CN104465502A - 一种半导体接触孔的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用三明治结构的半导体接触孔的刻蚀方法。包括提供一基底,基底上形成有多个导电结构;于基底上形成一覆盖基底和导电结构的第一SiN层;于第一SiN层上方形成SiO2层;于SiO2层上方形成第二SiN层;于第二SiN层上方沉积形成一SiO2的ILD层;平坦化ILD层,并于ILD层表面形成ILD cap层;ILD cap层从上而下依次包括有光刻胶层和抗反射涂层,于光刻胶层中刻蚀形成接触孔图案;八、利用接触孔图案进行刻蚀,以将各导电结构及位于导电结构两侧的源/漏极予以外露。本发明的优点是:避免采用采用的单一介质的SiN或者双层介质,使得基底表面的硅氧化物和STI层损耗数量减少。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域。具体的涉及一种采用三明治结构的半导体材料作为接触孔刻蚀停止层的刻蚀方法。
背景技术
对于接触孔刻蚀的刻蚀阻挡层的选择多为单一介质的SiN层,业界也有因为对于漏电方面的高要求而采用SiON或者SiN-SiON复合层代替SiN的案例。无论是SiN或者SiON-SiN复合刻蚀阻挡层,在摩尔定律对于芯片面积的不断挤压的压力下,其厚度随着沟道长度一起变小,从而对于层间介质层(ILD)对接触孔蚀刻停止层(CESL)的选择比提出了更高的要求,但是无论是采用PR(光刻胶)或者HM(硬掩膜)等光刻方案,层间介质层(ILD)对于接触孔蚀刻停止层(CESL)的选择比的提高是有极限的,因此当前层出现工艺错失,比如光刻套刻偏差过大或者金属硅化物厚度不够时,则会对浅沟槽隔离结构(STI)和底部硅化物层造成更大的损耗,从而影响对应的诸如击穿电压和接触电阻,造成器件失效。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供本发明从刻蚀阻挡层重构着眼,采用新型的复合结构的阻挡层以减少浅沟槽隔离结构(STI)和底部硅化物层的损伤。具体技术方案为:
一种半导体接触孔的刻蚀方法,其中:包括如下步骤:
步骤一、提供一基底,所述基底上形成有多个导电结构;
步骤二、于所述基底上形成一覆盖所述基底和导电结构的第一SiN层;
步骤三、于所述第一SiN层上方形成SiO2层;
步骤四、于所述SiO2层上方形成第二SiN层;
步骤五、于所述第二SiN层上方沉积形成一SiO2的ILD层;
步骤六、平坦化所述ILD层,并于所述ILD层表面形成ILD cap层;
步骤七、所述ILD cap层从上而下依次包括有光刻胶层和抗反射涂层,于所述光刻胶层中刻蚀形成接触孔图案;
步骤八、利用所述接触孔图案进行刻蚀,以将各导电结构及位于导电结构两侧的源/漏极予以外露。
优选地,所述步骤二,和/或所述步骤三,和/或所述步骤四中,采用等离子体增强化学气相沉积工艺,以形成第一SiN层,和/或SiO2层,和/或第二SiN层,和/或ILD层。
优选地,所述第一SiN层所承受的拉应力或压应力的范围0~10Gpa。
优选地,所述步骤五中,采用高纵深比制程工艺或高密度等离子工艺生成所述ILD层。
优选地,所述步骤六中,所述平坦化为化学机械研磨工艺。
优选地,采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述ILD层表面形成ILD cap层。
优选地,于步骤八中,采用分步刻蚀的方法形成所述接触孔;包括
步骤八一、图案化所述光刻胶层和所述抗反射涂层(BARC);
步骤八二、以光刻胶层为掩膜,以所述第一SiN层为停止层对所述ILD层进行图案化刻蚀;
步骤八三、灰化剥离所述光刻胶层并移除所述抗反射涂层;
步骤八四、以所述SiO2层为停止层,图案化刻蚀所述第一SiN层;
步骤八五、以所述第二SiN层为停止层,图案化刻蚀所述SiO2层;
步骤八六、以所述基底表面为停止层,图案化刻蚀所述第二SiN层。
优选地,所述步骤八四、所述步骤八六中,采用CH3F气体进行刻蚀。
优选地,所述步骤八五中,采用C4F6气体进行刻蚀。
与现有技术相比,本发明的优点是:采用三明治结构的复合刻蚀阻挡层,三明治结构为第一SiN层,SiO2层和第二SiN硅的的复合阻挡层。避免采用采用的单一介质的SiN或者双层介质,减少基底表面的浅沟槽隔离结构(STI)和底部硅化物层损耗。同时采用CH3F气体图案化刻蚀第一SiN层、第二SiN层,采用C4F6气体图案化刻蚀SiO2层,刻蚀精确,进一步提高器件的电性能。
附图说明
图1为本发明的接触孔刻蚀前的半导体结构图;
图2为本发明的接触孔刻蚀后的半导体结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
如图1、2所示,一种半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:包括如下步骤
步骤一、提供一基底1,所述基底1上形成有多个导电结构。在半导体领域中,该基底1为半导体衬底,在衬底上形成有栅极和侧墙;基底中定义有AA(active area,有源区)区,相邻的AA区之间通过浅沟隔离区(STI)进行隔离,。在栅极底部两侧的衬底中分别形成源极(source)和漏极(darin),且在栅极顶部和源/漏极顶部均形成有金属硅氧化物。
步骤二、于所述基底上形成一覆盖所述基底和导电结构的第一SiN层;进一步地,可采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述基底1上形成一覆盖所述基底1的第一SiN层2;可选但非限制,所述第一SiN层2所承受的拉应力或压应力的范围0~10Gpa。
