電子器件的制造方法
【專利摘要】本公開涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。為了提供具有高可靠性同時(shí)抑制制造成本的半導(dǎo)體器件，通過使用至少包含CF4氣體和C3H2F4氣體作為其成分的混合氣體來(lái)執(zhí)行用于絕緣膜的干法蝕刻。
【專利說明】
電子器件的制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 包括說明書、附圖和摘要在內(nèi)的、于2015年3月20日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2015-058031的公開通過引用全文合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，并且特別地涉及對(duì)絕緣膜進(jìn)行干法蝕刻的方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、高級(jí)S0C(芯片上系統(tǒng))產(chǎn)品和精密液晶驅(qū) 動(dòng)器)的制造工藝中，使用其中在絕緣層上嵌入和形成布線層的鑲嵌工藝以及借由ArF準(zhǔn)分 子激光的ArF光刻法。
[0005] 當(dāng)在鑲嵌工藝中形成布線層時(shí)，通過使用ArF抗蝕劑作為掩模對(duì)絕緣膜(諸如氧化 硅膜或低介電常數(shù)膜(低_k膜)）進(jìn)行干法蝕刻來(lái)形成布線溝槽(溝槽）。
[0006] 在干法蝕刻中使用諸如CF4/CHF3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F 6或CF4/C4F8的混合氣體作 為蝕刻氣體。
[0007] 例如，將通過雙高頻波而電容耦合的氧化物膜干法蝕刻裝置用作干法蝕刻裝置。 作為高頻波，通常對(duì)上電極施加60MHz頻率的波，而對(duì)下電極施加2MHz頻率的波。
[0008] 例如，引用專利文獻(xiàn)1(日本未審查專利申請(qǐng)公開No.2001-274141)作為本技術(shù)領(lǐng) 域的【背景技術(shù)】。專利文獻(xiàn)1公開了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過CHF 3/C0/CF4混合氣 體對(duì)包括硅基材料的絕緣膜進(jìn)行蝕刻。
[0009] 專利文獻(xiàn)2(日本未審查專利申請(qǐng)公開No.2011-119310)公開了一種通過使用包含 CHF2COF的蝕刻氣體而對(duì)包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)或金屬的薄膜進(jìn)行蝕刻的方法。
[0010] 專利文獻(xiàn)3公開了 一種包#CaFbHc的蝕刻劑。這里，規(guī)定:CaF bHc中的a、b和c中每一 者代表正整數(shù)(排除a = 3，b = 4，c = 2);并且滿足2 < a < 5、c<b 2 l、2a+2>b+c以及b < a+c 的關(guān)系。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0012]專利文獻(xiàn)
[0013] 【專利文獻(xiàn)1】日本未審查專利申請(qǐng)公開No · 2001-274141
[0014] 【專利文獻(xiàn)2】日本未審查專利申請(qǐng)公開No .2011-119310
[0015] 【專利文獻(xiàn)3】日本未審查專利申請(qǐng)公開No · 2013-30531

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 當(dāng)如上所述通過使用ArF抗蝕劑對(duì)諸如氧化硅膜或低介電常數(shù)膜(低-k膜)的絕緣 膜進(jìn)行干法蝕刻時(shí)，蝕刻過程中抗蝕劑選擇比的極限，也即氧化硅膜的蝕刻速率與抗蝕劑 掩模的蝕刻速率的比的極限為近似1.5。
[0017] 這意味著，隨著抗蝕劑選擇比更大，蝕刻掩模的性能更高。
[0018] 例如，當(dāng)在90-nm工藝中使用ArF抗蝕劑作為蝕刻掩模時(shí)，鑒于ArF抗蝕劑的厚度， 能夠精確蝕刻的二氧化規(guī)模的厚度極限為近似200nm。
[0019] 因此，為了改進(jìn)抗蝕劑選擇比，對(duì)干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格做出改變，其中例如， 較低高頻電源(RF電源）的RF頻率從2MHz改變?yōu)?7MHz。從而變得可通過增加RF頻率來(lái)減小 離子的濺射效應(yīng)，從而改進(jìn)抗蝕劑選擇比。通過對(duì)硬性規(guī)格做出改變，抗蝕劑選擇比從近似 1.5改進(jìn)為近似2.0，并且能夠蝕刻的氧化硅膜厚度變?yōu)榻?60nm。
[0020] 可替換地，可采用另一改進(jìn)抗蝕劑選擇比的方法，其中使得抗蝕劑具有包括ArF抗 蝕劑的多層抗蝕劑結(jié)構(gòu)。
[0021] 然而，對(duì)干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格的改變和引入多層抗蝕劑中每一者均導(dǎo)致半導(dǎo) 體器件制造成本的顯著增加。
