CN102148191B

CN102148191B - 接触孔形成方法

Info

Publication number: CN102148191B
Application number: CN201010111143.1A
Authority: CN
Inventors: 杨昌辉; 奚裴; 肖海波
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN102148191A

Abstract

公开了一种接触孔形成方法，包括步骤：提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底中及衬底上的MOS器件；覆盖MOS器件和衬底的层间介质层，所述层间介质层包括氧化物层和位于所述氧化物层上的氮化物层；对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀停止在衬底表面，在所述层间介质层中形成通孔，所述刻蚀的同时在通孔内形成刻蚀聚合物；对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀，使所述通孔延伸至衬底内；用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物。该方法在减小对接触孔侧壁的损伤，提高了接触孔底部的接触电特性。

Description

接触孔形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种接触孔形成方法。

背景技术

半导体集成电路的制作是极其复杂的过程，目的在于将特定电路所需的各种电子组件和线路，缩小制作在小面积的晶片上。其中，各个组件必须藉由适当的内连导线来作电性连接，才能发挥所期望的功能。

由于集成电路的制作向超大规模集成电路(ULSI)发展，其内部的电路密度越来越大，随着芯片中所含元件数量不断增加，实际上就减少了表面连线的可用空间。这一问题的解决方法是采用多层金属导线设计，利用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连接，这其中就需要制作大量的接触孔。例如在申请号为200610159332.x的中国专利文献中公开了一种形成接触孔的方法。

图1至图3为现有的一种接触孔形成方法的示意图。下面结合图1至图3对现有的一种接触孔的形成方法进行说明。其中，图1为形成源/漏极掺杂区后的器件剖面示意图。如图1所示，对衬底进行刻蚀填充，在各器件间形成隔离沟槽102；接着在衬底上形成栅极100及源/漏极掺杂区107和108；然后在各个栅极的顶部及源、漏极区域形成自行对准的金属硅化物层(本图中未示出)，以进一步改善其接触电特性。

图2为沉积层间介质层(ILD)后的器件剖面示意图。如图2所示，在硅片表面再覆盖一层层间介质层119，一般包括氧化物层110和覆盖氧化物层的氮化物层120。其中，对于清洗或者湿法刻蚀，氮化物120与氧化物层110相比，具有低得多的刻蚀速率。氧化硅层一般采用掺杂氧化硅层(PSG)，既可以在电学上隔离器件和互连金属层，又可以在物理上将器件与可移动粒子等杂质源隔离开。

图3为刻蚀形成接触孔后的器件剖面示意图。利用光刻及刻蚀技术在硅片的对应位置处形成接触孔。如图3所示，在同一芯片上要形成的接触孔也不相同，图中示出了三种类型的接触孔：栅极接触孔140、源/漏极接触孔150和联接栅源极(或漏极)的接触孔130，除此之外还可以包括其他类型的接触孔，例如多层布线的不同导电层之间的接触孔。形成上述接触孔的步骤通常包括刻蚀步骤和清洗步骤，刻蚀步骤用来在层间介质层中形成通孔，由于刻蚀步骤会在接触孔的底部和侧壁形成刻蚀聚合物，因此清洗步骤可以进一步的将通孔底部和侧壁的刻蚀聚合物去除，暴露金属硅化物，形成接触电特性良好的接触孔。

但是上述接触孔的形成方法中，对于湿法清洗，氮化物与氧化物层相比，具有低得多的腐蚀速率，因此会造成在清洗步骤中接触孔的侧壁在氧化物层形成凹陷，致使在向接触孔填充导电物质时，导电物质不能完全覆盖接触孔，从而使得接触孔的电特性较差。

发明内容

本发明提供了一种接触孔形成方法，该方法在减小对接触孔侧壁的损伤，提高了接触孔底部的接触电特性。

本发明提供了一种接触孔形成方法，包括步骤：

提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底中及衬底上的MOS器件；覆盖MOS器件和衬底的层间介质层，所述层间介质层包括氧化物层和位于所述氧化物层上的氮化物层；

对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀停止在衬底表面，在所述层间介质层中形成通孔，所述刻蚀的同时在通孔内形成刻蚀聚合物；

