CN102446818A

CN102446818A - 一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法

Info

Publication number: CN102446818A
Application number: CN2011101834596A
Authority: CN
Inventors: 张守龙; 胡有存; 张亮; 陈玉文
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明提供了一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，包括，在一晶圆所包含的晶体管器件上由下至上依次覆盖一采用高纵宽比工艺形成的氧化物层、刻蚀阻挡层和硅氧化物层；在所述硅氧化物层多个位置，同时自上至下刻蚀所述硅氧化物层、刻蚀阻挡层，由于所述硅氧化物层与刻蚀阻挡层在刻蚀率上的差异，使刻蚀界面停在SiN薄膜上；之后，再继续刻蚀所述高纵宽比工艺形成的氧化物层并形成分别接触晶体管器件漏区或源区及栅极的通孔。本发明在高纵宽比工艺形成的氧化物层和TEOS硅氧化物层之间生长一层相对于硅氧化物层刻蚀速率较低的刻蚀阻挡层，其可有效暂停或放慢蚀刻速率，从而抵消或减小晶圆各部分由于刻蚀工艺各薄膜厚度差异，而引起的过刻蚀问题缺陷。

Description

一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造方法，尤其涉及一种开设改善刻蚀通孔工艺中改善刻蚀终点均匀性的方法。

背景技术

在现代多层互联结构的半导体集成电路制备过程中，其通过在各层互联层间的绝缘层中开设通孔，并再通孔填充钨、铝、铜等导电金属从而实现各层互连层的整体连接。

先进工艺的层间介质层的薄膜制程是在晶圆上依次生长SiN层、采用高纵宽比工艺（HARP）形成的氧化物层、以及正硅酸乙酯（TEOS）生成硅氧化物作为绝缘层，之后通过化学机械研磨的工艺达到平坦化。然而由于栅极有一定的高度，在平坦化工艺后，其上方绝缘层相对于晶圆其他部分的绝缘层厚度较薄，因此在后续的开设连接通孔工艺中，其栅极方的绝缘层过早刻蚀完全，而使得栅极上极易发生过刻蚀现象。

如图1所示，以互补金属氧化物半导体器件CMOS器件进行叙述说明，CMOS器件通常形成在图中未示出的晶圆（或硅衬底）中，其NMOS和PMOS共同形成在P型的硅衬底上，其中，NMOS的N+型源区、N+型漏区形成在P阱中，PMOS的P+型源区、P+型漏区形成在N阱中，NMOS的有源区与PMOS的有源区通过浅沟槽隔离结构（STI）进行隔离。其中，硅化物的导电层1（如TiSi₂）形成在NMOS及PMOS各自的源区、及漏区的表面，并分别与它们形成良好的电接触，以便于后续形成接触导电层1的并填充金属的通孔。通常以通孔刻蚀停止层5覆盖在NMOS和PMOS各自的有源区的所在的衬底上，且通孔刻蚀停止层5还覆盖PMOS及NMOS各自的栅极，同时，围绕在PMOS及NMOS各自的栅极侧壁的偏移隔离层、侧墙隔离层也被通孔刻蚀停止层5所覆盖。在平坦化后，栅极2上方TEOS硅氧化物层3厚度明显小于基底1上方的TEOS硅氧化物层3厚度，使得栅极2上方的总绝缘层厚度h2明显小于基底1上方的总绝缘层厚度h2，在通孔刻蚀过程中，所述栅极2上方TEOS硅氧化物层3首先被击穿，而由于HARP形成的氧化物层2应力较小，其会在短时间被击穿，而直接刻蚀SiN层。在改善刻蚀通孔工艺中，为了确保刻蚀到基底1，刻蚀量必须>h1，然而相对栅极2较小的刻蚀量需求，在达到刻蚀终点时，往往在栅极2上已出现过刻蚀，如图中，所述栅极2的A部分明显出现过刻蚀现象，造成蚀刻终点的不均匀性，而蚀刻终点的不均匀性直接影响到各层互连层之间隔元件的信号传递，从而影响到集成电路的整体性能。

发明内容

本发明提供了一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其针对现有通孔刻蚀工艺中存在的不足，在HARP生长之后增加一层SiN的薄膜，起到刻蚀阻挡层的作用，而此界面以下的绝缘层厚度相对均一，减少后续刻蚀工艺时薄膜厚度差异，有效避免过刻蚀的产生。

本发明一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法通过以下技术方案实现其目的：

一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，在一晶圆所包含的晶体管器件上覆盖有一层第一氧化物层，其中，具体包括以下步骤：

步骤一：在所述第一氧化物层上覆盖一层刻蚀阻挡层；

步骤二：在所述刻蚀阻挡层上方生成一层硅氧化物层；

步骤三：在所述硅氧化物层多个位置，同时自上至下刻蚀所述硅氧化物层、刻蚀阻挡层，由于所述硅氧化物层与刻蚀阻挡层在刻蚀率上的差异，使刻蚀停在SiN薄膜上；

步骤四：继续刻蚀所述第一氧化物层形成分别接触晶体管器件漏区或源区及栅极的通孔，期间，由于再次刻蚀的厚度较为均匀，有效避免或减小对栅极的过刻蚀的产生。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述晶圆所包含的晶体管器件表面与所述的第一氧化物层之间还设有一层通孔蚀刻停止层，在所述步骤四中，在所述第一氧化物层蚀刻完成后，蚀刻所述通孔蚀刻停止层，以形成分别接触晶体管器件漏区或源区及栅极的通孔。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述的通孔蚀刻停止层采用氮化硅制成。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述刻蚀阻挡层采用相对于TEOS硅氧化物层刻蚀速率较低的材料制成。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述蚀刻阻挡层采用氮化硅制成。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，包括在钨栓制作工艺中的应用。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述的第一氧化物层为采用高纵宽比工艺形成的氧化物层。