[0022] 也即，本發(fā)明實(shí)施例的挑戰(zhàn)性在于抑制制造成本。另一挑戰(zhàn)性在于制造具有高可 靠性的半導(dǎo)體器件。通過本發(fā)明的說明和附圖，其他挑戰(zhàn)性和新的特征將變得清楚。
[0023] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過使用至少包含CF4氣 體和C3H 2F4氣體作為其成分的混合氣體而對(duì)絕緣膜進(jìn)行干法蝕刻。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0025] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可制造具有高可靠性的半導(dǎo)體器件，而同時(shí)抑制器制造成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0027] 圖1B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0028] 圖2A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0029]圖2B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0030] 圖3A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0031] 圖3B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0032]圖3C為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0033]圖3D為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0034]圖3E為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0035]圖3F為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的一部分的部分 截面圖；
[0036] 圖4A為概念性示出了干法蝕刻過程中抗蝕劑表面之上的反應(yīng)的視圖；
[0037] 圖4B為概念性示出了干法蝕刻過程中抗蝕劑表面之上的反應(yīng)的視圖；
[0038] 圖5為示出了干法蝕刻裝置概況的視圖；
[0039] 圖6為示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝概況的流程圖；以及
[0040] 圖7為示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝中先前步驟的概況的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下文中，將參照視圖描述實(shí)例，在每個(gè)實(shí)例中，絕緣膜均經(jīng)受蝕刻工藝。在每個(gè)視 圖中，彼此具有相同構(gòu)造的構(gòu)件以相同參考標(biāo)號(hào)表示，并且將省略重復(fù)部分的詳細(xì)描述。 [0042]第一實(shí)例
[0043] 參照?qǐng)D1A和圖1B，在單鑲嵌工藝中加工溝槽(布線溝槽)的方法將描述為其中絕緣 膜經(jīng)受蝕刻工藝的實(shí)例。圖1A示出了形成在半導(dǎo)體晶片表面之上的氧化硅膜經(jīng)受蝕刻工藝 之前的狀態(tài)，而圖1B示出了氧化硅膜經(jīng)受蝕刻工藝之后的狀態(tài)。
[0044] 如圖1A所示，氧化硅膜4在經(jīng)受蝕刻工藝之前形成在半導(dǎo)體晶片的表面（主表面） 之上，并且將在曝光過程中用作抗反射膜的BARC(底部抗反射涂層)膜5被形成以覆蓋氧化 硅膜4。
[0045]在BARC膜5之上形成抗蝕劑膜6,在該抗蝕劑膜中通過光刻法形成預(yù)定圖案?？刮g 劑膜6為待通過ArF激光而受到ArF曝光的ArF抗蝕劑。使用ArF曝光裝置通過光刻法將半導(dǎo) 體器件的布線圖案或電路圖案轉(zhuǎn)移至抗蝕劑膜6。
[0046] 在氧化硅膜4之下形成氮化硅膜(SiN膜)3,該氮化硅膜將在加工溝槽(布線溝槽） 時(shí)用作蝕刻止擋膜。進(jìn)一步在SiN膜3之下形成氧化硅膜1，并且由氧化硅膜1部分地形成鎢 (W)插塞件2和未示出的下層布線。
[0047] 通過使圖1A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受如圖5所示使用干法蝕刻裝置進(jìn)行的蝕刻工藝， 在氧化硅膜4中形成溝槽(布線溝槽）15,如圖1B所示。在之后（圖7的步驟j和步驟k)執(zhí)行Cu 鍍覆步驟和CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)步驟之后，在溝槽(布線溝槽）15中形成嵌入的銅(Cu)。圖5 所示干法蝕刻裝置為雙頻波電容耦合并行板類型的干法蝕刻裝置。下電極18充當(dāng)晶片臺(tái)， 使得半導(dǎo)體晶片22安裝于其上。上電極19布置成以預(yù)定距離與下電極18間隔開并且與之平 行。