对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀，使所述通孔延伸至衬底内；

用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物。

可选的，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中，刻蚀气体为NF3或者NF3和惰性气体的混合气体。

可选的，所述氮化物层的材料为氮化硅，所述氧化物层的材料为PSG。

可选的，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中NF3的流量为4sccm至8sccm，腔室压强为20mt至30mt，射频功率为40w至60w，电极温度为60摄氏度，时间为15s至20s。

可选的，所述酸溶液为：HF溶液。

可选的，所述HF溶液浓度小于或等于500ppm，清洗时间为101s至130s。

本发明还提供了一种接触孔形成方法，包括步骤：

提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底上的导电层；覆盖所述导电层的层间介质层，所述层间介质层包括氧化物层和位于所述氧化物层上的氮化物层；

用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物。

可选的，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中刻蚀气体为NF3或NF3和惰性气体的混合气体。

可选的，所述氮化层的材料为氮化硅，所述氧化物层的材料为PSG。

可选的，所述酸溶液为：HF溶液。

可选的，所述HF溶液浓度小于或等于500ppm，清洗时间在101s至130s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的接触孔形成方法将现有的清洗步骤替代为刻蚀和清洗步骤，从而采用刻蚀先去除一部分厚度的刻蚀聚合物，这样在用清洗进一步去除剩余的刻蚀聚合物的时候就可以减小浓度和/或缩短时间，因此本发明就减小了在清洗步骤中对接触孔侧壁氧化物层的损伤，提高了接触孔底部的接触电特性，提高了产品的成品率及器件的可靠性。

附图说明

图1至3为现有的接触孔形成方法的示意图；

图4为本发明接触孔形成方法的工艺流程图；

图5至图8为本发明接触孔形成方法的示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，在现有的形成接触孔的步骤中通常利用清洗步骤去除刻蚀接触孔时的聚合物，但是由于对于清洗或者湿法刻蚀，氮化物120与氧化物层110相比，具有低得多的刻蚀速率，因此清洗步骤会造成接触孔的侧壁在氧化物层形成凹陷，这样致使在向接触孔填充导电物质时，导电物质不能完全覆盖接触孔，从而使得接触孔的电特性较差。

本发明的发明人经过大量的实验研究，得到一种接触孔形成方法，包括步骤：提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底中及衬底上的MOS器件；覆盖MOS器件和衬底的层间介质层，所述层间介质层包括氧化物层和位于所述氧化物层上的氮化物层；对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀停止在衬底表面，在所述层间介质层中形成通孔，所述刻蚀的同时在通孔内形成刻蚀聚合物；对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀，使所述通孔延伸至衬底内；用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物。该方法在减小了对接触孔侧壁的损伤，提高了接触孔底部的接触电特性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面结合附图5至图8，对本发明的接触孔形成方法进行详细说明。参考图4，本发明的接触孔形成方法包括下列步骤：

步骤S10，提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底中及衬底上的MOS器件；覆盖MOS器件和衬底的层间介质层，所述层间介质层包括氧化层和位于所述氧化物层上的氮化物层。

具体的，参考图5，提供半导体衬底101，所述的半导体衬底101可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅；所述半导体衬底101也可以是硅、锗、砷化镓或硅锗化合物；该半导体衬底101还可以具有外延层或绝缘层上硅结构；所述的半导体衬底101还可以是其它半导体材料，这里不再一一列举。

参考图5，在所述衬底101表面形成栅极，及栅极两侧的源极和漏极，例如首先在硅衬底上形成多晶硅栅极。在硅衬底101上淀积厚度在到之间的栅氧化硅层103(Gate Oxide)，再在硅衬底101上刻蚀沟槽，填充氧化硅以形成各器件间的隔离沟槽102；接着淀积多晶硅，刻蚀形成多晶硅栅极104。

然后，在多晶硅栅极104侧壁处形成侧壁层。例如形成多晶硅栅极104后，先沉积一层厚度在到之间，如为的氧化硅层105，其与多晶硅栅极接触良好，不易脱落；再沉积一层厚度在到之间，如为的氮化硅层106，一般该氮化硅层是在较高温度下形成，以生成较为致密的氮化硅材料，实现对多晶硅栅极的良好保护，该侧壁层即为通常所说的氧化硅-氮化硅(ON)结构。由于氮化硅层的沉积温度较高，可容许生长的厚度有限，故而在有的侧壁层结构中还会在其上再生长一层左右的氧化硅层(图中未示出)，形成另一种常用的氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)侧壁层结构。接着，对沉积而成的ON或ONO介质层进行刻蚀，栅极侧壁处的侧壁层被保留，而在栅极顶部和栅极间硅衬底表面处的侧壁层被刻蚀去除。

再接着，就可以利用离子注入的方法形成源/漏极掺杂区。一般是利用多晶硅栅极及其侧壁上保留的侧壁层作为掩膜进行离子注入形成源/漏极掺杂区107和108。

所述半导体结构还包括覆盖MOS器件和衬底的层间介质层119。所述层间介质层119用于对衬底上的导线与导线之间的隔离。

所述层间介质层119包括氧化物层110和位于所述氧化物层110上的氮化物层120。所述氮化物层120的材料一般为氮化硅(SiN)。氧化物层110的材料一般选自SiO2或者掺杂的SiO2，例如USG(Undoped Silicon Glass，没有掺杂的硅玻璃)、BPSG(Borophosphosilicate Glass，掺杂硼磷的硅玻璃)、BSG(Borosilicate Glass，掺杂硼的硅玻璃)、PSG(Phosphosilitcate Glass，掺杂磷的硅玻璃)等。所述层间介质层119的厚度可以为20nm至5000nm。

所述层间介质层119的形成工艺可以是任何常规真空镀膜技术，比如原子沉积(ALD)、物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)等等，在这里不做赘述。

步骤S20，对层间介质层119进行刻蚀，刻蚀停止在衬底表面，在所述层间介质层119中形成通孔，所述刻蚀的同时在通孔内形成刻蚀聚合物。

参考图6，具体的可以先在所述层间介质层119表面形成光刻胶图形(未图示)，接着以所述光刻胶图形为掩膜，刻蚀层间介质层119直至暴露衬底表面，形成通孔201。一般的，刻蚀的过程中都会形成刻蚀聚合物，如图6中刻蚀聚合物202。该刻蚀聚合物会影响电接触特性，因此需要被去除。

所述刻蚀工艺可以是任何常规刻蚀技术，比如化学刻蚀或者等离子体刻蚀技术，在本实施例中，采用等离子体刻蚀技术，采用CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8或者C5F8中的一种或者几种作为反应气体刻蚀介质层200。

具体的刻蚀工艺参数可以为：选用等离子体型刻蚀设备，刻蚀设备腔体压力为10毫托至50毫托，射频功率为200W至500W，C4F8流量为10sccm至50sccm，CO流量为101sccm至200sccm，Ar流量为300sccm至600sccm，O2流量为10sccm至50sccm。

步骤S30，对所述刻蚀聚合物202和所述通孔201暴露的衬底进行干法刻蚀，使所述通孔延伸至衬底内。

具体的，参考图7，所述刻蚀采用等离子刻蚀技术，采用刻蚀气体为NF3和惰性气体的混合气体，该刻蚀步骤可以剥落通孔201内的刻蚀聚合物202，并且进一步的刻蚀接触孔内暴露的衬底，使得接触孔延伸到衬底内。

具体的刻蚀工艺参数可以为：选用等离子体型刻蚀设备，刻蚀设备腔体压强为20mt至30mt，射频功率为40w至60w，NF3的流量是4sccm至8sccm，还可以包括惰性气体，例如流量可以为30sccm至60sccm的Ar，电极温度是60摄氏度至70摄氏度，刻蚀时间为15s至20s。

例如在一具体实施中，刻蚀设备腔体压强为25mt，射频功率为50w，NF3的流量是5sccm，Ar的流量是55sccm，电极温度是65摄氏度，刻蚀时间为15s至20s。

