專利名稱：制造具有碳化硅膜的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地，涉及包含蝕刻工藝的半導(dǎo)體器件制造方法，這種蝕刻工藝使用加氫的(hydrogenated)碳化硅膜作為硬掩?；蛭g刻阻止膜。
背景技術(shù)：
下面對形成布線圖案的傳統(tǒng)方法進(jìn)行簡要說明。在半導(dǎo)體襯底上的中間層絕緣膜上淀積鋁(Al)膜或鎢(W)膜并構(gòu)圖，以形成布線圖案。通過使用堿性化學(xué)物質(zhì)去除位于布線圖案的側(cè)壁上的淀積物。然后，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積，淀積覆蓋布線圖案的中間層絕緣膜。
近年來，半導(dǎo)體集成電路器件的高度集成化使得布線圖案越來越細(xì)。較細(xì)的布線圖案大幅度增加了布線圖案之間的寄生電容，使得半導(dǎo)體集成電路的運算速度在一定程度上受到影響。為了降低布線圖案之間的寄生電容，現(xiàn)在使用了形成具有低介電常數(shù)的中間層絕緣膜的技術(shù)和形成由銅(Cu)制成的低電阻配線層的技術(shù)。眾所周知，的低介電常數(shù)中間層絕緣膜材料包含氟硅酸鹽玻璃(FSG)、氫倍半硅氧烷(HSQ)及聚芳基醚(比如Allied Signal公司的FLARE或Dow化學(xué)公司的SiLK)等。
作為一種中間層絕緣膜，氮化硅(SiN)膜作為用于防止銅擴(kuò)散的阻擋膜、蝕刻阻止膜或覆蓋膜(cap film)。SiN的介電常數(shù)高于SiO2，從而對中間層絕緣膜的低介電常數(shù)有不良影響。作為SiN的替代品，碳化硅(SiC)已經(jīng)引起人們的注意。
如果SiC被用作SiN的替代品，雖然中間層絕緣膜可以具有低的介電常數(shù)，但SiC膜會比SiN膜更難于蝕刻。由于在蝕刻過程中被解吸附的氫抑制蝕刻，SiC膜，尤其是包含Si-H鍵和Si-C鍵的SiC膜更難于被蝕刻。
如果使用有機(jī)絕緣材料的中間層膜通過大馬士革(鑲嵌，damascene)的方法形成布線圖案，那么SiN被用作硬掩模材料。如果SiN被SiC替代，就難于在硬掩模下的有機(jī)絕緣膜蝕刻之后去除硬掩模。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是通過使用可以很方便去除蝕刻阻止膜或由SiC制成的硬掩膜的蝕刻方法，提供制造半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一膜，該第一膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的材料制成；在第一膜上形成第二膜，第二膜由加氫的碳化硅制成；在第二膜上形成具有開口的光刻膠膜；通過使用光刻膠掩膜作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，干蝕刻第二膜；并且通過使用第二膜作為掩膜蝕刻第一膜。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含下列步驟預(yù)備具有導(dǎo)電區(qū)的襯底，該導(dǎo)電區(qū)暴露于襯底絕緣表面的部分區(qū)域；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成由絕緣材料制成的第二膜；在第二膜上形成具有開口的光刻膠膜；通過使用光刻膠掩模作蝕刻掩模以形成凹部(recess)，并在凹部底端暴露第一膜的部分表面區(qū)域，蝕刻第二膜；灰化并去除光刻膠膜；通過使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣干蝕刻暴露于凹部底端的第一膜，以暴露襯底的導(dǎo)電區(qū)；并將導(dǎo)電部件埋入凹部內(nèi)。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含下列步驟預(yù)備具有導(dǎo)電部件的襯底，該導(dǎo)電部件暴露于襯底絕緣表面的部分區(qū)域；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；在第二膜上形成第三膜，該第三膜由加氫的碳化硅制成；在第三膜上形成具有開口的光刻膠膜，當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，該開口與導(dǎo)電部件的部分區(qū)域重疊；通過使用光刻膠掩膜作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，蝕刻第三膜；在第二膜蝕刻速度快于第一膜蝕刻速度的條件下，通過使用光刻膠掩膜作為蝕刻掩模，蝕刻第二膜，以形成凹部，并在凹部底端暴露第一膜的部分表面區(qū)域；灰化并去除光刻膠膜；并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體干蝕刻暴露于凹部底端的第一膜，以暴露襯底的導(dǎo)電部件。
本發(fā)明的另一目的是提供制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含下列步驟預(yù)備具有導(dǎo)電部件的襯底，該導(dǎo)電部件暴露于襯底表面的部分區(qū)域；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；在第二膜上形成第三膜，該第三膜由加氫的碳化硅制成；在第三膜上形成具有第一開口的第一光刻膠膜，當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，該第一開口與導(dǎo)電部件的部分區(qū)域重疊；通過使用光刻膠掩膜作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，蝕刻第三膜，以暴露第二膜的部分表面；去除第一光刻膠膜；在蝕刻后的第三膜和暴露的第二膜表面上形成具有第二開口的第二光刻膠膜，該第二開口包含于第一開口區(qū)域之中，并與配線部分重疊；通過使用第二光刻膠掩模作為蝕刻掩模，蝕刻第二膜至少到達(dá)其中間深度；去除第二光刻膠膜；通過使用部分蝕刻的第三膜作為掩模，蝕刻第三膜，以形成通路孔，通過該通路孔可以在形成第二開口的區(qū)域到達(dá)第一膜，并在形成第一開口而未形成第二開口的區(qū)域形成到達(dá)第二膜中間深度的配線槽；使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，干蝕刻第一膜，該第一膜暴露于通路孔的底端，以使配線暴露；并用導(dǎo)電部件將通路孔和配線槽填埋。
如果使用添加SF6或NF3的碳氟化合物氣體的混合氣體作為蝕刻氣體，由加氫的碳化硅膜制成制成的膜可以被選擇性蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，該包含下列步驟通過使用四甲基硅烷和二氧化碳作為源氣體的化學(xué)氣相淀積，并將四甲基硅烷與二氧化碳流量比設(shè)定為0.2-0.6，在半導(dǎo)體襯底表面上形成碳化硅的第一膜；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；形成具有開口的光刻膠膜；并在第二膜的蝕刻速度快于第一膜的蝕刻速度以部分暴露第一膜的條件下，通過使用光刻膠膜作為蝕刻掩模，蝕刻第二膜。
在上述條件下淀積的碳化硅膜在基于SiO的蝕刻條件下具有較低的蝕刻速度，所以它可以用作蝕刻阻擋層。
如上所述，作為通常所用的SiN的替代品，具有低介電常數(shù)的SiC可以被用作硬掩模和蝕刻阻擋膜材料?？梢越档筒季€圖案之間的寄生電容，并可以改善半導(dǎo)體集成電路器件運算速度。
附圖簡介

圖1A和1B為襯底的剖面圖，用以說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件制造方法，圖1C為說明比較例的襯底的剖面圖。
圖2為本發(fā)明實施例方法中的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)系統(tǒng)的示意圖。
圖3A-3D為襯底的剖面圖，用以說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件制造方法，圖3E為說明比較例的襯底的剖面圖。
圖4A-4E為襯底的剖面圖，該剖面圖用以說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件制造方法，圖4F說明為比較例的襯底的剖面圖。
圖5A-5H為襯底的剖面圖，用以說明根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體器件制造方法。
圖6示出了傳統(tǒng)SiC膜的FT-IR結(jié)果。
圖7示出了在四甲基硅烷和CO2之間的不同流量比下形成的SiC膜的FT-IR結(jié)果。
圖8為四甲基硅烷與CO2之間的流量比與SiC膜的蝕刻速度之間的關(guān)系圖。
圖9為四甲基硅烷與CO2之間的流量比與應(yīng)力位移之間的關(guān)系圖。
圖10A-10N為襯底的剖面圖，用以說明根據(jù)本發(fā)明第一至第五實施例方法的半導(dǎo)體器件制造方法。
實施發(fā)明的具體方式參照圖1A-1C，對根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件制造方法進(jìn)行說明。
如圖1A所示，在半導(dǎo)體襯底上形成的中間層絕緣膜1的表面層上，埋置銅配線2。銅配線2通過大馬士革法形成。厚度為50nm的SiC蝕刻阻止膜3在中間層絕緣膜1和銅配線2上形成?？梢允褂盟募谆柰?Si(CH3)4)、氨(NH3)和氮(N2)的混合氣通過CVD形成蝕刻阻止膜3。所形成的SiC膜包含Si-H鍵和C-H鍵。
由SiLK制成的厚度為500nm的中間層絕緣膜4在蝕刻阻止膜3上形成，該SiLK由Dow化學(xué)公司制造。厚度為500nm的SiC硬掩模5在中間層絕緣膜4上形成。通過與形成蝕刻阻止膜3相同的方法形成硬掩模5。在硬掩模5上涂敷光刻膠膜6，該光刻膠膜具有開口6A，當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，該開口與配線2部分重疊。
如圖1B所示，通過使用光刻膠膜6作為掩模，硬掩模被干蝕刻以形成穿過硬掩模5的開口5A。
圖2為用于蝕刻硬掩模5的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在蝕刻室100里，下電極101和上電極電極102通常被平行布置。通過氣體入口109將蝕刻氣體引入蝕刻室100，而通過氣體出口103將未反應(yīng)蝕刻氣體和反應(yīng)副產(chǎn)品排出。電源106通過阻抗匹配電路107對上電極102施加27MHz的高頻電壓。偏壓電源104通過阻抗匹配電路105對下電極101施加800kHz的高頻電壓。將待處理的襯底110置于下電極101上。