[0048] 高頻電源A20電耦合至下電極18，從而對(duì)下電極18供應(yīng)2-MHz高頻功率。
[0049] 同樣，高頻電源B21電耦合至上電極19，從而對(duì)上電極19供應(yīng)60-MHz高頻功率。
[0050] 下電極18、半導(dǎo)體晶片22和上電極19安裝在干法蝕刻裝置中的加工室中。通過將 加工室真空排空，然后通過在下電極18與上電極19之間引入蝕刻氣體，并且然后通過對(duì)下 電極18和上電極19中每一者施加高頻功率，在下電極與上電極之間產(chǎn)生等離子體23(等離 子放電），從而允許執(zhí)行干法蝕刻工藝。
[0051] 當(dāng)執(zhí)行圖1A和圖1B所示溝槽(布線溝槽)加工時(shí)，通過使用圖5所示干法蝕刻裝置 使半導(dǎo)體晶片經(jīng)受干法蝕刻工藝。表1和表2示出了執(zhí)行干法蝕刻工藝的干法蝕刻條件。表2 示出了用以精確執(zhí)行溝槽(布線溝槽)加工的更合適的干法蝕刻工藝。
[0052] 表 1
[0053]
[0055]表 2
[0056]
[0057] 在本實(shí)例的干法蝕刻中，使用至少包含特氟龍(CF4)和C3H2F4作為其成分的混合氣 體，如表1和表2所示。
[0058] 使用具有例如由化學(xué)分子式1至8中任一者表示的鏈結(jié)構(gòu)或環(huán)結(jié)構(gòu)的氣體作為 C3H2F4〇
[0059] 化學(xué)分子式1
[0060]
[0061]化學(xué)分子式1表示(E)-l，3,3,3_四氟-1-丙烯 [0062] 化學(xué)分子式2
[0063；
[0064] 化學(xué)分子式2表示(z) -1，3，3，3-四氟丙烯
[0065] 化學(xué)分子式3
[0066]
[0067]化學(xué)分子式3表示1，1，2，2-四氟環(huán)丙烯
[0068] 化學(xué)分子式4
[0069]
[0070] 化學(xué)分子式4表示1，1，2，3-四氟環(huán)丙烷
[0071] 化學(xué)分子式5
[0072]
[0073]化學(xué)分子式5表不1，1,3,3-四氟-1-丙稀 [0074] 化學(xué)分子式6
[0075]
[0076]化學(xué)分子式6表不1,2,3,3-四氟丙稀
[0077] 化學(xué)分子式7
[0078]
[0079] 化學(xué)分子式7表示1，3,3,3_四氟-1-丙烯
[0080] 化學(xué)分子式8
[0081]
[0082]化學(xué)分子式8表示2,3,3,3_四氟丙烯
[0083] 這里，C3H2F4可包含三個(gè)碳原子(C)、兩個(gè)氫原子(H)和四個(gè)氟原子(F)，并且也可使 用這樣的C3H2F4,其中：氫原子和氟原子通過α鍵或β鍵而與碳原子結(jié)合;或者作為基團(tuán)添加 氫原子和氟原子。
[0084] 當(dāng)使用具有任一種上述結(jié)構(gòu)的C3H2F4作為蝕刻氣體時(shí)，其原子在等離子體中的解 離度與分別具有其他結(jié)構(gòu)的那些C 3H2F4不同，依據(jù)存在或缺少鏈結(jié)構(gòu)、環(huán)結(jié)構(gòu)、或碳原子之 間的雙鍵;并且因此優(yōu)選的是，選擇和使用可獲得期望蝕刻形狀的C 3H2F4。
[0085] 在單鑲嵌工藝中，當(dāng)通過干法蝕刻在層間絕緣膜(諸如氧化硅膜4)中形成溝槽(布 線溝槽）15(如圖1A和圖1B所示)時(shí)，可通過使用CF4和C 3H2F4作為蝕刻氣體來(lái)改進(jìn)抗蝕劑選 擇比。從而，在抗蝕劑6由于蝕刻而完全消失之前，可對(duì)氧化硅膜4進(jìn)行干法蝕刻，直到溝槽 (布線溝槽)15到達(dá)用作蝕刻止擋膜的SiN膜3為止。
[0086]這里，也在如表1或表2所示的干法蝕刻條件下對(duì)形成在氧化硅膜4之上的BARC膜5 進(jìn)行蝕刻;然而，可在其他干法蝕刻條件下對(duì)BARC膜5進(jìn)行蝕刻。還可能的是:通過現(xiàn)有技術(shù) 混合氣體(諸如例如CF4/CHF3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F 6或CF4/C4F8)對(duì)BARC膜5進(jìn)行蝕亥丨j;并且 隨后通過CF4和C3H2F4的混合氣體對(duì)下層氧化硅膜4進(jìn)行蝕刻。
[0087] 這里，將參照?qǐng)D4A和圖4B描述為何可通過使用CF4和C3H2F4的混合氣體用于干法蝕 刻來(lái)獲得高的抗蝕劑選擇比，從而在通過單鑲嵌工藝形成溝槽(布線溝槽)時(shí)實(shí)現(xiàn)高的縱橫 比。
[0088]圖4A和圖4B為每一者均概念性示出干法蝕刻過程中抗蝕劑表面上的反應(yīng)的視圖。 圖4A示出了使用現(xiàn)有技術(shù)CF4/CHF3/02混合氣體進(jìn)行干法蝕刻過程中的狀態(tài)，而圖4B示出了 使用CF 4/C3H2F4/02混合氣體進(jìn)行干法蝕刻過程中的狀態(tài)。圖中的表示基團(tuán)，即，具有未配 對(duì)電子的原子或分子的狀態(tài)。