在该刻蚀步骤之后可以去除光刻胶图形，其工艺可以为公知的光刻胶去除工艺，包括光刻胶去除溶液去除、等离子轰击去除等等。

该步骤形成暴露源极的接触孔，刻蚀去除衬底的厚度为(接触孔进入衬底的深度为)。在其它实施例中，例如在存储器件的制造中需要在STI上形成接触孔，则去除衬底的厚度为(接触孔进入衬底内STI的深度为)。在现有技术中，接触孔一般都停止在衬底表面，但是衬底表面容易存在绝缘的杂质，因此本发明中通过清洗步骤使得接触孔延伸到衬底内，从而使得在接触孔中填充导电介质之后，导电介质和衬底内的金属硅化物或者硅的电接触性更好。

步骤S40，用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物，形成接触孔。

由于在步骤S30中刻蚀聚合物被剥落，但是可能还存在一些残余，在该步骤中进一步的将残余的刻蚀聚合物202去除，将步骤S30中剥落掉的刻蚀聚合物清洗去除，从而形成接触电特性更好的接触孔。

参考图8，具体的，利用HF溶液，优选的，HF溶液浓度小于或等于500ppm，清洗时间在101s至130s，例如在一具体实现中，HF溶液浓度为400ppm，清洗时间为120s。

本发明的接触孔形成方法将现有的清洗步骤替代为刻蚀和清洗步骤，从而采用刻蚀先去除一部分厚度的刻蚀聚合物，这样在用清洗去除剩余的刻蚀聚合物的时候就可以减小浓度和/或缩短时间，因此本发明就减小了在清洗步骤中对接触孔侧壁氧化物层的损伤，提高了接触孔底部的接触电特性，提高了产品的成品率及器件的可靠性。

在另一实施例中，本发明还提供了一种接触孔形成方法，包括步骤：提供半导体结构，其包括衬底；位于衬底上的导电层；覆盖所述导电层的层间介质层，所述层间介质层包括氧化物层和位于所述氧化物层上的氮化物层；对所述层间介质层进行刻蚀，刻蚀停止在衬底表面，在所述层间介质层中形成通孔，所述刻蚀的同时在通孔内形成刻蚀聚合物；对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀，使所述通孔延伸至衬底内；用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物。所述导电层可以为一层布线的互连层或者二层布线的互连层。

其中，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中刻蚀气体为NF3或NF3和惰性气体的混合气体。

其中，所述氮化物层的材料为氮化硅，所述氧化物层的材料为PSG。

其中，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中NF3的流量为4sccm至8sccm，腔室压强为20mt至30mt，射频功率为40w至60w，电极温度为60摄氏度，时间为15s至20s。

其中，所述酸溶液为：HF溶液。

其中，所述HF溶液浓度小于或等于500ppm，清洗时间在101s至130s。

在上述实施例中接触孔的位置仅仅是举例说明，不对本发明做限定，实际上本发明的接触孔形成方法可以应用于任何位置及类型的接触孔的形成。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种接触孔形成方法，其特征在于，包括步骤：

对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀，去除部分所述刻蚀聚合物，使所述通孔延伸至衬底内；

用酸性溶液清洗，去除所述通孔内剩余的刻蚀聚合物，形成接触孔，其中，所述酸性溶液为HF溶液，所述HF溶液浓度小于或等于500ppm，清洗时间为101s至130s。

2.根据权利要求1所述的接触孔形成方法，其特征在于，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中，刻蚀气体为NF3或者NF3和惰性气体的混合气体。

3.根据权利要求2所述的接触孔形成方法，其特征在于，所述氮化物层的材料为氮化硅，所述氧化物层的材料为PSG。

4.根据权利要求3所述的接触孔形成方法，其特征在于，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中NF3的流量为4sccm至8sccm，腔室压强为20mt至30mt，射频功率为40w至60w，电极温度为60摄氏度，时间为15s至20s。

5.一种接触孔形成方法，其特征在于，包括步骤：

6.根据权利要求5所述的接触孔形成方法，其特征在于，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中刻蚀气体为NF3或NF3和惰性气体的混合气体。

7.根据权利要求6所述的接触孔形成方法，其特征在于，所述氮化层的材料为氮化硅，所述氧化物层的材料为PSG。

8.根据权利要求7所述的接触孔形成方法，其特征在于，对所述刻蚀聚合物和所述通孔暴露的衬底进行干法刻蚀步骤中NF3的流量为4sccm至8sccm，腔室压强为20mt至30mt，射频功率为40w至60w，电极温度为60摄氏度，时间为15s至20s。