下面說明硬掩模5的蝕刻條件。所用蝕刻氣體為CHF3、NF3、Ar和O2的混合氣體，其各自的流量分別為20sccm、10sccm、200sccm和5sccm。蝕刻室100內(nèi)的壓力為6.65Pa(50毫乇)，供應(yīng)上電極102的電源為2000W，供應(yīng)下電極101的偏壓電源為1400W，下電極101的溫度為20℃。
在這些蝕刻條件下，開口5A可以貫穿硬掩膜5形成。在開口5A形成之后，通過使用光刻膠膜6和硬掩模5作為掩模，蝕刻中間層絕緣膜4，然后對蝕刻阻擋膜3進(jìn)行蝕刻以形成通路孔。進(jìn)行這種蝕刻以去除光刻膠膜6。
圖1C為說明比較例的襯底的剖面圖，在該比較例中，通過使用不含NF3的蝕刻氣體蝕刻硬掩模5。所用蝕刻氣體為CF4、CHF3、Ar和O2的混合氣體，其各自的流量分別為20sccm、30sccm、200sccm和8sccm。蝕刻室100內(nèi)的壓力為5.3Pa(40毫乇)，供應(yīng)上電極102的電源為2500W，供應(yīng)下電極101的偏壓電源為1500W，下電極101的溫度為20℃。
在這些蝕刻條件下，SiC膜對光刻膠膜的蝕刻速度比(蝕刻選擇比)很小。因此，在開口穿過硬掩模5形成之前先對光刻膠掩模6進(jìn)行蝕刻。開口不能貫穿硬掩模5形成。
一般而言，CF4促進(jìn)蝕刻，而CHF3提高待蝕刻膜與光刻膠膜之間的蝕刻選擇比?？梢岳斫猓m然所用蝕刻氣體在蝕刻SiN膜時可以提供足夠的蝕刻選擇比，但它們不能在含氫的SiC膜被蝕刻時提供足夠的蝕刻選擇比。
如上所述，通過將NF3添加入蝕刻氣體，可以獲得足夠的蝕刻選擇比，且可以蝕刻含氫的SiC膜。加入蝕刻氣體中的Ar被用于離子協(xié)助(ion assistance)，并且O2具有改善蝕刻清潔的功能。
下面，參照圖3A-3D，對根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件制造方法進(jìn)行說明。
如圖3A所示，將Cu配線12埋入形成于中間層絕緣膜11之上的槽中，該中間層絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上形成?？梢酝ㄟ^大馬士革方法形成銅配線12。厚度為50nm的SiC蝕刻阻止膜13在中間層絕緣膜11和銅配線12上形成。形成蝕刻阻止膜13的方法與形成如圖1A和1B所示第一實施例中的形成蝕刻阻止膜3的方法相似。
在蝕刻阻止膜13上，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成厚度為1000nm的SiO2中間層絕緣膜14。在中間層絕緣膜14上，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成厚度為50nm的SiN抗反射膜15。光刻膠膜16涂敷于抗反射膜15上，當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，具有開口16A的光刻膠膜與配線12部分重疊。
如圖3B所示，通過使用光刻膠掩模16作為掩模，并通過使用諸如CHF3和O2的混合氣對抗反射膜15進(jìn)行干蝕刻。通過使用如圖2所示的RIE系統(tǒng)對中間層絕緣膜14進(jìn)行蝕刻。例如，所用蝕刻氣體為C4F8、C5F8、Ar、CO和O2。在這種蝕刻條件下，由于中間層絕緣膜14與蝕刻阻止膜13的蝕刻速度比(蝕刻選擇比)很高，當(dāng)蝕刻阻止膜暴露時蝕刻幾乎可以被阻止。由此可以形成在其底端可暴露蝕刻阻止膜13部分表面的通路孔14A。
如圖3C所示，阻擋膜16被灰化和去除。在這種情況下，由于配線12表面涂敷有蝕刻阻止膜13，可以防止配線12表面被氧化。
如圖3D所示，通過使用圖2中所示的RIE系統(tǒng)，暴露于通路孔14A底端的蝕刻阻止膜13被干蝕刻。所用蝕刻氣體為CHF3、NF3、Ar和O2的混合氣體，其各自的流量分別為30sccm、10sccm、200sccm和8sccm。房間100內(nèi)的壓力為6.65Pa(50毫乇)，供應(yīng)上電極102的電源為2000W，供應(yīng)下電極101的偏壓電源為1500W，下電極101的溫度為20℃。
配線12的部分表面區(qū)域由此而暴露于通路孔14A的底端。在上述蝕刻條件下，形成于中間層絕緣膜14上的SiN抗反射膜15也被蝕刻，并且暴露出中間層絕緣膜14的上表面。
與第一實施例相同，在第二實施例中，由于CHF3和NF3的混合氣用于蝕刻，可以確保去除暴露于通孔14A底端的蝕刻阻止膜13。
圖3E為比較例中襯底的剖面圖，在該比較例中，通過使用不包含NF3的氣體進(jìn)行蝕刻。所用蝕刻氣體為CHF3、Ar和O2的混合氣體，其各自的流量分別為30sccm、200sccm和8sccm。蝕刻室100內(nèi)的壓力為6.65Pa(50毫乇)，供應(yīng)上電極102的電源為2000W，供應(yīng)下電極101的偏壓電源為1500W，下電極101的溫度為20℃。
在這些蝕刻條件下，蝕刻阻止膜13相對于中間層絕緣膜14的蝕刻選擇比不足。因此難以確保去除暴露于通孔14A底端的蝕刻阻止膜13，并且臨近通路孔14A的中間層絕緣膜14的上面區(qū)域被蝕刻。
在第二實施例中，通過將NF3添加入氟碳化合物氣體中，可以可靠地去除由含氫SiC制成并暴露于通孔14A底端的蝕刻阻止膜13，并且可以暴露下面的配線。
下面，參照圖4A-4E，對根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件制造方法進(jìn)行說明。在第一和第二實施例中，通路孔在銅配線上穿過中間層絕緣膜形成。在第三實施例中，形成用于配置鍵合焊盤的開口。