[0089] 形成蝕刻氣體的每種氣體分子在等離子體中解離以產(chǎn)生離子和基團(tuán)。等離子體中 基團(tuán)的一部分彼此組合，以產(chǎn)生一氧化碳(C0)、氟化氫(HF)等，它們通過真空排空。
[0090] 另外，基團(tuán)中的一部分粘附至抗蝕劑膜的表面，從而形成聚合物(沉積膜）。聚合物 (沉積膜)充當(dāng)保護(hù)膜，該保護(hù)膜保護(hù)抗蝕劑膜免受由于等離子體中產(chǎn)生的離子造成的抗蝕 劑膜的濺射并且免受基團(tuán)與抗蝕劑表面之間的化學(xué)反應(yīng)。
[0091] 如圖4B所示，當(dāng)使用CF4/C3H2F4混合氣體用作干法蝕刻時(shí)，在抗蝕劑膜表面上形成 聚合物(沉積膜），從而比在圖4A所示現(xiàn)有技術(shù)條件下執(zhí)行干法蝕刻的情況具有更大的厚 度。這是因?yàn)楣?yīng)給等離子體的碳(C)原子和氫(H)原子的數(shù)量由于使用C 3H2F4用于干法蝕 刻而增加。結(jié)果，增強(qiáng)了抗蝕劑膜的蝕刻抗性，從而允許改進(jìn)抗蝕劑選擇比。也即，可相對(duì)抗 蝕劑膜的蝕刻速度而改進(jìn)待處理的膜(諸如氧化硅膜)的蝕刻速度(蝕刻速率）。
[0092]由于用于干法蝕刻的CF4/C3H2F4混合氣體是主要的蝕刻氣體(其中CF4氣體主要有 助于氧化硅膜的蝕刻），因而CF4/C3H2F4混合氣體的流率應(yīng)當(dāng)滿足關(guān)系式CF4>C 3H2F4。由于 C3H2F4氣體有助于形成上述聚合物(沉積膜），因而如果C 3H2F4的流率大于CF4的流率，則擔(dān)心 可能由于過多聚合物(沉積膜)的形成而使氧化硅膜的蝕刻受阻。擔(dān)心氧化硅膜的蝕刻可能 在例如蝕刻溝槽(布線溝槽)的中途而停止(蝕刻停止）。
[0093] 此外，如果需要的話，可添加氬(Ar)氣作為稀釋氣體(運(yùn)載氣體），如表1和表2所 示。通過添加Ar氣，可通過C3H 2F4氣體改進(jìn)抗蝕劑選擇比，并且可通過在等離子體中產(chǎn)生Ar 離子而在溝槽(布線溝槽)底部獲得離子輔助蝕刻效應(yīng)。
[0094] 另外，如果需要的話，可添加氧氣(02)或氮?dú)?N2)?？赏ㄟ^添加02氣體或N 2氣體調(diào) 節(jié)由蝕刻形成的溝槽(布線溝槽）。當(dāng)添加〇2時(shí)，更優(yōu)選的是使得CF4/C 3H2F4/0^合氣體的流 率滿足關(guān)系式CF4>02>C 3H2F4。當(dāng)添加犯時(shí)，更優(yōu)選的是使得CF4/C3H2F4/N 2混合氣體的流率滿 足關(guān)系式CF4>N2>C3H 2F4。這是因?yàn)椋谔砑?2或犯的情況下，如果C3H2F4的流率過大，則通過 添加〇2或N 2來(lái)控制溝槽(布線溝槽)的形狀會(huì)變得困難。也即，優(yōu)選的是使得C3H2F4的流率:處 于表1和表2所示范圍內(nèi)并且小于CF 4氣體和Ar氣體的流率;并且?guī)缀醯韧诨蛐∮?2氣體和 N2氣體的流率。
[0095] 當(dāng)如圖1A和圖1B所示對(duì)諸如氧化硅膜4的絕緣膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，特別優(yōu)選的是添加 〇2氣體。另外，當(dāng)使用有機(jī)絕緣膜(諸如具有的介電常數(shù)小于氧化硅膜4的介電常數(shù)的增碳 性的氧化硅膜(Si0C膜））時(shí)，優(yōu)選使用CF4/C 3H2F4/N2M合氣體用于蝕刻氣體，這可防止形成 有機(jī)絕緣膜的側(cè)蝕刻形狀。
[0096] 根據(jù)本實(shí)例中半導(dǎo)體器件的制造方法，如上所述，當(dāng)通過使用單鑲嵌工藝而在層 間絕緣膜中形成溝槽(布線溝槽)時(shí)，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，從而允許更精準(zhǔn)地加工溝槽(布 線溝槽）。這里，不限于通過單鑲嵌工藝形成溝槽(布線溝槽），本實(shí)施例可適于開出將半導(dǎo) 體基板與布線耦合或?qū)⑾鄳?yīng)布線耦合等的接觸孔，并且單單在使絕緣膜經(jīng)受蝕刻工藝方面 也是有效的。
[0097] 在發(fā)明人進(jìn)行的評(píng)估中，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，例如由現(xiàn)有技術(shù)的1.5改進(jìn)為 3.15。結(jié)果，當(dāng)使用彼此具有相同厚度的ArF抗蝕劑時(shí)，能夠精準(zhǔn)加工的氧化硅膜的厚度顯 著增加到近似420nm，而現(xiàn)有技術(shù)的該厚度為近似200nm。
[0098] 從而，無(wú)需改變干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格(諸如無(wú)需對(duì)下高頻(RF)電源進(jìn)行改變 (從2MHz改變?yōu)?7MHz))，并且無(wú)需引入多層抗蝕劑，這使得制造成本顯著降低。
[0099] 【第二實(shí)例】
