接觸孔的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種接觸孔的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制作工藝正在快步進(jìn)入22nm節(jié)點(diǎn)時(shí)代。由于關(guān)鍵尺寸減小，在半導(dǎo)體器件中所形成的接觸孔也越來越小，傳統(tǒng)的金屬鋁已不能很好地沉積在接觸孔中，因而人們利用鎢替代鋁以制作金屬互連線，因?yàn)殒u的gap filling(溝槽填充)能力較佳。
[0003]但隨著接觸孔關(guān)鍵尺寸的越來越小，接觸孔刻蝕后的鎢填充工藝難度也變得越來越大，其主要原因就是因?yàn)樵阪u的填充過程中，接觸孔的頂部更容易堆積更厚的鎢，隨著接觸孔關(guān)鍵尺寸越來越小，極易出現(xiàn)孔的頂部已經(jīng)被鎢封口而孔內(nèi)還沒有被填充的狀態(tài)，這將會(huì)給芯片帶來極大的負(fù)面影響，會(huì)嚴(yán)重的損傷芯片的良率。
[0004]圖1A至ID顯示了現(xiàn)有接觸孔刻蝕的工藝方法。圖1A是刻蝕前的示意圖，圖案化光刻膠并露出待刻蝕的下層結(jié)構(gòu)；如圖1B所示，進(jìn)行ME (也稱為主刻蝕，main etch)，在這一步刻蝕至底下的CESL層上(接觸刻蝕停止層，Contact Etch Stop Layer，材質(zhì)為SiN)；如圖1C所示，進(jìn)行Strip (剝離)工藝，將殘留的光刻膠和APF材料層全部去除干凈；如圖1D所示，進(jìn)行SiN刻蝕，將底部的CESL全部刻蝕干凈。
[0005]經(jīng)過上述步驟后接觸孔的刻蝕成型工藝已經(jīng)完成，后續(xù)會(huì)進(jìn)行鎢的填充工藝。由于接觸孔刻蝕結(jié)束后，接觸孔頂部的S12會(huì)形成如圖2所示的凸起。這主要是因?yàn)殡S著器件的關(guān)鍵尺寸越來越小，接觸孔的尺寸也會(huì)越來越小，在刻蝕過程中伴隨產(chǎn)生的副產(chǎn)品將越來越不容易在反應(yīng)過程中被氣流帶走，因此會(huì)有部分副產(chǎn)品附著在接觸孔的頂部周圍，如圖2所示。這樣會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)鎢的填充能力，使得鎢會(huì)在接觸孔頂部優(yōu)先閉合，而接觸孔內(nèi)還存在縫隙，如圖3所示，這種結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響芯片的電性能，是芯片失效的主要缺陷之一O
[0006]因此，如何提供一種新的接觸孔的形成方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中由于刻蝕工藝后接觸孔頂部凸起，而造成的鎢填充時(shí)接觸孔內(nèi)留有縫隙的技術(shù)問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種接觸孔的形成方法，以改善刻蝕工藝后接觸孔的形貌，提高后續(xù)鎢填充的能力，從而提高器件性能，降低器件失效可會(huì)K。
[0008]本發(fā)明提供的接觸孔的形成方法，其包括以下步驟:
[0009]提供一待制作接觸孔的半導(dǎo)體器件的襯底；
[0010]在所述襯底上依次形成CESL層(接觸刻蝕停止層，Contact Etch Stop Layer)、S1Jl、介質(zhì)層、APF層(先進(jìn)圖案膜，Advanced Patterning Film)、抗反射層和光刻膠；
[0011]圖形化所述光刻膠以在待制作接觸孔的位置形成光刻膠凹槽；
[0012]主刻蝕，刻蝕所述襯底并停留在所述CESL層，形成接觸孔深槽；
[0013]去除殘留的光刻膠、抗反射層和APF層；
[0014]圓角化所述接觸孔深槽頂部的介質(zhì)層頂角，以形成圓角；
[0015]刻蝕去除接觸孔深槽底部的CESL層以及頂部的介質(zhì)層，圓角轉(zhuǎn)移至所述S1Jl頂部，形成具有圓角頂部的接觸孔。
[0016]進(jìn)一步地，所述圓角化包括利用等離子體轟擊所述介質(zhì)層頂角，以形成圓角。
[0017]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)層為SiN、SiCN或SiCO。
[0018]進(jìn)一步地，所述圓角化包括利用含有Ar的等離子體轟擊所述介質(zhì)層頂角。
[0019]進(jìn)一步地，所述圓角化包括利用Ar和CFjg合氣體的等離子體，Ar和CF 4的體積比例為50:1?2:lo
[0020]進(jìn)一步地，所述圓角化的反應(yīng)壓力為30-50mt，功率為200-300W。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述抗反射層包括上層NF-DARC層(無氮介質(zhì)抗反射層，Nitrogen-Free Dielectric Anti Reflective Coating)和下層 BARC 層(底部抗反射層，Bottom Anti Reflective Coating)。
[0022]進(jìn)一步地，所述形成方法還包括在形成的具有圓角頂部的接觸孔內(nèi)填充鎢。
[0023]本發(fā)明提供的接觸孔的形成方法，在二氧化硅層與APF層之間增加一層介質(zhì)層，并通過在形成接觸孔深槽之后，利用圓角化工藝使接觸孔深槽頂部的介質(zhì)層頂角圓化，形成圓角，在后續(xù)去除介質(zhì)層之后，圓角轉(zhuǎn)移至二氧化硅層頂部，使得最終形成的接觸孔具有圓角頂部。這樣，在后續(xù)鎢填充的工藝過程中，接觸孔頂部不會(huì)過早封口，提升了鎢的填充能力，從而提高器件的性能，降低器件失效的可能。
【附圖說明】
[0024]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0025]圖1A至ID是現(xiàn)有接觸孔刻蝕的工藝方法；
[0026]圖2是現(xiàn)有方法形成的接觸孔頂部形成的凸起示意圖；
[0027]圖3是現(xiàn)有方法形成的接觸孔填充鎢的示意圖；
[0028]圖4A至4F是本發(fā)明接觸孔形成方法的各步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]請同時(shí)參閱圖4A至圖4F，本實(shí)施例的接觸孔的形成方法，包括以下步驟:
[0030]步驟1，提供一待制作接觸孔的半導(dǎo)體器件的襯底，從圖4A可見，本實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件已形成有三個(gè)柵極以及P阱、N阱，需要制作三個(gè)接觸孔以與這三個(gè)柵極相接觸。
[0031]步驟2，在襯底上依次形成CESL層11、S1jl 12、介質(zhì)層13、APF層14、抗反射層15和光刻膠16，如圖4A所示。其中，本實(shí)施例的抗反射層包括下層NF-DARC層和上層BARC層，NF-DARC無氮介質(zhì)抗反射層是配合APF層作為抗反射層和刻蝕APF時(shí)的硬掩模，而BARC底部抗反射層則是配合光刻膠使用。其中，本步驟可采用本領(lǐng)域常用的沉積、淀積和涂布等工藝實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次的形成。本實(shí)施例中，S12層為ILD(層間介質(zhì)，inter layerdielectric)，先用填充性能較好的HARP填完后，再長一層TE0S。為了便于后續(xù)步驟對接觸孔深槽頂角的圓角化處理，本實(shí)施例中的介質(zhì)層采用SiN，在其他實(shí)施例中，也可采用SiCN或SiCO等材料。
[0032]步驟3，圖形化光刻膠16，以在待制作接觸孔的位置形成光刻膠凹槽，如圖4A所不O
[0033]步驟4，主刻蝕步驟，以光刻膠16為掩模，依次刻蝕抗反射層15、APF層14、介質(zhì)層
13、S1Jl 12，并停止于CESL層11，形成接觸孔深槽21，如圖4B所示。本步驟中，各個(gè)層次的刻蝕工藝可采用本領(lǐng)域常用手段。本實(shí)施例用由C02/C0為主體刻蝕氣體刻蝕APF層，用含F(xiàn)的氣體分別刻蝕介質(zhì)層和S1Jl。
[0034]步驟5，去除殘留的光刻膠、抗反射層和APF層，如圖4C所示。本步驟可采用本領(lǐng)域常用的剝離、去除工藝去除介質(zhì)層13以上的所有層次。由于在步驟4主刻蝕中已經(jīng)把光刻膠以及NF-DARC層和BARC層已經(jīng)刻蝕完，此步驟用氧氣為主的刻蝕方式把APF剝離。
[0035]步驟6，圓角化接觸孔深槽21頂部的介質(zhì)層13頂角，以形成圓角，如圖4D所示。本步驟形成的圓角介質(zhì)層，可以在后續(xù)工藝中轉(zhuǎn)移到S1Jl 12上，即最終接觸孔的頂部形成圓角。實(shí)際應(yīng)用中，可以采用本領(lǐng)域公知的手段對介質(zhì)層13頂角進(jìn)行圓角化處理。在本實(shí)施例中，介質(zhì)層由于采用SiN，可采用等離子體轟擊的方法使介質(zhì)層頂角圓角化，形成圓角。具體地，利用含有Ar的等離子體，其具有偏向尖角轟擊的作用，可以使接觸孔深槽頂部的形貌變得圓滑。較佳地，采用Ar和CF^合氣體的等離子體，Ar和CF 4的體積比例為50:I?2:1，本實(shí)施例中兩者體積比為500:60o本步驟的反應(yīng)壓力較佳地為30-50mt，低頻功率較佳地為200-300W。
