專利名稱：制造半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造半導體器件的方法，更具體涉及制造包括定位塞 (landing plug )的半導體器件的方法。
背景技術：
當在80nm或更小線寬的半導體器件中使用氟化氬(ArF)進行波長 193nm的光刻工藝的時候，隨著典型的蝕刻工藝原理一般需要附加條 件，即精確的圖案形成和垂直的蝕刻外形。所述條件是指抑制可能在蝕 刻期間產(chǎn)生的光刻膠變形。因此，當制造80nm或更小的半導體時，開 發(fā)可滿足典型條件和抑制圖案變形的附加條件的改進的工藝條件變得 重要。同時，隨著集成規(guī)模的加快，構成半導體器件的各種元件形成為 堆疊結構.因此，引入接觸塞(或墊)。在形成這些接觸塞時，已經(jīng)典 型地采用了利用自對準接觸(SAC)方法的定位塞接觸技術。定位塞接觸 技術用于在底部部分中利用最小的表面積來擴大接觸表面積，并在上部 中相對于后續(xù)過程擴大加工裕度(process margin )。圖1說明制造半導體器件的典型方法的橫截面圖。在襯底11上形成 柵極圖案G。每個柵極圖案包括配置有柵極絕緣層12、柵極導電層13 和柵極硬掩模14的堆疊結構。在柵極圖案G的表面輪廓上形成蝕刻停 止層(未顯示)。在所得結構上形成絕緣層。平坦化所述絕緣層直到暴 露柵極硬掩模14。在平坦化絕緣層的特定區(qū)域上形成光刻膠圖案17。 在光刻膠圖案17和平坦化絕緣層之間形成抗反射涂層16。利用光刻膠 圖案17作為蝕刻阻擋層來蝕刻平坦化絕緣層以形成暴露相鄰的柵極圖 案G之間的襯底11的接觸孔18。形成所述接觸孔18的工藝稱為自對 準接觸(SAC)蝕刻工藝。附圖標記15表示圖案化的絕緣層15。
在上述的典型方法中，形成接觸孔18的蝕刻工藝使用包括CxFy氣 體和CaHbFc氣體的氣體，其中CxFy氣體含有氟(F)和碳(C),其中x和y 分別表示C和F的原子比，其范圍為約1到約10， CJIbFc氣體含有C、 氫(H)和F，其中a、 b和c分別表示C、 H和F的原子比，范圍為約1 到約IO。例如，CaHbFe氣體包括CH2F2。然而，隨著集成規(guī)模的增加，柵極圖案的垂直高度增加。因此，在 SAC蝕刻過程中，不可避免地會針對對應于增加的蝕刻目標的量而過度 使用蝕刻氣體或增加蝕刻時間。因此，在柵極硬掩模14中可能產(chǎn)生蝕 刻損失'A，，導致降低的肩部裕度(shoulder margin)并引起接觸孔洞 未打開事件'B，。美國專利US 6174451B1、 US 5869404B1和US 6569778B2、和美國 專利申請公開US 20060003571 Al給出了改進上述限制的現(xiàn)有技術。然 而，可能難以控制這些現(xiàn)有技術中蝕刻工藝復雜的蝕刻變量，這是因為 在蝕刻工藝期間加入CaHbFc氣體或CxFy氣體。發(fā)明內容本發(fā)明的實施方案涉及提供制造半導體器件的方法，其可改善接觸 孔的接觸未打開事件，同時最小化柵極硬掩模的損失。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造半導體器件的方法，所述方 法包括在襯底上形成第一圖案；在所述第一圖案上形成基于氧化物的 層；在所述基于氧化物的層上形成硬掩模層；在第一襯底溫度下蝕刻所 述硬掩模層；和蝕刻所述基于氧化物的層以形成第二圖案，其中在大于 笫一襯底溫度的第二襯底溫度下，用包括氟(F)和碳(C)的氣體作為主蝕 刻氣體蝕刻所述基于氧化物的層。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造半導體器件的方法，所述 方法包括在襯底上形成多個柵極圖案，每個柵極圖案包括配置有導電 層和基于氮化物的層的堆疊結構；在所述柵極圖案上形成用于絕緣的基 于氧化物的層；在所述基于氧化物的層上形成硬掩模層；在第一襯底溫 度下利用光刻膠圖案蝕刻所述硬掩模層；和在第二襯底溫度下利用所述 基于氧化物的層和所述基于氮化物的層之間的選擇性進行自對準接觸