如圖4A所示，銅配線22埋入在中間層絕緣膜21的表面層上形成的槽中，該中間層絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上形成。厚度為50nm的SiC蝕刻阻止膜23、厚度為400nm的SiO2保護(hù)膜24和厚度為300nm的SiC涂敷膜25在銅配線22和中間層絕緣膜21上依次形成。與形成圖1A中所示的第一實施例中的蝕刻阻止膜3相同，蝕刻阻止膜23和涂敷膜25通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成。與形成圖3A中所示的第二實施例中的蝕刻阻擋膜14相同，保護(hù)膜24通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成。
具有開口26A的光刻膠膜26涂敷于涂敷膜25上。當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，開口26A包含于配線22的區(qū)域之中。
如圖4B所示，通過使用光刻膠膜26作為掩模，涂敷膜25被蝕刻以形成凹部27。這種蝕刻在與蝕刻圖3D中所示的第二實施例中的蝕刻阻止膜13的相同蝕刻條件下進(jìn)行。凹部27在深度方向上到達(dá)保護(hù)膜24的中間位置。
如圖4C所示，進(jìn)一步蝕刻保護(hù)膜24，以在凹部27的底端暴露蝕刻阻止膜23。對保護(hù)膜24進(jìn)行蝕刻的條件與圖3B中所示第二實施例中中間層絕緣膜14的蝕刻條件相同。
如圖4E所示，暴露于凹部27底端的蝕刻阻止膜23被蝕刻。這種蝕刻的條件與圖3D中所示第二實施例中蝕刻阻止膜13的蝕刻條件相同。從而使銅配線22暴露于凹部27的底端。形成覆蓋涂敷膜25和凹部27內(nèi)表面的Al膜，然后構(gòu)圖以形成鍵合焊盤28。
在第三實施例中，也通過使用CHF3和NF3的混合氣而實施圖4B中對涂敷膜25的蝕刻。因此有可能以好的重現(xiàn)性形成穿過涂敷膜25的凹部27，該涂敷膜由氫化的SiC制成。使用未添加NF3的碳氟化合物氣體進(jìn)行蝕刻則不能獲得涂敷膜25與光刻膠膜26間足夠高的蝕刻選擇比。因此，如圖4F所示，光刻膠膜26被減薄。并且凹部27不能穿過涂敷膜25而形成。
在上述第一到第三實施例中，使用了添加NF3的CHF3氣體。作為CHF3的替代品，可以使用通式為CxHyFz(x、y和z為滿足x≥0，y≥0和z≥0的整數(shù))碳氟化合物氣體。作為NF3的替代，可以使用與NF3具有相同屬性的SF6。
下面，參照圖5A-5H，對根據(jù)第四實施例的半導(dǎo)體器件制造方法進(jìn)行說明。
如圖5A所示，中間層絕緣膜30在半導(dǎo)體襯底上形成。厚度為500nm的FSG配線層絕緣膜31在中間層絕緣膜30上形成。例如，可以用SiH4、SiF4、N2O和N2作為源氣體通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成配線層絕緣膜31?？梢栽谑褂肅4F8、C5F8、Ar、CO和O2的混合氣的情況下用RIE蝕刻配線層絕緣膜31?？梢詫iN蝕刻阻止膜等嵌入中間層絕緣膜30和配線層絕緣膜31之間，以控制配線槽31A的深度。
如圖5B所示，厚度為25nm的TaN阻擋金屬層32通過濺射形成，該阻擋金屬層覆蓋配線層絕緣膜31表面和配線槽31A的內(nèi)表面。厚度為200nm的籽(seed)銅層通過濺射在阻擋金屬層32上形成。厚度為1300nm的銅膜33L通過電鍍在籽銅層上形成。銅膜33完全L填埋了配線槽31A的內(nèi)部空間。
如圖5C所示，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以去除位于配線槽31A內(nèi)之外的不必要的阻擋金屬層32和銅膜33L。從而僅留下位于配線槽31A中的銅配線33。CMP在形成凹陷(dishing)以使銅配線33的上表面低于配線層絕緣膜31的條件下進(jìn)行。
如圖5D所示，TaN阻擋金屬層34通過濺射形成，該阻擋金屬層34覆蓋銅配線33和配線層絕緣膜31的表面。設(shè)定阻擋金屬層34的厚度，以使凹陷形成的銅配線33的凹坑被阻擋金屬層34填埋。
如圖5E所示，進(jìn)行二次CMP以去除配線槽31A之外不必要的阻擋金屬層34。從而在配線槽31A內(nèi)形成銅配線33，銅配線的側(cè)壁和上下表面被金屬阻擋層32和34包裹。
作為進(jìn)行二次CMP的替代，還可以進(jìn)行深蝕刻(etch-back)。一次CMP僅可去除圖5B中所示的銅膜33L，而將阻擋金屬層32留在配線層絕緣膜31上，并且二次CMP將阻擋金屬層32和圖5D中所示的阻擋金屬層34一齊去除。
如圖5F所示，厚度為50nm的SiC蝕刻阻止層41、FSG中間層絕緣膜42和厚度為50nm的SiN抗反射膜43依次在SiN配線層31和銅配線33上形成。形成蝕刻阻止膜41的方法與形成圖1A中所示第一實施例中蝕刻阻止膜3的方法相同。形成中間層絕緣膜42的方法與形成下面的配線層絕緣膜31的方法相同。形成抗反射膜43的方法與形成圖3A中所示第二實施例中的抗反射膜的方法相同。
如圖5G所示，光刻膠膜44在抗反射膜43上形成。與通路孔相對應(yīng)的開口44A穿過光刻膠膜44形成。當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，開口44A位于銅配線33的部分表面區(qū)域。通過使用光刻膠掩模44作為蝕刻掩模，將抗反射膜43和中間層絕緣膜42蝕刻到中間層絕緣膜42在深度方向上的中間位置，由此形成通路孔45。然后去光刻膠膜44。
然后，在抗反射膜43上形成光刻膠膜47。與配線槽相對應(yīng)的開口47A穿過光刻膠膜47而形成。開口47A位置位于通路孔45之上。通過使用光刻膠膜47作為掩模，抗反射膜43和中間層絕緣膜42被蝕刻。從而形成對應(yīng)于開口47A的配線槽46，并且通路孔45進(jìn)一步被蝕刻，以在通路孔45的底端暴露出蝕刻阻止膜41的部分表面。
如圖5H所示，暴露于通路孔45底端的蝕刻阻止膜41被干蝕刻，以暴露位于其下面的阻擋金屬層34。下面說明蝕刻阻止膜41的蝕刻條件。所用蝕刻氣體為CHF3、SF6、Ar和O2的混合氣，其各自的流量分別為30sccm、10sccm、200sccm和8sccm。蝕刻室100內(nèi)的壓力為6.65Pa(50毫乇)，供應(yīng)上電極102的電源為2000W，供應(yīng)下電極101的偏壓電源為1500W，下電極101的溫度為20℃。
在第四實施例中，由于使用添加SF6的CHF3混合氣體，基本上可以可靠地蝕刻位于通路孔45底端的蝕刻阻止膜41。如果銅暴露于蝕刻后的表面，為了防止銅的腐蝕，將NF3添加到碳氟化合物氣體中比添加SF6更為優(yōu)選。在第四實施例中，由于銅配線33的上表面被TaN阻擋金屬層34覆蓋，故可以使用SF6。Ta、Ti或TiN可以作為替代TaN的阻擋金屬層材料。
在第一到第四實施例中，通過使用添加SF6或NF3的碳氟化合物混合氣體對含氫的SiC膜進(jìn)行蝕刻。SF6或NF3氣體都可以被添加入碳氟化合物氣體中。為了保證添加SF6或NF3氣體的效果，優(yōu)選將SF6或NF3的流量和碳氟化合物氣體的流量之間的比設(shè)定在0.1-0.5的范圍內(nèi)或者更低。
在第一到第四實施例中，雖然CHF3被用作碳氟化合物氣體，但也可以使用通式為CxHyFz(x、y和z為滿足x≥0，y≥0和z≥0的整數(shù))的氣體。這種氣體諸如CF4、CH2F2、C4F8、C5F8、C4F6等。
當(dāng)對含氫的SiC膜進(jìn)行蝕刻，特別是對氫的原子百分比為20％的SiC膜進(jìn)行蝕刻時，將NF3或SF6添加到蝕刻氣體中會有明顯的效果。當(dāng)SiC膜被用作硬掩模或蝕刻阻止膜時，優(yōu)選將氫的原子百分比設(shè)定為50％或者更低。
在上述實施例中，采用SiLK(Dow化學(xué)公司)、SiO2或FSG作為中間層絕緣膜材料。也可以采用蝕刻抗力與SiC材料不同的其它絕緣材料。比如，中間層絕緣膜可以采用下列膜由磷硅酸鹽玻璃(PSG)制成的膜、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)膜、氫倍半硅氧烷(HSQ)膜、四乙基原硅酸鹽(tetraethylorthosilicate)(TEOS)的淀積膜、由在玻璃上旋涂(spin-on-glass)制成的膜、含碳的氧化硅膜、含硅的發(fā)泡多孔膜、有機(jī)材料絕緣膜等。有機(jī)絕緣膜的例子聚芳基醚，即聯(lián)信公司的FLARE。
在上述實施例中，雖然使用了平行板RIE系統(tǒng)進(jìn)行干蝕刻，但也可以使用諸如電子回旋共振等離子(ECR等離子)蝕刻系統(tǒng)、電感耦合等離子(ICP)蝕刻系統(tǒng)和固定壁離心分離(helicon)等離子蝕刻系統(tǒng)等的其它蝕刻系統(tǒng)。
在上述實施例中，Si(CH3)4、NH3和N2被用作源氣體通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成SiC膜。但也可以使用其它氣體。例如可以使用Si(CH3)3H、NH3和He的混合氣體。由這些源氣體制成的SiC膜由于Applied Materials公司的商品名BLOK而被人們所熟悉。
下面，參照圖6-9，對根據(jù)第五實施例的半導(dǎo)體制造方法進(jìn)行說明。在第一到第四實施例中，半導(dǎo)體器件制造方法的特征在于蝕刻含氫的SiC膜的工藝。第五實施例的特征在形成SiC膜的方法。
當(dāng)通路孔14A穿過上層中間層絕緣膜14形成時，圖3B中所示的第二實施例中的SiC蝕刻阻止膜13具有蝕刻阻止膜的功能。因此，在中間層絕緣膜14的蝕刻條件下，蝕刻阻止膜13的蝕刻速度必須充分地足夠低于中間層絕緣膜14的蝕刻速度。
SiO2膜對用作傳統(tǒng)蝕刻阻止膜的SiN膜的蝕刻選擇比約為9.5。眾所周知，SiO2膜對SiC膜的蝕刻選擇比降低到約為7。蝕刻選擇比，特別是在使用位于通路孔底端的蝕刻阻止膜時的蝕刻選擇比，明顯降低。在通路孔底端，F(xiàn)SG膜與SiN膜的蝕刻選擇比約為28，而SiO2膜與SiC膜的蝕刻選擇比約為17?？梢詫⒃谕房椎锥宋g刻被阻止時的選擇比的大幅度降低歸因于，在通路孔底端的蝕刻更多地受控于化學(xué)反應(yīng)而不是濺射。
圖6為SiC膜的傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜，該SiC膜在SiO2或FSG的蝕刻條件下具有相對較低的蝕刻速度。橫坐標(biāo)代表波數(shù)，單位為cm-1，縱坐標(biāo)代表吸收率?？梢钥闯?，不但出現(xiàn)了Si-C鍵產(chǎn)生的峰，而且出現(xiàn)了Si-OCH鍵產(chǎn)生的峰。Si-OCH鍵產(chǎn)生的峰比Si-C鍵產(chǎn)生的峰更強(qiáng)?？梢哉J(rèn)為由于Si-C膜包含較多的Si-OCH鍵，在SiO蝕刻條件下的SiC膜的蝕刻速度變快。
圖7為在不同膜形成條件下形成的五片SiC膜的FT-IR光譜結(jié)果。該Si-C膜通過使用四甲基硅烷和CO2作為源氣體形成。附于圖7中所示曲線的數(shù)值代表四甲基硅烷與CO2的流量比。