[0100]將參照?qǐng)D2A和圖2B描述雙鑲嵌工藝中加工溝槽(布線溝槽）的方法作為其中絕緣 膜經(jīng)受蝕刻工藝的實(shí)例。圖2A示出了形成在半導(dǎo)體晶片表面之上的增碳性的氧化硅膜 (SiOC膜)在經(jīng)受蝕刻工藝之前的狀態(tài);而圖2B示出了其在經(jīng)受蝕刻工藝之后的狀態(tài)。
[0101] 如圖2A所示，在經(jīng)受蝕刻工藝之前，在半導(dǎo)體晶片表面（主表面)之上形成增碳性 氧化硅膜(Si0C膜），并且形成罩膜(TE0S膜）11以覆蓋增碳性氧化硅膜(Si0C膜）10。增碳性 氧化硅膜(SiOC膜)10為低介電常數(shù)膜，稱為低-k膜。在罩膜(TE0S膜)11之上形成BARC(底部 抗放射涂層)膜12，其在曝光過程中充當(dāng)抗反射膜。
[0102] 在BARC膜12之上形成抗蝕劑膜13,在該抗蝕劑膜中通過光刻法形成預(yù)定圖案?？?蝕劑膜13為待通過借助于ArF激光的ArF曝光而曝光的ArF抗蝕劑。通過使用ArF曝光裝置的 光刻法將半導(dǎo)體器件的布線圖案或電路圖案轉(zhuǎn)移至抗蝕劑膜13。
[0103] 在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10之下形成阻擋膜9。使用層壓膜(諸如例如SiCO膜/ SiCN膜）用于阻擋膜9。阻擋膜9用作用于形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)7(進(jìn)一步形成在 下方）中的Cu布線8的擴(kuò)散阻擋膜(阻擋膜），并且當(dāng)在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成導(dǎo) 通孔(接觸孔)時(shí)用作蝕刻止擋膜。
[0104] 通過使用圖5所示干法蝕刻裝置而使圖2A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受蝕刻工藝(類似于 第一實(shí)例），在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10中形成溝槽(布線溝槽）16,如圖2B所示。圖2B示 出了干法蝕刻之后的狀態(tài)，之后通過灰化工藝或類似而去除罩膜(TE0S膜）11、BARC膜12以 及抗蝕劑膜13。在之后執(zhí)行Cu鍍覆步驟和CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)步驟（圖7的步驟j和步驟k) 后，在溝槽(布線溝槽）16中形成嵌入的Cu布線。隨后，將參照?qǐng)D3A至圖3F更詳細(xì)描述本實(shí)例 的雙鑲嵌工藝。圖3A至圖3F所示雙鑲嵌工藝為所謂的導(dǎo)通第一工藝，在該工藝中，首先在層 間絕緣膜中形成導(dǎo)通孔(接觸孔），并且然后形成溝槽(布線溝槽）。
[0105] 圖3A示出了其中已經(jīng)形成導(dǎo)通孔的狀態(tài)。通過使用CF4/C3H2F 4混合氣體對(duì)增碳性 氧化硅膜(SiOC膜）10進(jìn)行干法蝕刻而形成該導(dǎo)通孔。成形過程中添加CF4/C 3H2F4混合氣體 的條件與形成溝槽(布線溝槽）16的條件相同。盡管導(dǎo)通孔比溝槽(布線溝槽）16更窄且更 深，然而也可通過執(zhí)行根據(jù)本實(shí)施例的蝕刻而很好地對(duì)這種具有高縱橫比的溝槽進(jìn)行蝕 刻。
[0106] 圖3A示出了在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成溝槽(布線供求）16之前的狀態(tài)。 在下部增碳性氧化硅膜(SiOC膜)7和Cu布線8之上形成SiCO膜/SiCN膜的層壓膜。阻擋膜9防 止Cu擴(kuò)散到上層中。上部增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10形成在阻擋膜9之上。事先在增碳性氧 化硅膜(SiOC膜)10中形成導(dǎo)通填充劑14。通過使用干法蝕刻在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10 中形成導(dǎo)通孔并且然后通過使用導(dǎo)通填充材料填充導(dǎo)通孔而形成導(dǎo)通填充劑14。當(dāng)導(dǎo)通孔 在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中形成時(shí)，阻擋膜9還充當(dāng)蝕刻止擋膜。
[0107]罩膜(TE0S膜）11形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10之上，而在曝光過程中用作抗 反射膜的BARC膜12形成在罩膜(TE0S膜)11之上。其中通過光刻法形成預(yù)定圖案的抗蝕劑膜 13形成在BARC膜12之上。
[0108]隨后通過使用圖5所示干法蝕刻裝置而使圖3A所示層壓膜結(jié)構(gòu)經(jīng)受圖3B至圖3F所 示步驟，形成圖3F所示溝槽(布線溝槽)16和導(dǎo)通孔17。
[0109] 在表3所示條件下執(zhí)行圖3A至圖3F的加工。表3中步驟1的條件是對(duì)BARC膜12進(jìn)行 蝕刻的條件。其中步驟2的條件是對(duì)罩膜11或增碳性氧化硅膜10進(jìn)行蝕刻的條件。其中步驟 3的條件是執(zhí)行灰化工藝的條件。其中步驟4的條件是對(duì)阻擋膜9進(jìn)行蝕刻的條件。
[0110] 表3 [01111
[0112]
[0113] 如圖3A和圖3B所示，通過使用抗蝕劑膜13作為掩模對(duì)BARC膜12進(jìn)行蝕刻(表3步驟 1)。使用CF4/C 4F8混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與BARC膜12-起被蝕刻，并且因 此抗蝕劑膜13的厚度減小。
[0114] 隨后，通過使用抗蝕劑膜13和圖案化BARC膜12中每一者作為掩模而對(duì)罩膜(TE0S 膜）11進(jìn)行干法蝕刻，如圖3B和圖3C所示。例如，使用表3步驟2所示CF 4/C3H2F4混合氣體或 Ar/C4F8混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與罩膜(TE0S膜）11一起被蝕刻，并且因此 抗蝕劑膜13的厚度進(jìn)一步減小。
[0115] 隨后，通過使用抗蝕劑膜13、圖案化BARC膜12和圖案化罩膜(TE0S膜）11中每一者 作為掩模對(duì)增碳性氧化硅膜(SiOC膜）10進(jìn)行干法蝕刻，如圖3C和圖3D(表3步驟2)所示。使 用CF 4/C3H2F4混合氣體用于干法蝕刻。此時(shí)，抗蝕劑膜13與增碳性氧化硅膜(Si 0C膜）10-起 被蝕刻，并且因此抗蝕劑膜13的厚度再進(jìn)一步減小。
[0116]形成在增碳性氧化硅膜(SiOC膜)10中的溝槽(布線溝槽)16為具有高縱橫比（即窄 且深的溝槽)的溝槽(如圖3D所示），并且因此當(dāng)執(zhí)行干法蝕刻工藝時(shí)，執(zhí)行的是具有高抗蝕 劑選擇比和小側(cè)部蝕刻量的干法蝕刻。
[0117]通過使用CF4/C3H2F4混合氣體用于圖3C與圖3D之間的干法蝕刻，可在增碳性氧化 硅膜(SiOC膜)10中形成窄且深的溝槽(布線溝槽）同時(shí)抑制抗蝕劑膜13的蝕刻，這是由于第 一實(shí)例中參照?qǐng)D4描述的機(jī)制。
[0118] 此外，可對(duì)增碳性氧化硅膜（SiOC膜）10進(jìn)行蝕刻同時(shí)通過使用CF4/C3H2F4混合氣 體在干法蝕刻過程中在溝槽側(cè)壁中形成用作側(cè)壁保護(hù)膜的聚合物(沉積膜），并且因此可執(zhí) 行具有小側(cè)部蝕刻量的蝕刻。
[0119] 這里，如果需要的話，可向蝕刻氣體添加02氣體或N2氣體，如表3步驟2所示。然而， 當(dāng)在蝕刻有機(jī)絕緣膜(增碳性氧化硅膜(SiOC膜））中添加〇 2氣體時(shí)，存在這樣的擔(dān)憂，即可 能在溝槽底部形成側(cè)部蝕刻。因此，優(yōu)選使用N2氣體作為添加氣體。
[0120] 可替換地，可添加惰性氣體(諸如氬氣(Ar))作為運(yùn)載氣體。通過添加氬氣獲得的 優(yōu)點(diǎn)類似于第一實(shí)例?；旌蠚怏w中相應(yīng)氣體的流率之間的關(guān)系也類似于第一實(shí)例。也即，優(yōu) 選使得C 3H2F4氣體的流率:處于表3所示范圍內(nèi)，并且小于CF4氣體和Ar氣體的流率;并且?guī)?乎等于或小于N 2氣體的流率。
[0121] 可例如通過調(diào)整02氣體、N2氣體和Ar氣體的添加量執(zhí)行具有更期望形狀的溝槽(布 線溝槽)16，同時(shí)通過SEM觀察等檢查圖3D所示溝槽(布線溝槽)16的形狀。
[0122] 之后，通過灰化工藝去除遺留未被蝕刻的抗蝕劑13、BARC膜12以及導(dǎo)通填充劑14， 如圖3D和圖3E(表3步驟3)所示。可通過改變干法蝕刻裝置(通過該裝置執(zhí)行表3中步驟1至 步驟3)中蝕刻加工室中的氣體來(lái)執(zhí)行灰化工藝，或者可在耦接至圖5所示干法蝕刻裝置的 另一加工室(未示出）中執(zhí)行灰化工藝。
[0123] 最后，通過使用干法蝕刻去除導(dǎo)通孔17底部的阻擋膜9,形成了用于在雙鑲嵌工藝 中與溝槽(布線溝槽）16和下Cu布線8形成接觸(導(dǎo)通）的導(dǎo)通孔17,如圖3E和圖3F所示。根據(jù) 本實(shí)例中的半導(dǎo)體器件的制造方法，當(dāng)如上所述在雙鑲嵌工藝中通過干法蝕刻在層間絕緣 膜中形成溝槽(布線溝槽)時(shí)，可改進(jìn)抗蝕劑選擇比，從而允許更精準(zhǔn)地加工溝槽(布線溝 槽)。
[0124] 從而，無(wú)需改變干法蝕刻裝置的硬性規(guī)格(諸如改變下高頻(RF)電源(從2MHz改變 為27MHz))，并且無(wú)需引入多層抗蝕劑，這使得制造成本顯著降低。
[0125] 圖3A至圖3F示出了實(shí)例，其中實(shí)現(xiàn)在作為層間絕緣層的增碳性氧化硅膜(SiOC膜） 中形成導(dǎo)通孔，并且使用導(dǎo)通填充材料填充導(dǎo)通孔;并且在用于形成導(dǎo)通孔的干法蝕刻中， 使用諸如CF4/CHF 3、CF4/CH2F2/N2、CF4/C4F6、CF4/C4F 8 或C4F8/Ar/N2 的混合氣體?？商鎿Q地，可 使用CF4/C3H2F4混合氣體來(lái)取代這些混合氣體。
[0126] 通過使用CF4/C3H2F 4混合氣體，可精準(zhǔn)地形成窄且深的導(dǎo)通孔(接觸孔），類似于形 成溝槽(布線溝槽)時(shí)。
[0127] 【第三實(shí)例】