蝕刻工藝來蝕刻所述基于氧化物的層以形成接觸孔，其中使用包括氟(F) 和碳(C)的氣體作為主蝕刻氣體蝕刻所述基于氧化物的層。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造半導體器件的方法，所述 方法包括在襯底上形成蝕刻停止層和絕緣層；在所述絕緣層上形成硬 掩模層；在第一襯底溫度下蝕刻所述硬掩模層；和使用包括CxFy-基氣 體作為主蝕刻氣體，在高于第一襯底溫度的第二襯底溫度下蝕刻所述絕 緣層和所述蝕刻停止層，以形成暴露所述襯底的接觸孔，其中所述基于 CxFy的氣體具有約1.5:1到1.6:1的碳氟比。


圖l說明制造半導體器件的典型方法的橫截面圖.圖2A到2D說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案制造半導體器件的方法 的橫截面圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施方案涉及制造半導體器件的方法。圖2A到2D說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，制造半導體器件的方 法的橫截面圖。參考圖2A，在預先進行阱工藝和隔離工藝的半成品襯底21上形成 柵極圖案G，。柵極圖案G，包括圖案化柵極絕緣層22、圖案化柵極導電 層23、和圖案化的柵極硬掩模24。更詳細地，在襯底21上形成柵極絕 緣層、柵極導電層和柵極硬掩模。實施光掩模工藝以形成圖案化光刻膠。 使用圖案化光刻膠作為阻擋層蝕刻所述柵極硬掩模。因此，形成圖案化 柵極硬掩模24。去除圖案化光刻膠。使用圖案化柵極硬掩模24蝕刻所 述柵極導電層和柵極絕緣層。因此，形成圖案化柵極絕緣層22和圖案 化柵極導電層23。使用典型的熱氧化和干/濕氧化來形成所述柵極絕緣層。所述柵極 導電層包括多晶硅層、鴒層、硅化鵠層及其組合中的一種。圖案化柵極 硬掩模24包括基于氮化物的層。例如，圖案化柵極硬掩模24包括氮化 硅層。
在所述柵極圖案G，的表面輪廓上形成蝕刻停止層。所述蝕刻停止層 包括基于氮化物的層。例如，所述蝕刻停止層包括氮化硅層。在所得結構上形成絕緣層。進行化學機械拋光(CMP)工藝或回蝕刻 工藝以平坦化所述絕緣層直到暴露圖案化柵極硬掩模24。此時，柵極圖 案G，的上表面上的所述蝕刻停止層的一部分也被拋光。因此，形成圖 案化蝕刻停止層25和拋光絕緣層26。拋光的絕緣層26包括選自硼硅玻璃(BSG)層、磷硅酸鹽玻璃(PSG) 層、原硅酸四乙酯(TEOS)層、高密度等離子體(HDP)氧化物層、旋涂玻 璃(SOG)(spin on glass)層、和預平坦化層(APL)( advanced planarization layer)的一種。除了基于氧化物的層，拋光絕緣層26也可以包括無機 的或有機基低k介電層。在拋光絕緣層26上形成硬掩模層27。在接觸蝕刻期間，硬掩模層 27將用作接觸硬掩模。硬掩模層27包括選自氧氮化硅(SiON)層、非晶 碳層、多晶硅層、有機聚合物層、無機聚合物層、基于氮化物的層及其 組合中的一種。在硬掩模層27上形成光刻膠圖案29。光刻膠圖案29可形成為線型 或溝槽型結構?？梢栽诠饪棠z圖案29之下形成抗反射涂層28。參考圖2B，使用光刻膠圖案29作為蝕刻阻擋層蝕刻硬掩模層27 以形成硬掩模圖案27A。在約-60。C 約20'C的第一襯底溫度下蝕刻硬 掩模層27。在第一襯底溫度下蝕刻硬掩模層27基于溫度來控制物理和 化學反應，并允許形成硬掩模圖案27A而沒有變形。在形成硬掩模圖案 27A之后可去除光刻膠圖案29。參考圖2C，利用抗反射涂層28作為蝕刻阻擋層蝕刻所述拋光的絕 緣層26和圖案化蝕刻停止層25，以形成暴露柵極圖案G，之間的襯底 21的接觸孔30。因此，形成剩余的絕緣層26A?？梢晕g刻抗反射涂層 28同時蝕刻拋光的絕緣層26。可以在基本與用于蝕刻硬掩模層27的蝕 刻裝置相同的蝕刻裝置中或在獨立的蝕刻裝置中，使用包括碳(C)和氟 (F)的氣體即基于CxFy的氣體作為主蝕刻氣體來蝕刻拋光的絕緣層26。 在比用于蝕刻硬掩模層27的第一襯底溫度高的第二襯底溫度下，蝕刻