當(dāng)流量比變大(四甲基硅烷對CO2的流量比變大)時，Si-C鍵產(chǎn)生的峰變高。當(dāng)流量比變小時，Si-OCH鍵產(chǎn)生的峰變大。由此可知，較多的氧氣和氫氣被捕獲進(jìn)入各SiC膜中。
圖8為形成SiC膜時四甲基硅烷和CO2間的流量比與各SiC膜的蝕刻速度之間的關(guān)系。橫坐標(biāo)代表四甲基硅烷和CO2間的流量比，縱坐標(biāo)代表蝕刻速度，單位為“nm/min”。所用蝕刻條件如下所述。
C4F8的流量為8sccm，C5F8的流量為3sccm，Ar的流量為320sccm，CO的流量為190sccm，O2的流量為8sccm。壓力為4Pa(30毫乇)，電源為1750W，偏壓電源為1400W，下電極101的溫度為20℃。
如果流量比高于0.2，蝕刻速度幾乎不受流量影響，并分布于30nm/min附近?？梢钥闯鲈诘陀?.2的范圍內(nèi)時蝕刻速度變快。因此，如果SiC膜被用作蝕刻阻止膜，優(yōu)選將源氣體間的流量比設(shè)定為0.2或更高。
圖9為形成SiC膜時四甲基硅烷和CO2間的流量比與應(yīng)力位移之間的關(guān)系。橫坐標(biāo)代表四甲基硅烷和CO2間的流量比，縱坐標(biāo)代表應(yīng)力位移，單位為“MPa/cm2”。應(yīng)力位移用形成膜10-12天后各襯底的彎曲來進(jìn)行測量?？梢岳斫?，當(dāng)流量比變大時，應(yīng)力位移沿負(fù)方向變大?？梢园l(fā)現(xiàn)，應(yīng)力位移絕對值較大的試樣尤其位于大于0.6的流量比的范圍內(nèi)。較大的應(yīng)力位移意味著SiC膜質(zhì)量不穩(wěn)定。因此優(yōu)選將流量比設(shè)定為小于0.6。
從上述研究中可以看出，如果在對SiO2膜進(jìn)行蝕刻的條件下蝕刻速度較小，并且如果要獲得具有穩(wěn)定性質(zhì)的SiC膜，優(yōu)選將四甲基硅烷與CO2的流量比設(shè)定在0.2-0.6的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.3-0.5的范圍內(nèi)。
下面，參照圖10A-10N，結(jié)合第一到第五實施例的半導(dǎo)體制造方法，對使用大馬士革方法制造半導(dǎo)體器件的方法進(jìn)行說明。
如圖10A所示，硅襯底51在其表面上具有元件隔離絕緣區(qū)域52。元件隔離絕緣區(qū)域52通過硅局部氧化(LOCOS)或者淺的溝槽隔離(STI)而形成。被元件隔離絕緣區(qū)域52環(huán)繞的活性區(qū)具有包含門電極53G、源區(qū)53S和漏區(qū)53D的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。門電極53G的上表面具有SiO2上絕緣膜53I。門電極53G的側(cè)壁和上絕緣膜53I具有側(cè)壁隔片53W。MOSFET53可以通過重復(fù)公知的光刻法、蝕刻法和離子注入法等形成。
在襯底51的表面上，形成由SiC制成的蝕刻阻止膜57覆蓋MOSFET53。蝕刻阻止膜57在如第五實施例中所述的優(yōu)選膜形成條件下形成。在該蝕刻阻止膜57上，厚度為500nm的磷硅酸鹽玻璃(PSG)中間層絕緣膜60通過化學(xué)氣相淀積(CVD)和CMP而形成。
下面說明圖10B中所示的工藝。光刻膠掩模61在中間層絕緣膜60的表面上形成。開口在對應(yīng)于源區(qū)53G和漏區(qū)53D的區(qū)域中穿過光刻膠膜61形成。通過使用光刻膠膜61作為掩模，對中間層絕緣膜60進(jìn)行蝕刻，以在對應(yīng)源區(qū)域53G和漏區(qū)53D的區(qū)域中形成接觸孔62S和62D。這種蝕刻在蝕刻阻止膜57處停止。然后將光刻膠膜61去除。
在圖10B中所示的例子中，當(dāng)沿平行于襯底法線的方向觀察時，接觸孔62D與門電極53G部分重疊。
如圖10C所示，暴露于接觸孔62S和62D底端的蝕刻阻止膜57被去除。這種蝕刻在第二實施例中所述的優(yōu)選蝕刻條件下進(jìn)行。從而暴露源區(qū)53G和漏區(qū)53D的部分區(qū)域。由于上絕緣膜53I置于門電極53G之上，所以沒有暴露門電極53G。
如圖10D所示，形成厚度為30nm的阻擋金屬層覆蓋62S和62D的內(nèi)表面以及蝕刻阻止膜57的上表面。例如，阻擋金屬層63由Ti、TiN和TaN制成。在阻擋金屬層的表面上形成鎢(W)層，該鎢層的厚度使得鎢層足以填埋接觸孔62S和62D的內(nèi)部。例如，阻擋金屬層和W層通過CVD形成。
進(jìn)行CMP直到中間層絕緣膜60暴露，以去除不必要的阻擋金屬層和W層。從而使由阻擋金屬層63和W層制成的導(dǎo)電塞64留在接觸孔62S和62D中。
如圖10E所示，在中間層絕緣膜60上形成厚度為50nm的SiC蝕刻阻止膜69。在該蝕刻阻止膜69上形成厚度為250nm的第一配線層絕緣膜70。例如，第一配線層絕緣膜70由FSG制成。
在第一配線層絕緣膜70上，厚度為150nm的SiO2覆蓋膜(capfilm)71通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積形成。在覆蓋膜上，形成光刻膠圖案74。光刻膠圖案74具有開口76，該開口貫穿其中，并與第一配線層絕緣膜70中的配線相對應(yīng)。開口76通過通常的光刻法形成。