步骤三、于所述第一SiN层2上方形成SiO2层3;进一步地,可采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述第一SiN层2上方形成SiO2层3。
步骤四、于所述SiO2层3上方形成第二SiN层4;进一步地,可采用等离子体增强化学气相沉积工艺于于所述SiO2层上方形成第二SiN层4。
步骤五、于所述第二SiN层4上方沉积形成一材质为SiO2的ILD层5;可采用高纵深比制程工艺或高密度等离子工艺生成所述ILD层5。
步骤六、平坦化所述ILD层5,并于所述ILD层5表面形成ILD cap层6;进一步地,所述平坦化为化学机械研磨工艺。
步骤七、所述ILD cap层6从上而下依次包括有光刻胶层61和抗反射涂层62,于所述光刻胶层61上端刻蚀形成接触孔图案;进一步地,采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述ILD层5表面形成ILD cap层6。可选但非限制,上述的光刻胶层还可用其他材质进行替换,例如图案化的硬掩膜层(HM,hard mask)或者APF。
步骤八、利用所述接触孔图案进行刻蚀,以将各导电结构及位于导电结构两侧的源/漏极予以外露。例如利用所述接触孔图案进行刻蚀的过程中,不断对ILD层5、第二SiN层4、SiO2层3、第一SiN层2进行刻蚀,以将各导电结构及位于导电结构两侧的源/漏极予以外露,用于形成接触孔,之后在接触孔内填充金属作为金属互连。
进一步地,于步骤八中,采用分步刻蚀的方法形成所述接触孔;包括
步骤八一、图案化所述光刻胶层61和所述抗反射涂层(BARC)层62;
步骤八二、以光刻胶层61为掩膜,以所述第一SiN层2为停止层对所述ILD层5进行图案化刻蚀;
步骤八三、灰化剥离所述光刻胶层61;
步骤八四、以所述SiO2层3为停止层,图案化刻蚀所述第一SiN层2;进一步地,采用CH3F气体进行图案化刻蚀。
步骤八五、以所述第二SiN层4为停止层,图案化刻蚀所述SiO2层3;所述步骤八五中,采用C4F6气体进行刻蚀。
步骤八六、以所述基底1表面为停止层,图案化刻蚀所述第二SiN层4。进一步地,采用CH3F气体进行图案化刻蚀。
本发明的工作原理为:采用三明治结构的复合刻蚀阻挡层,避免采用采用的单一介质的SiN或者双层介质,减少基底表面的浅沟槽隔离(STI)层和底部硅化物层损耗。同时采用CH3F气体图案化刻蚀第一SiN层2、第二SiN层4,采用C4F6气体图案化刻蚀SiO2层3,刻蚀精确,进一步提高器件的电性能。
本发明的刻蚀可为光刻,包括但不限于基于光刻胶或电子束敏感树脂刻蚀工艺、基于无定形碳硬质掩膜或基于有机介质层的可涂布玻璃光刻胶的三层刻蚀方案,同时可以应用于接触孔或局域互连的源、漏极连接刻蚀。
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、提供一基底,所述基底上形成有多个导电结构;
步骤二、于所述基底上形成一覆盖所述基底和导电结构的第一SiN层;
步骤三、于所述第一SiN层上方形成SiO2层;
步骤四、于所述SiO2层上方形成第二SiN层;
步骤五、于所述第二SiN层上方沉积形成一SiO2的ILD层;
步骤六、平坦化所述ILD层,并于所述ILD层表面形成ILD cap层;
步骤七、所述ILD cap层从上而下依次包括有光刻胶层和抗反射涂层,于所述光刻胶层中刻蚀形成接触孔图案;
步骤八、利用所述接触孔图案进行刻蚀,以将各导电结构及位于导电结构两侧的源/漏极予以外露。
2.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述步骤二,和/或所述步骤三,和/或所述步骤四中,采用等离子体增强化学气相沉积工艺,以形成第一SiN层,和/或SiO2层,和/或第二SiN层,和/或ILD层。
3.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述第一SiN层所承受的拉应力或压应力的范围0~10Gpa。
4.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述步骤五中,采用高纵深比制程工艺或高密度等离子工艺生成所述ILD层。
5.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述步骤六中,所述平坦化为化学机械研磨工艺。
6.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:采用等离子体增强化学气相沉积工艺于所述ILD层表面形成ILD cap层。
7.根据权利要求1所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:于步骤八中,采用分步刻蚀的方法形成所述接触孔;包括
步骤八一、图案化所述光刻胶层和所述抗反射涂层(BARC);
步骤八二、以光刻胶层为掩膜,以所述第一SiN层为停止层对所述ILD层进行图案化刻蚀;
步骤八三、灰化剥离所述光刻胶层并移除所述抗反射涂层;
步骤八四、以所述SiO2层为停止层,图案化刻蚀所述第一SiN层;
步骤八五、以所述第二SiN层为停止层,图案化刻蚀所述SiO2层;
步骤八六、以所述基底表面为停止层,图案化刻蚀所述第二SiN层。
8.根据权利要求7所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述步骤八四、所述步骤八六中,采用CH3F气体进行刻蚀。
9.根据权利要求7所述的半导体接触孔的刻蚀方法,其特征在于:所述步骤八五中,采用C4F6气体进行刻蚀。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |