骤时，的确可如图4c所示将接触孔209和接触孔210底部的停止层204全部刻蚀掉。

步骤304，进行低温无氧灰化处理，以去除光刻胶。

参见图4d，经本步骤处理之后，图4a～图4c中的光刻胶206被去除。且由于本步骤中进行的是低温无氧灰化处理、而非高温有氧灰化处理，因此，栅极多晶硅202的上表面212、源/漏极掺杂区203的上表面213的金属硅化物被氧化。

较佳地，本步骤所指的低温，可以是在10～25℃的温度范围内；更优地，以15℃进行无氧灰化。

至此，开启接触孔的本流程结束。

此外，在执行上述流程步骤304的过程中，也会产生部分高分子量聚合物并堆积在与接触孔底部连通的器件上表面。由此，在上述流程的步骤304之后，可以进一步利用氮气和氢气的混合气体轰击与接触孔底部连通的器件上表面，以去除堆积的高分子量聚合物、并避免器件上表面的金属硅化物被氧化。其中，可将氮气和氢气的混合气体，以等离子体轰击方式实现对接触孔底部停止层的轰击。

较佳地，氮气和氢气的流量比为5∶1。而氧气与氩气的具体流量取值，则可以根据接触孔的实际尺寸来任意设定。仍假设接触孔的直径在90～110纳米之间、所述接触孔的深度在2500～4000埃之间；则本步骤可以以100～500sccm的氮气流量、20～100sccm的氢气流量，并以200～500瓦的能量对氮气和氢气加速后的等离子体轰击方式，实现对与接触孔底部连通的器件上表面的压力为20～100托马斯的轰击。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开启接触孔的方法，其特征在于，该方法包括：

在光刻胶曝光形成的接触孔形状所在位置，刻蚀位于停止层上方的层间介质层，形成接触孔；

利用惰性气体和氧气轰击所述接触孔底部的停止层；

刻蚀所述接触孔底部的停止层，以将所述接触孔底部与所述停止层下方的器件上表面连通。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，氧气与氩气的流量比在1∶4至1∶5之间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接触孔的直径在90～110纳米之间、所述接触孔的深度在2500～4000埃之间；

且，该方法10～50sccm的氧气流量、50～200sccm的氩气流量，并以200～500瓦的能量对氧气和氩气加速后的等离子体轰击方式，实现对所述接触孔底部的停止层的压力为20～100托马斯的轰击。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，开启所述接触孔底部的停止层之后，该方法进一步对所述光刻胶进行无氧灰化。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在10～25℃的温度范围内进行无氧灰化，以去除所述光刻胶。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，以15℃进行无氧灰化。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，该方法在所述无氧灰化之后，进一步利用氮气和氢气轰击与所述接触孔底部连通的器件上表面。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，氮气和氢气的流量比为5∶1。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接触孔的直径在90～110纳米之间、所述接触孔的深度在2500～4000埃之间；

且，该方法以100～500sccm的氮气流量、20～100sccm的氢气流量，并以200～500瓦的能量对氮气和氢气加速后的等离子体轰击方式，实现对与所述接触孔底部连通的器件上表面的压力为20～100托马斯的轰击。

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