如圖10F所示，通過使用光刻膠圖案74作為掩模，對蓋層71和第一配線層絕緣膜70進(jìn)行蝕刻。使用C4F8、C5F8、Ar、CO和O2的混合氣作為蝕刻氣體通過RIE對蓋層71和第一配線層膜70進(jìn)行蝕刻。從而使與光刻膠圖案74的開口76相對應(yīng)的配線槽75穿過第一配線層絕緣膜70而形成。在配線槽75形成之后，去除光刻膠圖案74。然后，暴露于配線槽75底端的蝕刻阻止膜69被去除。
如圖10G所示，導(dǎo)電塞64的上表面暴露于相應(yīng)配線槽75的底端。形成厚度為25nm的阻擋金屬層72L，覆蓋配線槽75的內(nèi)表面和覆蓋膜71的上表面。阻擋金屬層72L通過濺射由TiN或TaN制成。銅導(dǎo)電層73L在阻擋層72L的表面上形成。導(dǎo)電層73L通過用Cu籽層(seedlayer)涂敷阻擋金屬層72L而形成，其厚度足以使其填埋配線槽75的內(nèi)部。
如圖10H所示，進(jìn)行CMP直到覆蓋膜71被暴露。從而覆蓋配線槽75內(nèi)表面的阻擋金屬層72和填埋配線槽75內(nèi)部的Cu配線73被留在配線槽內(nèi)。
如圖10I所示，在覆蓋膜71上，依次淀積厚度為50nm的SiC擴(kuò)散阻擋膜80、厚度為800nm的FSG中間層絕緣膜81、厚度為100nm的SiO2覆蓋膜85和厚度為50nm的SiC硬掩模。
例如，擴(kuò)散阻擋膜80在第五實施例中所述的優(yōu)選膜形成條件下形成。并且形成硬掩模86的條件與圖1A中所示第一實施例中形成硬掩模5的條件相同。
如圖10J所示，對掩模86進(jìn)行構(gòu)圖以形成開口87。開口87與在配線層絕緣膜81中形成的布線圖案相對應(yīng)。在與圖1B所示第一實施例中蝕刻硬掩模5相同的條件下對硬掩模86進(jìn)行構(gòu)圖。
如圖10K所示，在覆蓋膜85上形成光刻膠圖案90，該覆蓋膜85暴露于開口87的底端和硬掩模86上。光刻膠圖案90具有開口91，該開口91與穿過中間層絕緣膜81而形成的通路孔相對應(yīng)。當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，開口91包含于穿過硬掩模形成的開口87之中。通過使用光刻膠圖案90作為掩模，對覆蓋膜85進(jìn)行蝕刻，并將中間層絕緣膜81蝕刻到其中間深度以形成通路孔92。
在通路孔92形成之后，灰化和去除光刻膠圖案90。
如圖10L所示，通過使用硬掩模86作為蝕刻掩模，從中間層絕緣膜81的上表面對其進(jìn)行蝕刻，達(dá)到其中間深度，以形成配線槽93。此時，進(jìn)一步對通路孔92的底端進(jìn)行蝕刻，并最終形成穿過中間絕緣膜81的通路孔92。使用C4F8、C5F8、Ar、CO和O2的混合氣體作為蝕刻氣體通過RIE進(jìn)行這種蝕刻。
如圖10M所示，對暴露于通路孔92底端的硬掩模86和擴(kuò)散阻擋膜80進(jìn)行蝕刻。這種蝕刻的條件與圖3D中所示第二實施中蝕刻阻止膜13的蝕刻條件相似。
如圖10N所示，通路孔92的內(nèi)表面和配線槽93被阻擋金屬層150覆蓋，并且通路孔和配線槽93的內(nèi)部被Cu配線填埋。阻擋金屬層150和Cu配線151的形成條件與在第一配線層絕緣膜中形成阻擋金屬層72和Cu配線73的條件相同。
綜上所述，SiC膜可以被用作硬掩?；蛭g刻阻止膜。與傳統(tǒng)所用SiN相比，可以減少布線圖案間的寄生電容，使高速運算的半導(dǎo)體集成電路器件變?yōu)榭赡堋?br> 根據(jù)優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明。本發(fā)明并不僅限于上述實施例。很明顯，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行不同的修改、改善和組合等。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一膜，該第一膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的材料制成；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由加氫的碳化硅制成；在第二膜上形成具有開口的光刻膠膜；通過使用光刻膠掩模作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，對第二膜進(jìn)行干蝕刻；并且使用第二膜作為掩膜對第一膜進(jìn)行蝕刻。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含下列步驟預(yù)備具有導(dǎo)電區(qū)的襯底，該導(dǎo)電區(qū)暴露于襯底絕緣表面的部分區(qū)域；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成由絕緣材料制成的第二膜；在第二膜上形成具有開口的光刻膠膜；通過使用光刻膠掩膜作為蝕刻掩膜對第二膜進(jìn)行蝕刻，以形成凹部，并將第一膜的部分表面區(qū)域暴露于凹部底端；灰化并去除光刻膠膜；通過使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，干蝕刻暴露于凹部底端的第一膜，以暴露襯底的導(dǎo)電區(qū)域；并且將導(dǎo)電部件填埋入凹部。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，暴露于襯底部分絕緣表面的導(dǎo)電區(qū)域為銅配線。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，銅配線的上表面被由選自Ta、TaN、Ti和TiN的材料制成的阻擋金屬層覆蓋。