上述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其中，所述硅氧化物层为利用TEOS所生成的硅氧化物层。

采用本发明一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法的优点在于：

本发明一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，在高纵宽比工艺形成的氧化物层和TEOS硅氧化物层之间生长一层相对于TEOS硅氧化物层刻蚀速率较低的刻蚀阻挡层，在刻蚀通孔过程中，有效暂停或放满蚀刻速率，从而抵消或减小晶圆各部分由于后续刻蚀工艺时薄膜厚度差异，而引起的过刻蚀问题缺陷。

附图说明

图1为现有通孔蚀刻工艺的形成的通孔结构示意图；

图2为采用本发明的通孔蚀刻工艺的过程示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明通过向沉积有采用高纵宽比工艺形成的氧化物层以及TEOS硅氧化物层的晶圆上刻蚀通孔以导通栅极及基底时，在所述高纵宽比工艺形成的氧化物层和TEOS硅氧化物层之间形成一层刻蚀阻挡层；起到刻蚀阻挡层的作用，而此界面以下的绝缘层厚度相对均一，减少后续刻蚀工艺时薄膜厚度差异，有效避免过刻蚀的产生。从而改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性。

其具体步骤包括：

步骤一(图2(a)所示)：在晶圆的基底由下至上依次沉淀一层TEOS硅氧化物层3、一层刻蚀阻挡层5’和一层高纵宽比工艺形成的氧化物层4。其中在每一层沉积完成后，采用化学抛光工艺，将其抛光，且保证，所述的刻蚀阻挡层5’和高纵宽比工艺形成的氧化物层4厚度均一，这些都为现有技术，在此不做过多阐述。

而所述刻蚀阻挡层5’采用相对于TEOS硅氧化物刻蚀速率较低的材料制成。这样可以有效缓解蚀刻过程，而使蚀刻更容易控制。该所述刻蚀阻挡层5’优选采用所述的第二刻蚀阻挡层采用氮化硅制成。

而当所述TEOS硅氧化物层3抛光完成后，我们发现，由于栅极有一定的厚度，因而栅极上层的TEOS硅氧化物层3厚度明显小于基底其他地方的TEOS硅氧化物层3厚度。

步骤二：(图2(b)所示)在晶圆的栅极以及基底上方的所述TEOS硅氧化物层3的不同位置，分别刻蚀通孔，包括通孔8’和通孔9’。

步骤三：当所述通孔8’和9’的所述TEOS硅氧化物层3完全后，所述通孔8’和9’底部触及所述的刻蚀阻挡层5’时，由于TEOS硅氧化物层与刻蚀阻挡层在刻蚀率上的差异，使刻蚀界面停在S_iN薄膜上。

从而避免了如图1所述的，栅极上方的TEOS硅氧化物层3蚀刻完全，直接进入所述高纵宽比工艺形成的氧化物层4蚀刻时，基底1上方任剩余一定厚度TEOS硅氧化物层3，而当这些剩余的TEOS硅氧化物蚀刻完全，并完成所述高纵宽比工艺形成的氧化物层4通孔刻蚀时，所述栅极上已产生明显的过蚀刻现象（如A部分所示）。

步骤四：所述的通孔8’和9’的所述栅极上方以及基底上方的TEOS硅氧化物层3均刻蚀完全，且到达所述刻蚀阻挡层5’时，再次同时进行刻蚀；而由于其下方的高纵宽比工艺形成的氧化物层4和通孔刻蚀停止层5的厚度相对均一，使得通孔8’和9’的蚀刻工艺同步进行，协调蚀刻进度。

步骤五：当刻蚀通孔导通晶圆基底时，停止蚀刻。而如图2（c）所示，可以有效避免或减小蚀刻产生通孔8和9底部的过蚀刻现象。

在图中，所述晶圆基底与所述的高纵宽比工艺形成的氧化物层4之间还设有一层通孔刻蚀停止层5，而所述TEOS硅氧化物层3和一层采用高纵宽比工艺形成的氧化物层4之间的刻蚀阻挡层为刻蚀阻挡层5’与所述通孔刻蚀停止层5均优选采用氮化硅制成。值得注意的是，所述的通孔蚀刻停止层5，不但可以用于通孔蚀刻工艺中，改善通孔蚀刻终点均一性，其结构还可用于改善漏极、源极以及栅极的应力需求，这都是本领域的现有技术，在此不再累述。本发明改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法优选采用在钨栓制作工艺中的应用。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，在一晶圆所包含的晶体管器件上覆盖有一层第一氧化物层，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：在所述第一氧化物层上覆盖一层刻蚀阻挡层；

步骤二：在所述刻蚀阻挡层上方生成一层硅氧化物层；

2.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述晶圆所包含的晶体管器件表面与所述的第一氧化物层之间还设有一层通孔蚀刻停止层，在所述步骤四中，在所述第一氧化物层蚀刻完成后，蚀刻所述通孔蚀刻停止层，以形成分别接触晶体管器件漏区或源区及栅极的通孔。

3.根据权利要求2所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述的通孔蚀刻停止层采用氮化硅制成。

4.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层采用相对于TEOS硅氧化物层刻蚀速率较低的材料制成。

5.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述蚀刻阻挡层采用氮化硅制成。

6.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，包括在钨栓制作工艺中的应用。

7.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述的第一氧化物层为采用高纵宽比工艺形成的氧化物层。

8.根据权利要求1所述的改善刻蚀通孔工艺中刻蚀终点均匀性的方法，其特征在于，所述硅氧化物层为利用TEOS所生成的硅氧化物层。