[0036]步驟7，刻蝕去除接觸孔深槽21底部的CESL層11以及頂部的介質(zhì)層13，圓角轉(zhuǎn)移至S1Jl 12頂部，形成具有圓角頂部的接觸孔22，如圖4E所示。本步驟中，采用本領(lǐng)域常用手段去除CESL層，在去除的同時(shí)，SiN介質(zhì)層13也一并被刻蝕去除，使得圓角可以轉(zhuǎn)移至S1Jl 12頂部。至此，具有圓角頂部的接觸孔22形成。
[0037]較佳地，本實(shí)施例還包括步驟8，在形成的具有圓角頂部的接觸孔22內(nèi)填充鎢3，鎢的填充均勻、連續(xù)，不會(huì)在接觸孔頂部過早封口。
[0038]本實(shí)施例的接觸孔形成方法，在二氧化硅層與APF層之間增加一層SiN介質(zhì)層，并通過在形成接觸孔深槽之后，利用圓角化工藝使接觸孔深槽頂部的介質(zhì)層頂角圓化，形成圓角，在后續(xù)去除介質(zhì)層之后，圓角轉(zhuǎn)移至二氧化硅層頂部，使得最終形成的接觸孔具有圓角頂部。這樣，在后續(xù)鎢填充的工藝過程中，接觸孔頂部不會(huì)過早封口，提升了鎢的填充能力，從而提高器件的性能，降低器件失效的可能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種接觸孔的形成方法，其特征在于，其包括以下步驟: 提供一待制作接觸孔的半導(dǎo)體器件的襯底； 在所述襯底上依次形成CESL層、S1jl、介質(zhì)層、APF層、抗反射層和光刻膠； 圖形化所述光刻膠以在待制作接觸孔的位置形成光刻膠凹槽； 主刻蝕，刻蝕所述襯底并停留在所述CESL層，形成接觸孔深槽； 去除殘留的光刻膠、抗反射層和APF層； 圓角化所述接觸孔深槽頂部的介質(zhì)層頂角，以形成圓角； 刻蝕去除接觸孔深槽底部的CESL層以及頂部的介質(zhì)層，圓角轉(zhuǎn)移至所述S1Jl頂部，形成具有圓角頂部的接觸孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述圓角化包括利用等離子體轟擊所述介質(zhì)層頂角，以形成圓角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述介質(zhì)層為SiN、SiCN或SiCO0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述圓角化包括利用含有Ar的等離子體轟擊所述介質(zhì)層頂角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述圓角化包括利用Ar和CFJg合氣體的等離子體，Ar和CF4的體積比例為50:1?2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述圓角化的反應(yīng)壓力為30-50mt,功率為 200-300W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述抗反射層包括上層NF-DARC層和下層BARC層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的接觸孔的形成方法，其特征在于:所述形成方法還包括在形成的具有圓角頂部的接觸孔內(nèi)填充鎢。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接觸孔的形成方法，在二氧化硅層與APF層之間增加一層介質(zhì)層，并通過在形成接觸孔深槽之后，利用圓角化工藝使接觸孔深槽頂部的介質(zhì)層頂角圓化，形成圓角，在后續(xù)去除介質(zhì)層之后，圓角轉(zhuǎn)移至二氧化硅層頂部，使得最終形成的接觸孔具有圓角頂部。這樣，在后續(xù)鎢填充的工藝過程中，接觸孔頂部不會(huì)過早封口，提升了鎢的填充能力，從而提高器件的性能，降低器件失效的可能。
【IPC分類】H01L21-768
【公開號(hào)】CN104733380
【申請?zhí)枴緾N201510144276
【發(fā)明人】黃海, 黃君, 蓋晨光
【申請人】上海華力微電子有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月30日