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，第二膜是選自氧化硅的膜、磷硅酸鹽玻璃的膜、硼磷硅酸鹽玻璃的膜、氟硅酸鹽玻璃的膜、氫硅倍半硅氧烷的膜、以四乙基原硅酸鹽為源而淀積的膜、在玻璃上旋涂形成的膜、含碳的二氧化硅膜、含硅的發(fā)泡多孔膜和有機(jī)材料的絕緣膜。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在形成第一膜的步驟中，通過化學(xué)氣相淀積形成第一膜，該化學(xué)氣相淀積使用四甲基硅烷和二氧化碳作為源氣體，并將四甲基硅烷與二氧化碳的流量比設(shè)定為0.2-0.6。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含下列步驟預(yù)備具有導(dǎo)電部件的襯底，該導(dǎo)電部件暴露于襯底部分絕緣表面；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；在第二膜上形成第三膜，該第三膜由加氫的碳化硅制成；在第三膜上形成具有開口的光刻膠膜，當(dāng)沿平行于襯底表面法線的方向觀察時，該開口與導(dǎo)電部件的部分區(qū)域重疊；通過使用光刻膠掩模作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，對第三膜進(jìn)行蝕刻；通過在第二膜蝕刻速度大于第一膜蝕刻速度的條件下，使用光刻膠掩模作為蝕刻掩模對第二膜進(jìn)行干蝕刻，以形成凹部，并在凹部的底端暴露第一膜的部分表面區(qū)域；灰化并去除光刻膠膜；并且通過使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，對暴露于凹部底端的第一膜進(jìn)行干蝕刻，以暴露襯底的導(dǎo)電部件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在形成第一膜的步驟中，通過化學(xué)氣相淀積形成第一膜，該化學(xué)氣相淀積使用四甲基硅烷和二氧化碳作為源氣體，并將四甲基硅烷與二氧化碳的流量比設(shè)定為0.2-0.6。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含下列步驟預(yù)備具有配線的襯底，該配線暴露于襯底絕緣表面的部分區(qū)域；在襯底表面上形成第一膜，該第一膜由加氫的碳化硅制成；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；在第二膜上形成第三膜，該第三膜由加氫的碳化硅制成；在第三膜上形成具有第一開口的光刻膠膜，當(dāng)沿平行與襯底表面法線的方向觀察時，該第一開口與導(dǎo)電部件的部分區(qū)域重疊；通過使用光刻膠掩模作為蝕刻掩模，并使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，對第三膜進(jìn)行蝕刻，以暴露第二膜的部分表面；去除第一光刻膠膜；在蝕刻后的第三膜表面上形成具有第二開口的光刻膠膜，該第二開口包含于第一開口的區(qū)域之內(nèi)并與配線部分重疊；通過使用第二光刻膠掩膜作為蝕刻掩膜，蝕刻第二膜至少達(dá)到其中間厚度；去除第二光刻膠膜；通過使用部分蝕刻后的第三膜作為掩膜，蝕刻第三膜，以在形成第二開口的區(qū)域形成到達(dá)第一膜的通路孔，并且在形成第一開口而未形成第二開口的區(qū)域形成到達(dá)第二膜中間厚度的配線槽；通過使用添加SF6和NF3中的至少一個的碳氟化合物氣體的混合氣體，對暴露于通路孔底端的第一膜進(jìn)行干蝕刻，以暴露配線；并且用導(dǎo)電部件填埋通路孔和配線槽內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求9所示的方法，其中，在形成第一膜的步驟中，通過化學(xué)氣相淀積形成第一膜，該化學(xué)氣相淀積使用四甲基硅烷和二氧化碳作為源氣體，并將四甲基硅烷與二氧化碳的流量比設(shè)定為0.2-0.6。
11.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含下列步驟通過化學(xué)氣相淀積在半導(dǎo)體襯底表面上形成碳化硅的第一膜，該化學(xué)氣相淀積使用四甲基硅烷和二氧化碳作為源氣體，并將四甲基硅烷與二氧化碳的流量比設(shè)定為0.2-0.6；在第一膜上形成第二膜，該第二膜由蝕刻抗力與碳化硅不同的絕緣材料制成；形成具有開口的光刻膠膜；并且在第二膜蝕刻速度快于第一膜蝕刻速度的條件下，通過使用光刻膠膜作為蝕刻掩膜，蝕刻第二膜，以暴露第一膜。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第二膜由氟硅酸鹽玻璃制成。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體器件制造方法，其采用可以很容易地去除蝕刻阻止膜或碳化硅制成的硬掩膜的工藝。具體地，在半導(dǎo)體襯底上形成第一膜，該第一膜由蝕刻抗力不同于碳化硅的絕緣材料制成。在第一膜上形成由加氫的碳化硅制成的第二膜。在第二膜上形成具有開口的光刻膠膜。通過以光刻膠掩膜作為蝕刻掩膜，并使用添加SF
文檔編號H01L21/314GK1411050SQ02106299
公開日2003年4月16日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者駒田大輔, 各務(wù)克巳 申請人:富士通株式會社