[0128] 現(xiàn)在將參照?qǐng)D6和圖7描述通過第一實(shí)例或第二實(shí)例的工藝流程來(lái)制造諸如高級(jí) 微機(jī)產(chǎn)品、高級(jí)S0C產(chǎn)品或精細(xì)液晶驅(qū)動(dòng)器的半導(dǎo)體器件的方法。圖6為示出了半導(dǎo)體器件 制造工藝概況的流程圖。圖7為示出了半導(dǎo)體器件制造工藝的先前步驟概況的流程圖。
[0129] 半導(dǎo)體器件的制造工藝大致分為三個(gè)步驟，如圖6所示。
[0130] 首先設(shè)計(jì)半導(dǎo)體電路，并且然后基于電路設(shè)計(jì)制造掩模。
[0131]隨后，通過在晶片加工步驟(稱為先前步驟）中多次重復(fù)各種表面加工而在半導(dǎo)體 基板(晶片）（諸如硅)上形成集成電路。如圖6所示，該先前步驟分為:形成元件間隔離層的 步驟;形成諸如M0S晶體管的元件的步驟;在相應(yīng)元件與晶體管之間形成布線的布線成形步 驟;檢查完成的晶片的步驟;和類似。
[0132] 此外，其表面上形成集成電路的晶片被單獨(dú)分離，以組裝成半導(dǎo)體器件，然后在隨 后步驟中對(duì)該半導(dǎo)體器件進(jìn)行檢查。
[0133] 在作為晶片加工步驟的先前步驟中，多次重復(fù)圖7所示的多個(gè)表面加工步驟a至1。
[0134] 首先對(duì)作為半導(dǎo)體基板的晶片的表面進(jìn)行清潔以去除粘附至表面的外來(lái)物質(zhì)以 及雜質(zhì)（步驟a)。隨后，通過使用CVD裝置或類似在晶片表面之上形成薄膜。該薄膜為：用于 形成諸如氧化硅膜的層間絕緣膜以及諸如鋁膜的布線兩者的膜;或類似(步驟b)。在晶片表 面上形成薄膜之后，通過清潔再次去除粘附至表面的外來(lái)物質(zhì)和雜質(zhì)（步驟c)。在晶片（晶 片表面上形成用于形成層間絕緣膜和布線兩者的膜)上涂覆包含光阻材料等的抗蝕劑材料 (步驟d)。通過使用其中形成期望電路圖案的掩模，通過使用曝光裝置將電路圖案轉(zhuǎn)移至抗 蝕劑(步驟e)。通過顯影工藝去除遺留在多余部分中的抗蝕劑，從而在晶片上在抗蝕劑中形 成期望的電路圖案(步驟f)。通過借助于抗蝕劑(在該抗蝕劑中期望的電路圖案形成為蝕刻 掩模)使用干法蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻來(lái)去除形成在晶片上的薄膜的多余部分，從而允許在薄 膜中形成期望的電路圖案（步驟g)。之后，如果需要的話，通過離子注入裝置將雜質(zhì)注入晶 片表面(步驟h)。通過灰化工藝或清潔而玻璃(去除）形成在晶片上的抗蝕劑(步驟i)。當(dāng)通 過單鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝形成嵌入的Cu布線時(shí)，隨后通過鍍覆工藝將Cu嵌入在通過蝕刻 (步驟g)形成于薄膜中的溝槽(布線溝槽)和導(dǎo)通孔中（步驟j)。通過Cu-CMP拋光去除形成在 晶片表面上的過量Cu。最后，通過外來(lái)物質(zhì)檢查裝置以及可是檢查裝置，檢查在晶片上不存 在外來(lái)物質(zhì)，并且期望的電路圖案精準(zhǔn)地形成在薄膜中（步驟1)。如果需要的話，在上述步 驟a至1中任一步驟中執(zhí)行諸如晶片的清潔或干燥的加工。
[0135] 在本實(shí)例的半導(dǎo)體器件的制造方法中，將實(shí)例1或?qū)嵗?描述的單鑲嵌工藝或雙鑲 嵌工藝應(yīng)用于上述步驟g，從而形成嵌入Cu布線。也即，通過在步驟g的干法蝕刻中將包含 CF 4/C3H2F4的混合氣體用作蝕刻氣體來(lái)形成溝槽(布線溝槽)或?qū)?，并且通過執(zhí)行步驟j 的Cu鍍覆工藝以及步驟k的Cu-CMP拋光而在溝槽(布線溝槽)和導(dǎo)通孔中形成嵌入Cu布線。
[0136] 通過如上所述將實(shí)例1或?qū)嵗?描述的工藝流程應(yīng)用于半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微機(jī) 產(chǎn)品或高級(jí)S0C產(chǎn)品）的制造工藝，可精準(zhǔn)形成溝槽(布線溝槽)或?qū)?，并且因此可改進(jìn) 半導(dǎo)體器件(諸如高級(jí)微機(jī)產(chǎn)品或高級(jí)S0C產(chǎn)品）的制造產(chǎn)出和加工產(chǎn)出。
[0137] 已基于優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述發(fā)明人的本發(fā)明，然而本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)局限于優(yōu)選實(shí)施 例，并且毫無(wú)疑問，可在不背離本發(fā)明要點(diǎn)的范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明做出各種修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面之上形成待加工的膜，所述待加工的膜至少包含硅和氧作 為其成分； (b) 在所述待加工的膜之上形成光阻劑膜，從而覆蓋所述待加工的膜； (c) 通過光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述光阻劑膜，從而形成抗蝕劑掩模圖案；以及 (d) 在步驟(c)之后，使所述待加工的膜經(jīng)受通過使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕刻工藝， 所述混合氣體至少包含CF4氣體和C3H 2F4氣體作為其成分。