拋光絕緣層26。例如，第二襯底溫度約為30'C到約60。C。用作主蝕刻氣體的基于CxFy的氣體包括具有低碳氟比的氣體，比如 C4F6或C5F8氣體。氧(02)和氬(Ar)可以加入到主蝕刻氣體作為輔助氣 體。用作主蝕刻氣體的基于CxFy的氣體和02的流量可以為約0.5sccm ~ 約1.3sccm 。例如C4F6氣體和02的流量可以為約0.5sccm ~約1.3sccm。當使用基于CxFy的氣體作為主蝕刻氣體蝕刻拋光的絕緣層26時， 可以確保氧化物即拋光的絕緣層26和氮化物即圖案化柵極硬掩模24之 間的高選擇性。因此，使圖案化柵極硬掩模24的損失最小化，并可以 顯著改進接觸孔30的打開。換句話說，使用具有低碳氟比的基于CxFy的氣體作為主蝕刻氣體以 形成接觸孔能得到對氮化物的高選擇性，保護基于氮化物的材料，同時 選擇性地蝕刻基于氧化物的材料。因此，可以減少不理想形成的接觸孔， 同時減少基于氮化物的材料的損失。因此，在蝕刻包括氧化物的拋光絕 緣層26時，減少所述圖案化柵極硬掩模24和圖案化蝕刻停止層25的 蝕刻損失。可以得到對氮化物的高選擇性，這是因為主蝕刻氣體包括基于CxFy 的氣體。尤其是，所述基于CxFy的氣體包括具有低碳氟比即y/x比的氣 體，比如CtF6氣體，其中y/x比約1.5: 1，或<:^8氣體，i中y/x比 約1.6: 1。與具有高碳氟比的氣體相比，具有低碳氟比的氣體能更易于 產(chǎn)生CF2自由基。CF2自由基蝕刻氧化物，對氮化物具有高選擇性。例 如，根據(jù)該實施方案的基于CxFy的氣體包括具有碳氟比1.6: l或更小 的氣體。因此，在蝕刻氧化物時，可以得到對氮化物的高選擇性，不生 成聚合物。如果在約30。C 約60'C的襯底溫度，即第二襯底溫度下蝕刻拋光 的絕緣層26,那么可以得到對氮化物的更高選擇性。即，在約30。C-約6(TC的第二襯底溫度下，使用包括低碳氟比即y/x比的氣體的主蝕刻 氣體，比如C4F6氣體，其中y/x比約1.5: 1、或CsF8氣體，其中y/x 比是約1.6:1，更易于得到對氮化物的高選擇性。參考圖2D,蝕刻所述圖案化的蝕刻停止層25并去除所述硬掩模圖 案27A。因此，形成剩余的蝕刻停止層25A。在所得襯底結構上形成用 于形成塞的導電材料。例如，導電材料包括多晶硅層。平坦化導電材料 直到暴露圖案化柵極硬掩模24,以在相鄰的柵極圖案G，之間形成定位 塞31。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，在低的襯底溫度下蝕刻用作自對準接觸 (SAC)硬掩模的硬掩模層，并在約30°C ~約60'C的襯底溫度下，使用基 于CxFy的氣體與包括02和Ar的輔助氣體來蝕刻所述圖案化絕緣層。 因此，可以在氧化物和氮化物之間得到高選擇性裕度，產(chǎn)生最小化的圖 案化柵極硬掩模損失，同時改進開口形成。即，可以改進不希望的接觸孔的未打開事件，同時保證圖案化柵極 硬掩模的肩部裕度，不使用在典型的SAC工藝期間常常使用的生成聚 合物的基于CHF的蝕刻氣體。因為沒有使用基于CHF的氣體，所以在 蝕刻工藝期間可不需要控制復雜的蝕刻變量。雖然本發(fā)明的該實施方案描述了在柵極圖案之間形成接觸孔，但本 發(fā)明也可用于在位線圖案或金屬線圖案之間形成接觸孔。根據(jù)本發(fā)明的實施方案,因為減少了柵極硬掩模的損失同時不使用 常常用于典型的SAC蝕刻工藝的生成聚合物的基于CHF的氣體，所以 可以保持所述柵極硬掩模的肩部裕度。此外，保持所述柵極硬掩模的肩 部裕度改善了所述接觸孔的未打開事件。雖然已經(jīng)關于具體的實施方案說明了本發(fā)明，顯而易見的是，對于本 領域技術人員而言可以不背離如以下權利要求限定的本發(fā)明的精神和范 圍而進行各種的變化和改變。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括在襯底上形成第一圖案；在所述第一圖案上形成基于氧化物的層；在所述基于氧化物的層上形成硬掩模層；在第一襯底溫度下蝕刻所述硬掩模層；和蝕刻所述基于氧化物的層以形成第二圖案，其中在大于所述第一襯底溫度的第二襯底溫度下，使用包括氟(F)和碳(C)的氣體作為主蝕刻氣體來蝕刻所述基于氧化物的層。
2. 權利要求l的方法，其中所述包括F和C的氣體包含碳氟比(y/x 比)約1.6: l或更小的基于CxFy的氣體，其中x和y分別表示C和F 的原子比。
3. 權利要求2的方法，其中所述基于CJy的氣體包括C4F6氣體和 CsFs氣體中的一種。
4. 權利要求2的方法，其中將氧(02)和氬(Ar)加入到所述基于CxFy 的氣體中，以蝕刻所述基于氧化物的層。
5. 權利要求4的方法，其中所述基于CxFy的氣體和02的流量為約 0.5sccm ~約1.3sccm。
6. 權利要求l的方法，其中在約30'C 約60'C的襯底溫度下蝕刻 所述基于氧化物的層。
7. 權利要求1的方法，其中實施自對準接觸蝕刻工藝以蝕刻所述 基于氧化物的層包括使用硬掩模層。
8. 權利要求l的方法，其中所述第一圖案包含柵極圖案、位線圖 案、和金屬線中的一種，其上部具有基于氮化物的層，并且所述第二圖 案包含接觸孔。
9. 一種制造半導體器件的方法，包括在襯底上形成多個柵極圖案，每個柵極圖案包括配置有導電層和基 于氮化物的層的堆疊結構；在所述柵極圖案上形成用于絕緣的基于氧化物的層；在所述基于氧化物的層上形成硬掩模層；在第一襯底溫度下利用光刻膠圖案蝕刻所述》更掩模層；和在第二襯底溫度下，利用所述基于氧化物的層和所述基于氮化物的 層之間的選擇性，實施自對準接觸蝕刻工藝蝕刻所述基于氧化物的層， 以形成接觸孔，其中使用包括氟(F)和碳(c)的氣體作為主蝕刻氣體來蝕刻所述基于 氧化物的層。
10. 權利要求9的方法，其中所述第一襯底溫度為約-6(TC ~約20 'C，所述第二襯底溫度高于所述第一襯底溫度。
11. 權利要求9的方法，其中所述第二襯底溫度為約30'C ~約60 。C，所述第一襯底溫度低于所述第二襯底溫度。
12. 權利要求9的方法，其中所述第一襯底溫度為約-60'C 約20 'C，所述第二襯底溫度為約30"~約60"。
13. 權利要求9的方法，其中所述包括F和C的氣體包含碳氟比(y/x 比)約1.6: l或更小的基于CxFy的氣體，其中x和y分別表示C和F 的原子比。
14. 權利要求13的方法，其中所述基于CxFy的氣體包括C4F6氣體 和CsFs氣體中的一種。
15. 權利要求13的方法，其中將氧氣(02)和氬氣(Ar)加入到所述基 于CxFy的氣體中，以蝕刻所述基于氧化物的層。
16. 權利要求15的方法，其中所述基于CxFy的氣體和02的流量為 約0.5sccm ~約1.3sccm。
17. 權利要求9的方法，其中所述硬掩模層包含選自氧氮化硅(SiON) 層、非晶碳層、多晶硅層、有機聚合物層、無機聚合物層、基于氮化物 的層及其組合中的一種。
18. 權利要求9的方法，其中實施自對準接觸蝕刻工藝以蝕刻所述基 于氧化物的層包括在與用于蝕刻所述硬掩模層的蝕刻裝置基本相同的 蝕刻裝置中或在獨立的蝕刻裝置中蝕刻所述基于氧化物的層。
19. 一種制造半導體器件的方法，包括 在襯底上形成蝕刻停止層和絕緣層； 在所述絕緣層上形成硬掩模層； 在第一襯底溫度下蝕刻所述硬掩模層；和 在高于所述第一襯底溫度的第二襯底溫度下，使用包括基于CxFy成暴露所述襯底的接觸孔，其中所述基于CxFy的氣體具有約1.5: 1~1.6: 1的碳氟比。
20. 權利要求19的方法，其中利用光刻膠圖案來蝕刻所述硬掩模層 以形成硬掩模圖案。
21. 權利要求20的方法，其中利用抗反射涂層作為蝕刻阻擋層來蝕 刻所述絕緣層。
22. 權利要求21的方法，還包括去除所述硬掩模圖案；蝕刻剩余的蝕刻停止層；利用導電材料在所得襯底結構上形成塞；和平坦化所述導電材料直到暴露出柵極硬掩模，以在相鄰的柵極圖案 之間形成定位塞。
全文摘要
一種制造半導體器件的方法，包括在襯底上形成第一圖案；在所述第一圖案上形成基于氧化物的層；在所述基于氧化物的層上形成硬掩模層；在第一襯底溫度下蝕刻所述硬掩模層；和蝕刻所述基于氧化物的層以形成第二圖案，其中在大于所述第一襯底溫度的第二襯底溫度下，使用含有氟(F)和碳(C)的氣體作為主蝕刻氣體來蝕刻所述基于氧化物的層。
文檔編號H01L21/311GK101154587SQ20071016153
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者李圣權, 李敏碩 申請人:海力士半導體有限公司