2. -種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面之上形成待加工的膜，所述待加工的膜至少包含硅和氧作 為其成分； (b) 在所述待加工的膜之上形成光阻劑膜，從而覆蓋所述待加工的膜； (c) 通過光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述光阻劑膜，從而形成抗蝕劑掩模圖案；以及 (d) 在步驟(C)之后，使所述待加工的膜經(jīng)受通過使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕刻工藝， 所述混合氣體至少包含CF4氣體、C3H 2F4氣體以及〇2氣體作為其成分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿足關(guān)系式CF4 >C3H2F4〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿足關(guān)系式CF4 >〇2>C3H2F4〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體進(jìn)一步包含Ar氣體。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，所述待加工的膜為氧化硅膜，以及 其中，在所述步驟(d)中，用于形成銅布線的布線溝槽被形成在所述氧化硅膜中。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(c)中，所述光刻法為通過ArF激光進(jìn)行的ArF曝光，并且 其中所述光阻劑膜為ArF抗蝕劑膜。8. -種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟： (a) 在半導(dǎo)體晶片的主表面中形成增碳性氧化硅膜； (b) 在所述增碳性氧化硅膜之上形成第一光阻劑膜，從而覆蓋所述增碳性氧化硅膜； (c) 通過光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述第一光阻劑膜，從而形成第一抗蝕劑掩模圖案； 以及 (d) 在所述步驟(c)之后，使所述增碳性氧化硅膜經(jīng)受通過使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕 刻工藝，該混合氣體至少包含CF4氣體、C 3H2F4氣體以及N2氣體作為其成分。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿足關(guān)系式CF4 >C3H2F4〇10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體的流率滿足關(guān)系式cf4 >N2>C3H2F4〇11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，待用于所述步驟(d)的所述干法蝕刻工藝的所述混合氣體進(jìn)一步包含Ar氣體。12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟（d)中，用于形成銅布線的布線溝槽被形成在所述增碳性氧化硅膜 中。13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，在所述步驟(a)與所述步驟(b)之間 進(jìn)一步包括以下步驟： (e) 在所述增碳性氧化硅膜之上形成第二光阻劑膜，從而覆蓋所述增碳性氧化硅膜； (f) 通過光刻法將預(yù)定圖案轉(zhuǎn)移至所述第二光阻劑膜，從而形成第二抗蝕劑掩模圖案； 以及 (g) 在所述步驟(f)之后，使所述增碳性氧化硅膜經(jīng)受通過使用混合氣體進(jìn)行的干法蝕 刻工藝，該混合氣體至少包含Ar氣體、C4F 8氣體以及N2氣體作為其成分。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(g)中，在所述增碳性氧化硅膜中形成用于與下部布線形成接觸的接 觸孔。15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中，在所述步驟(c)中，所述光刻法為通過ArF激光進(jìn)行的ArF曝光，以及 其中所述第一光阻劑膜為ArF抗蝕劑膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK105990132SQ201610113533
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日
【發(fā)明人】堀越孝太郎, 塙利和, 赤石真敏, 菊池裕司
【申請(qǐng)人】瑞薩電子株式會(huì)社